KR20170058828A - apparatus for measuring bio-signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신호 측정 장치에 관한 것으로, 생체의 저항을 측정할 수 있는 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a signal measuring apparatus, and more particularly, to a living body signal measuring apparatus capable of measuring a resistance of a living body.
일반적으로 셍체 검사는 피부 부착형 전극들을 통해 수행될 수 있다. 피부 부착형 전극들은 크게 습식 전극과 건식 전극을 포함할 수 있다. 습식 전극은 젤 타입의 전도성 물질을 포함할 수 있다. 건식 전극은 패치 전극을 포함할 수 있다. 습식 전극 및 건식 전극은 생체의 피부와의 접촉 때, 접촉 저항의 변화에 따른 노이즈를 발생시킬 수 있다. In general, the body scan can be performed through skin-attached electrodes. Skin-attached electrodes can largely include wet electrodes and dry electrodes. The wet electrode may comprise a gel-type conductive material. The dry electrode may comprise a patch electrode. The wet electrode and the dry electrode may generate noise due to a change in the contact resistance when contacting the skin of the living body.
본 발명의 일 과제는 접촉 저항과 상관없이 생체 저항을 측정할 수 있는 생체 신호 측정 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a living body signal measuring device capable of measuring a living body resistance regardless of a contact resistance.
본 발명은 생체 신호 측정 장치를 개시한다. 그의 장치는 생체의 피부에 접촉되는 복수개의 바이어스 전극들과, 상기 바이어스 전극들 사이의 복수개의 검출 전극들을 포함하는 패치 전극들; 상기 바이어스 전극들에 연결되고, 상기 생체에 전원 전압을 제공하는 전원 공급 부; 상기 검출 전극들에 연결되고, 상기 바이어스 전극들 사이에 전류가 흐를 때 상기 검출 전극들 사이의 오픈 회로 전압을 측정하는 전압 측정 부; 및 상기 전원 공급 부를 제어하고, 상기 전압 측정 부의 오픈 회로 전압의 측정 신호를 수신하여 상기 검출 전극들과 상기 피부 사이의 접촉 저항과 상관없이 상기 검출 전극들 사이의 상기 생체의 저항을 산출하는 프로세스를 포함한다.The present invention discloses an apparatus for measuring a biological signal. The apparatus includes: a plurality of bias electrodes that are in contact with a skin of a living body; patch electrodes including a plurality of detection electrodes between the bias electrodes; A power supply connected to the bias electrodes and providing a power supply voltage to the living body; A voltage measuring unit connected to the detecting electrodes and measuring an open circuit voltage between the detecting electrodes when a current flows between the bias electrodes; And a process of controlling the power supply unit and receiving the measurement signal of the open circuit voltage of the voltage measurement unit to calculate the resistance of the living body between the detection electrodes regardless of the contact resistance between the detection electrodes and the skin .
상술한 바와 같이, 본 발명의 개념에 따른 생체 신호 측정 장치는 패치 전극들과, 전압 측정 부, 전류 측정 부, 및 프로세서를 포함할 수 있다. 패치 전극들은 바이어스 전극들과, 검출 전극들을 포함할 수 있다. 검출 전극들은 바이어스 전극들 사이의 피부 상에 제공될 수 있다. 바이어스 전극들 사이에 전원 전압이 제공되면, 전류 측정 부는 바이어스 전극들 사이의 전류를 측정할 수 있다. 전압 측정 부는 검출 전극들 사이의 오픈 회로 전압을 검출 전극들과 피부 사이의 접촉 저항과 상관없이 검출할 수 있다. 프로세서는 오픈 회로 전압과 전류로부터 생체 저항을 계산하고, 상기 생체 저항에 따른 생체 신호를 획득할 수 있다. As described above, the biological signal measurement apparatus according to the concept of the present invention may include patch electrodes, a voltage measurement unit, a current measurement unit, and a processor. The patch electrodes may include bias electrodes and detection electrodes. The detection electrodes may be provided on the skin between the bias electrodes. When a power supply voltage is provided between the bias electrodes, the current measuring unit can measure the current between the bias electrodes. The voltage measuring unit can detect the open circuit voltage between the detecting electrodes regardless of the contact resistance between the detecting electrodes and the skin. The processor can calculate the bio-resistance from the open-circuit voltage and the current, and obtain the bio-signal according to the bio-resistance.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 패치 전극들의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1의 패치 전극들 상의 피부 부착을 위한 접착 테이프 필름의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 1의 패치 전극들 사이의 저항들을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 생체 신호 측정 장치의 일 예를 보여주는 평면도와 단면도이다.1 is a view showing an apparatus for measuring a bio-signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of the patch electrodes of FIG. 1; FIG.
3 is a plan view showing an example of an adhesive tape film for skin adhesion on the patch electrodes of FIG. 1;
FIG. 4 is a conceptual illustration of the resistances between the patch electrodes of FIG. 1; FIG.
5 and 6 are a plan view and a sectional view showing an example of the bio-signal measuring apparatus of FIG.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 접촉 저항, 접촉 면적, 저항, 및 노이즈는 전기 계측 분야에서 주로 사용되는 의미로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is to be understood that the phrase "comprises" and / or "comprising" used in the specification exclude the presence or addition of one or more other elements, steps, operations and / or elements, I never do that. Also, in the specification, the contact resistance, the contact area, the resistance, and the noise may be understood as meaning mainly used in the field of electrical measurement. The reference numerals shown in the order of description are not necessarily limited to those in the order of the preferred embodiments.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 장치(100)를 보여준다. FIG. 1 shows an
도 1을 참조하면, 본 발명의 생체 신호 측정 장치(100)는 인터넷 망(12)을 통해 클라우드(10)와 연결될 수 있다. 클라우드(10)는 전압 측정 솔루션 및 생체 저항의 계산 솔루션을 생체 신호 측정 장치(100)에 제공할 수 있다. 또한, 클라우드(10)는 생체 저항에 따른 생체 신호 정보를 제공할 수 있다. 일 예에 따르면, 생체 신호 측정 장치(100)는 프로세서(20), 전원 공급 부(30), 전압 측정 부(40), 전류 측정 부(50) 및 복수개의 패치 전극들(60)을 포함할 수 있다. 복수개의 패치 전극들(60)은 피부(90) 상에 제공될 수 있다. 전원 공급 부(30)는 패치 전극들(60)을 통해 피부(90)에 제 1 전압(V1) 또는 전류(I1)을 공급할 수 있다. 전압 측정 부(40)는 피부(90)의 접촉 저항이 무시된 전압(V0)을 측정할 수 있다. 전류 측정 부(50)는 패치 전극들(60) 사이의 피부(90)의 전류를 측정할 수 있다. 프로세서(20)는 측정된 오픈 회로 전압(V0)과 측정된 전류를 이용하여 피부(90)의 생체 저항을 산출할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
프로세서(20)는 전원 공급 부(30)를 제어할 수 있다. 프로세서(20)는 전압 측정 부(40)로부터 전류 측정 부(50)로부터 전압 검출 신호와 전류 검출 신호를 수신할 수 있다. 프로세서(20)는 인터넷 망을 통해 클라우드(10)와 연결될 수 있다. 프로세서(20)는 전압 측정 솔루션 및 생체 저항의 계산 솔루션을 내려 받아 피부(90)의 생체 저항 및 피부 전도도를 계산할 수 있다. 프로세서(20)는 생체 저항에 따른 생체 신호를 획득할 수 있다. 또한 프로세서(20)는 접촉 저항을 제거한 상태로 피부로 전달되는 생체 신호를 측정할 수 있다. 상기 생체 신호 및 생체 저항이 변화될 경우, 프로세서(20)는 피부(90) 내의 질병 및 인체의 생체 신호 변화에 따른 질환의 변화 또는 통증 및 정신 건강 상태를 파악할 수 있다. 복수개의 패치 전극들(60)은 전원 공급 부(30), 전압 측정 부(40), 전류 측정 부(50), 및 접지로 연결될 수 있다. 패치 전극들(60)은 금속을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 패치 전극들(60)은 바이어스 전극들(70)과 검출 전극들(80)을 포함할 수 있다. 바이어스 전극들(70)은 전원 공급 부(30)와 접지에 각각 연결될 수 있다. 예를 들어, 바이어스 전극들(70)은 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74)을 포함할 수 있다. 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74)은 서로 대칭되게 배치될 수 있다. 제 1 바이어스 전극(72)은 전원 공급 부(30)에 연결될 수 있다. 제 2 바이어스 전극(74)은 접지될 수 있다. 검출 전극들(80)은 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이에 배치될 수 있다. 검출 전극들(80)은 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)을 포함할 수 있다. 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)는 동일한 모양을 가질 수 있다. 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)은 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74)와 동일한 길이의 직사각형 모양을 가질 수 있다. 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)은 전압 측정 부(40)에 연결될 수 있다. The
전원 공급 부(30)는 프로세서의 제어 신호에 따라 제 1 바이어스 전극(72)에 제 1 전압(V1)을 제공할 수 있다. 제 1 전압(V1)은 전원 전압일 수 있다. 제 1 전압(V1)은 직류 또는 교류, 직류 전원과 교류 전원의 복합일 수 있다. The
전압 측정 부(40)는 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 접촉 저항이 배제되어 있는 전압을 측정할 수 있다. 예를 들어, 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 피부(90) 내에 전류(I1)가 흐를 때, 전압 측정 부(40)는 접촉 저항이 배제된 전압(V0)을 측정할 수 있다. 접촉 저항이 배제된 전압(V0)은 오픈 회로 전압으로 정의될 수 있다. 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 전류(I1) 는 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 피부(90)를 따라 흐를 수 있다. 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이에 유도 전류(미도시)가 흐르게 될 때, 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 전류(I1)는 흐르지 않을 수 있다. 결과적으로 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 전압(V0)은 접촉 저항에 의해서 강하되는 전압이 배제될 수 있다. 따라서 검출 전극(82, 84)에서 측정되는 오픈 회로 전압(V0)은 접촉 저항에 의한 전압 강하 없이 피부(90)에 흐르는 유도 전류에 의한 피부 저항에 전압 강하에 대응될 수 있다. 전류 측정 부(50)는 제 1 바이어스 전극(72) 및 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 피부(90)의 전류를 측정할 수 있다. 이와 달리, 전류 측정 부(50)는 접지 사이의 전류를 감지할 수 있다. 전류 측정 부(50)가 전류를 감지되면, 전압 측정 부(40)는 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 접촉 저항이 배제된 전압(V0)을 측정할 수 있다. 일 예에 따르면, 전류 측정 부(50)는 제 1 전류 센서(52)와 제 2 전류 센서(54)를 포함할 수 있다. 제 1 전류 센서(52)는 전원 공급 부(30)와 제 1 바이어스 전극(72) 사이에 연결될 수 있다. 제 2 전류 센서(54)는 제 2 바이어스 전극(74)과 접지 사이에 연결될 수 있다. 제 1 전류 센서(52)의 전류와, 제 2 전류 센서(54)의 전류는 동일하게 검출될 수 있다. 이와 달리, 제 1 전류 센서(52)의 전류와, 제 2 전류 센서(54)의 전류는 다르게 검출될 수 있다. 피부(90)는 누설 전류를 가질 수 있기 때문이다. 인체의 경우, 피부(90)는 정전기로 대전될 수 있다. 또한, 피부(90)는 지면으로 접지될 수 있다.The
프로세서(20)는 제 1 전류 센서(52)의 전류와, 제 2 전류 센서(54)의 전류를 비교할 수 있다. 제 1 전류 센서(52)의 전류와, 제 2 전류 센서(54)의 전류가 동일할 경우, 프로세서(20)는 제 1 전류 센서(52)의 전류와, 제 2 전류 센서(54)의 전류 중 어느 하나를 피부(90) 내의 전류로 인식할 수 있다. 프로세서(20)는 인식된 전류와 오픈 회로 전압(V0)로부터 생체 저항을 계산할 수 있다. 이와 달리, 제 1 전류 센서(52)의 전류와 제 2 전류 센서(54)의 전류가 다를 수 있다. 프로세서(20)는 제 1 전류 센서(52)의 전류와 제 2 전류 센서(54)의 전류의 평균 전류를 계산할 수 있다. 프로세서(20)는 계산된 평균 전류와 오픈 회로 전압(V0)로부터 생체 저항을 계산할 수 있다. 또한 프로세서(20)는 제 1 전류 센서(52)의 전류와 제 2 전류 센서(54)의 전류가 각기 다르게 나타나게 될 때 전원에 의해서 인가되는 전류 또는 전압이 기타 생체 부위 또는 외부 전극에 노출되어 전류가 누설될 수 있음을 확인할 수 있으며 이로부터 전류의 값 또는 프로세서(20)의 오작동 여부를 가늠할 수 있다. 또한 누설 전류가 발생하였을 때 생체 내부에 충전이 발생할 수 있는 생체 조직이 있음을 가늠할 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 누설 전류가 사라지는 현상으로부터 인체 내부에 질환 또는 질병을 유발하는 충전 부위 또는 그 작용을 질환과 질병으로 가늠할 수 있는 새로운 진단 기준도 마련할 수 있다.도 2는 도 1의 패치 전극들(60)의 일 예를 보여준다.The
도 2를 참조하면, 제 1 바이어스 전극(72), 제 2 바이어스 전극(74), 제 1 검출 전극(82), 및 제 2 검출 전극(84)은 동일한 길이를 가질 수 있다. 제 1 바이어스 전극(72) 및 제 2 바이어스 전극(74)의 면적은 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)의 면적보다 클 수 있다. 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 거리(d2)는 제 1 바이어스 전극(72)과 제 1 검출 전극(82) 사이의 거리(d1) 또는 제 2 검출 전극(84)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 거리(d3) 와 더불어 실질적 피부의 전도도를 가늠할 수 있는 거리가 된다. 즉, 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 간의 거리를 알게 되면 두 검출 전극간에 측정되는 전압으로부터 저항을 도출할 수 있고 이로부터 거리에 관련된 두 검출 전극의 단면적에 대한 전도도를 도출할 수 있다. 이러한 전도도는 피부와 전극간의 접촉 저항이 배제되어 있는 실질적 피부에서의 전도도를 측정할 수 있음을 의미한다. Referring to FIG. 2, the
이러한 실질적 전도도는 피부마다 각기 다르게 접촉 저항을 가지는 단점을 보완하여 실질적으로 피부의 위치마다 다르게 나타나는 전도도를 측정함으로써 인체 부위마다 각기 다른 저항을 보여줄 수 있고 이로부터 피부의 상태를 도식화할 수 있는 장점을 가진다. These practical conductivities complement each other's disadvantages of having different contact resistances to different skin, and by measuring the conductivity that varies substantially depending on the position of the skin, it is possible to show different resistance in each part of the human body, I have.
도 3a는 도 1의 패치 전극들(60) 상의 피부 부착을 위한 피부 부착 테이프 필름(62)의 일 예를 보여준다.FIG. 3A shows an example of a skin
도 3a를 참조하면, 피부 부착 테이프 필름(62)은 패치 전극들(60)을 피부(90)에 접합 고정시킬 수 있다. 예를 들어, 피부 부착 테이프 필름(62)은 비닐 테이프 , 천 테이프, 하이드로젤, 실리콘 계열의 접착제를 포함할 수 있다. 피부 부착 테이프 필름(62)은 신축성을 가질 수 잇다. Referring to FIG. 3A, the skin
도 3b는 도 3a의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 일 예를 보여준다.FIG. 3B shows an example taken along the line I-I 'of FIG. 3A.
도 3b를 참조하면, 패치 전극들(60)의 각각은 제 1 두께(t1)를 가질 수 있다. 피부 부착 테이프 필름(62)은 제 2 두께(t2)를 가질 수 있다. 패치 전극들(60)의 각각은 피부 부착 테이프 필름(62) 내에 제 3 두께(t3)로 접착될 수 있다. 피부 부착 테이프 필름(62)은 패치 전극들(60)을 절연시킬 수 있다. 제 3 두께(t3)는 피부 부착 테이프 필름(62)의 상부 면으로부터의 깊이로 정의될 수 있다. 제 3 두께(t3)는 제 1 두께(t1)보다 작을 수 있다. 패치 전극들(60)의 각각은 제 1 두께(t1)와 제 3 두께(t3)의 차이(t1-t3)만큼 피부 부착 테이프 필름(62)으로부터 돌출될 수 있다. 도 1 및 도 3b를 참조하면, 둘출된 패치 전극들(60)은 피부 부착 테이프 필름(62)에 의해 제 1 두께(t1)와 제 3 두께(t3)의 차이(t1-t3)만큼의 압력으로 피부(90)에 고정될 수 있다. 그 만큼 접촉 강도가 높아질 수 있다. Referring to FIG. 3B, each of the
도 3c는 도 3a의 I-I' 선상을 절취하여 나타낸 일 예를 보여준다. FIG. 3C shows an example taken along line I-I 'of FIG. 3A.
도 3c를 참조하면, 패치 전극들(60a)의 각각은 하부 전극(64)과 상부 전극(66)을 포함할 수 있다. 하부 전극(64)은 피부 부착 테이프 필름(62) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 전극(64)은 금, 은, 구리, 또는 인듐-틴-옥사이드(ITO)를 포함할 수 있다. 상부 전극(66)은 하부 전극(66) 상에 배치될 수 있다. 일 예에 따르면, 상부 전극(66)은 플렉서블 금속 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(66)은)와 도전성 불순물을 갖는 하이드로 젤(hydrogel)을 포함할 수 있다. 도전성 불순물은 탄소나노튜브, 그래핀, 또는 그라파이트를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3C, each of the
도 1 및 도 3c를 참조하면, 상부 전극(66)은 피부(90)를 따라 굽(bend)을 수 있다. 상부 전극(66)은 피부(90)와의 접촉 특성을 극대화시킬 수 있다. 극대화된 접촉 특성은 생체의 움직임에 의해 발생되는 잡음(noise)을 최소화할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3C, the
도 4는 도 1의 패치 전극들(60) 사이의 저항들(R1-R4, RS1-RS3)을 개념적으로 보여준다.FIG. 4 conceptually shows the resistances (R 1 -R 4 , R S1 -R S3 ) between the
도 4를 참조하면, 패치 전극들(60)과 피부(90)는 제 1 내지 제 4 접촉 저항들(R1-R4)를 가질 수 있다. 제 1 접촉 저항(R1)은 제 1 바이어스 전극(72)과 피부(90) 사이의 저항일 수 있다. 제 2 접촉 저항(R2)은 제 1 검출 전극(82)과 피부(90) 사이의 저항일 수 있다. 제 3 접촉 저항(R3)는 제 2 검출 전극(84)과 피부(90) 사이의 저항일 수 있다. 제 4 접촉 저항(R4)는 제 2 바이어스 전극(74)과 피부(90) 사이의 저항일 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 접촉 저항들(R1-R4)은 서로 상이할 수 있으며, 이렇게 상이한 접촉 저항은 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)에 의해서 검출되는 전압 및 저항에 영향을 주지 않는다.Referring to FIG. 4, the
제 1 바이어스 전극(72) 및 제 1 검출 전극(82) 사이의 피부(90)는 제 1 생체 저항(RS1)을 가질 수 있다. 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 피부(90)는 제 2 생체 저항(RS2)을 가질 수 있다. 제 2 검출 전극(84)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이의 피부(90)는 제 3 생체 저항(RS3)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 생체 저항들(RS1-RS3)은 서로 동일할 수 있다. The
도 1 및 도 4를 참조하면, 전압 측정 부(40)는 제 2 접촉 저항(R2) 및 제 3 접촉 저항(R3)과 상관없이 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 접촉 저항이 배제된 전압(V0)을 검출할 수 있다. 즉, 전압(V0)은 제1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이에 전류(I)가 흘러갈 때 두 개의 바이어스 전극 사이의 전압 V1=I(R1 + RS1 + RS2 + RS3 + R4)가 된다. 이 때 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이에 걸리는 전압은 V0=IRS2가 된다. 즉, 제 1 및 제 2 검출 전극들(82, 84) 사이에 걸리는 전압은 접촉 저항 R2와 R3에 의해서 발생되는 전압 강하없이 순수한 피부 저항 RS2에 의해서만 전압 강하가 일어난다. 이렇게 접촉 저항에 의해서 발생되는 전압 강하가 일어나지 않는 이유는, 전체적으로 전류의 흐름이 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74)으로만 일어나고 R2와 R3로는 일어나지 않기 때문이다. 즉, 전류가 측정하고자 하는 제 1 및 제 2 검출 전극들(82, 84)의 방향으로는 흐르지 않기 때문에 전류에 의한 전압 강하가 R2, R3에서는 일어나지 않아 실질적인 전압 강하는 피부 저항 RS2에 의한 V0로만 측정이 이루어진다. 이러한 측정 방법은 4 탐침 측정 방법(4-probe measurement) 방법으로 일반적으로 접촉 저항을 배제하고 순수한 저항 성분만을 측정하고자 할 때 활용되는 방법이다. 1 and 4, the
제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 바이어스 전극(74) 사이에 전류가 흐를 때, 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84)은 제 1 바이어스 전극(72)로부터 다른 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 검출 전극(82)과 제 1 바이어스 전극(72) 사이에는 제 2 전압(V2)이 걸릴(biased) 수 있다. 제 2 검출 전극(84)과 제 1 바이어스 전극(72) 사이에 제 3 전압(V3)이 걸릴 수 있다. 제 3 전압(V3)은 제 2 전압(V2)보다 높을 수 있다. 또한 제 1 검출 전극(82)과 제 2 검출 전극(84) 사이에는 접촉 저항이 배제된 전압(V0)이 걸릴 수 있다. 제 1 검출 전극(82), 제 2 검출 전극(84), 전압 측정 부(40)는 전류의 흐름이 없이 전압, 즉, 접촉 저항이 배제된 전압(V0)을 측정할 수 있다. 따라서, 전압 측정 부(40)접촉 저항이 배제된 전압(V0)을 측정할 수 있다. 프로세서(20)는 검출된 접촉 저항이 배제된 전압(V0)과 전류를 이용하여 피부(90)의 제 2 생체 저항(RS2)을 계산할 수 있다.The first detecting
이와 달리, 오픈 회로 전압(V0)은 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 전압(V3)과 제 1 바이어스 전극(72)과 제 1 검출 전극(82) 사이의 전압(V2)의 차에 대응될 수 있다(V0=V3-V2). 제 1 바이어스 전극(72)과 제 2 검출 전극(84) 사이의 전압(V3)은 제 1 접촉 저항(R1), 제 1 생체 저항(RS1), 제 2 생체 저항(RS2), 및 제 3 접촉 저항(R3)에 의해 발생될 수 있다. 제 1 바이어스 전극(72)과 제 1 검출 전극(82) 사이의 전압(V2)은 제 1 접촉 저항(R1), 제 1 생체 저항(RS1), 및 제 2 접촉 저항(R2)에 의해 발생될 수 있다. 접촉 저항의 계산은 바이어스 전극(72, 74) 사이에 전류(I)가 흐를 때 전류 센서(52. 54)로부터 이러한 전류의 값을 읽고, 검출 전극(82, 84)에 의해서 걸리는 전압(V0)를 측정하게 되면 피부 저항 RS2를 프로세서(20)으로부터 계산할 수 있다. Alternatively, the open circuit voltage V 0 may be between the voltage V 3 between the
이러한 피부 저항 측정이 이루어지고, 전체 접촉 저항(R1, R2, R3, R4))이 모두 동일하다고 가정하였을 때 각 전극들(60)에 걸리는 접촉 저항을 프로세서(20)으로부터 계산할 수 있다. 예를 들어 피부의 고유저항(resistivity) 또는 전도도(conductivity)가 모두 같다고 하였을 때, 전극의 패드의 길이가 모두 같은 상황이면 단위 면적은 같다고 볼 수 있다. 따라서 이럴 경우 각 전극(72, 74, 82, 84) 사이의 저항은 모두 전극간의 거리에 의존하는 형태로 도출되며 그 거리로부터 각 전극간의 저항을 계산할 수 있다. 또한 피부의 고유 저항 또는 전도도는 검출 전극 사이로부터 유추될 수 있다. 예를 들어 검출 전극(82, 84) 사이의 거리를 l이라고 하고 하고 저항값이 RS2이고, 피부의 단면적을 A라고 하였을 때 피부의 고유 저항은 r = RS2A/l이된다. 이렇게 측정된 고유 저항으로부터 각 전극간의 저항을 계산할 수 있다.The contact resistance on each
이렇게 계산된 저항으로부터 두 쌍의 생체 신호 전극이 어느 정도 거리를 두고 있을 때 그 사이의 거리에 해당하는 전압을 읽게 되면 실질적으로 나타나는 피부의 저항을 읽을 수 있다.When the two pairs of bio-signal electrodes are separated from each other by the calculated resistance, the voltage corresponding to the distance between them can be read to read the skin resistance that actually appears.
또한 이러한 방법으로 생체 신호를 읽어 드릴 때 이러한 생체 신호가 접촉에 의해서 변이되는 잡음인지 생체 신호 인지를 명확이 구분할 수 있다. 즉, 지속적으로 생체 신호를 측정하고 있을 때 위와 같은 방법으로 지속적인 접촉 저항을 측정하게 되면 접촉 저항이 변화되었을 때 생체 신호에 의한 변화가 아니고 접촉의 변화에 의해서 변화되는 신호임을 교정할 수 있다. In addition, when biosignals are read in this way, it is possible to clearly distinguish whether these biosignals are noise or biosignals that are mutated by contact. That is, if the continuous contact resistance is measured by the above-described method when the bio-signal is continuously measured, it can be corrected that the contact resistance is changed by the contact change rather than the biological signal when the contact resistance is changed.
또한 이러한 방법으로 피부 전도도, 뇌전도(EEC), 심전도(ECG), 근전도(EMG) 등의 생체 신호를 측정하였을 때 그 신호의 변화가 궁극적으로 생체 신호의 변화인지 잡음인지를 구분할 수 있다. In this way, when a biological signal such as skin conductivity, EEC, ECG, and EMG is measured, it is possible to distinguish whether the change of the signal is ultimately a change in biological signal or a noise.
도 5 및 도 6은 도 1의 생체 신호 측정 장치(100)의 일 예를 보여준다.5 and 6 show an example of the
도 5 및 도 6을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)의 한 쌍의 패치 전극들(60)은 기판(200)의 양측으로 연결될 수 있다. 프로세서(20), 전원 공급 부(30), 전압 측정 부(40), 및 전류 측정 부(50)는 기판(200) 상에 배치될 수 있다. 접착제(204)는 기판(200)과 피부(90)를 접착시킬 수 있다. 기판(200)은 피부(90)를 프로세서(20), 전원 공급 부(30), 전압 측정 부(40), 및 전류 측정 부(50)로부터 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 기판(200)은 플렉서블 기판을 포함할 수 있다. 배선들(202)은 한 쌍의 패치 전극들(60)을 프로세서(20), 전원 공급 부(30), 전압 측정 부(40), 및 전류 측정 부(50)에 연결시킬 수 있다. 피부 접착을 위한 접착 테이프 필름들(62)은 피부(90), 패치 전극들(60), 배선들(202) 상에 배치될 수 있다. 5 and 6, a pair of
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the exemplary embodiments or constructions. It can be understood that It is therefore to be understood that the above-described embodiments and applications are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (11)
상기 바이어스 전극들에 연결되고, 상기 생체에 전원 전압을 제공하는 전원 공급 부;
상기 검출 전극들에 연결되고, 상기 바이어스 전극들 사이에 전류가 흐를 때 상기 검출 전극들 사이의 오픈 회로 전압을 측정하는 전압 측정 부; 및
상기 전원 공급 부를 제어하고, 상기 전압 측정 부의 오픈 회로 전압의 측정 신호를 수신하여 상기 검출 전극들과 상기 피부 사이의 접촉 저항과 상관없이 상기 검출 전극들 사이의 상기 피부의 생체 저항을 산출하는 프로세스를 포함하는 생체 신호 측정 장치.A plurality of bias electrodes contacting the skin of a living body; patch electrodes including a plurality of detection electrodes between the bias electrodes;
A power supply connected to the bias electrodes and providing a power supply voltage to the living body;
A voltage measuring unit connected to the detecting electrodes and measuring an open circuit voltage between the detecting electrodes when a current flows between the bias electrodes; And
A process of controlling the power supply unit and receiving a measurement signal of the open circuit voltage of the voltage measurement unit and calculating the bioelectrical resistance of the skin between the detection electrodes regardless of the contact resistance between the detection electrodes and the skin Wherein the bio-signal measuring device comprises:
상기 검출 전극들은 상기 바이어스 전극들의 면적보다 작은 면적을 갖는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the detection electrodes have an area smaller than an area of the bias electrodes.
상기 검출 전극들 사이의 거리는 상기 검출 전극들과 상기 바이어스 전극들 사이의 거리보다 작은 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein a distance between the detection electrodes is smaller than a distance between the detection electrodes and the bias electrodes.
상기 전압 측정 부는:
상기 오픈 회로 전압의 직류 성분을 측정하는 직류 전압 측정기; 및
상기 오픈 회로 전압의 교류 성분을 측정하는 교류 전압 측정기를 포함하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
The voltage measuring unit includes:
A DC voltage measuring device for measuring a DC component of the open circuit voltage; And
And an AC voltage measuring device for measuring an AC component of the open circuit voltage.
상기 바이어스 전극들 사이의 전류를 검출하는 전류 센서들을 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And current sensors for detecting a current between the bias electrodes.
상기 전류 센서들은:
상기 전원 공급 부와 상기 바이어스 전극들 중 하나 사이에 배치되는 제 1 전류 센서;
상기 바이어스 전류들 중 다른 하나와 접지 사이에 배치되는 제 2 전류 센서를 포함하는 생체 신호 측정 장치.6. The method of claim 5,
The current sensors include:
A first current sensor disposed between the power supply and one of the bias electrodes;
And a second current sensor disposed between the other one of the bias currents and the ground.
상기 프로세서는 상기 제 1 전류 센서의 전류와 상기 제 2 전류 센서의 전류의 평균 전류를 산출하고, 상기 평균 전류와 오픈 회로 전압으로부터 상기 저항을 계산하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 6,
Wherein the processor calculates the average current of the current of the first current sensor and the current of the second current sensor and calculates the resistance from the average current and the open circuit voltage.
상기 복수개의 전극들을 상기 피부 상에 부착하는 테이프 필름을 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
And a tape film for attaching the plurality of electrodes to the skin.
상기 복수개의 전극들의 각각은:
하부 전극; 및
상기 하부 전극 상의 상부 전극을 포함하는 생체 신호 측정 장치.The method according to claim 1,
Each of the plurality of electrodes comprising:
A lower electrode; And
And an upper electrode on the lower electrode.
상기 상부 전극은 도전성 불순물을 갖는 하이드로 젤을 포함하는 생체 신호 측정 장치.10. The method of claim 9,
Wherein the upper electrode comprises a hydrogel having a conductive impurity.
상기 도전성 불순물은 탄소나노튜브, 그래핀, 또는 그라파이트를 포함하는 생체 신호 측정 장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the conductive impurity includes carbon nanotubes, graphene, or graphite.
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