KR20220073068A - 스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생체 신호를 측정할 신체의 각 부위에 맞춰 전극만 설치하고 신호선을 없는 스마트 의복을 사용하고, 생체 신호를 검출할 수 있는 디바이스를 복수 전극 중에 선택적으로 부착하여 부착한 전극을 통해서만 생체 신호를 검출하게 함으로써, 스마트 의복의 착용감 저하, 신호선을 설치할 시의 잡음 유입, 디바이스의 이탈 문제를 해결하고, 하나의 스마트 의복을 착용한 후 다양한 운동을 하며 운동에 따른 근전도를 검출할 수 있게 한 스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템에 관한 것이다.

Description

스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템{BIOLOGICAL SIGNAL MEASURING SYSTEM COMBINDED WITH SMART CLOTHES}
본 발명은 생체 신호를 측정할 신체의 각 부위에 맞춰 의복에 전극만 설치하고, 신호선은 의복에 전혀 사용하지 아니하고, 생체 신호를 검출할 수 있는 디바이스를 복수 전극 중에 선택적으로 부착하여 부착한 전극을 통해서만 생체 신호를 검출하게 하며, 필수 휴대 용품이 되는 스마트폰을 통해 분석 결과를 모니터링할 수 있게 한 스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템에 관한 것이다.
생체 신호를 검출하기 위해 신체에 접촉시키는 전극은 신체와의 밀착성과 위치 고정성에 따라 검출 정확성이 좌우되므로, 패치형으로 구성하여 신체 부위에 접착할 수 있는 전극 패치를 많이 사용하여 왔다.
그런데, 전극 패치는 착용감이 좋지 않을 뿐만 아니라, 신체의 움직임이나 땀에 의해서 들뜨거나 신체로부터 떨어져 나갈 수 있고, 밀착시킬 수 있는 신체 부위도 제한적이며, 전극 패치를 통해 생체 신호를 검출하는 디바이스를 노출시킨 신호선으로 연결하여야만 하여서 이용할 수 있는 환경도 제한적일 수밖에 없었다.
전극 패치의 대안으로, 전극과 디바이스를 설치한 밴드가 있으나, 전극 패치의 단점을 일부 해소하는 정도에 불과하였다.
최근에는 전극과 디바이스를 설치하지만 일반 의복처럼 신체 착용할 수 있는 스마트 의복에 대해 관심이 높아지고 있다.
스마트 의복는 등록특허 제10-0863064호 및 공개특허 제10-2020-0011718호에 개시된 바와 같이 생체 신호를 검출할 신체 부위에 맞춰 고정한 복수의 전극과, 신체에 착용할 시에 불편함을 최소한으로 줄일 수 있는 위치에 고정한 디바이스와, 전극과 디바이스 사이를 연결하는 신호선을 구비한 의복으로서, 전극을 압박하기 위해서 신축성이 뛰어난 섬유 소재를 사용한다. 이에 따라, 신호선도 신축성 및 탄성 특성을 갖도록 구성한다.
하지만, 스마트 의복은 신호선을 매우 길게 조성함에 따라 신호선에서 잡음이 발생하고, 신호선이 손상되기 쉬우며, 신호선을 보호하는 구조를 갖도록 의복을 제작하여야만 하여 착용감이 저하되고, 그럼에도 신체에 착용한 상태에서는 물론이고 세탁할 시에 파손되기 쉽다.
또한, 디바이스를 이용하여 신체 각 부위의 생체 신호를 동시에 검출할 수는 있어도, 전극의 개수만큼 신호선의 개수도 늘어나 제작하는 데 어려움이 있고, 디바이스의 부피 및 중량도 커져서 신체에 착용한 상태로 운동할 시에 많은 불편함을 준다. 특히, 근전도를 검출할 시에는 운동 종목에 따라 정해진 근육의 근전도만 검출하여도 되므로, 필요 이상의 근전도를 검출하는 불합리적인 면도 있다.
KR 10-0863064 B1 2008.10.06. KR 10-2020-0011718 A 2020.02.04.
따라서, 본 발명은 신호선을 사용하지 아니하며 전극만 설치한 스마트 의복을 사용하고, 소형 경량화한 디바이스를 적재적소의 전극에만 부착하여 생체 신호를 검출하고 분석하며 모니터링할 수 있는 스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템을 제공하는 데 목적을 둔다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템에 있어서, 복수의 생체 전극(120)을 2개씩 한쌍을 이루며 의복(110)에 결합하여 구성하되, 각각의 생체 전극(120) 쌍은 의복(110)을 신체에 착용할 시에 생체 신호를 측정할 수 있는 각각의 위치에 분산 배치되고, 의복(110)의 내측면에 노출시킨 검출 전극(121)과, 의복(110)의 외측면에 노출시킨 단자(122)를 의복(110)을 사이에 두고 상호 마주하며 이어지게 구성된 스마트 의복(100); 한쌍의 생체 전극(120)의 단자(122)에 일대일 탈부착할 수 있는 2개의 커넥터(210)와, 2개 커넥터(210)에 전기적으로 연결된 2개 검출 전극(121)를 통해 생체 신호를 검출하기 위한 신호 처리부(220) 및 검출한 생체 신호를 송신하기 위한 송신부(230)를 포함하고, 커넥터(210)을 하나씩 설치한 2개 커넥터 고정체(201, 202)를 가요성 연결 부재(203)로 연결한 구조를 갖추며, 부착할 생체 전극(120) 쌍을 바꿔가며 사용하게 할 적어도 1개 이상의 디바이스(200); 및 상기 디바이스(200)에서 송신하여 수신하게 되는 생체 신호 또는 생체 신호의 분석 결과를 출력하는 수신 단말(300);을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 수신 단말(300)은 복수의 상기 생체 전극(120) 쌍 중에 상기 디바이스(200)를 부착하여야 할 생체 전극(120) 쌍의 위치를 안내할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 단자(122)의 겉표면 또는 주변의 의복(110) 외측면에는 복수의 상기 생체 전극(120) 쌍을 구분하기 위한 식별 기호(124)가 표시되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 디바이스(200)의 신호 처리부(220)는 상기 생체 전극(120)과 신체 사이의 리드오프(lead-off) 상태를 감지하는 리드오프 검출부(221)를 구비하여, 리드오프 상태가 감지될 시에 알람 신호를 상기 수신 단말(300)에 전달하여 알람하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 커넥터(210)는 스냅 버튼 방식으로 결합하는 암 커넥터부(211)와 수 커넥터부(212)로 구성하되, 암 커넥터부(211)를 상기 디바이스(200)의 커넥터 고정체(201, 202)에 구비하고, 수 커넥터부(212)를 암 커넥터부(211)에 탈부착하며 상기 단자(122)에 부착할 수 있게 하여, 신체 피부에 직접 부착하는 전극 패치에 암 커넥터부(212)를 고정하여 사용할 수 있게 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 신호선 없이 생체 전극만 생체 신호를 검출할 신체 부위에 맞춰 구비한 스마트 의복을 사용하고, 디바이스를 어느 부위든 한쌍의 생체 전극을 선택하여 탈부착하게 하며, 디바이스를 소형 경량화하여 밀착시킬 수 있므로, 스마트 의복의 착용 불편함 및 손상을 최소화하고, 잡음 유입을 줄여 생체 신호를 정확하게 검출하고, 격렬한 운동을 하더라도 이탈을 방지하며, 신체 어느 부위의 생체 신호도 검출할 수 있게 하여, 하나의 스마트 의복을 착용한 후 다양한 운동을 하며 운동에 따른 근전도를 검출할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 구성도.
도 2 및 도 3은 생체 전극(120)과 디바이스(200)의 구조를 보여주는 단면도.
도 4는 덮개(111)를 의복(110)에 설치한 실시 예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 전기 신호적 구성도.
도 6은 디바이스(200)의 부착 위치를 알려주는 수신 단말(300)의 사용자 인터페이스(330)의 화면 구성 예.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 사용 상태도.
이하, 본 발명의 실시 예들에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적이고 다양한 예시들을 보여주며 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 범위 내에서 다양한 변경이나 수정을 통해 실시될 수 있음도 분명하므로, 설명하는 실시 예들에 한정되지는 않는다. 그리고, 본 발명의 실시예들은 잘 알려진 부품, 회로, 기능, 방법, 전형적인 상세한 내용에 대해서는 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 추가하여 실시할 수 있으므로, 자세히 기술하지 않기로 한다.
본 발명의 실시 예는 소프트웨어와 하드웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있고, 소프트웨어와 하드웨어 형태는 부품, 모듈, 부 등으로 기술될 수 있고, 기록매체에 구현된 컴퓨터에서 읽을 수 있는 프로그램 코드의 형태로 구현될 수 있다.
구성요소 사이의 연결은 데이터, 신호, 정보 등을 전달하기 위해 유선 연결 또는 무선 연결일 수 있고, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접 연결되어 있는 경우도 포함할 수 있다.
어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1의 구성도를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 신체에 착용할 의복(110)에 복수의 생체 전극(120)을 결합하여 복수의 생체 전극(120)을 의복(110)에 일체화한 스마트 의복(100)과, 스마트 의복(100)에 결합한 복수의 생체 전극(120) 중에 일부를 선택하여 부착하되 탈착 가능하게 하여 부착할 생체 전극(120)을 바꿔가며 사용하게 할 적어도 1개 이상의 디바이스(200)와, 디바이스(200)와 근거리 무선 통신하는 수신 단말(300)을 포함한다.
도 1에 도시한 스마트 의복(100)은 상의와 하의로 분리되어 있으나, 상의와 하의가 이어진 의복이어도 된다.
어느 신체 부위에서든 생체 신호를 검출하기 위해서는 적어도 2개의 상기 생체 전극(120)가 있어야 하므로, 적어도 2개가 한쌍을 이루는 상기 생체 전극(120)이 의복(110)의 각 부위에 분산 배치되도록 의복(110)에 결합되어 있다.
상기 의복(110)에서 상기 생체 전극(120)이 결합되는 위치는 의복(110)을 신체 착용할 시에 생체 신호를 측정할 수 있는 신체 부위를 덮는 각각의 위치로 한다. 상기 생체 전극(120)을 통해 측정할 수 있는 생체 신호는 근전도, 심전도, 맥박 등이 될 수 있고, 생체 신호의 종류에 따라 측정할 수 있는 신체 부위가 상이할 수 있으므로, 상기 스마트 의복(100)으로 착용하여 측정할 생체 신호의 종류에 따라 적절한 위치에 맞춰 상기 생체 전극(120)을 결합한다.
또한, 측정할 생체 신호가 근전도인 경우에는, 신체의 각 부위의 근육 중에 상기 스마트 의복(100)으로 측정할 근육을 선택하여, 선택한 근육별 위치에 적어도 상기 생체 전극(120) 쌍을 결합한다.
도 1은 생체 신호 중에 근전도를 측정할 용도로 상기 스마트 의복(100)을 구성한 실시 예의 도면이다. 즉, 상기 스마트 의복(100)은 신체의 각 근육 중에 선택한 복수의 근육의 위치에 맞춰 복수의 상기 생체 전극(120)을 분산 배치한 것으로서, 대흉근, 전거근, 복사근, 복직근, 승모근, 삼각근, 상완이두근, 상완삼두근 및 완요골근의 위치에 맞춰 상기 생체 전극(120)을 배치한 상의와, 대퇴사두근, 전경골근 및 하퇴삼두근의 위치에 맞춰 상기 생체 전극(120)을 배치한 하의의 실시 예를 보여준다. 여기서, 대흉근, 복직근, 복사근 및 대퇴사두근은 세분화하여서, 세분화한 부위별로 생체 전극(120)이 2개씩 설치되어 있다.
도 1에는 상기 디바이스(200)를 승모근 위치의 상기 생체 전극(120)에 부착하여 사용하는 것으로 예시되어 있으나, 부착할 생체 전극(120)을 바꿔 다른 근육의 위치에 생체 전극(120)을 부착 사용할 수도 있다. 즉, 생체 전극(120)이 배치된 부위에 해당하는 복수의 근육 중에 사용자가 선택한 근육의 생체 신호를 검출하게 할 수 있다. 물론, 심전도, 맥박 등의 생체 신호를 검출한 생체 전극(120)을 상기 도 1의 스마트 의복(100)에 추가 결합할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면 도 1에 도시한 바와 같이 의복(110)의 외측면 중에 상기 생체 전극(120)의 주변 부위에 식별 기호(124)를 표기하여서, 복수의 상기 생체 전극(120)을 구분하여 상기 디바이스(200)을 부착할 생체 전극(120)을 식별할 수 있다. 이러한 식별 기호(124)는 후술하는 바와 같이 상기 생체 전극(120) 중에 의복(110)의 외측면에 구비되는 단자(122)의 겉표면에 표시할 수도 있으나, 단자(122) 겉표면 중에 도전성에 저해되지 않는 면에 표시하는 것이 좋다.
도 2는 생체 전극(120)과 디바이스(200)의 구조를 보여주는 단면도이다.
상기 생체 전극(120)은 의복(110)의 내측면에 노출시켜 신체(10) 피부에 접촉되게 할 검출 전극(121)과, 의복(110)의 외측면에 노출시켜 상기 디바이스(200)를 탈부착할 수 있게 한 단자(122)를 포함한다. 상기 검출 전극(121)과 단자(122)는 각각 도전성을 갖고 있으며, 의복(110)을 사이에 두고 상호 마주하며 의복(110)을 관통하는 연결 부위(123)에 의해 상호 전기적으로 연결된다. 여기서, 검출 전극(121), 단자(122) 및 연결 부위(123)는 도전성 재질로서 물리적으로 일체화한 것일 수도 있다.
상기 검출 전극(121)은 도전성 금속 전극, 도전성 고무 전극, 도전성 섬유 전극 및 도전성 실리콘 전극 중에 어느 하나로 구성될 수 있고, 의복(110)의 내측면보다 약간 돌출되게 형성한다. 상기 검출 전극(121)은 신체(10) 피부의 굴곡에 따라 변형하는 고무탄성 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 전극은 공지된 다양한 구조를 참조하여 구성할 수 있으므로, 상세 설명은 생략한다.
다만, 상기 검출 전극(121), 단자(122) 및 연결 부위(123)는 하나의 도전성 섬유 전극으로 구성하여서, 의복(110)을 관통한 상태로 의복(110)에 재봉하되, 의복(110)의 내외부로 노출된 부위를 돌출시킨 형태, 즉, 의복(110)보다 큰 두께로 도톰한 형태를 갖게 하여서, 검출 전극(121) 및 단자(122)의 기능을 갖게 할 수도 있다.
상기 검출 전극(121)은 신체(10) 피부의 체모를 고려하여, 스마트 의복(100)을 착용한 신체(10) 피부에 닿는 면에 복수의 돌기(121a)를 구비함으로써, 피부에 체모가 있어도 피부에 밀착되게 하는 것이 좋다. 이때의 돌기(121a)는 가느다란 가요성 실 형태로 구성하여서, 군집에 의해 솔 형태를 이루게 할 수 있다. 이러한 솔 형태를 이루는 돌기(121a)는 도전성 코팅층을 표면에 형성하여 구성할 수 있다.
상기 디바이스(200)는 쌍을 이루며 인접한 2개의 생체 전극(120)에 일대일 부착할 커넥터(210)를 구비하며, 이때의 커넥터(210)는 상기 생체 전극(120)의 단자(122)에 부착 및 탈착이 가능한 구조를 갖는다. 이를 위해서, 각각 하나씩의 커넥터(210)을 구비한 2개의 커넥터 고정체(201, 202)를 가요성 연결 부재(203)로 이어지게 구성하여, 신체 피부의 굴곡 또는 움직임에 따라 가요성 연결 부재(203)를 구부리거나 신축하게 하였다. 물론, 후술하는 신호 처리부(220), 송신부(230) 및 전원부(240)은 양측 커넥터 고정체(201, 202)에 분산 수용하고 가요성 연결 부재(203)를 통해 전기적으로 상호 이어지게 할 수 있다.
도 2에 도시한 실시 예에 따르면, 상기 커넥터(210)는 디바이스(200)에 고정 설치한 암 커넥터부(211)와, 암 커넥터부(211)에 탈부착 가능한 수 커넥터부(212)로 구성되어서, 수 커넥터부(212)를 상기 단자(122)에 부착할 수 있게 하였다. 이에 따라, 상기 수 커넥터부(212)와 상기 단자(122) 사이의 부착 방식이 다른 스마트 의복(100)에 대해서도 상기 수 커넥터부(212)를 교체하며 상기 디바이스(200)를 공통으로 사용할 수 있게 한다.
그리고, 도 2에 도시할 바와 같이, 상기 수 커넥터부(212)는 일 면에 돌기를 구비한 원판 형태로 구성하여 일반적으로 전극 패치의 전극 형태를 갖게 하고, 타 면을 상기 단자(122)에 탈부착하게 할 수 있다. 상기 암 커넥터부(211)는 상기 수 커넥터부(212)의 돌기를 끼울 시에 파지하게 하여 전극 패치의 전극에 연결하는 전극 단자의 형태를 갖게 할 수 있다. 이와 같이 상기 수 커넥터부(212)와 암 커넥터부(212)를 스냅 버튼의 결합 방식으로 탈부착할 수 있게 함으로써, 상기 디바이스(200)는 단독으로 신체 피부에 밀착시켜 사용하는 종래의 전극 패치에 상기 암 커넥터부(211)를 직접 부착하여 생체신호를 검출하는 데도 활용할 수 있다.
상기 수 커넥터부(212)와 상기 단자(122)는 각각 상호 면접할 면에 부착 부재(212a, 122a)를 구비하며, 도 2에 도시한 실시 예에 따르면, 부착 부재(212a, 122a)는 도전성 벨크로 후크(hook) 및 도전성 벨크로 루프(loop)로 구성하여 벨크로 결합할 수 있게 하였다.
도면에 도시하지는 아니하였지만, 변형 실시 예로서, 상기 부착 부재(212a, 122a)는 극성이 상이한 도전성 자석으로 구성하여 자석 결합할 수 있게 할 수도 있다. 이때에는 생체 신호를 전달할 도전성 홈과 도전성 돌기로 구성하여 끼움결합하고, 홈과 돌기의 주변을 자석으로 구성할 수도 있다.
다른 변형 실시 예로서, 상기 부착 부재(212a, 122a)는 상기 암 커넥터부(211)와 수 커넥터부(212)의 결합 방식과 동일하게 도전성 홈과 도전성 돌기에 의한 스냅 결합 방식으로 결합하도록 구성할 수도 있다.
도 3은 상기 생체 전극(120)과 디바이스(200)의 구조를 변형한 실시 예의 도면이다.
도 3을 참조하면, 생체 전극(120)의 단자(122)에 조성한 부착 부재(122a)는 스냅 버튼 방식으로 체결할 돌기 형태로 조성되고, 상기 디바이스(200)의 커넥터(210)는 도 2에 도시한 실시 예에서 수 커넥터부(212)를 제외하고 암 커넥터부(211)만으로 구성되어서, 상기 단자(122)를 스냅 버튼 방식으로 상기 커넥터(210)에 결합할 수 있다. 또한, 앞서 언급하였듯이, 암 커넥터부(211)만으로 구성된 커넥터(210)를 전극 패치에 직접 결합하여, 신체에 직접 부착하는 전극 패치에 상기 디바이스(200)를 부착 사용할 수도 있다.
도 4는 덮개(111)를 의복(110)에 구비한 변형 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 덮개(111)는 상기 생체 전극(120)의 단자(122)를 덮은 상태에서 적어도 일측을 의복(110)에 재봉하여 의복(110)으로부터 이탈하지 않게 함으로써, 단자(122)를 덮어 외부 노출되지 않게 하거나 들어올려 단자(122)를 외부로 노출되게 할 수 있다. 이러한 상기 덮개(111)는 상기 디바이스(200)를 부착하지 않은 생체 전극(120)의 단자(122)를 덮어 오염되지 않게 하는 데 이용될 수 있다.
이를 위한 상기 덮개(111)는 인접하여 한 쌍을 이루는 2개 생체 전극(120)을 함께 덮을 수 있게 하고, 각 생체 전극(120)의 단자(122)를 덮을 시에 단자(122)에 접촉되는 부위에 부착 부재(111a)를 구비하여, 단자(122)의 부착 부재(122a)와 결합되게 한다. 단자(122)의 부착 부재(122a)를 벨크로로 구성한 경우에 상기 덮개(111)의 부착 부재(111a)를 벨크로로 구성하여 벨크로 결합할 수 있게 하고, 단자(122)의 부착 부재(122a)를 자석으로 하는 경우에 상기 덮개(111)의 부착 부재(111a)를 자석으로 구성하여 자석 결합할 수 있게 하고, 도 3에 도시한 실시 예처럼 단자(122)의 부착 부재(122a)를 돌기 형태로 구성한 경우에 상기 덮개(111)의 부착 부재(111a)를 홈을 구비하게 구성하여 스냅 버튼 방식으로 결합할 수 있게 한다.
이와 같이 상기 덮개(111)를 의복(110)에 설치한 경우에는 상기 식별 기호(124)를 의복(110)이나 단자(122)에 표시하지 아니하고, 대신에, 생체 전극(120)의 단자(122)를 덮은 상태의 덮개(111)의 외부 노출 면에 표시할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 전기 신호적 구성도이다.
도 5를 참조하면, 상기 디바이스(200)는 2개 커넥터(210)를 통해 생체 신호를 검출하는 신호 처리부(220), 검출한 생체 신호를 무선 송신하는 송신부(230) 및 신호 처리부(220)와 송신부(230)의 동작을 위한 전력을 공급하는 전원부(240)를 포함한다.
2개의 상기 커넥터(210)는 각각 인접한 2개 생체 전극(120)에 일대일로 밀착하여, 인접한 2개 생체 전극(120)의 검출 전극(121)에 접촉된 신체 부위의 생체 전위 신호를 입력받는다.
상기 신호 처리부(220)는 상기 생체 전극(120)과 신체 사이의 리드오프(lead-off) 상태를 감지하는 리드오프 검출부(221)를 구비하여, 리드오프 상태가 감지될 시에 알람 신호를 상기 송신부(230)를 통해 상기 수신 단말(300)에 전달하고, 리드오프(lead-off) 상태가 아니면 2개의 상기 커넥터(210)를 통해 입력받는 생체 전위 신호로부터 생체 신호를 얻어서, 상기 송신부(230)를 통해 상기 수신 단말(300)에 전달한다. 상기 디바이스(200)에 램프나 스피커를 설치하여 알람 신호를 표출하게 할 수도 있다.
리드오프(lead-off) 상태는 생체 전극(120)의 검출 전극(121)이 신체 피부에 밀착되지 않아 생체 신호를 정확하게 측정하지 못한 상태이다. 이러한 리드오프 상태를 감지하기 위한 상기 리드오프 검출부(221)는 2개 생체 전극(120)에 전기적으로 연결된 2개 커넥터(210) 사이의 전압 변화가 통상적인 생체 신호의 파워 수준으로 감지되지 않는 경우에 리드오프 상태로 판정하게 구성할 수 있다. 다른 예로서, 상기 리드오프 검출부(221)는 2개 커넥터(210) 사이에 전류를 흘려주어 측정되는 저항이 미리 설정된 기준 저항(인체 저항)을 초과할 경우 리드오프 상태로 판정하게 구성할 수 있다. 다른 예로서, 상기 리드오프 검출부(221)는 어느 하나의 커넥터(210)를 통해 송출하는 신호가 다른 하나의 커넥터(210)를 통해 감지되지 아니할 시에 리드오프 상태로 판정하게 구성할 수 있다. 이외에도 리드오프 상태를 감지하는 다양한 방법이 알려져 있으므로, 더 이상의 예는 생략한다.
상기 신호 처리부(220)는 상기 리드오프 검출부(221)에서 리드오프(lead-off) 상태가 감지되지 아니하면, 생체 전극(120)의 검출 전극(121)이 신체 피부에 밀착된 것으로 판단하고, 생체 신호를 얻는다. 생체 신호는 2개 커넥터(210)를 통해 검출되는 생체전위 신호를 증폭한 후 차동 연산하여 얻으며, 잡음을 억제하기 위한 다양한 회로 구성을 포함할 수 있음도 잘 알려져 있으므로 상세 설명을 생략한다.
상기 송신부(230)는 상기 수신 단말(300)과 근거리 무선 통신할 수 있는 통신 모듈로 구성하며, 예를 들어 상기 수신 단말(300)을 스마트폰으로 구성한다면, 블루투스 통신 모듈로 구성할 수 있다.
상기 전원부(240)는 예를 들어 충전 가능한 2차 전지로 구성할 수 있다.
상기 수신 단말(300)은 상기 디바이스(200)와 근거리 무선 통신할 수 있는 수신부(310)와, 사용자 입력과 정보 출력을 위한 사용자 인터페이스(330)와, 예를 들어 음성 또는 진동으로 정보를 출력하기 위한 출력부(340)와, 스마트 의복(100)에 구비된 복수의 생체 전극(120) 쌍 중에 상기 디바이스(200)를 부착한 생체 전극(120) 쌍을 안내하는 가이드부(322) 및 상기 디바이스(200)에서 송신하여 수신하는 생체 신호를 분석한 후 분석 결과를 출력하는 분석부(321)를 프로그램적 구성요소로 구비한 프로세서(320)를 포함한다.
또한, 상기 수신 단말(300)는 스마트 의복(100)에 구비된 생체 전극(120)에 표시된 식별 기호(124), 근력 운동할 신체 부위 목록, 운동 종목에 따라 근력 강화되는 근육 명칭을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 수신 단말(300)은 수신부(310), 사용자 인터페이스(330) 및 출력부(340)를 구비하고, 상기 가이드부(322) 및 분석부(321)를 프로그램적으로 구성한 애플리케이션을 설치하여 실행할 수 있는 프로세서를 구비한 스마트폰으로 구성할 수 있다.
도 6은 상기 가이드부(322)에 의해서 상기 사용자 인터페이스(330)에 출력한 화면(350)을 예시한 도면이다.
도 6에 예시한 화면(350)을 참조하면, 상기 가이드부(322)는 근력 운동할 신체 부위 목록(351)을 출력하여 사용자가 신체 부위를 선택하여 입력할 수 있게 하고, 신체 부위 목록(351)에서 사용자가 선택한 신체 부위의 근육을 선정한 후 선정한 근육의 명칭(352)을 출력하고, 선정한 근육에 위치된 생체 전극(120)에 표시되어 있는 식별 기호의 텍스트(353)를 출력하고, 디바이스(200)를 부착할 위치를 보여주는 스마트 의복 이미지(354)를 출력한다.
상기 스마트 의복 이미지(354)를 참조하면, 스마트 의복(100) 이미지 상에 복수의 생체 전극(120) 이미지(355)가 표시되고, 복수의 생체 전극(120) 이미지(355) 중에 디바이스(200)를 부착할 생체 전극(120) 이미지(355)가 디바이스(200) 이미지(356)로 대체되어 있다.
신체의 근육은 일반적으로 좌우 대칭적으로 있으므로, 좌우 근육에 대응되는 생체 전극(120)의 위치 및 식별 기호(124)를 화면(350)으로 안내하는 것이 좋다.
이에 따라 사용자는 화면(350)으로 보여준 생체 전극(120)의 위치 및 식별 기호(124)에 따라 디바이스(200)를 정확하게 생체 전극(120)에 부착한 후 운동할 수 있다.
또한, 화면(350)을 참조하면, 1회 운동 가능한 최대 근력을 의미하는 1RM(one Repetition Maximum)의 값(357)도 표시되고, 1RM(one Repetition Maximum)을 측정하기 위한 버튼(358)과, 1RM(one Repetition Maximum)의 값을 사용자가 직접 입력하는 버튼(359)도 준비되어 있다. 여기서, 1RM(one Repetition Maximum)의 값(357)은 상기에서 선정한 근육에 대한 값이다.
한편, 선정한 근육을 강화하기 위한 운동 종목을 추천하게 할 수도 있다.
변형 실시 예로서, 상기 화면(350)을 통해 운동 종목을 입력하게 하고, 입력한 운동 종목에 따라 강화되는 근육을 선정한 후, 근육 명칭, 식별 기호 및 디바이스(200)를 부착할 위치를 보여주게 할 수도 있다.
변형 실시 예로서, 사용자가 근력 강화할 근육을 직접 입력하게 할 수도 있고, 화면(350) 상의 이미지에 표시된 생체 전극(120) 이미지 중에 적어도 어느 하나를 사용자가 선택하게 하여 근육을 특정하게 할 수도 있다.
상기 분석부(321)는 상기 디바이스(200)에서 송신하여 수신하게 되는 생체 신호 또는 생체 신호의 분석 결과를 사용자가 인지할 수 있도록 상기 사용자 인터페이스(330) 또는 출력부(340)로 출력한다.
본 발명의 실시 예 설명에서는 상기 디바이스(200)로 근전도를 검출하게 하므로, 근전도 또는 근전도에 대해 평가 분석한 결과를 출력한다. 여기서, 근전도를 평가 분석할 시에는 상기에서 상기 디바이스(200)를 부착한 위치로 선정한 근육 종류에 따라 분석한다. 이는, 근육 종류에 따라 근전도가 상이할 수 있기 때문이다.
상기 가이드부(322) 및 분석부(321)에 대해서는 본 발명의 출원인이 출원한 등록특허 제10-1990531호, 공개특허 제10-2020-0119990호 및 공개특허 제10-2020-0119991호에서 개시된 공지 기술을 적용하여 구성할 수도 있다.
예를 들어, 근전도를 분석하는 데 필요한 정보를 메모리에 저장하여 둘 수 있다. 여기서, 근전도 분석을 위한 정보는 근전도와 근력 사이의 상관정보, 근전도와 근 피로도 사이의 상관정보, 상기에서 언급한 1RM(one Repetition Maximum)을 산정하는데 필요한 정보, 최대 근력 강화 효과, 근 비대 효과, 근 파워 강화 효과 및 근 지구력 강화 효과를 얻을 수 있는 근력의 범위 정보 등을 포함할 수 있다. 그리고, 1RM을 측정하기 위해 화면(350) 상의 버튼(358)을 누른 후 검출되는 근전도로부터 1RM을 산정할 수 있고, 운동 중에 검출되는 근전도로부터 근력 및 근 피로도를 상관정보에 따라 획득하고, 근력 운동의 효과를 판정하여 출력할 수 있다. 또한, 좌우 근육의 근전도를 동시에 검출하는 경우에는 좌우 근육에서 검출되는 근전도의 근력 차이에 따라 근 밸런스를 산정하여 출력할 수도 있다.
이와 같이 공지 기술을 적용하여 기능 추가할 수 있음은 자명하므로, 더 이상의 예시나 상세 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시 예에 따른 생체신호 측정 시스템의 특징은 도 7 및 도 8에서 예시한 사용 상태로부터 보다 분명하게 알 수 있다.
먼저, 도 1에 예시한 스마트 의복(100)의 상의를 참조하면, 상체의 다양한 근육 중에 주요 근육으로 선택한 대흉근, 전거근, 복사근, 복직근, 승모근, 삼각근, 상완이두근, 상완삼두근 및 완요골근의 위치에 맞춰 2개의 생체 전극(120)이 한쌍을 이루며 설치되어 있다. 또한, 대흉근, 복직근 및 복사근은 세분화하여서, 세분화한 부위별로 생체 전극(120)이 2개씩 설치되어 있다.
도 7에 예시한 바와 같이 스마트 의복(100)의 상의를 착용한 후 플랫 바벨 벤치 프레스(Flat Barbell bench press) 운동을 할 시에는 이 운동으로 근력 강화할 수 있는 대흉근, 소흉근, 삼각근, 삼두근 중에, 생체 전극(120)이 위치하는 좌우 대흉근 및 좌우 삼각근을 선정하고, 상기한 바와 같이 대흉근 및 삼각근에 맞춰 디바이스(200)를 하나씩 스마트 의복(100)에 부착하도록 안내한다. 즉, 4개의 디바이스(200)를 스마트 의복(100)에 부착하도록 사용자에게 안내한다. 그리고, 운동 중에 대흉근 및 삼각근의 근전도를 좌우 근육으로 구분하며 검출하고, 수신 단말(300)에서 근전도의 분석 결과를 보여준다.
여기서, 스마트 의복(100)은 신호선이 설치되어 있지 아니하고, 오로지 생체 전극(120)만 설치되어 있으므로, 신체 착용한 상태에서 격렬한 운동을 하더라도 신호선의 파손 우려나 신호선에 의한 잡음 우려도 없이 생체 신호를 보다 정확하게 검출할 수 있고, 생체 전극(120)를 근육 부위별로 복수 개 설치하더라도 착용감을 저하되지 아니하게 구성할 수도 있다.
또한, 디바이스(200)는 한쌍의 생체 전극(120)을 통해 근전도를 검출하게 구성하여서 소형 경량화할 수 있고, 각각 커넥터(210)를 설치한 양 커넥터 고정체(201, 202) 사이를 가요성 연결 부재(203)로 연결한 구조에 의해서 신체 굴곡 또는 근육 움직임에 따라 구부러지고 신축하여 양 생체 전극(120)에 견고하게 부착한 상태를 유지하므로, 복수 개의 디바이스(200)를 스마트 의복(100)에 부착한 후 운동하더라도 불편함을 최소화할 수 있고, 움직임이 심한 근육 부위에 부착하더라도 이탈되지 않게 할 수 있어서 신체 어느 부위의 생체 신호도 검출하게 구성 가능하고, 하나의 스마트 의복(100)을 착용한 상태에서 다양한 운동을 하며 각 운동의 생체 신호를 검출할 수도 있게 한다.
도 1에 도시한 스마트 의복(100)의 하의를 참조하면, 대퇴사두근, 전경골근 및 하퇴삼두근을 주요 근육으로 하여 생체 전극(120) 쌍을 설치하였다. 여기서, 대퇴사두근은 외측광근, 대퇴직근 및 내측광근으로 세분화하여 생체 전극(120) 쌍을 설치하였다.
이러한 하의를 착용한 후 도 8에 도시한 바와 같이 달리기 운동을 할 시에는 대퇴직근에 맞춰 디바이스(200)를 스마트 의복(100)에 부착하도록 안내할 수 있다. 물론, 전경골근, 외측광근, 내측광근에 맞춰 디바이스(200)를 추가 부착하도록 안내할 수도 있다. 그리고, 수신 단말(300)은 각각의 생체 전극(120)에서 송신한 근전도 신호를 수신하여 분석한 결과를 보여줄 수 있다. 여기서, 수신 단말(300)은 수신부(310) 및 사용자 인터페이스(330)와, 분석부(321) 및 가이드부(322)를 프로그램적으로 구현한 애플리케이션을 설치할 수 있는 프로세서(320)를 구비하고, 손목에 착용할 수 있는 스마트 워치로 구성할 수 있음을 보여준다.
디바이스(200)는 소형 경량화하고, 구부러짐 및 신축이 가능하므로, 이와 같이 달리기 운동을 함에 따라 생체 전극(120)에 가해지는 진동이 심하더라도, 이탈하지 않고 생체 신호를 정확하게 검출할 수 있다.
한편, 예시한 스마트 의복(100)은 신체의 전방에 있는 근육 부위에 맞춰 생체 전극(120)을 구비하지만, 신체의 후방에 있는 근육 부위에 맞춰 생체 전극(120)을 설치하여 디바이스(200)를 선택적으로 부착하게 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100 : 스마트 의복
110 : 의복 111 : 덮개 111a : 부착 부재
120 : 생체 전극 121 : 검출 전극 121a : 돌기
122 : 단자 122a : 부착 부재 123 : 연결 부위
124 : 식별 기호
200 : 디바이스
201,202 : 커넥터 고정체 203 : 가요성 연결 부재
210 : 커넥터 211 : 암 커넥터부 212 : 수 커넥터부
212a : 부착 부재
220 : 신호 처리부 221 : 리드오프 검출부
230 : 송신부
240 : 전원부
300 : 수신 단말
310 : 수신부
320 : 프로세서 321 : 분석부 322 : 가이드부
330 : 사용자 인터페이스
340 : 출력부

Claims (8)

  1. 복수의 생체 전극(120)을 2개씩 한쌍을 이루며 의복(110)에 결합하여 구성하되, 각각의 생체 전극(120) 쌍은 의복(110)을 신체에 착용할 시에 생체 신호를 측정할 수 있는 각각의 위치에 분산 배치되고, 의복(110)의 내측면에 노출시킨 검출 전극(121)과, 의복(110)의 외측면에 노출시킨 단자(122)를 의복(110)을 사이에 두고 상호 마주하며 이어지게 구성된 스마트 의복(100);
    한쌍의 생체 전극(120)의 단자(122)에 일대일 탈부착할 수 있는 2개의 커넥터(210)와, 2개 커넥터(210)에 전기적으로 연결된 2개 검출 전극(121)를 통해 생체 신호를 검출하기 위한 신호 처리부(220) 및 검출한 생체 신호를 송신하기 위한 송신부(230)를 포함하고, 커넥터(210)을 하나씩 설치한 2개 커넥터 고정체(201, 202)를 가요성 연결 부재(203)로 연결한 구조를 갖추며, 부착할 생체 전극(120) 쌍을 바꿔가며 사용하게 할 적어도 1개 이상의 디바이스(200); 및
    상기 디바이스(200)에서 송신하여 수신하게 되는 생체 신호 또는 생체 신호의 분석 결과를 출력하는 수신 단말(300);
    을 포함하는 스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수신 단말(300)은 복수의 상기 생체 전극(120) 쌍 중에 상기 디바이스(200)를 부착하여야 할 생체 전극(120) 쌍의 위치를 안내하는
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    복수의 상기 생체 전극(120) 쌍은 신체의 각 근육 부위에 분산 배치되게 부착한 것을 포함하고,
    상기 수신 단말(300)은 사용자가 입력한 신체 부위 또는 운동 종목에 따라 근육을 선정하여 상기 디바이스(200)를 부착할 생체 전극(120) 쌍의 위치를 안내하고, 선정한 근육에 따라 분석하고 출력하는
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단자(122)의 겉표면 또는 주변의 의복(110) 외측면에는 복수의 상기 생체 전극(120) 쌍을 구분하기 위한 식별 기호(124)가 표시되어 있는
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 의복(100)은 상기 단자(122)를 덮을 수 있는 덮개(111)를 구비하고, 덮개(111)의 겉표면에는 복수의 생체 전극(120) 쌍을 구분하기 위한 식별 기호(124)가 표시되어 있는
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 디바이스(200)의 신호 처리부(220)는 상기 생체 전극(120)과 신체 사이의 리드오프(lead-off) 상태를 감지하는 리드오프 검출부(221)를 구비하여, 리드오프 상태가 감지될 시에 알람 신호를 상기 수신 단말(300)에 전달하여 알람하게 할 수 있는
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 커넥터(210)는 스냅 버튼 방식으로 결합하는 암 커넥터부(211)와 수 커넥터부(212)로 구성하되, 암 커넥터부(211)를 상기 디바이스(200)의 커넥터 고정체(201, 202)에 구비하고, 수 커넥터부(212)를 암 커넥터부(211)에 탈부착하며 상기 단자(122)에 부착할 수 있게 하여, 신체 피부에 직접 부착하는 전극 패치에 암 커넥터부(212)를 고정하여 사용할 수 있게 한
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 단자(122)와 커넥터(210)는 벨크로 결합, 스냅 버튼 방식의 결합 및 자석 결합 중에 어느 하나의 방식으로 탈부착할 수 있게 하고,
    상기 검출 전극(121)은 도전성 섬유, 도전성 실리콘, 도전성 고무, 도전성 솔 형태 및 도전성 금속 중에 어느 하나로 구성된
    스마트 의복 결합형 생체 신호 측정 시스템.
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