KR20220114749A - 의류형 동물생체신호 측정 장치 - Google Patents

의류형 동물생체신호 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동물의 털을 깎거나 집게를 사용하지 않으면서 동물의 자유로운 활동 환경에서 심전도를 측정하기 위한 의류 형태의 동물 심전도 측정 장치와 구조를 제공한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 심장부근 동물의 털에 물을 묻히고, 그 위에 유연성 전극을 포함한 신축성 의류를 덮어서 동물의 심전도 신호를 수신하는 장치를 개발하였다. 수신된 신호는 증폭되어 무선통신디바이스를 통해 스마트폰이나 컴퓨터로 전달되어 분석된다.

Description

의류형 동물생체신호 측정 장치{Harness type animal electrocardiogram measuring device}
본 발명은 동물 심전도 측정 장치에 관한 것이다.
동물은 사람과 달리 몸이 긴 털로 덮여 있기 때문에 통상 사람보다 심전도와 근전도 같은 생체신호 측정이 어려웠다. 동물의 심전도와 같은 생체신호를 측정하기 위해서는 피부에 전극을 물리거나 털을 깎고 점착성이 있는 패치를 부착하여야 했다. 통상 전선이 달려있는 클립이나 패치를 피부에 부착시켜 사용하는데, 전선으로 활동이 자유롭지 못했다.
최근 들어서는 사람의 경우에도 활동의 자유를 보장하며 심박수 또는 심전도를 측정하기 위하여 전선이 없는 무선 생체신호 측정 의류 개발이 많이 이루어졌고 상용화되었다.
WO/2017/075703의 특허를 보면 가슴을 압박하는 밴드의 안쪽에 카본 소재를 바탕으로 하는 전도성 고무 전극을 부착하여 심박수를 획득하는 기술이 출원되었으며, EP 1097673 B1 에서도 카본 소재를 바탕으로 한 전도성 고무 전극을 안쪽에 부착한 심박수 측정 스포츠브라를 선보였다.
하지만 이와 같은 기술들은 모두 피부가 노출된 상태에서 사용 가능한 기술로서 털이 있는 동물에 그대로 적용할 수는 없는 기술들이다.
종래의 심전도를 측정하기 위한 측정 수단들의 경우 인체의 피부에 전극이나 센서를 고정시켜 심전도를 획득해야 하는데, 동물의 경우 털에 의해 심전도 센서나 전극이 피부층까지 접촉하기 어려워 정확한 심박수나 심전도 측정이 어려운 문제가 있어 왔다.
EP 1097673 B1 WO/2017/075703
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 동물의 털을 깎거나 집게를 사용하지 않으면서 동물의 자유로운 활동 환경에서 심전도를 측정하기 위한 장치와 구조를 제공한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로 심장부근 동물의 털에 물을 묻히고, 그 위에 유연성 전극을 포함한 신축성 동물 의류를 입혀서 동물의 심전도 신호를 수신하는 장치를 개발하였다. 유연성 전극은 2개 이상으로 이루어져 있고, 유연성 전극의 한쪽 끝은 물이 묻고 다른 한쪽 끝은 심전계 측정 디바이스에 연결되어서 물을 통해 수신한 동물의 심전도 신호를 다른 끝의 심전계 측정 기능의 무선통신디바이스에 전달한다. 심전계 측정 무선통신디바이스는 신호의 증폭과 필터링, 무선 송수신을 맡은 장치이며, 디바이스에서 방출된 무선 신호는 컴퓨터, 스마트폰과 같은 분석장치로 전송되어 최종적으로 심전계가 프로그램으로 분석된다.
본 발명에 의한 동물생체신호 측정 방법은 털에 물을 묻힘으로써 동물의 피부를 털 밖으로 연장시키는 효과를 나타내서 털 밖에서도 동물 심전도를 측정할 수 있다. 이와 같은 기술을 이용하여 평평한 필름형태 전극을 통하여서도 동물생체신호, 특히 심전도를 측정할 수 있다.
본 발명의 기술을 사용하면 기존과 달리 집게나 패치를 이용하지 않음으로써 전선 없이 밴드나 강아지용 하네스 형태의 심전도 측정 장치 제작이 가능해서 자유로운 활동 환경에서 동물심전도 측정이 가능하다.
도1 개 심전도 측정 시 물을 묻히는 위치 개략도
도2 개의 심전도 측정 의류 착용 예시
도3 동물 심전도 측정 의류의 단면도
도4 동물 심전도 측정용 의류의 내면 평면도
도5 동물 심전도 측정용 의류의 외면 평면도
도6 동물 심전도 측정용 의류 제작 1단계
도7 동물 심전도 측정용 의류 제작 2단계
도8 동물 심전도 측정용 의류 제작 3단계
도9 동물 심전도 측정용 의류 제작 4단계
도10 동물 심전도 측정용 의류 제작 5단계
도11 동물 심전도 측정용 의류 제작 6단계
도12 동물 심전도 측정용 의류 제작 7단계
도13 측정된 개의 심전도 그래프
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로 신축성의류, 유연성 전극, 디바이스 전극핀 연결부, 전도성덮개, 절연덮개, 벨크로, 측정용 무선통신디바이스로 구성된 동물 심전도 측정 의류를 개발하였다.
신축성 의류는 전기절연성의 스판텍스 원단이나 라텍스 재질로 만들어진 동물의 앞발을 낄 수 있고, 목이나 몸통을 감쌀 수 있는 구조의 동물용 의류를 말한다. 통상 강아지 옷, 고양이 옷, 강아지/고양이 하네스로 불리운다. 그 구조는 도4와 도5에 잘 나타나고 있으며, 도2와 같이 착용된다. 이때 동물의 앞발을 끼는 구멍은 작은 것 2개 이거나, 큰 것 하나일 수 있다. 큰 것 하나의 구멍을 만드는 경우는 타원형과 같이 길게 만들어 동물의 앞 발 2개가 모두 하나의 구멍에 들어가게 착용시키는 구조이다.
적합한 신축성 의류 원단에는 우레탄 고무가 들어가 있는 직물소재인 스판덱스나 라텍스 고무를 필름형태로 뽑아낸 라텍스 필름이 적합하다.
본 발명의 목적에 적한한 신축성 의류는 신축성 30%에서 300% 사이가 동물에 착용 시켰을 때 압박감이 적고 전극의 물에 젖은 털에 대한 밀착력이 우수하다.
유연성 전극은 전도성 폴리머와 전도성 고무 소재가 적합하다. 전도성 폴리머는 폴리아세틸렌, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이 오펜(polythiophene), poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT), 폴리아닐린(polyaniline) 등을 사용할 수 있으며, 전도성 고무 소재는 천연고무(atural Rubber), 부타디엔 고무(utadiene Rubber), 스틸렌부타디엔 고무(tylrene Butadiene Rubber), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(crylonitrile Butadiene Rubber), 수소화니트릴부타디엔 고무(ydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), 클로로프렌 고무(hloroprene Rubber), 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, 부틸고무(Isobutylene Isoprene Rubber), 클로로술푼화 폴리에틸렌 고무(Chlorosulfonated Polyethlene), 아크릴 고무(Acrylic Rubber), 실리콘 고무(Silicone Rubber), 불소 고무(Fluoro Rubber), 아플라스(Tetrafluoroethylene-Propylene), 과불소고무(Perfluoro Rubber) 등에 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 흑연, 탄소섬유 분말, 판상 은, 은나노와이어 등을 혼합하여 사용할 수 있다.
유연성 전극은 직사각형의 필름 형태가 적합하다. 코너에 의한 피부 손상 방지를 위해 모서리를 R2 이상으로 둥글게 해주는 것이 좋다. 유연성 전극의 두께는 밀착성 향상과 동물이 움직임에도 밀착이 잘 이루어지도록 얇게 만드는 것이 좋으며, 상기 소재들을 사용할 경우 Shore A 경도로 60 이하에 500um 이하가 적합하다. 유연성 전극은 저항이 낮을수록 신호전달에 유리하지만, 두께 100um에서 면저항이 1kΩ 이하면 신호전달에 적합하다.
심전도 측정을 위해서는 폭은 5mm 이상이어야 신호 강도가 잘 나오며, 폭 30mm 이상일 경우 신호 강도의 증가는 없고 노이즈의 증가가 커서 적합하지 않다. 길이는 10mm 이상에서 신호 강도가 잘 나오며, 최대 크기는 동물의 가슴둘레에 따라 조절이 필요하다.
디바이스 전극핀 연결부는 디바이스의 전극핀과 유연성 전극을 전기적으로 연결하는 기능과 디바이스를 신축성 의류에 고정시키는 기능을 갖는다. 디바이스 전극핀 연결부는 금속으로 제작되며, 스프링을 갖춰서, 디바이스의 전극핀을 고정시킨다. 산화방지와 전기적 접촉저항 감소를 위해 은도금, 금도금, 크롬도금 등의 내부식성 도금을 할 수 있다.
전도성 덮개는 디바이스 전극핀 연결부와 유연성 전극 간의 전기적 연결을 돕는 부품으로 디바이스 전극핀 연결부와 유연성 전극 간의 접촉부가 설계상 접촉면적이 5제곱밀리미터가 안 될 시 사용하는 것이 좋다. 그 이상일 경우에는 전기적 접촉이 원활하므로 전도성 덮개가 꼭 필요하지는 않다. 디바이스 전극핀 연결부와 유연성 전극 간의 접촉면적이 작을 경우 디바이스 전극핀 연결부 보다 큰 면적의 전도성 덮개를 유연성 전극의 일부까지 덮도록 제작하여 전기적 연결을 도와주는 것이 좋다. 디바이스 전극핀 연결부와 유연성 전극, 전도성 덮개 3개 부품 간의 접착제는 따로 없으며, 후술하는 절연덮개의 접착력에 의해 연결되게 된다. 전도성 덮게는 전기전도성이 우수한 금속필름 또는 금속이 코팅되거나 내부에 다량 함유된 플라스틱 필름을 사용하는 것이 좋다.
절연덮개는 방수직물 또는 플라스틱 필름 또는 고무 필름의 한 면에 접착제를 바른 것으로 디바이스 전극핀 연결부와 전도성 덮개를 모두 덮으며, 유연성 전극의 일부를 덮어서 유연성 전극 외에는 털에 묻힌 수분과 접촉하지 못하도록 막아주는 기능을 한다. 따라서 절연덮개는 방수가 이루어져야 하며, 접착력이 우수하여야 한다.
절연덮개는 신축성 의류의 양면에 부착되며, 유연성 전극이 없는 한 면에서는 전극핀 연결부의 일부와 의류의 일부를 함께 덮고 접착되어서 전극핀 연결부가 의류와 분리되지 않도록 고정시켜준다. 이때 절연덮개의 일부는 뚫려서 디바이스 전극핀이 통과할 수 있도록 해준다.
벨크로는 신축성 의류가 동물이 가슴에 잘 밀착될 수 있도록 신축성 의류의 부착 길이를 쉽게 조절할 수 있도록 해준다. 벨크로의 거친 부분은 의류의 외면에 부착되어야 하며, 부드러운 부분은 의류의 내면에 부착되어야 한다.
측정용 무선통신디바이스는 신호증폭 소자와 필터링 소자, 무선통신소자를 기본으로 구성된다. 신호증폭 소자는 동물에서 측정되는 1mV 내외의 신호를 100 ~ 10,000배 증폭하여 무선통신소자가 받아들일 수 있는 크기로 만들어준다. 필터링 소자는 상용 전력에서 나오는 50Hz와 60Hz 신호가 통신소자로 들오가지 못하도록 필터링 해준다. 무선통신소자는 디지털화된 심전도 신호의 크기값을 1 ~ 100mS 주기로 발신한다.
스마트폰 내지 컴퓨터에서 블루투스, 와이파이 등의 무선통신으로 심전도 신호를 수신하여 분석할 수 있다. 측정 디바이스는 전극핀이 2개 이상 나와 있어서 의류에 부착된 디바이스 전극핀 연결부와 1:1로 결합한다.
이하 도면과 함께 동물 심전도 측정 의류의 착용 방법과 제작 과정을 설명한다.
도1은 개 심전도 측정 시 물을 묻히는 위치 개략도로써 심장을 중심으로 좌측과 우측에 각각 5cm 이상 떨어진 위치에서 직경 20mm 이상으로 물을 묻히는 것이 좋다. 이때 물의 양에 대한 기준은 털 길이와 밀도의 차이로 정하지 않으며, 충분히 묻히되 심장이 있는 중앙 방향으로 흘러내리지 않도록 해준다.
도2는 개의 심전도 측정 의류 착용 예시로써 의류가 앞발 주변을 모두 에워싸도록 착용시키면 된다. 착용 시에는 신축성 의류를 동물의 가슴둘레 대비 10 ~ 30% 가량 작게 잡고, 당겨서 벨크로로 고정시켜서 유연성 전극이 가슴에 밀착되도록 해주는 것이 좋다. 유연성 전극의 절연덮게 밖으로 노출된 부분 중 50% 이상은 물에 젖은 털을 덮고 있어야 한다.
도3은 동물 심전도 측정 의류의 길이방향 중앙 단면도이다. 310의 전극핀은 230의 디바이스 전극핀 연결부에 고정된다. 전극핀과 연결부는 2개 이상이 일 수 있으며, 1 : 1로 결합한다.
도4는 동물 심전도 측정용 의류의 내면 평면도로 외부에서는 210의 신축성 의류와 220의 유연성 전극, 240의 절연덮게, 250의 부드러운 벨크로 부분만 보인다.
도5는 동물 심전도 측정용 의류의 외면 평면도로 230의 디바이스 전극핀 연결부와 270의 절연덮게와 250의 거친 벨크로 부분만 보인다.
도6은 동물 심전도 측정용 의류 제작 1단계로 스판덱스나 라텍스 원단에 유연성 전극 부착 이미지이다. 이때 부착 방법은 전도성 폴리머나 전도성 고무소재를 직접 코팅하고 굳히는 방법과 TPU 또는 실리콘계와 같은 신축성 있는 접착제로 부착하는 방법이 있다.
도7은 동물 심전도 측정용 의류 제작 2단계로 중앙부에 유연성 고무와 원단를 관통하는 구멍을 뚫었다. 이는 유연성 전극에서 모은 심전도 신호를 의류의 뒷면으로 보내기 위한 준비작업이다.
도8은 동물 심전도 측정용 의류 제작 3단계로써 중앙의 관통 구멍에 230 디바이스 전극핀 연결부를 꽂았다. 디바이스 전극핀 연결부는 T자 모양으로 좁은 끝부분이 유연성을 전극을 향하도록 꽂아주었다.
도9는 동물 심전도 측정용 의류 제작 4단계로써 전도성 덮게를 덮어주었다. 상기 설명과 같이 유연성 전극과 디바이스 전극핀 연결부의 접촉면적이 커서 필요하지 않을 경우 생략할 수 있다.
도10은 동물 심전도 측정용 의류 제작 5단계로써 절연 덮게로 디바이스 전극핀 연결부와 전도성 덮게 및 유연성 전극 일부를 덮어주었다. 접착제를 사용하며, 접착제는 절연이어야 한다.
도11은 동물 심전도 측정용 의류 제작 6단계로써 도10의 절연덮게 부착면 반대면에도 절연덮게를 부착시킨 이미지이다. 270은 디바이스 전극핀 연결부와 의류의 일부를 덮으면서 고정시킨다. 절연덮게가 디바이스 전극핀 연결부 덮은 부분 중 일부는 뚫려 있다.
도12는 동물 심전도 측정용 의류 제작 7단계로써 신축성 의류 양끝에 벨크로를 부착하였다. 부착은 접착제 또는 실로 결합한다.
도13은 측정된 개의 심전도 그래프로서 심장 이상이 없는 5살, 3kg, 시츄 종의 1채널 심전도 측정의 그래프이다. 기존 유선 심전계와 동일한 R 피크 강도와 간격을 보여준다.
동물 심전도 측정은 심장병 진단과 조기 발견에 유용한 기술이다. 특히, 개의 심장질환 사망은 평균으로 전체 사망의 15%를 차지하고, 견종에 따라 30%에 이르는 경우도 있어서 심전도 검사를 통한 심장병의 조기 발견은 개의 수명을 늘리고, 건강한 노년의 삶을 보장하는데 중요한 진단이다. 본 발명인 유연성 동물생체신호 측정장치는 주요하게는 동물의 심전도를 기존보다 편리하고 빠르게 측정하여, 동물 수명 향상에 기여한다.
110 : 심전도 측정 시 털에 물을 묻히는 위치
210 : 신축성 의류
220 : 유연성 전극
230 : 디바이스 전극핀 연결부
240 : 절연덮개
250 : 벨크로
260 : 전도성덮개
270 : 절연덮게
300 : 무선통신디바이스
310 : 디바이스 전극핀

Claims (6)

  1. 유연성 전극, 디바이스 전극핀 연결부, 절연덮개, 벨크로가 부착된 신축성 의류와 신축성의류에 부착 가능한 무선통신디바이스로 구성된 동물 심전도 측정 장치
  2. 청구항 1에 있어서, 유연성 전극은 천연고무(atural Rubber), 부타디엔 고무(utadiene Rubber), 스틸렌부타디엔 고무(tylrene Butadiene Rubber), 아크릴로니트릴부타디엔 고무(crylonitrile Butadiene Rubber), 수소화니트릴부타디엔 고무(ydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), 클로로프렌 고무(hloroprene Rubber), 에틸렌 프로필렌 고무(Ethylene Propylene Rubber, 부틸고무(Isobutylene Isoprene Rubber), 클로로술푼화 폴리에틸렌 고무(Chlorosulfonated Polyethlene), 아크릴 고무(Acrylic Rubber), 실리콘 고무(Silicone Rubber), 불소 고무(Fluoro Rubber), 아플라스(Tetrafluoroethylene-Propylene), 과불소고무(Perfluoro Rubber) 중 1종 이상과 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene), 흑연, 탄소섬유 분말, 판상 은, 은나노와이어 등의 전도성 필러 1종 이상을 포함하는 전기전도성 고무소재인 동물 심전도 측정 장치
  3. 청구항 1에 있어서, 유연성 전극은 폴리아세틸렌, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리싸이 오펜(polythiophene), poly(3,4-ethylene dioxythiophene) (PEDOT), 폴리아닐린(polyaniline) 등의 전도성폴리머 소재 1종 이상을 포함하는 동물 심전도 측정 장치
  4. 청구항 1에 있어서 유연성 전극은 면저항 1kΩ 이하인 동물 심전도 측정 장치
  5. 청구항 1에 있어서, 무선통신디바이스 전극핀 연결부와 유연성 전극을 전기적으로 연결하는 전도성 덮개가 추가된 동물 심전도 측정 장치
  6. 청구항 5에 있어서, 전도성 덮게는 금속필름 또는 금속이 코팅되거나 내부에 함유된 플라스틱 필름인 동물 심전도 측정 장치
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EP1097673B1 (en) 1999-11-05 2008-10-01 Polar Electro Oy Method and arrangement for heartbeat detection
WO2017075703A1 (en) 2015-11-02 2017-05-11 Omsignal Inc. Biosensing garment

Patent Citations (2)

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