WO2018101786A1 - 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치 - Google Patents

생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode belt device for measuring a bio-signal, and more particularly, it is possible to improve the measurement accuracy according to a stable contact regardless of the volume change of the measurement object, and to maintain the measurement performance even in long-term use and at the same time comfortable wearing Electrode belt device for measuring the biological signal that can feel
  • EIT electrical impedance tomography
  • the plurality of electrodes used for electrical impedance tomography may be applied to a belt in which two or more electrodes are arranged in order to easily contact and maintain the human body.
  • a conductive gel or adhesive is attached around the electrode for stable contact of the electrode, which affects measurement data when used for a long time, or causes problems such as skin irritation or infection depending on the measurement object and the site.
  • An object of the present invention is to provide an electrode belt device for measuring a bio-signal, which can maintain a measurement performance even in a long time use and at the same time feel comfortable wearing.
  • Electrode belt device for measuring the bio-signal is formed of a stretchable material, coupled to the belt body unit and the belt body unit is provided with electrodes that are in contact with the measurement object, the electrode And a circuit unit for receiving an electrical signal relating to the measured impedance of the measurement object, wherein the circuit unit is disposed between the belt body units.
  • the belt body unit and the circuit unit are alternately connected to each other to form a body extending horizontally.
  • the circuit unit is disposed between the belt body units.
  • circuit unit is coupled to both ends of the belt body unit.
  • the belt body unit may include an electrode layer in contact with a measurement object and provided with the electrodes made of an electrically conductive fabric, a circuit layer coupled to the electrode layer and electrically connected to the electrodes, and the circuit.
  • the cover layer is coupled to the layer and includes markers formed in a plurality of colors and patterns corresponding to each of the electrodes.
  • At least one of the electrode layer, the circuit layer, and the cover layer is formed of a stretchable elastic material.
  • a contact portion is formed between the electrode layer and the circuit layer to electrically contact the electrodes and the circuit layer, and the contact portion is a conductive adhesive or a thermo-compression bonding. It is done.
  • the electrodes are arranged spaced apart from each other, the electrodes are electrically connected to the belt body unit through at least one of eyelets, conductive glue, and stitching.
  • circuit layer is provided with a conductor for the power connection of the electrodes and the circuit unit.
  • the conductive yarn is wired in an zigzag embroidery pattern on the circuit layer.
  • the conductive yarn is partly fixed and wired by stitching on the circuit layer to have a length corresponding to the stretch range of the belt body unit.
  • circuit unit is formed of an inelastic material.
  • the circuit unit is provided with a flexible printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the circuit unit supplies a current to the electrodes to measure a voltage signal related to the impedance of the measurement object.
  • the circuit unit includes a circuit for connecting the current injected from the electrical impedance tomography apparatus to any electrode in the belt body unit to inject the body.
  • the circuit unit also includes a plurality of differential amplifier circuits for measuring and amplifying the difference in voltage signals between any two of the electrodes.
  • the internal conductivity and dielectric constant distribution of the measurement object by directly connecting the analog signal of the differential amplification circuit and the current output circuit to an electrical impedance tomography apparatus or by transmitting a demodulation result of the analog-to-digital conversion signal to the main processor. Imaging.
  • the electrode layer may include a contact surface in which the electrodes are provided to contact the measurement object, and the cover layer includes an exposed surface in which the markers corresponding to each of the electrodes are provided to face the contact surface.
  • electrodes that are in contact with a measurement object are provided, circuits and wires electrically connected to the electrodes are provided, and correspond to each of the electrodes.
  • a belt body unit provided with markers formed in a plurality of colors and patterns, and coupled to the belt body unit, receives and amplifies an electrical signal related to an impedance of a measurement object measured by the electrodes to obtain an analog signal for impedance measurement.
  • a circuit unit for generating wherein the belt body unit and the circuit unit are alternately connected to each other to form a body.
  • the belt body unit is formed of a stretchable elastic material.
  • the belt body unit includes a contact surface provided with the electrodes to contact the measurement object and an exposed surface provided with the markers corresponding to each of the electrodes facing the contact surface.
  • circuit unit is formed of an inelastic material.
  • the circuit unit is provided with a flexible printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the circuit unit also includes a plurality of differential amplifier circuits for measuring and amplifying the difference in voltage signals between any two of the electrodes.
  • analog signal is directly connected to an electrical impedance tomography apparatus, or the demodulation of the analog-to-digital conversion signal is transmitted to the main processor to image the internal conductivity and dielectric constant distribution of the measurement object.
  • Electrode belt device for measuring the biological signal the belt unit and the belt unit can be mounted along the circumference of the measurement object to be measured and can be mounted along the circumference of the measurement object, And a cable unit provided with a plurality of electrode parts for forming an internal current distribution by measuring contact with a measurement object and measuring an induced voltage, wherein the belt unit is made of a material that is at least partially stretchable in a length direction. Is provided to be foldable so that it can be folded or unfolded in the longitudinal direction.
  • the belt unit is formed of a silicone material or a fiber-like elastic tube material
  • the cable unit is a flexible printed circuit board having a foldable length to correspond to the stretch range of the belt unit, a fiber belt including a conductive yarn And at least one of a conductive painted polymer substrate.
  • the cable unit extends in the longitudinal direction parallel to the belt unit and a flexible printed circuit board having a modular belt shape so as to be spaced apart and provided with a plurality of electrode parts contactable to the measurement object, a fiber belt including conductive yarns, and conductive materials. It may include at least one of the painted polymer substrate.
  • the belt unit is provided with a plurality of coupling protrusions are spaced apart from each other along the longitudinal direction
  • the electrode unit of the cable unit is provided with a plurality of spaced apart from each other along the longitudinal direction to be coupled to the coupling protrusion to be exposed to the outside
  • the belt The unit and the cable unit may be mutually connectable.
  • the belt unit may have a space vacated in the longitudinal direction, and the cable unit may be inserted into the inner space of the belt unit in the longitudinal direction.
  • the belt unit may be provided with a plurality of exposure holes for exposing the electrode portion of the cable unit inserted therein.
  • the cable unit may be modularized into at least one measurement module with respect to the belt unit, and the at least one measurement module may be interconnected in the longitudinal direction by a connection unit.
  • connection unit may be formed of an elastic material.
  • Electrode belt device for measuring the biological signal at least one having a shape extending in the longitudinal direction to be mounted on the measurement object to be measured, is provided with a stretchable belt unit in the longitudinal direction and the measurement At least one is provided so as to be mounted along the circumference of the object, in contact with the measurement object in the longitudinal direction to form an internal current distribution, and comprises a cable unit provided with at least one pair of electrode for measuring the induced voltage, The cable unit is coupled to the belt unit to be folded or unfolded in the longitudinal direction.
  • the belt unit is formed of a silicon material or a fiber-like elastic tube material
  • the cable unit has a non-flexible printed circuit board piece, a flexible printed circuit board piece, a silicon substrate that is electrically connected to the electrode portion and the electrode portion
  • At least one coupling protrusion penetrating the belt unit is provided in the cable unit, and the coupling protrusion is formed of any one of a fiber, a conductive polymer, or a metal material for mechanical coupling and electrical connection between the belt unit and the cable unit. It may include an electrode.
  • the belt unit has a space vacated inside
  • the cable unit has a foldable length to correspond to the stretch range of the belt unit may be inserted in the longitudinal direction in the inner space of the belt unit.
  • the belt unit may be provided with a plurality of exposure holes for exposing the electrode portion of the cable unit inserted therein.
  • the cable unit may be modularized into at least one measurement module coupled to the belt unit, and the at least one measurement module may be interconnected in the longitudinal direction by a connection unit.
  • connection unit may be formed of an elastic material.
  • the electrode belt device may have an elastically deformable section irrespective of the biological change of the measurement target site of the measurement object, thereby improving contact accuracy with which the electrodes are in contact with the measurement target site, thereby improving measurement accuracy.
  • the electrode belt can be applied to the field of cardiopulmonary function measurement that requires long-term monitoring, for example, a mechanical breathing monitoring device for an intensive care unit or an apnea monitoring device for an infant.
  • the conductive wire may be partially fixed on the belt body unit so that when the belt body unit is elastically deformed in the longitudinal direction, it is possible to implement the multiple signal / power connection while maintaining the elasticity of the belt body unit.
  • the differential amplification circuit is provided in the circuit portion to improve the accuracy of the amplified signal output by sensing the voltage signal difference of any two electrodes among the electrodes.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrode belt device for measuring a biological signal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the electrodes of the electrode belt device for measuring the bio-signal according to an embodiment of the present invention from above.
  • FIG 3 is an exploded cross-sectional view of an electrode belt device for measuring a biosignal according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of markers of an electrode belt device for measuring a biosignal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a circuit layer of an electrode belt device for measuring a biosignal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a form in which a conductive material is partially fixed to a circuit layer of an electrode belt device for measuring a biosignal according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a circuit unit of an electrode belt device for measuring a living body signal, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram schematically illustrating a form of transmitting an analog signal generated in a circuit unit of an electrode belt device for measuring a biosignal according to an embodiment of the present invention to an electrical impedance tomography system.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing an electrode belt device for measuring a bio-signal according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic exploded plan view of an electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of an electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 9.
  • FIG. 12 is a schematic exploded plan view illustrating an operating state in which an electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 10 is extended in a longitudinal direction.
  • FIG. 13 is a plan view schematically illustrating an electrode belt device for measuring a biosignal according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of an electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically illustrating the extended operation state of the electrode belt device for measuring the biosignal shown in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically illustrating an electrode belt device for measuring a biosignal according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a perspective view schematically illustrating a modified example of the electrode belt device for measuring the biosignal shown in FIG. 16.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically showing another modified example of the electrode belt device for measuring the biosignal shown in FIG. 16.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrode belt device for measuring a bio-signal according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view from above of the electrodes of the electrode belt device for measuring a bio-signal according to an embodiment of the present invention
  • 3 is an exploded cross-sectional view of an electrode belt device for measuring a biosignal according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a marker of the electrode belt device for measuring a biosignal according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view illustrating a circuit layer of an electrode belt device for measuring a bio-signal according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for measuring the bio-signal according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the form in which the conductive thread is partially fixed to the circuit layer of an electrode belt apparatus.
  • an electrode belt device 100 for measuring a biosignal may include a belt body unit 10 and a circuit unit 20.
  • the electrode belt device 100 for measuring a biosignal may be formed as a structure that can be mounted on a measurement object as a whole.
  • the electrode belt device 100 for measuring a biosignal described in the present invention is applied to an electrical impedance tomography (EIT), mechanical breathing apparatus, apnea monitoring apparatus, etc. It can be measured.
  • EIT electrical impedance tomography
  • the belt body unit 10 may be provided with electrodes 111 in contact with the measurement object.
  • the belt body unit 10 may be composed of an electrode layer 110, a circuit layer 120 and a cover layer 130.
  • the electrode layer 110, the circuit layer 120 and the cover layer 130 may be formed of a stretchable elastic material (eg, fiber, silicone, rubber, etc.).
  • the electrode layer 110 may be in contact with the measurement object, and electrodes 111 formed of an electrically conductive fabric may be provided.
  • the electrode layer 110 may be provided with a contact surface that is provided with the electrodes 111 to contact the measurement object.
  • the contact surface may be formed of an elastic material that is safe even from friction due to contact with the measurement object.
  • the electrodes 111 provided on the electrode layer 110 may be composed of an electrode structure 113 and a conductive fiber 112 surrounding the electrode structure 113.
  • the electrode structure 113 may have a convex shape on one side and a flat semicircular shape, and the conductive fibers 112a and 112b may have a shape corresponding to that of the electrode structure 113 to form an electrode structure. It may be provided to surround the surface of the 113 (see Fig. 3).
  • the electrodes 111 may be disposed spaced apart from each other on the electrode layer 110.
  • the electrodes 111 may be electrically connected to the belt body unit 10 through any one of eyelets, conductive adhesives, and stitching.
  • any one of eyelets, conductive adhesives, and stitching may be formed in the belt body unit 10 to connect the electrodes 111. That is, the fixing method to the belt body unit 10 may be variously implemented according to the type of the electrodes 111.
  • the circuit layer 120 may be coupled to the electrode layer 110, and wiring and circuits may be implemented to be electrically connected to the electrodes 111.
  • a contact portion 140 may be further included between the electrode layer 110 and the circuit layer 120, and the contact portion 140 may electrically connect between the electrodes 111 and an electrical contact point 222 to be described later.
  • contact 240 may be a conductive adhesive or a thermo-compression bonding.
  • the circuit layer 120 may be provided with a conductive yarn 121 for connecting power between the electrodes 111 and the circuit unit 20 to be described later.
  • the electrical contact point 122 may be provided at a position corresponding to each of the electrodes 111 in the circuit layer 120, and the conductive yarn 121 may be disposed between the electrical contact point 122 and the circuit unit 20. It may be arranged to be electrically connected (see FIG. 5 or 6).
  • the conductive yarn 121 may be wired in a zigzag-embroidery pattern on the circuit layer 120, and as shown in FIG. 6, the conductive yarn 121 may be It may be fixedly wired through the stitching on the circuit layer 120.
  • the conductive thread 121 when the conductive thread 121 is partly fixed on the circuit layer 120, when the belt body unit 10 is elastically deformed in the longitudinal direction, at the same time while maintaining the elasticity of the belt body unit 10
  • the conductive thread 121 may be wired to have a length corresponding to the stretch range of the belt body unit 10.
  • the belt body unit 10 may be elastically deformed in the longitudinal direction due to factors such as volume change according to the biological activity of the measurement object. have.
  • the conductive yarn 121 partially fixedly connected to the belt body unit 10 may be connected to the belt body unit 10 without disconnection, thereby stably measuring the impedance of the measurement object.
  • the cover layer 130 may be combined with the circuit layer 120, and markers 131 formed in a plurality of colors and patterns corresponding to each of the electrodes 111 may be provided.
  • the cover layer 130 may be provided with an exposed surface on which the markers 131 are provided.
  • the apparatus may include a photographing apparatus (eg, a 3D camera) (not shown) for capturing the markers 131 to obtain a 3D image.
  • the photographing apparatus may include an electrode belt device 100.
  • the 3D model image of the worn portion may be output.
  • the photographing apparatus may acquire three-dimensional volume information of the measurement target region of the measurement object from the information of the two-dimensional images including the markers 131 formed of a plurality of colors and patterns having the actual size. have.
  • the circuit unit 20 may be coupled to the belt body unit 10, and may supply a current to the electrodes 111 to measure a voltage signal regarding an impedance of the measurement object.
  • the circuit unit 20 and the belt body unit 10 may be coupled in an eyelet manner.
  • the circuit unit 20 may be formed of a material that is not stretched.
  • the circuit unit 20 may be provided as a flexible printed circuit board (PCB) having a switching line.
  • PCB flexible printed circuit board
  • the circuit unit 20 is not limited to the flexible printed circuit board and may be provided with various non-elastic materials that may be provided with a switching line and not stretched.
  • the circuit unit 20 may have a form in which the belt body unit 10 is alternately disposed along the length direction. Referring to FIG. 1, although two circuit units 20 are illustrated on an electrode belt device 100 for measuring a single bio-signal, the present invention is not limited thereto and alternately disposed with the belt body unit 10. Any form may be possible.
  • the belt body unit 10 and the circuit unit 20 may be alternately connected to each other to form one body (the electrode belt device 100). More specifically, the circuit unit 20 may be disposed to be coupled between the belt body unit 10, or may be a form in which the circuit unit 20 is coupled to both ends of the belt body unit 10.
  • the circuit unit 20 will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8 to be described later.
  • FIG. 7 is a view showing a circuit unit of the electrode belt device for measuring the bio-signal according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 is a circuit unit of the electrode belt device for measuring the bio-signal according to an embodiment of the present invention Is a block diagram schematically illustrating a form of transmitting an analog signal generated in the present invention to an electrical impedance tomography system.
  • the electrode belt device 100 for measuring the biosignal may include a circuit unit 20.
  • the circuit unit 20 may be provided as a flexible printed circuit board (PCB) provided with circuit lines. More specifically, the circuit unit 20 may include a differential amplifier circuit 21 and a current output circuit 22.
  • PCB printed circuit board
  • the differential amplifier circuit 21 may serve to measure and amplify a voltage signal difference between any two electrodes among the electrodes 111.
  • the differential amplification circuit 21 inputs the voltage signals of two electrodes among the electrodes 111 as inputs (+,-) by using a device having a high Common Mode Rejection Ratio (CMRR) performance. There is an advantage in that the accuracy of the output amplified signal can be improved by detecting the difference between the inputs (+,-).
  • CMRR Common Mode Rejection Ratio
  • CMRR common mode rejection ratio
  • the current output circuit 22 may be connected to the electrical impedance tomography apparatus 40, and the current output through the current output circuit 22 may be supplied to the electrodes 111 to supply a voltage signal regarding the impedance of the measurement object. You can measure it. At this time, the voltage signal induced from the current output circuit 22 can be measured through the differential amplifier circuit 21.
  • the input / output analog signals (amplification signal and output current) of the differential amplifier circuit 21 and the current output circuit 22 can be directly connected to the electrical impedance tomography apparatus 40.
  • the demodulator 30 is connected between the circuit unit 20 and the electrical impedance tomography apparatus 40 to transmit a demodulation result of the analog-to-digital conversion signal to the main processor 41 to measure the measurement object.
  • the internal conductivity and dielectric constant distribution can be imaged.
  • the differential amplifier 21 and the current output circuit 22 for improving the signal are described as being provided on the circuit unit 20.
  • the present invention is not limited thereto and is directly on the elastically deformable belt body unit 10. It may be attached.
  • the wiring of the circuit may utilize the conductive yarn 121 described above.
  • the electrode belt device may have an elastically deformable section irrespective of the biological change of the measurement target site of the measurement object, thereby improving contact accuracy with which the electrodes are in contact with the measurement target site, thereby improving measurement accuracy.
  • the electrode belt device can be applied to the field of cardiopulmonary function measurement that requires long-term monitoring, for example, a mechanical breathing monitoring device for an intensive care unit or an apnea monitoring device for an infant.
  • the conductive wire may be partially fixed on the belt body unit so that when the belt body unit is elastically deformed in the longitudinal direction, it is possible to implement the multiple signal / power connection while maintaining the elasticity of the belt body unit.
  • the differential amplification circuit is provided in the circuit unit to improve the accuracy of the output amplified signal by sensing the voltage signal difference of any two electrodes among the electrodes.
  • FIG. 9 is a perspective view schematically showing an electrode belt device for measuring a biosignal according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a schematic exploded view of the electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 9.
  • 11 is a cross-sectional view schematically illustrating an electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 9, and
  • FIG. 12 is an operation in which the electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 10 extends in a longitudinal direction. This is a plan view schematically exploded to explain the state.
  • an electrode belt device 200 for measuring a biosignal includes a belt unit 210 and a cable unit 220.
  • the belt unit 210 may be mounted along a circumference of a measurement object to be measured.
  • the belt unit 210 has a belt shape extending in the longitudinal direction along the abdomen of the measurement object.
  • the belt unit 210 is formed of at least a portion of the elastic material to be stretchable in the longitudinal direction.
  • the whole of the belt unit 210 is exemplified as being formed of a stretchable elastic material, and more specifically, exemplified as being formed of a silicon material or a fibrous elastic tube material.
  • the belt unit 210 may be an elastic body that is safe even in friction by contact with the measurement object and has a good touch.
  • the belt unit 210 is provided with a plurality of coupling protrusions 211 for coupling with the cable unit 220 to be described later.
  • Coupling protrusion 211 is projected toward the cable unit 220, it is preferably formed of a conductive material. The configuration of the coupling protrusion 211 will be described later in more detail together with the configuration of the cable unit 220.
  • the cable unit 220 is coupled to the belt unit 210 to be mounted along the circumference of the measurement object, but a plurality of electrode portions 230 are provided to measure the internal conductivity and the dielectric constant distribution of the measurement object along the length direction. .
  • the cable unit 220 has a belt shape extending in the longitudinal direction like the belt unit 210.
  • the length of the cable unit 220 is not limited to the illustrated example, it may be divided into a plurality of modules.
  • the cable unit 220 is connected to the belt unit 210 by the electrode unit 230.
  • the electrode unit 230 may be provided in plural in correspondence with the coupling protrusion 211, and may be coupled to the coupling protrusion 211 formed of a conductive material.
  • the electrode unit 230 is coupled to the coupling protrusion 211 as a kind of a hook, but is not limited thereto.
  • the cable unit 220 is a kind of flexible printed circuit board (PCB) formed of a non-stretchable material and having a control line.
  • the cable unit 220 is provided with a circuit portion 40 that can be electrically connected to the electrode portion 230.
  • the electrode unit 230 and the circuit unit 40 are each provided in plural, and are provided along the longitudinal direction of the cable unit 220 so as to be spaced apart from each other.
  • the cable unit 220 is provided as a flexible printed circuit board that is not stretchable, and thus can be folded to be folded or unfolded in the longitudinal direction. Therefore, as shown in FIGS. 10 and 12, the cable unit 220 is folded or unfolded in conjunction with the belt unit 210 being stretched and extended in the longitudinal direction, thereby maintaining a combined state with the belt unit 210.
  • the cable unit 220 may include a flexible printed circuit board, a modified example including at least one of a fiber belt including conductive yarns and a conductive painted polymer substrate.
  • the cable unit 220 is formed of a flexible printed circuit board, thereby connecting signals and control lines to each other between the plurality of electrode units 230 and the circuit unit 40.
  • the electrode unit 230 is provided in at least one pair, that is, two or more, thereby forming a current distribution due to the current applied through the electrode. That is, due to the induced voltage distribution generated from at least one pair of the plurality of electrode units 230, it is possible to obtain the conductivity and dielectric constant distribution inside the measurement object.
  • the circuit part 40 includes at least one of a non-flexible printed circuit board, a flexible printed circuit board piece, a piece printed with a conductive paint on a silicon substrate, and a fibrous substrate provided near a coupling part of the electrode part 230. .
  • the circuit part 240 formed of the non-flexible printed circuit board piece is a stable current injection and voltage measurement by the electrode part 230 provided on the cable unit 220 that is folded or unfolded of the cable unit 220 which is a flexible printed circuit board. It is an ultra short circuit for that.
  • the electrode unit 230 may be in point contact with the measurement object through the belt unit 210.
  • the contact method between the electrode 230 and the measurement object may be variously changed.
  • the coupling protrusion 211 of the belt unit 210 and the electrode unit 230 of the cable unit 220 are coupled to each other, thereby the belt unit 210 and the cable unit 220.
  • the length of the cable unit 220 is relatively longer than the length of the belt unit 210 are mutually coupled, the cable unit 220 is coupled to the belt unit 210 in a state where a part of the belt unit is folded.
  • the electrode 230 of the cable unit 220 is exposed to the outside of the belt unit 210 inside the belt unit 210.
  • the belt unit 210 and the cable unit 220 are worn on the abdomen of the measurement object, as shown in FIG. 12, the abdomen according to the biological activity such as the circumferential length of the abdomen or the breathing of the measurement object is shown. Due to factors such as volume change, the belt unit 210 and the cable unit 220 extend in the longitudinal direction.
  • the belt unit 210 formed of a material to be stretchable in the longitudinal direction is elastically deformed in the longitudinal direction.
  • the cable unit 220 connected to the belt unit 210 is also folded in the longitudinal direction. Accordingly, the electrode unit 230 provided in the cable unit 220 maintains the state always in close contact with the measurement object regardless of the state of the measurement object, thereby measuring the impedance of the measurement object.
  • FIG. 13 is a plan view schematically illustrating an electrode belt device for measuring a biosignal according to a third exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing the electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view schematically illustrating the extended operation state of the electrode belt device for measuring the biosignal shown in FIG. 14.
  • an electrode belt device 300 for measuring a biosignal includes a belt unit 310 and a cable unit 320.
  • the belt unit 310 is formed of a flexible material in the longitudinal direction, for example, silicon or fiber-like elastic tube material
  • the cable unit 320 is a kind of flexible printed circuit board
  • the electrode unit 330 and the circuit unit (not shown) Is prepared.
  • the configuration of the belt unit 310 and the cable unit 320 is similar to the second embodiment described above, detailed description thereof will be omitted.
  • the electrode belt device 300 for measuring the bio-signal according to the third embodiment is provided so that the cable unit 320 can be inserted in the longitudinal direction inside the belt unit 310. That is, the belt unit 310, as shown in Figure 14, has an interior empty space 312, through which the cable unit 320 is inserted in the longitudinal direction.
  • the cable unit 320 is provided with a flexible printed circuit board, and the electrode unit 330 electrically connected to the flexible printed circuit board is exposed to the outside through an exposure hole 311 provided in the belt unit 310.
  • the electrode unit 330 is composed of a kind of coupling protrusion coupled through the exposure hole 311 of the belt unit 310, and may have a function of applying the electrode at the same time. Therefore, the electrode unit 330 exposed to the outside of the belt unit 310 is in contact with the measurement object, thereby forming the internal current distribution and measuring the induced voltage to obtain human body information about the measurement object.
  • a circuit portion 240 that is a piece of a non-flexible printed circuit board corresponding to the plurality of electrode portions 330 provided on one surface of the cable unit 320 that is a flexible printed circuit board (see FIGS. 1 to 4). Is provided, but detailed illustration and description will be omitted according to the same configuration as the above-described second embodiment.
  • the electrode portion 330 of the cable unit 320 inserted into the space 312 in the belt unit 310 in the longitudinal direction is exposed to the hole 311 of the belt unit 310. Exposed through. At this time, the cable unit 320 is folded in the inner space 312 of the belt unit 310.
  • the cable unit 320 inserted therein is unfolded in a folded state. Therefore, the cable unit 320 is also extended in conjunction with the belt unit 310 being stretched in the longitudinal direction, thereby flexibly responding to the abdominal volume change of the measurement object, thereby maintaining the contact force of the electrode unit 330.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing an electrode belt device for measuring a biosignal according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 17 schematically shows a modification of the electrode belt device for measuring a biosignal shown in FIG. 16.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically illustrating another modified example of the electrode belt device for measuring the biosignal shown in FIG. 16.
  • an electrode belt device 400 for measuring a biosignal according to a fourth exemplary embodiment of the present invention is schematically illustrated.
  • the electrode belt device 400 for measuring a biosignal includes a belt unit 410, a cable unit 420, and a connection unit 430.
  • the belt unit 410 is formed of a silicone or fibrous elastic tube that is stretchable in the longitudinal direction so as to correspond to the volume change of the measurement object as in the third embodiment.
  • the cable unit 420 is inserted in the lengthwise direction of the belt unit 410 including a flexible printed circuit board on which an electrode part (not shown) and a circuit part (not shown) are provided, as in the third embodiment.
  • the cable unit 420 may include at least one of a fiber belt including conductive yarns and a conductive painted polymer substrate, and the belt unit 410 may also be formed of an inelastic material.
  • the cable unit 420 coupled to the belt unit 410 is modularized into at least one measurement module.
  • one measuring module is provided but one end and the other end are connected to each other by the connection unit 430.
  • connection unit 430 is formed of a material that can be deformed in the longitudinal direction, such as an elastic material, so that the belt unit 410 and the cable unit 420 can flexibly respond to the volume change of the measurement object in a coupled state. Can be configured.
  • the cable unit 420 ' is provided with two measuring modules coupled to each other, it is also possible to modify a variant connected to each other by two connecting units (430').
  • the cable unit 420 ′′ is provided with four measurement modules coupled to each other, and another modified example in which the cable units 420 ′′ are interconnected by four connection units 430 ′′ is also possible.
  • the number of the modular measurement module is not limited to the one shown in Figures 8 to 10, at least one may be provided to be connected to each other by the connection unit (430, 430 ', 430 ").

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Abstract

본 발명은 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치는, 신축 가능한 재질로 형성되고, 측정 대상체와 접촉 가능한 전극들이 마련되는 벨트바디 유닛, 및 상기 벨트바디 유닛과 결합되고, 상기 전극들에서 측정된 측정 대상체의 임피던스에 관한 전기적 신호를 수신하는 회로 유닛을 포함하고, 상기 회로 유닛은 상기 벨트바디 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치
본 발명은 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 측정 대상체의 부피 변화에 상관없이 안정적인 접촉에 따른 측정 정확도를 향상시킬 수 있으며, 장시간 사용에도 측정 성능을 유지함과 동시에 편안한 착용감을 느낄 수 있는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치에 관한 것이다
일반적으로 전기 임피던스 단층촬영(EIT: Electrical Impedance Tomography) 기술은 인체의 표면에 복수 개의 전극을 부착하고, 이 중 일부의 전극들을 통해 전류를 인가한 후에 표면에 부착된 다른 전극들을 통해 전압을 측정하여 인체 내부의 저항률을 영상화하는 기술이다.
이러한 전기 임피던스 단층촬영에 있어, 복수의 전선과 전극 사이의 간편하고 안정된 연결은 장치의 신뢰도를 향상시키는 주요 인자이다. 이에 따라, 근래에는 전기 임피던스 단층 촬영의 신뢰도를 향상시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
한편, 전기 임피던스 단층촬영에 사용되는 복수의 전극은 손쉽게 인체에 접촉 및 유지하기 위하여 2개 이상의 전극을 배열한 벨트를 적용하기도 한다. 그리고, 안정적인 전극의 접촉을 위하여 전극 주변에 전도성 젤이나 접착제를 부착하는데, 이는 장시간 사용 시 측정 데이터에 영향을 주거나, 측정 대상과 부위에 따라 피부 자극이나 감염과 같은 문제를 야기한다.
본 발명은 장시간 사용에도 측정 성능을 유지함과 동시에 편안한 착용감을 느낄 수 있는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치는, 신축 가능한 재질로 형성되고, 측정 대상체와 접촉 가능한 전극들이 마련되는 벨트바디 유닛 및 상기 벨트바디 유닛과 결합되고, 상기 전극들에서 측정된 측정 대상체의 임피던스에 관한 전기적 신호를 수신하는 회로 유닛을 포함하고, 상기 회로유닛은 상기 벨트바디 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벨트바디 유닛 및 상기 회로 유닛은 서로 교대로 연결되어 수평으로 연장되는 하나의 몸체를 형성한다.
또한, 상기 회로 유닛은 상기 벨트바디 유닛 사이에 배치된다.
또한, 상기 벨트바디 유닛의 양 단에는 상기 회로 유닛이 결합된다.
또한, 상기 벨트바디 유닛은, 측정 대상체와 접촉되고, 전기 전도성 직물로 구성되는 상기 전극들이 마련되는 전극 레이어와, 상기 전극 레이어와 결합되고, 상기 전극들과 전기적으로 연결되는 회로 레이어, 및 상기 회로 레이어와 결합되고, 상기 전극들 각각에 대응되어 다수의 색과 패턴으로 형성된 마커들이 마련되는 커버 레이어를 포함한다.
또한, 상기 전극 레이어, 상기 회로 레이어, 상기 커버 레이어 가운데 적어도 하나는 신축 가능한 탄성 재질로 형성된다.
또한, 상기 전극 레이어와 상기 회로 레이어 사이에는 상기 전극들과 상기 회로 레이어를 전기적으로 접촉시키기 위한 접촉부가 형성되고, 상기 접촉부는 전도성 접착제(conductive glue) 또는 열 압착(thermo-compression bonding)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극들은 서로 일정 간격 이격되어 배치되고, 상기 전극들은 상기 벨트바디 유닛에 적어도 아일렛(eyelet), 전도성 접착제(conductive glue), 스티칭(stiching) 가운데 어느 하나를 통해 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 회로 레이어에는 상기 전극들과 상기 회로 유닛의 전원 연결을 위한 전도사가 구비된다.
또한, 상기 전도사는 상기 회로 레이어 상에 지그재그 형상의 자수(embroidery) 패턴으로 배선된다.
또한, 상기 전도사는 상기 회로 레이어 상에 스티칭(stiching)을 통해 부분적으로 고정 배선되어 상기 벨트바디 유닛의 신축 범위에 대응되는 길이를 갖는다.
또한, 상기 회로 유닛은 비탄성 재질로 형성된다.
또한, 상기 회로 유닛은 유연인쇄회로기판(PCB)으로 마련된다.
또한, 상기 회로 유닛은 상기 전극들에 전류를 공급하여 측정 대상체의 임피던스에 관한 전압 신호를 측정한다.
또한, 상기 회로 유닛은 전기 임피던스 단층 촬영 장치로부터 주입되는 전류를 상기 벨트바디 유닛 내 임의의 전극으로 연결하여 체내 주입하는 회로를 포함한다.
또한, 상기 회로 유닛은 상기 전극들 가운데 임의의 두 전극 사이의 전압 신호 차를 측정하여 증폭시키는 다수 개의 차동 증폭 회로를 포함한다.
또한, 상기 차동 증폭 회로와 상기 전류 출력 회로의 아날로그 신호를 전기 임피던스 단층 촬영 장치에 직접 연결하거나, 아날로그-디지털 변환 신호의 복조(demodulation) 결과를 메인 프로세서에 전송하여 측정 대상체의 내부 도전율 및 유전율 분포를 영상화 한다.
또한, 상기 전극 레이어는 상기 전극들이 마련되어 측정 대상체와 접촉되는 접촉면을 구비하고, 상기 커버 레이어는 상기 접촉면에 대향하여 상기 전극들 각각에 대응되는 상기 마커들이 마련되는 노출면을 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치는, 측정 대상체와 접촉 가능한 전극들이 마련되고, 상기 전극들과 전기적으로 연결되는 회로와 배선이 구비되며, 상기 전극들 각각에 대응되어 다수의 색과 패턴으로 형성된 마커들이 마련되는 벨트바디 유닛, 및 상기 벨트바디 유닛과 결합되고, 상기 전극들에서 측정된 측정 대상체의 임피던스에 관한 전기적 신호를 수신 및 증폭하여 임피던스 측정을 위한 아날로그 신호를 생성하는 회로 유닛을 포함하고, 상기 벨트바디 유닛 및 상기 회로 유닛은 서로 교대로 연결되어 하나의 몸체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벨트바디 유닛은 신축 가능한 탄성 재질로 형성된다.
또한, 상기 벨트바디 유닛은 상기 전극들이 마련되어 측정 대상체와 접촉되는 접촉면과, 상기 접촉면에 대향하여 상기 전극들 각각에 대응되는 상기 마커들이 마련되는 노출면을 구비한다.
또한, 상기 회로 유닛은 비탄성 재질로 형성된다.
또한, 상기 회로 유닛은 유연인쇄회로기판(PCB)으로 마련된다.
또한, 상기 회로 유닛은 상기 전극들 가운데 임의의 두 전극 사이의 전압 신호 차를 측정하여 증폭시키는 다수 개의 차동 증폭 회로를 포함한다.
또한, 상기 아날로그 신호를 전기 임피던스 단층 촬영 장치에 직접 연결하거나, 아날로그-디지털 변환 신호의 복조(demodulation) 결과를 메인 프로세서에 전송하여 측정 대상체의 내부 도전율 및 유전율 분포를 영상화 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치는, 측정하고자 하는 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능한 벨트유닛 및 상기 벨트유닛과 결합되어 상기 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능하되, 상기 측정 대상체와의 접촉에 의해 내부 전류분포를 형성하고 유도전압을 측정하는 복수의 전극부가 마련되는 케이블유닛을 포함하며, 상기 벨트유닛은 길이 방향으로 적어도 일부가 신축 가능한 재질로 마련되고, 상기 케이블유닛은 길이 방향으로 접히거나 펴질 수 있도록 접철 가능하게 마련된다.
또한, 상기 벨트유닛은 실리콘 재질로 형성되거나, 섬유형 탄성 튜브 재질로 형성되며, 상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛의 신축 범위에 대응되도록 접철 가능한 길이를 가지는 유연 인쇄회로기판, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛과 나란하게 길이 방향으로 연장되며 상기 측정 대상체로 접촉 가능한 복수의 전극부가 이격되어 마련되도록 모듈화된 벨트 형상을 가지는 유연 인쇄회로기판, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛에는 결합돌기가 길이 방향을 따라 상호 이격되도록 복수개 마련되며, 상기 케이블유닛의 상기 전극부는 상기 결합돌기에 결합되어 외부로 노출 가능하도록 길이 방향을 따라 상호 이격되도록 복수개 마련되어, 상기 벨트유닛과 케이블유닛이 상호 결합 가능할 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛은 길이 방향을 따라 내부가 비워진 공간을 구비하며, 상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛의 내부 공간에 길이 방향으로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛은 내부에 삽입된 상기 케이블유닛의 상기 전극부를 노출시킬 수 있는 노출공이 복수개 마련될 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛에 대해 상기 케이블유닛이 적어도 하나의 측정모듈로 모듈화 가능하며, 상기 적어도 하나의 측정모듈은 연결유닛에 의해 길이 방향으로 상호 연결 가능할 수 있다.
또한, 상기 연결유닛은 탄성재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치는, 측정하고자 하는 측정 대상체에 장착 가능하도록 길이 방향으로 연장된 형상을 가지고 적어도 하나 마련되되, 길이 방향으로 신축 가능한 벨트유닛 및 상기 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능하도록 적어도 하나 마련되되, 길이 방향을 따라 상기 측정 대상체와 접촉되어 내부 전류분포를 형성시키고, 유도전압을 측정하기 위한 적어도 한 쌍의 전극부가 마련되는 케이블유닛을 포함하며, 상기 케이블유닛은 길이 방향으로 접히거나 펴질 수 있도록 상기 벨트유닛과 결합된다.
또한, 상기 벨트유닛은 실리콘 재질 또는 섬유형 탄성 튜브 재질로 형성되며, 상기 케이블유닛에는 상기 전극부와, 상기 전극부와 전기적으로 연결 가능한 비유연 인쇄회로기판 조각, 유연 인쇄회로기판 조각, 실리콘 기판 위에 전도성 도료로 인쇄된 조각 및 섬유형 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 회로부가 길이 방향으로 상호 이격되도록 복수개 마련되는 유연 인쇄회로기판, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛을 관통하는 결합돌기가 상기 케이블유닛에 적어도 하나 마련되며, 상기 결합돌기는 상기 벨트유닛과 케이블유닛의 기계적인 결합 및 전기적 결선시키는 섬유, 전도성 고분자 또는 금속재질 중 어느 하나로 형성되는 전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛은 내부가 비워진 공간을 구비하며, 상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛의 신축 범위에 대응되도록 접철 가능한 길이를 가지고 상기 벨트유닛의 내부 공간에 길이 방향으로 삽입될 수 있다.
또한, 상기 벨트유닛은 내부에 삽입된 상기 케이블유닛의 상기 전극부를 노출시킬 수 있는 노출공이 복수개 마련될 수 있다.
또한, 상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛에 결합 가능한 적어도 하나의 측정모듈로 모듈화 가능하며, 상기 적어도 하나의 측정모듈은 연결유닛에 의해 길이 방향으로 상호 연결 가능할 수 있다.
또한, 상기 연결유닛은 탄성재질로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극 벨트 장치는 측정 대상체의 측정 대상 부위의 생체 변화와 관계 없이 탄성 변형 가능한 구간이 형성되어, 전극들이 측정 대상 부위에 대해 접촉되는 접촉력을 향상시켜 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 신축 가능한 전극 벨트 장치를 통해 생체신호를 측정함에 따라, 피부 압박에 민감한 중환자나 유아에 장기간 사용할 수 있게 된다. 따라서, 전극 벨트는 장시간 모니터링이 필요한 심폐기능 측정 분야, 예를 들어 중환자 대상의 기계호흡 감시장치나 유아의 무호흡 감시장치 등에 적용할 수 있다.
또한, 벨트바디 유닛 상에 전도사가 부분적으로 고정 배선 될 수 있어 벨트바디 유닛이 길이 방향으로 탄성 변형될 때, 벨트바디 유닛의 탄성도를 유지하면서 이와 동시에 다중 신호/전원 연결을 구현할 수 있다.
또한, 회로부에 차동 증폭 회로가 마련되어 전극들 가운데 임의의 두 전극의 전압 신호 차를 감지함으로써 출력되는 증폭 신호의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 전극들을 위에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 측면에서 바라본 분해 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 마커들을 위에서 바라본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로 레이어를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로 레이어에 전도사가 부분적으로 고정되는 형태를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로부을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로부에서 생성된 아날로그 신호를 전기 임피던스 단층촬영 시스템으로 전송하는 형태를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 분해 도시한 평면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치가 길이 방향으로 연장된 동작 상태를 설명하기 위해 개략적으로 분해 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치가 연장된 동작 상태를 설명하기 위해 개략적으로 분해 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 변형예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 18은 도 16에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 도시하는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 전극들을 위에서 바라본 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 측면에서 바라본 분해 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 마커들을 위에서 바라본 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로 레이어를 도시하는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로 레이어에 전도사가 부분적으로 고정되는 형태를 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(100)는 벨트바디 유닛(10)과, 회로 유닛(20)을 포함할 수 있다.
생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(100)는 전체적으로 측정 대상체에 장착 가능한 구조로 형성될 수 있다. 참고로, 본 발명세서 설명하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(100)는 전기 임피던스 단층촬영 장치(EIT, Electrical Impedance Tomography), 기계호흡 감시장치, 무호흡 감시장치 등에 적용되어 측정 대상체의 생체신호를 측정할 수 있다.
벨트바디 유닛(10)은 측정 대상체와 접촉 가능한 전극들(111)이 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 벨트바디 유닛(10)은 전극 레이어(110)와, 회로 레이어(120) 및 커버 레이어(130)로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 전극 레이어(110)와, 회로 레이어(120) 및 커버 레이어(130)는 신축 가능한 탄성 재질(ex. 섬유, 실리콘, 고무 등)로 형성될 수 있다.
전극 레이어(110)는 측정 대상체와 접촉될 수 있고, 전기 전도성 직물로 구성되는 전극들(111)이 마련될 수 있다. 이 때, 전극 레이어(110)에는 전극들(111)이 마련되어 측정 대상체와 접촉되는 접촉면이 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 접촉면은 측정 대상체와의 접촉에 의한 마찰에도 안전한 탄성 재질로 형성될 수 있다.
전극 레이어(110)에 마련되는 전극들(111)은 전극 구조체(113)와, 이러한 전극 구조체(113)를 감싸는 전도성 섬유(112)로 구성될 수 있다.
일례로, 전극 구조체(113)는 일 면이 볼록하고 타 면은 납작한 반원 형상으로 형성될 수 있고, 전도성 섬유(112a, 112b)는 전극 구조체(113)의 형상에 대응되는 형상으로 형성되어 전극 구조체(113)의 표면을 감싸며 구비될 수 있다(도 3 참조).
또한, 전극들(111)은 전극 레이어(110) 상에 서로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 일례로, 전극들(111)은 아일렛(eyelet), 전도성 접착제(conductive glue), 스티칭(stiching) 중 어느 하나를 통해 벨트바디 유닛(10)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 전극들(111)과의 연결을 위하여 벨트바디 유닛(10)에는 아일렛(eyelet), 전도성 접착제(conductive glue), 스티칭(stiching) 중 어느 하나가 형성될 수 있다. 즉, 전극들(111)의 종류에 따라 벨트바디 유닛(10)에 고정하는 방식은 다양하게 구현될 수 있다.
회로 레이어(120)는 전극 레이어(110)와 결합될 수 있고, 전극들(111)과 전기적으로 연결될 수 있도록 배선 및 회로가 구현될 수 있다. 이 때, 전극 레이어(110)와 회로 레이어(120) 사이에는 접촉부(140)가 더 포함될 수 있고, 이러한 접촉부(140)는 전극들(111)과 후술될 전기 접촉점(222) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 일례로, 접촉부(240)는 전도성 접착제(conductive glue) 또는 열 압착(thermo-compression bonding)일 수 있다.
회로 레이어(120)에는 전극들(111)과 후술될 회로 유닛(20)의 전원 연결을 위한 전도사(121)가 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 회로 레이어(120)에는 전극들(111) 각각에 대응되는 위치에 전기 접촉점(122)이 마련될 수 있고, 전도사(121)는 전기 접촉점(122)과 회로 유닛(20) 사이를 전기적으로 연결하도록 마련될 수 있다(도 5 또는 도 6 참조).
일례로, 도 5에 도시된 바와 같이, 전도사(121)는 회로 레이어(120) 상에 지그재그 형상의 자수(embroidery) 패턴으로 배선 될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 전도사(121)는 회로 레이어(120) 상에 스티칭을 통해 부분적으로 고정 배선 될 수도 있다.
특히, 전도사(121)가 회로 레이어(120) 상에 부분적으로 고정 배선 될 경우, 벨트바디 유닛(10)이 길이 방향으로 탄성 변형될 때, 벨트바디 유닛(10)의 탄성도를 유지하면서 이와 동시에 다중 신호/전원 연결을 구현할 수 있는 장점이 있다. 바람직하게는, 전도사(121)가 벨트바디 유닛(10)의 신축 범위에 대응되는 길이를 갖도록 배선 될 수 있다.
보다 구체적으로, 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(100)가 측정 대상체에 장착되면, 측정 대상체의 생체 활동에 따른 부피 변화 등의 요인으로 인해 벨트바디 유닛(10)이 길이 방향으로 탄성 변형될 수 있다. 이와 동시에, 벨트바디 유닛(10)에 부분적으로 고정 배선 된 전도사(121)가 벨트바디 유닛(10) 상에서 끊어지지 않고 연결된 상태를 유지하여 안정적으로 측정 대상체의 임피던스를 측정할 수 있다.
커버 레이어(130)는 회로 레이어(120)와 결합될 수 있고, 전극들(111) 각각에 대응되어 다수의 색과 패턴으로 형성된 마커들(131)이 마련될 수 있다. 이 때, 커버 레이어(130)에는 마커들(131)이 마련되는 노출면이 구비될 수 있다.
일례로, 마커들(131)을 촬영하여 3차원 영상을 획득하는 촬영장치(ex. 3차원 카메라)(미도시)를 포함할 수 있고, 상기 촬영장치는 측정 대상체가 전극 벨트 장치(100)를 착용한 부위에 대한 3차원 모델 영상을 출력할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 촬영장치는 실제 크기를 알고 있는 다수의 색과 패턴으로 형성되는 마커들(131)을 포함한 2차원 영상들의 정보로부터 측정 대상체의 측정 대상 부위에 대한 3차원 부피 정보를 획득할 수 있다.
한편, 회로 유닛(20)은 벨트바디 유닛(10)과 결합될 수 있고, 전극들(111)에 전류를 공급하여 측정 대상체의 임피던스에 관한 전압 신호를 측정할 수 있다. 일례로, 회로 유닛(20)과 벨트바디 유닛(10)은 아일렛(eyelet) 방식으로 결합될 수 있다.
회로 유닛(20)은 신축되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 일례로, 회로 유닛(20)은 스위칭 라인이 구비되는 유연인쇄회로기판(PCB)으로 마련될 수 있다. 다만, 회로 유닛(20)은 유연인쇄회로기판에 한정되지 않으며 스위칭 라인이 구비될 수 있고 신축되지 않는 다양한 비 탄성 재질로 마련될 수 있다.
회로 유닛(20)은 벨트바디 유닛(10)과 길이 방향을 따라 서로 교대로 배치되는 형태일 수 있다. 도 1을 참고하면, 하나의 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(100) 상에 2개의 회로 유닛(20)이 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며 벨트바디 유닛(10)과 교대로 배치되는 어떠한 형태도 가능할 수 있다.
다시 말해, 벨트바디 유닛(10) 및 회로 유닛(20)은 서로 교대로 연결되어 하나의 몸체(전극 벨트 장치(100))를 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 회로 유닛(20)은 벨트바디 유닛(10) 사이에 배치되어 결합된 형태이거나, 벨트바디 유닛(10)의 양 단에 회로 유닛(20)이 결합된 형태일 수 있다.
회로 유닛(20)은 후술될 도 7 및 도 8을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로 유닛을 도시하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 회로 유닛에서 생성된 아날로그 신호를 전기 임피던스 단층촬영 시스템으로 전송하는 형태를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(100)는 회로 유닛(20)을 포함할 수 있다.
회로 유닛(20)은 회로 라인이 구비되는 유연인쇄회로기판(PCB)으로 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 회로 유닛(20)은 차동 증폭 회로(21)와, 전류 출력 회로(22)를 포함할 수 있다.
차동 증폭 회로(21)는 전극들(111) 가운데 임의의 두 전극 사이의 전압 신호 차를 측정하여 증폭시키는 역할을 할 수 있다.
차동 증폭 회로(21)는 공통 모드 제거비(CMRR, Common-Mode Rejection Ratio) 성능이 우수한 소자를 이용하여 전극들(111) 가운데 임의의 두 전극의 전압 신호를 입력(+, -)으로 하고, 상기 입력(+, -)의 차를 감지함으로써 출력되는 증폭 신호의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이러한 공통 모드 제거비(CMRR) 성능의 향상은 전극들(111) 가운데 임의의 두 전극의 전압 신호에 대한 노이즈 및 측정오차를 감소시키는 데 중요한 역할을 할 수 있고, 일례로, 큰 임피던스 신호에 포함된 작은 변화를 측정하는 경우나, 심전도, 뇌파계와 같은 주변 노이즈가 심하면서 아주 약한 신호를 증폭하는 경우 더욱 중요하게 작용할 수 있다.
전류 출력 회로(22)는 전기 임피던스 단층촬영 장치(40)와 연결될 수 있으며, 전류 출력 회로(22)를 통해 출력된 전류는 전극들(111)로 공급되어, 측정 대상체의 임피던스에 관한 전압 신호를 측정할 수 있게 된다. 이때, 전류 출력 회로(22)로부터 유기된 전압 신호는 차동 증폭 회로(21)를 통해 측정할 수 있게 된다.
구체적으로, 차동 증폭 회로(21)와 전류 출력 회로(22)의 입출력 아날로그 신호(증폭 신호 및 출력 전류)를 전기 임피던스 단층 촬영 장치(40)에 직접적으로 연결할 수 있다.
또한, 이와 다르게, 회로 유닛(20)과 전기 임피던스 단층 촬영 장치(40) 사이에 복조기(30)를 연결하여 아날로그-디지털 변환 신호의 복조(demodulation) 결과를 메인 프로세서(41)로 전송하여 측정 대상체의 내부 도전율 및 유전율 분포를 영상화 할 수 있다.
본 실시예에서는 신호 개선을 위한 차동 증폭 회로(21) 및 전류 출력 회로(22)가 회로 유닛(20) 상에 구비되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 탄성 변형 가능한 벨트바디 유닛(10) 위에 직접 부착될 수도 있다. 특히, 벨트바디 유닛(10) 위에 직접 부착되는 경우, 회로의 배선은 상술한 전도사(121)를 활용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전극 벨트 장치는 측정 대상체의 측정 대상 부위의 생체 변화와 관계 없이 탄성 변형 가능한 구간이 형성되어, 전극들이 측정 대상 부위에 대해 접촉되는 접촉력을 향상시켜 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 신축 가능한 전극 벨트 장치를 통해 생체신호를 측정함에 따라, 피부 압박에 민감한 중환자나 유아에 장기간 사용할 수 있게 된다. 따라서, 전극 벨트 장치는 장시간 모니터링이 필요한 심폐기능 측정 분야, 예를 들어 중환자 대상의 기계호흡 감시장치나 유아의 무호흡 감시장치 등에 적용할 수 있다.
또한, 벨트바디 유닛 상에 전도사가 부분적으로 고정 배선 될 수 있어 벨트바디 유닛이 길이 방향으로 탄성 변형될 때, 벨트바디 유닛의 탄성도를 유지하면서 이와 동시에 다중 신호/전원 연결을 구현할 수 있다.
또한, 회로 유닛에 차동 증폭 회로가 마련되어 전극들 가운데 임의의 두 전극의 전압 신호 차를 감지함으로써 출력되는 증폭 신호의 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 분해 도시한 평면도이고, 도 11은 도 9에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 12는 도 10에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치가 길이 방향으로 연장된 동작 상태를 설명하기 위해 개략적으로 분해 도시한 평면도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(200)는 벨트유닛(210) 및 케이블유닛(220)을 포함한다.
상기 벨트유닛(210)은 측정하고자 하는 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능하다. 이러한 벨트유닛(210)은 측정 대상체의 복부 둘레를 따라 길이 방향으로 연장된 띠 형상을 가진다. 또한, 상기 벨트유닛(210)은 길이 방향으로 신축 가능하도록 적어도 일부가 신축 재질로 형성된다.
본 실시예에서는 상기 벨트유닛(210)의 전체가 신축 가능한 탄성 재질로 형성되는 것으로 예시하며, 보다 구체적으로는 실리콘 재질로 형성되거나 섬유형 탄성 튜브 재질로 형성되는 것으로 예시한다. 이러한 벨트유닛(210)은 측정 대상체와의 접촉에 의한 마찰에도 안전하며, 촉감이 좋은 탄성체인 것이 좋다.
이러한 벨트유닛(210)에는 후술할 케이블유닛(220)과의 결합을 위한 복수의 결합돌기(211)가 마련된다. 결합돌기(211)는 케이블유닛(220)을 향해 돌출되며, 전도성 재질로 형성됨이 좋다. 이러한 결합돌기(211)의 구성은 케이블유닛(220)의 구성과 함께 보다 자세히 후술한다.
케이블유닛(220)은 벨트유닛(210)과 결합되어 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능하되, 길이 방향을 따라 측정 대상체의 내부 도전율 및 유전율 분포를 측정하기 위한 복수의 전극부(230)가 마련된다. 케이블유닛(220)은 벨트유닛(210)과 마찬가지로 길이 방향으로 연장된 띠 형상을 가진다.
참고로, 케이블유닛(220)의 길이는 도시된 예로 한정되지 않으며, 복수개로 구획되어 모듈화될 수 있다.
케이블유닛(220)은 도 11의 도시와 같이, 전극부(230)에 의해 벨트유닛(210)과 연결된다. 상기 전극부(230)는 결합돌기(211)에 대응하여 복수개 마련되며, 전도성 재질로 형성되는 결합돌기(211)와 결합될 수 있다. 이러한 결합돌기(211)에 대해 전극부(230)는 일종의 후크(Hook)와 같이 결합되는 것으로 예시하나, 꼭 이에 한정되는 것은 아니다.
케이블유닛(220)은 신축되지 않는 재질로 형성되며 제어라인이 마련되는 일종의 유연 인쇄회로기판(Flexible PCB)이다. 또한, 케이블유닛(220)에는 전극부(230)와 전기적으로 연결 가능한 회로부(40)가 마련된다. 이러한 전극부(230) 및 회로부(40)는 각각 복수개 마련되어, 상호 이격되도록 케이블유닛(220)의 길이 방향을 따라 마련된다.
또한, 케이블유닛(220)은 신축 가능한 벨트유닛(210)과 달리, 신축되지 않는 유연 인쇄회로기판으로 마련됨으로써, 길이 방향으로 접히거나 펴질 수 있도록 접철 가능하다. 그로 인해, 케이블유닛(220)은 도 10 및 도 12의 도시와 같이, 벨트유닛(210)이 길이 방향으로 신축됨에 연동하여 접히거나 펴짐으로써, 벨트유닛(210)과 결합된 상태를 유지하게 된다. 참고로, 케이블유닛(220)은 유연 인쇄회로기판을 비롯하여, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 변형예도 가능하다.
한편, 케이블유닛(220)이 유연 인쇄회로기판으로 형성됨으로써, 복수의 전극부(230)들 사이와 회로부(40) 사이에 신호 및 제어라인을 상호 연결시킨다. 이때, 상기 전극부(230)는 적어도 한 쌍 즉, 2개 이상으로 마련됨으로써, 전극을 통해 인가된 전류로 인해 전류분포를 형성시킨다. 즉, 상기 복수의 전극부(230) 중 적어도 한 쌍으로부터 발생된 유도전압분포로 인해, 측정 대상체 내부의 도전율 및 유전율 분포를 획득할 수 있게 된다.
상기 회로부(40)는 전극부(230)의 결합부위 인근에 마련되는 비유연 인쇄회로기판, 유연인쇄회로기판 조각, 실리콘 기판 위에 전도성 도료로 인쇄된 조각 및 섬유형 기판 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 이러한 비유연 인쇄회로기판 조각으로 마련되는 회로부(240)는 유연 인쇄회로기판인 케이블유닛(220)의 접히거나 펴지는 케이블유닛(220)에 마련된 전극부(230)로 안정된 전류 주입 및 전압을 측정하기 위한 초단회로이다.
참고로, 상기 유연 인쇄회로기판을 포함하는 케이블유닛(220)의 길이 방향을 따라 마련된 전극부(230)는 자세히 도시되지 않았으나, 벨트유닛(210)을 관통하여 측정 대상체와 점 접촉될 수 있다. 이러한 전극부(230)와 측정 대상체 사이의 접촉 방식은 다양하게 변경 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(200)의 동작을 도 10 내지 도 12를 참고하여 설명한다.
우선, 도 10 및 도 11의 도시와 같이, 벨트유닛(210)의 결합돌기(211)와 케이블유닛(220)의 전극부(230)가 상호 결합됨으로써, 벨트유닛(210) 및 케이블유닛(220)은 모두 길이 방향으로 연장되지 않은 상태로 결합된다. 이때, 벨트유닛(210)의 길이 보다 케이블유닛(220)의 길이가 상대적으로 길게 상호 결합됨으로써, 케이블유닛(220)은 길이 방향으로 일부가 접힌 상태로 벨트유닛(210)과 결합된다. 여기서, 벨트유닛(210)의 내부에서 케이블유닛(220)의 전극부(230)만이 벨트유닛(210)의 외부로 노출된 상태이다.
이 후, 측정 대상체의 복부에 벨트유닛(210)과 케이블유닛(220)이 결합된 상태로 착용되면 도 12의 도시와 같이, 복부의 둘레 길이 또는 측정 대상체의 호흡과 같은 생체활동에 따른 복부의 부피 변화 등의 요인으로 인해 벨트유닛(210)과 케이블유닛(220)이 길이 방향으로 연장된다.
구체적으로, 길이 방향으로 신축 가능하도록 재질로 형성되는 벨트유닛(210)은 길이 방향으로 탄성 변형된다. 이에 연동하여, 벨트유닛(210)에 연결된 케이블유닛(220)도 길이 방향으로 접힌 상태가 펴지게 된다. 이에 따라, 케이블유닛(220)에 마련된 전극부(230)는 측정 대상체의 상태에 상관없이 측정 대상체에 대해 항시 밀착된 상태를 유지함으로써, 측정 대상체의 임피던스를 측정할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 15는 도 14에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치가 연장된 동작 상태를 설명하기 위해 개략적으로 분해 도시한 단면도이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(300)는 벨트유닛(310) 및 케이블유닛(320)을 포함한다.
여기서, 벨트유닛(310)은 길이 방향으로 신축 가능한 재질 예컨대, 실리콘 또는 섬유형 탄성 튜브 재질로 형성되며, 케이블유닛(320)은 일종의 유연 인쇄회로기판으로써 전극부(330)와 회로부(미도시)가 마련된다. 이러한 벨트유닛(310) 및 케이블유닛(320)의 구성은 상술한 제2실시예와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 제3실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(300)는 벨트유닛(310)의 내부에 케이블유닛(320)이 길이 방향으로 삽입 가능하도록 마련된다. 즉, 벨트유닛(310)은 도 14의 도시와 같이, 내부가 비워진 공간(312)을 구비하며, 이 공간(312)을 통해 길이 방향으로 케이블유닛(320)이 삽입된다.
이때, 케이블유닛(320)은 유연 인쇄회로기판으로 마련되며, 이러한 유연 인쇄회로기판과 전기적으로 접속 가능한 전극부(330)가 벨트유닛(310)에 마련된 노출공(311)을 통해 외부로 노출된다. 즉, 상기 전극부(330)가 벨트유닛(310)의 노출공(311)을 통해 결합되는 일종의 결합돌기로 구성됨과 아울러, 전극이 인가되는 기능을 동시에 가질 수 있다. 그로 인해, 벨트유닛(310)의 외부로 노출된 전극부(330)가 측정 대상체에 접촉됨으로써, 내부 전류분포를 형성시키고 유도전압을 측정함으로써 측정 대상체에 대한 인체 정보를 획득할 수 있게 된다.
참고로, 본 실시예에서는 유연 인쇄회로기판인 케이블유닛(320)의 일면에 마련된 복수의 전극부(330)에 대응하여 비유연 인쇄회로기판 조각인 회로부(240)(도 1 내지 도 4 참고)가 마련되나, 상술한 제2실시예와 동일 구성임에 따라 자세한 도시 및 설명은 생략한다.
상기와 같은 구성을 가지는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(300)의 동작 상태를 도 14 및 도 15를 참고하여 설명한다.
우선, 도 14의 도시와 같이, 벨트유닛(310)의 내부의 공간(312)에 길이 방향으로 삽입된 케이블유닛(320)의 전극부(330)가 벨트유닛(310)의 노출공(311)을 통해 노출된다. 이때, 케이블유닛(320)은 벨트유닛(310)의 내부 공간(312)에서 접어진 상태이다.
이러한 벨트유닛(310)이 도 15의 도시와 같이 길이 방향으로 연장되면, 내부에 삽입된 케이블유닛(320)은 접힌 상태에서 펴지게 된다. 그로 인해, 벨트유닛(310)이 길이 방향으로 신축됨에 연동하여 케이블유닛(320)도 펴지게 됨으로써, 측정 대상체의 복부 부피 변화에 유연하게 대응하여 전극부(330)의 접촉력을 유지할 수 있게 된다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 17은 도 16에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 변형예를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 18은 도 16에 도시된 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 16 내지 도 18을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 의한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(400)가 개략적으로 도시된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치(400)는 벨트유닛(410), 케이블유닛(420) 및 연결유닛(430)을 포함한다.
벨트유닛(410)은 상술한 제3실시예와 마찬가지로 측정 대상체의 부피 변화에 대응할 수 있도록 길이 방향으로 신축 가능한 실리콘 또는 섬유형 탄성 튜브로 형성된다. 또한, 케이블유닛(420)도 제3실시예와 마찬가지로 전극부(미도시)와 회로부(미도시)가 마련되는 유연 인쇄회로기판을 포함하여 벨트유닛(410)의 내부로 길이 방향으로 삽입된다. 여기서, 케이블유닛(420)은 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있으며, 벨트유닛(410) 또한, 비탄성 재질로 형성될 수 있다.
이러한 벨트유닛(410)에 결합되는 케이블유닛(420)은 적어도 하나의 측정모듈로 모듈화된다. 도 16의 도시에서는 하나의 측정모듈로 마련되되 일단과 타단이 연결유닛(430)에 의해 상호 연결되는 것으로 도시한다.
여기서, 연결유닛(430)은 탄성재질과 같이 길이 방향으로 변형 가능한 재질로 형성됨으로써, 벨트유닛(410) 및 케이블유닛(420)이 상호 결합된 상태에서 측정 대상체의 부피 변화에 유연하게 대응할 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 도 17의 도시와 같이, 케이블유닛(420')이 상호 결합된 2개의 측정모듈로 마련됨으로써, 2개의 연결유닛(430')에 의해 상호 연결되는 변형예도 가능하다. 아울러, 도 10의 도시와 같이, 상기 케이블유닛(420")이 상호 결합된 4개의 측정모듈로 마련되고, 4개의 연결유닛(430")에 의해 상호 연결되는 다른 변형예도 가능하다.
즉, 상기 모듈화된 측정모듈의 개수는 도 8 내지 도 10의 도시로 한정되지 않으며, 적어도 하나 이상 마련되어 연결유닛(430)(430')(430")에 의해 상호 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (41)

  1. 신축 가능한 재질로 형성되고, 측정 대상체와 접촉 가능한 전극들이 마련되는 벨트바디 유닛; 및
    상기 벨트바디 유닛과 결합되고, 상기 전극들에서 측정된 측정 대상체의 임피던스에 관한 전기적 신호를 수신하는 회로 유닛;
    을 포함하고,
    상기 회로 유닛은 상기 벨트바디 유닛 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벨트바디 유닛 및 상기 회로 유닛은 서로 교대로 연결되어 수평으로 연장되는 하나의 몸체를 형성하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 상기 벨트바디 유닛 사이에 배치되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 벨트바디 유닛의 양 단에는 상기 회로 유닛이 결합되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 벨트바디 유닛은,
    측정 대상체와 접촉되고, 전기 전도성 직물로 구성되는 상기 전극들이 마련되는 전극 레이어;
    상기 전극 레이어와 결합되고, 상기 전극들과 전기적으로 연결되는 회로 레이어; 및
    상기 회로 레이어와 결합되고, 상기 전극들 각각에 대응되어 다수의 색과 패턴으로 형성된 마커들이 마련되는 커버 레이어;
    를 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극 레이어, 상기 회로 레이어, 상기 커버 레이어 가운데 적어도 하나는 신축 가능한 탄성 재질로 형성되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전극 레이어와 상기 회로 레이어 사이에는 상기 전극들과 상기 회로 레이어를 전기적으로 접촉시키기 위한 접촉부가 형성되고,
    상기 접촉부는 전도성 접착제(conductive glue) 또는 열 압착(thermo-compression bonding)인 것을 특징으로 하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전극들은 서로 일정 간격 이격되어 배치되고,
    상기 전극들은 아일렛(eyelet), 전도성 접착제(conductive glue), 스티칭(stiching) 중 어느 하나를 통해 상기 벨트바디 유닛에 전기적으로 연결되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 회로 레이어에는 상기 전극들과 상기 회로 유닛의 전원 연결을 위한 전도사가 구비되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전도사는 상기 회로 레이어 상에 지그재그 형상의 자수(embroidery) 패턴으로 배선되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전도사는 상기 회로 레이어 상에 스티칭(stiching)을 통해 부분적으로 고정 배선되어 상기 벨트바디 유닛의 신축 범위에 대응되는 길이를 갖는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 비탄성 재질로 형성되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 유연인쇄회로기판(PCB)으로 마련되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 상기 전극들에 전류를 공급하여 측정 대상체의 임피던스에 관한 전압 신호를 측정하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 상기 전극들 가운데 임의의 두 전극 사이의 전압 신호 차를 측정하여 증폭시키는 다수 개의 차동 증폭 회로를 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 상기 전극들 가운데 임의의 두 전극 사이의 전류를 출력하는 전류 출력 회로를 포함하는 전극 벨트 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 차동 증폭 회로와 상기 전류 출력 회로의 아날로그 신호를 전기 임피던스 단층 촬영 장치에 직접 연결하거나, 아날로그-디지털 변환 신호의 복조(demodulation) 결과를 메인 프로세서에 전송하여 측정 대상체의 내부 도전율 및 유전율 분포를 영상화 하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  18. 제5항에 있어서,
    상기 전극 레이어는 상기 전극들이 마련되어 측정 대상체와 접촉되는 접촉면을 구비하고,
    상기 커버 레이어는 상기 접촉면에 대향하여 상기 전극들 각각에 대응되는 상기 마커들이 마련되는 노출면을 구비하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  19. 측정 대상체와 접촉 가능한 전극들이 마련되고, 상기 전극들과 전기적으로 연결되는 회로와 배선이 구비되며, 상기 전극들 각각에 대응되어 다수의 색과 패턴으로 형성된 마커들이 마련되는 벨트바디 유닛; 및
    상기 벨트바디 유닛과 결합되고, 상기 전극들에서 측정된 측정 대상체의 임피던스에 관한 전기적 신호를 수신 및 증폭하여 임피던스 측정을 위한 아날로그 신호를 생성하는 회로 유닛;
    을 포함하고,
    상기 벨트바디 유닛 및 상기 회로 유닛은 서로 교대로 연결되어 하나의 몸체를 형성하는 것을 특징으로 하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 벨트바디 유닛은 신축 가능한 탄성 재질로 형성되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 벨트바디 유닛은 상기 전극들이 마련되어 측정 대상체와 접촉되는 접촉면과, 상기 접촉면에 대향하여 상기 전극들 각각에 대응되는 상기 마커들이 마련되는 노출면을 구비하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 비탄성 재질로 형성되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 유연인쇄회로기판(PCB)으로 마련되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 상기 전극들 가운데 임의의 두 전극 사이의 전압 신호 차를 측정하여 증폭시키는 다수 개의 차동 증폭 회로를 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 회로 유닛은 상기 전극들 가운데 임의의 두 전극 사이로 전류를 출력하는 전류 출력 회로를 포함하는 전극 벨트 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 아날로그 신호를 전기 임피던스 단층 촬영 장치에 직접 연결하거나, 아날로그-디지털 변환 신호의 복조(demodulation) 결과를 메인 프로세서에 전송하여 측정 대상체의 내부 도전율 및 유전율 분포를 영상화 하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  27. 측정하고자 하는 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능한 벨트유닛; 및
    상기 벨트유닛과 결합되어 상기 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능하되, 상기 측정 대상체와의 접촉에 의해 내부 전류분포를 형성하고 유도전압을 측정하는 복수의 전극부가 마련되는 케이블유닛;
    을 포함하며,
    상기 벨트유닛은 길이 방향으로 적어도 일부가 신축 가능한 재질로 마련되고, 상기 케이블유닛은 길이 방향으로 접히거나 펴질 수 있도록 접철 가능하게 마련되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 벨트유닛은 실리콘 재질로 형성되거나, 섬유형 탄성 튜브 재질로 형성되며,
    상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛의 신축 범위에 대응되도록 접철 가능한 길이를 가지는 유연 인쇄회로기판, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛과 나란하게 길이 방향으로 연장되며 상기 측정 대상체로 접촉 가능한 복수의 전극부가 이격되어 마련되도록 모듈화된 벨트 형상을 가지는 유연 인쇄회로기판, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 벨트유닛에는 결합돌기가 길이 방향을 따라 상호 이격되도록 복수개 마련되며, 상기 케이블유닛의 상기 전극부는 상기 결합돌기에 결합되어 외부로 노출 가능하도록 길이 방향을 따라 상호 이격되도록 복수개 마련되어, 상기 벨트유닛과 케이블유닛이 상호 결합 가능한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 벨트유닛은 길이 방향을 따라 내부가 비워진 공간을 구비하며,
    상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛의 내부 공간에 길이 방향으로 삽입되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 벨트유닛은 내부에 삽입된 상기 케이블유닛의 상기 전극부를 노출시킬 수 있는 노출공이 복수개 마련되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 벨트유닛에 대해 상기 케이블유닛이 적어도 하나의 측정모듈로 모듈화 가능하며,
    상기 적어도 하나의 측정모듈은 연결유닛에 의해 길이 방향으로 상호 연결 가능한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 연결유닛은 탄성재질로 형성되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  35. 측정하고자 하는 측정 대상체에 장착 가능하도록 길이 방향으로 연장된 형상을 가지고 적어도 하나 마련되되, 길이 방향으로 신축 가능한 벨트유닛; 및
    상기 측정 대상체의 둘레를 따라 장착 가능하도록 적어도 하나 마련되되, 길이 방향을 따라 상기 측정 대상체와 접촉되어 내부 전류분포를 형성시키고 유도전압을 측정하기 위한 적어도 한 쌍의 전극부가 마련되는 케이블유닛;
    을 포함하며,
    상기 케이블유닛은 길이 방향으로 접히거나 펴질 수 있도록 상기 벨트유닛과 결합되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 벨트유닛은 실리콘 재질 또는 섬유형 탄성 튜브 재질로 형성되며,
    상기 케이블유닛에는 상기 전극부와, 상기 전극부와 전기적으로 연결 가능한 비유연 인쇄회로기판 조각, 유연 인쇄회로기판 조각, 실리콘 기판 위에 전도성 도료로 인쇄된 조각 및 섬유형 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 회로부가 길이 방향으로 상호 이격되도록 복수개 마련되는 유연 인쇄회로기판, 전도사를 포함하는 섬유벨트 및 전도성 페인팅된 고분자 기판 중 적어도 어느 하나를 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 벨트유닛을 관통하는 결합돌기가 상기 케이블유닛에 적어도 하나 마련되며, 상기 결합돌기는 상기 벨트유닛과 케이블유닛의 기계적인 결합 및 전기적 결선시키는 섬유, 전도성 고분자 또는 금속재질 중 어느 하나로 형성되는 전극을 포함하는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 벨트유닛은 내부가 비워진 공간을 구비하며,
    상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛의 신축 범위에 대응되도록 접철 가능한 길이를 가지고 상기 벨트유닛의 내부 공간에 길이 방향으로 삽입되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 벨트유닛은 내부에 삽입된 상기 케이블유닛의 상기 전극부를 노출시킬 수 있는 노출공이 복수개 마련되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  40. 제35항에 있어서,
    상기 케이블유닛은 상기 벨트유닛에 결합 가능한 적어도 하나의 측정모듈로 모듈화 가능하며,
    상기 적어도 하나의 측정모듈은 연결유닛에 의해 길이 방향으로 상호 연결 가능한 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 연결유닛은 탄성재질로 형성되는 생체신호 측정을 위한 전극 벨트 장치.
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