WO2023239160A1 - 장시간 뇌파 및 심전도 측정이 가능한 웨어러블 장치 - Google Patents

장시간 뇌파 및 심전도 측정이 가능한 웨어러블 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023239160A1
WO2023239160A1 PCT/KR2023/007786 KR2023007786W WO2023239160A1 WO 2023239160 A1 WO2023239160 A1 WO 2023239160A1 KR 2023007786 W KR2023007786 W KR 2023007786W WO 2023239160 A1 WO2023239160 A1 WO 2023239160A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
unit
wearable device
electrode
user
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/007786
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박찬호
채웅신
김용욱
정래은
Original Assignee
에스케이바이오팜 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이바이오팜 주식회사 filed Critical 에스케이바이오팜 주식회사
Publication of WO2023239160A1 publication Critical patent/WO2023239160A1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/251—Means for maintaining electrode contact with the body
    • A61B5/256—Wearable electrodes, e.g. having straps or bands
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/263—Bioelectric electrodes therefor characterised by the electrode materials
    • A61B5/266—Bioelectric electrodes therefor characterised by the electrode materials containing electrolytes, conductive gels or pastes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/28—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electrocardiography [ECG]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
    • A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]

Definitions

  • brain waves are obtained from the user's head, and electrocardiograms are obtained from the chest. Therefore, in order to implement a device that measures brain waves and electrocardiograms together, a sensor attached to the head and a sensor attached to the chest must be separately installed to measure vital signs. This complicates the configuration of the device, increases its size, and makes it inconvenient for users to use the device.
  • the present invention measures the user's brain waves and electrocardiogram at the same time, but simplifies the components of the measurement device by limiting the body part that is the subject of measurement to a narrower area, enables miniaturization and weight reduction, and more conveniently provides brain waves and electrocardiograms.
  • a wearable device includes a sensor unit and a control unit.
  • the sensor unit is mounted on the user's head above the cervix and includes a plurality of electrodes that detect electrical signals from the head, based on the difference between the electrical signals detected by two of the plurality of electrodes.
  • the user's brain waves are detected, and the user's electrocardiogram is detected based on the difference between the electrical signals detected by two other electrodes among the plurality of electrodes.
  • the control unit is electrically connected to the sensor unit and converts the analog signals of brain waves and electrocardiogram detected by the sensor unit into digital signals.
  • the sensor unit may include an brain wave acquisition unit that detects the user's brain waves, and an electrocardiogram acquisition unit that detects the user's electrocardiogram.
  • the plurality of electrodes may include an active electrode, a reference electrode, a ground electrode, and two electrocardiogram electrodes.
  • the active electrode may include a first active electrode having two frontal lobe electrodes and a second active electrode having two temporal lobe electrodes.
  • the measurement positions of each of the first and second active electrodes may belong to at least one of the left area and the right area.
  • the brain wave acquisition unit may acquire brain waves of at least one of the left brain and the right brain for the frontal lobe based on the difference between the electric signal detected by the first active electrode and the electric signal detected by the reference electrode, and the electric signal detected by the second active electrode Based on the difference between the signal and the electrical signal detected by the reference electrode, brain waves of at least one of the left hemisphere and the right hemisphere of the temporal lobe can be acquired.
  • the two prefrontal electrodes can be located at either the Fp1 and Fp2 locations or the F7 and F8 locations.
  • the two temporal lobe electrodes can be located at either the T3 and T4 locations or the T5 and T6 locations. With the central axis of the head perpendicular to the ground, the reference electrode can be located closer to the ground than the two temporal lobe electrodes.
  • the plurality of electrodes may be composed of hydrogel electrodes.
  • the control unit may include a filter unit that filters the output signal of the sensor unit, an analog-to-digital converter unit that converts the filtered analog output signal into a digital signal, and a communication unit that transmits the converted digital signal to a mobile device.
  • the sensor unit may be connected to the control unit through a connection line, and the control unit may be connected to the mobile device through a wired connection unit.
  • the sensor unit and control unit can receive power from mobile devices.
  • the wearable device may further include a power source that supplies power to the sensor unit and the control unit.
  • the communication unit may be a wireless communication unit including at least one of Bluetooth, Wi-Fi, 4th generation mobile communication, and 5th generation mobile communication, and the control unit may be connected to the mobile device through the wireless communication unit.
  • the sensor unit and control unit can be used to monitor, diagnose, and predict symptoms of central nervous system disease.
  • Figure 2 is a diagram showing the configuration of a wearable device and a user's wearing state according to the first embodiment.
  • Figure 4 is a perspective view showing the sensor unit shown in Figure 3.
  • Figure 5 is a diagram showing installation sites of a plurality of electrodes.
  • Figure 7 is a diagram showing the configuration of a wearable device according to a second embodiment.
  • Figure 8 is a diagram showing a wearing state of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of a neckband.
  • FIG. 9 is a perspective view of the wearable device shown in FIG. 7.
  • Figure 10 is a perspective view of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of a hairband.
  • Figure 11 is a perspective view of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of glasses.
  • Figures 12 and 13 are perspective views of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of earphones.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a wearable device according to a first embodiment.
  • An electrocardiogram is an electrical signal generated by contraction and relaxation of the heart and serves as data for interpreting the heart's movements. By observing the electrocardiogram, you can basically know the speed and degree of heartbeat, and through this, you can determine whether heart-related diseases such as myocardial infarction, angina, and arrhythmia have occurred.
  • Acceleration is the three-axis acceleration in the front-back, left-right, and up-down directions caused by the user's movement, and the degree of the user's movement can provide information about when an error occurs in biosignal detection. Therefore, the user's movement can be measured using acceleration information.
  • brain waves are obtained from the user's head
  • electrocardiograms are obtained from the user's chest
  • acceleration is obtained from the wrist.
  • the wearable device 100 according to the first embodiment acquires brain waves and electrocardiograms from the user's head. Both can be measured, and optionally acceleration can also be measured.
  • the user's head may be the head above the neck.
  • the wearable device 100 of the first embodiment includes a sensor unit 120 that measures biological signals, and a control unit 150 electrically connected to the sensor unit 120.
  • the control unit 150 receives the biological signal measured by the sensor unit 120, converts the analog signal into a digital signal, and inputs the digital signal to the mobile device 500.
  • the sensor unit 120 includes an brain wave acquisition unit 121 that acquires the user's brain waves, and an electrocardiogram acquisition unit 122 that acquires the user's electrocardiogram.
  • Each of the brain wave acquisition unit 121 and the electrocardiogram acquisition unit 122 may be composed of a plurality of electrodes that detect electrical signals from the head above the user's neck, and may be configured to detect electrical signals detected by two of the plurality of electrodes. Based on the difference, brain waves and electrocardiograms can be obtained separately.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a wearable device and a user's wearing state according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a partial enlarged view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the sensor unit shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a view showing installation sites of a plurality of electrodes.
  • a pair of sensor units have the same configuration.
  • the EEG acquisition unit 121 may collect biological signals using two temporal lobe electrodes 131 and two frontal lobe electrodes 132.
  • the EEG acquisition unit 121 may include an active electrode, a reference electrode 133, and a ground electrode 134, and two temporal lobe electrodes 131 and two frontal lobe electrodes 132 are active electrodes. It can be.
  • the ground electrode 134 may detect an electrical signal at a third location on the skin surface of the temporal region, and the reference electrode 133 may detect an electrical signal at a fourth location on the skin surface of the temporal region.
  • the second and third locations may be on the skin surface over either of the user's apex.
  • the fourth position may be located lower from the ground than the second position, with the central axis of the user's head perpendicular to the ground.
  • the ground electrode 134 is used to detect electrical signals from other electrodes, and the electrical signal detected by the active electrode described below refers to the voltage difference between the active electrode and the ground electrode. Electrical signals detected by electrodes other than the active electrode also mean the voltage difference between the corresponding electrode and the ground electrode 134.
  • the brain wave acquisition unit 121 can acquire brain waves based on the difference between the electrical signal detected by the active electrode and the electrical signal detected by the reference electrode 133, and can use 2 to 4 channels. At this time, the difference between the two electrical signals may be a raw brain wave, and the brain wave may be obtained through additional signal processing.
  • the brain wave acquisition unit 121 may include a first active electrode, a second active electrode, and a reference electrode.
  • the two frontal lobe electrodes 132 may be the first active electrodes, and the two temporal lobe electrodes 131 may be the second active electrodes.
  • the fifth, sixth, and seventh positions may be the same as the above-described first, second, and fourth positions, respectively.
  • the fifth and sixth positions may belong to at least one of the left area and the right area.
  • the EEG acquisition unit 121 generates EEG of the left or right brain for the frontal lobe or EEG of both the left and right brains based on the difference between the electrical signal detected by the first active electrode and the electrical signal detected by the reference electrode 133. Can be acquired, and based on the difference between the electrical signal detected by the second active electrode and the electrical signal detected by the reference electrode 133, EEG of the left or right brain or both the left and right brain for the temporal lobe can be acquired. there is.
  • the ECG acquisition unit 122 may include two ECG electrodes 135.
  • Two electrocardiogram electrodes 135 can detect electrical signals on the skin surface of the user's temporal region. When dividing the user's head into a left area and a right area, one of the two ECG electrodes 135 is located in the left area and the other is located in the right area.
  • the ECG electrode 135 may be positioned at a distance from the reference electrode 133 along a direction parallel to the ground.
  • the ECG acquisition unit 122 may acquire the ECG based on the difference between the electrical signal detected by one of the two ECG electrodes 135 and the electrical signal detected by the other ECG electrode.
  • One of the two ECG electrodes 135 can be said to be an active electrode for ECG measurement, and the other can be said to be a reference electrode for ECG measurement.
  • the sensor unit 120 includes a pair of sensor unit main bodies 141, a first electrode support unit 142 coupled to each of the pair of sensor unit main bodies 141, and a contact area between the first electrode support unit 142 and the user's forehead. It may include a second electrode support 143 extending toward and a plurality of electrodes 130 located inside each of the first and second electrode supports 142 and 143 and in contact with the user's skin surface.
  • the plurality of electrodes 130 are a plurality of electrodes constituting the above-described brain wave acquisition unit 121 and the electrocardiogram acquisition unit 122, and each of the first and second electrode supports 142 and 143 is adjusted according to the curvature of the user's skin. It may be made of a flexible material that bends easily.
  • the sensor unit 120 may include an acceleration sensor and an acceleration acquisition unit 123 that measures three-axis position information according to the user's movement using the acceleration sensor.
  • the acceleration sensor may be mounted inside the sensor unit body 141.
  • the sensor unit 120 may further include an impedance measurement unit 124.
  • the impedance measurement unit 124 measures the contact impedance between each of the plurality of electrodes 130 and the user's skin in contact with each of the plurality of electrodes 130, and determines that the contact impedance among the plurality of electrodes 130 is a predetermined value. A signal for identifying electrodes exceeding can be output according to a predetermined method.
  • the user can wear the sensor unit 120 of the above-described configuration at a position adjacent to at least one of both ears, and the plurality of electrodes 130 monitor the state of attachment to the skin by the first and second supports 142 and 143. It can be maintained.
  • the plurality of electrodes 130 are integrally coupled to the sensor unit main body 141 by the first and second support parts 142 and 143, or are easily detached from the sensor unit main body 141 by a physical device or a permanent magnet device.
  • a repeatable configuration is also possible.
  • the plurality of electrodes 130 may be coupled to a wired connector terminal, and may be configured to easily repeat attachment and detachment according to the user's needs.
  • the sensor unit 120 and the control unit 150 may be connected by a connection line 145.
  • the brainwave and electrocardiogram acquired from the sensor unit 120 and the selectively acquired analog acceleration signal are transmitted to the control unit 150 through the connection line 145 as a digital brainwave output signal, electrocardiogram output signal, and acceleration output signal, respectively. can be printed.
  • the control unit 150 may include a filter unit 151, an analog-to-digital (A-D) conversion unit 152, and a communication unit 153, and may be connected to a mobile device through a connection unit.
  • A-D analog-to-digital
  • the filter unit 151 may perform filtering by applying a band-pass filter having a predetermined first pass band to the EEG output signal of the sensor unit 120, and applying a predetermined second pass band to the ECG output signal. Filtering can be performed by applying a band-pass filter.
  • the control unit 150 can process the biological signal through software to more accurately extract the characteristics of the biological signal, such as emphasizing the characteristics of the biological signal or removing noise other than the biological signal through the filter unit 151.
  • the analog-to-digital converter 152 converts the brainwave output signal and the electrocardiogram output signal filtered by the filter unit 151 from an analog signal to a digital signal by applying a first sampling rate and a second sampling rate, respectively.
  • the first sampling rate may be determined based on the maximum frequency of the first pass band
  • the second sampling rate may be determined based on the maximum frequency of the second pass band.
  • the communication unit 153 transmits the brain wave output signal and the electrocardiogram output signal converted into digital signals to the mobile device 500 through the connection unit at a first transmission rate and a second transmission rate, respectively.
  • the ratio between the first transmission rate and the second transmission rate may be determined based on the ratio between the first sampling rate and the second sampling rate.
  • the connection unit connecting the control unit 150 and the mobile device 500 may be a wired connection unit 161.
  • the control unit 150 is integrated with the wired connection terminal of the mobile device 500 using the wired connection unit 161, or is connected to one of the cables connecting the sensor unit 120 and the wired connection terminal of the mobile device 500. Can be combined in position.
  • the control unit 150 transmits the brain wave output signal, electrocardiogram output signal, and acceleration output signal converted into digital signals to the mobile device 500, and can transmit them to the server system using the wireless communication module of the mobile device 500.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a control unit of the wearable device shown in FIG. 2.
  • control unit 150 includes a control unit main body 162 that accommodates the above-described filter unit 151, an analog-to-digital conversion unit 152, and a communication unit 153.
  • the control unit body 162 may be provided with a wearing means such as a clip 163.
  • the control unit main body 162 is connected to a pair of sensor unit main bodies 141 by a pair of connection lines 145, and can be connected to the mobile device 500 by a wired connection part 161.
  • the wearable device 100 of the first embodiment does not include power required to drive the sensor unit 120 and the control unit 150, and can receive power from the mobile device 500 through the wired connection unit 161. Therefore, the wearable device 100 of the first embodiment is capable of continuously measuring biosignals for a long period of time, such as 12 hours, and the overall structure can be miniaturized and lightweight, making it very easy to use in daily life.
  • the wearable device of the second embodiment has the same or similar configuration as the first embodiment described above, except that it is wireless. Below, a configuration that is different from the first embodiment will mainly be described.
  • FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a wearable device according to a second embodiment
  • FIG. 8 is a diagram showing a wearing state of the wearable device according to the second embodiment implemented in the form of a neckband
  • FIG. 9 is a perspective view of the wearable device shown in FIG. 7.
  • the wearable device 200 of the second embodiment includes a sensor unit 120 that measures biological signals and a control unit 170 electrically connected to the sensor unit 120.
  • the control unit 170 receives the biological signal measured by the sensor unit 120, converts the analog signal into a digital signal, and transmits the digital signal to the mobile device 500 using the wireless communication unit 163.
  • the sensor unit 120 may include an brain wave acquisition unit 121, an electrocardiogram acquisition unit 122, an acceleration acquisition unit 123, and an impedance measurement unit 124.
  • the brain wave acquisition unit 121 can collect bio signals using two temporal lobe electrodes 131 and two frontal lobe electrodes 132.
  • the EEG acquisition unit 121 may include an active electrode, a reference electrode 133, and a ground electrode 134, and two temporal lobe electrodes 131 and two frontal lobe electrodes 132 are active electrodes. It can be.
  • the brain wave acquisition unit 121 may include a first active electrode, a second active electrode, and a reference electrode 133.
  • the two frontal lobe electrodes 132 may be the first active electrodes, and the two temporal lobe electrodes 131 may be the second active electrodes.
  • the ECG acquisition unit 122 may include two ECG electrodes 135. The process of the EEG acquisition unit 121 acquiring the EEG from the sensor unit 120 and the process of the ECG acquisition unit 122 acquiring the ECG are the same as the first embodiment described above.
  • the sensor unit 120 includes a pair of first electrode supports 142, a second electrode support 143 extending from the first electrode support 142 toward the user's forehead, and first and second electrode supports ( 143) It is located inside each and may include a plurality of electrodes 130 in contact with the user's skin surface.
  • the plurality of electrodes 130 may be composed of wet electrodes, and specifically, may be composed of hydrogel-type electrodes.
  • the acceleration acquisition unit 123 measures three-axis position information according to the user's movement using an acceleration sensor.
  • the sensor unit 120 and the control unit 170 may share one main body 175, and the acceleration sensor may be mounted inside the main body 175.
  • the control unit 170 may include a filter unit 171, an analog-to-digital conversion unit 172, and a wireless communication unit 173, and may be connected to the mobile device 500 by the wireless communication unit 173.
  • the configuration and operation of the filter unit 171 and the analog-to-digital conversion unit 172 are the same as those of the first embodiment described above.
  • the control unit 170 transmits the brain wave output signal, electrocardiogram output signal, and acceleration output signal converted into digital signals to the wireless communication module of the mobile device 500 through the wireless communication unit 173, and wireless communication of the mobile device 500 It can be transmitted to the server system using the module. Electrical signals received from the control unit 170 can be analyzed and transmitted to the server using software installed on the mobile device 500, and biosignal recording and transmission to the server can occur in real time.
  • the wearable device 200 of the second embodiment includes a power source 180 required to drive the sensor unit 120 and the control unit 170.
  • the power source 180 may be comprised of a typical battery, but is not limited to this example.
  • the wearable device is configured in the form of a neckband, and a pair of main bodies 175 can be integrally connected by a semicircular connecting member 176 that surrounds the back of the user's neck.
  • the neckband-type wearable device is an integrated structure in which the sensor unit and the control unit share one body 175, which is advantageous for miniaturizing the entire wearable device.
  • the wearable device 200 of the second embodiment may be implemented in forms that are easy to use in daily life, such as hairbands, glasses, and earphones, in addition to the neckband form.
  • FIG. 10 is a perspective view of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of a hairband.
  • the wearable device 201 includes a hair band portion 191 that surrounds the user's head so as to be in close contact with the user's forehead and back of the head.
  • the sensor unit 120 is fixedly installed on the hairband unit 191 so that a plurality of electrodes contact the user's skin, and the control unit may be installed inside the hairband unit 191.
  • the sensor unit 120 and the control unit may be connected by a connection line 145.
  • FIG. 11 is a perspective view of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of glasses.
  • the wearable device 202 includes an eyeglass frame 192 and a temple 193.
  • the sensor unit 120 is fixedly installed at the end of the temple 193 so that the plurality of electrodes contact the user's skin, and the control unit may be installed inside the temple 193.
  • FIGS 12 and 13 are perspective views of a wearable device according to a second embodiment implemented in the form of earphones.
  • the wearable device 203 includes a hook 194 that can be hung on the user's ear.
  • the sensor unit 120 and the control unit 170 are connected to the ring 194, and the pair of rings 194 may be integrally connected by a wire 195.
  • the earphone-type wearable device 203 has a structure in which the frontal lobe electrodes of the above-described embodiments are omitted, but can measure frontal lobe brain waves by methods such as installing a separate patch.
  • the wearable devices 100, 200, 201, 203, and 203 can be used for diagnosis and prediction of brain diseases such as epilepsy, stroke, and brain tumor, and attention deficit hyperactivity disorder. It can be used to monitor, diagnose, and predict symptoms of various central nervous system diseases such as ADHD, autism, depression, sleep disorders, consciousness disorders, stress, and dementia.

Abstract

웨어러블 장치는 센서부와 제어부를 포함한다. 센서부는 사용자의 경부 위쪽의 두부에 장착되어 두부로부터 전기 신호를 검출하는 복수의 전극을 포함하며, 복수의 전극 중 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 사용자의 뇌파를 검출하고, 복수의 전극 중 다른 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 사용자의 심전도를 검출한다. 제어부는 센서부와 전기적으로 연결되며, 센서부에서 검출된 뇌파와 심전도의 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환한다.

Description

장시간 뇌파 및 심전도 측정이 가능한 웨어러블 장치
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 6월 7일자 한국 특허 출원 제10-2022-0069046호 및 2022년 11월 16일자 한국 특허 출원 제10-2022-0153739호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원들의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 웨어러블 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌파 및 심전도와 같은 생체신호를 장시간 수집할 수 있는 웨어러블 장치에 관한 것이다.
사람을 비롯한 생명체에는 생체 신호(biosignal)라 통칭할 수 있는 다양한 전기 신호들이 생성된다. 생체 신호에는 뇌파(electroencephalography, EEG), 심전도(electrocardiogram, ECG), 심탄도(ballistocardiogram, BCG), 및 광용적맥파도(photoplethysmogram, PPG) 등이 있으며, 이러한 생체 신호들을 분석함으로써 생명체의 상태에 관한 다양한 정보를 얻을 수 있다.
다양한 생체 신호들 중 뇌파와 심전도는 사람의 생존에 없어서는 안될 가장 중요한 기관이라 할 수 있는 뇌와 심장의 상태를 각각 알려주는 신호로서, 생체 신호들 중에서도 단연 그 중요도가 높다고 할 수 있다.
일반적으로 뇌파는 사용자의 두부(頭部)에서 획득되고, 심전도는 흉부(胸部)에서 획득된다. 따라서 뇌파와 심전도를 함께 측정하는 장치를 구현하기 위해서는 생체 신호 측정을 위한 두부 부착용 센서와 흉부 부착용 센서를 따로 구비해야 한다. 이는 장치의 구성을 복잡하게 하고, 부피를 키우며, 사용자의 장치 사용을 불편하게 하는 원인이 된다.
본 발명은 사용자의 뇌파와 심전도를 동시에 측정하되, 측정의 대상이 되는 신체 분위를 보다 좁은 영역으로 한정함으로써 측정을 위한 장치의 구성요소를 단순화하고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 보다 편리하게 뇌파와 심전도를 동시에 측정할 수 있는 웨어러블 장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 웨어러블 장치는 센서부와 제어부를 포함한다. 센서부는 사용자의 경부(經部) 위쪽의 두부(頭部)에 장착되어 두부로부터 전기 신호를 검출하는 복수의 전극을 포함하며, 복수의 전극 중 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 사용자의 뇌파를 검출하고, 복수의 전극 중 다른 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 사용자의 심전도를 검출한다. 제어부는 센서부와 전기적으로 연결되며, 센서부에서 검출된 뇌파와 심전도의 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환한다.
센서부는 사용자의 뇌파를 검출하는 뇌파 획득부와, 사용자의 심전도를 검출하는 심전도 획득부를 포함할 수 있다. 복수의 전극은 액티브 전극, 레퍼런스 전극, 그라운드 전극, 및 두 개의 심전도 전극을 포함할 수 있다.
액티브 전극은 두 개의 전두엽 전극과 두 개의 측두엽 전극을 포함할 수 있다. 뇌파 획득부는 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 레퍼런스 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 뇌파를 획득할 수 있다.
다른 한편으로, 액티브 전극은 두 개의 전두엽 전극을 가지는 제1 액티브 전극과, 두 개의 측두엽 전극을 가지는 제2 액티브 전극을 포함할 수 있다. 사용자의 두부를 좌측 영역과 우측 영역으로 구분할 때, 제1 액티브 전극과 제2 액티브 전극 각각의 측정 위치는 좌측 영역과 우측 영역 중 적어도 하나에 속할 수 있다.
뇌파 획득부는 제1 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 레퍼런스 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 전두엽에 대한 좌뇌와 우뇌 중 적어도 하나의 뇌파를 획득할 수 있고, 제2 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 레퍼런스 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 측두엽에 대한 좌뇌와 우뇌 중 적어도 하나의 뇌파를 획득할 수 있다.
두 개의 심전도 전극은 두부의 좌측 영역과 우측 영역에 하나씩 나누어 위치할 수 있고, 심전도 획득부는 두 개의 심전도 전극이 각각 검출한 전기 신호의 차이에 기초하여 심전도를 획득할 수 있다.
두 개의 전두엽 전극은 Fp1 및 Fp2 위치와 F7 및 F8 위치 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다. 두 개의 측두엽 전극은 T3 및 T4 위치와 T5 및 T6 위치 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다. 두부의 중심축이 지면과 수직한 상태에서, 레퍼런스 전극은 두 개의 측두엽 전극보다 지면에 더 가깝게 위치할 수 있다. 복수의 전극은 하이드로겔 전극으로 구성될 수 있다.
센서부는 가속도 센서와, 가속도 센서를 이용하여 사용자의 움직임에 따른 3축 위치 정보를 측정하는 가속도 획득부를 더 포함할 수 있다. 센서부는 제1 전극 지지부와, 제1 전극 지지부로부터 사용자의 이마를 향해 확장된 제2 전극 지지부를 포함할 수 있다. 복수의 전극은 제1 전극 지지부 및 제2 전극 지지부에 장착될 수 있고, 제1 전극 지지부 및 제2 전극 지지부는 가요성 재질로 구성될 수 있다.
제어부는 센서부의 출력 신호를 필터링하는 필터부와, 필터링된 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와, 변환된 디지털 신호를 모바일 기기로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
센서부는 연결선을 통해 제어부와 연결될 수 있고, 제어부는 유선 연결부를 통해 모바일 기기와 연결될 수 있다. 센서부와 제어부는 모바일 기기로부터 전력을 공급받을 수 있다. 다른 한편으로, 웨어러블 장치는 센서부와 제어부에 전력을 공급하는 전원을 더 포함할 수 있다. 통신부는 블루투스, 와이파이, 4세대 이동통신, 및 5세대 이동통신 중 적어도 하나를 포함하는 무선 통신부일 수 있고, 제어부는 무선 통신부를 통해 모바일 기기와 연결될 수 있다.
센서부와 제어부는 중추신경계 질환의 증상을 모니터링, 진단, 및 예측하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 사용자의 뇌파와 심전도를 동시에 측정할 수 있으며, 측정의 대상이 되는 신체 부위를 좁은 영역으로 한정하여 측정을 위한 장치의 구성요소를 단순화하고, 소형화 및 경량화가 가능하며, 보다 편리하게 뇌파와 심전도를 동시에 측정할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 웨어러블 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 웨어러블 장치의 구성과 사용자의 착용 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 도 3에 도시한 센서부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 복수의 전극의 설치 부위를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 도시한 웨어러블 장치 중 제어부를 나타낸 사시도이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 넥밴드 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 착용 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7에 도시한 웨어러블 장치의 사시도이다.
도 10은 헤어밴드 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 사시도이다.
도 11은 안경 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 사시도이다.
도 12와 도 13은 이어폰 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 제1 실시예에 따른 웨어러블 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 제1 실시예의 웨어러블 장치(100)는 뇌파와 심전도를 포함하는 생체 신호를 사용자의 두부(頭部)에서 동시에 측정하는 장치이며, 선택적으로 가속도 측정이 가능하다. 후술하는 설명에서 ‘가속도’는 모두 ‘각속도’로 대체 가능하다.
뇌파는 뇌의 활동에 의해 발생하는 전기 신호이다. 이러한 뇌파는 뇌전증, 뇌졸증, 및 뇌종양 등 뇌질환의 진단에 이용될 수 있으며, 최근에는 질병의 진단뿐만 아니라 지각능력 및 인지능력 검사 등 대상자의 두뇌 활동을 모니터링하는 데에도 활용되고 있다.
심전도는 심장의 수축 및 이완에 의해 발생하는 전기 신호로서, 심장의 동작을 해석하기 위한 자료가 된다. 심전도를 관찰하면 기본적으로 심장 박동의 속도 및 일정한 정도를 알 수 있으며, 이를 통해 심근경색, 협심증, 부정맥 등 심장 관련 질환의 발생 여부를 판단할 수 있다.
가속도는 사용자의 움직임에 의한 전후, 좌우, 상하 방향의 3축 가속도이며, 사용자의 움직임 정도는 생체 신호 검출에 오류 발생 시기에 관한 정보를 제공할 수 있다. 따라서 가속도 정보를 이용하여 사용자의 움직임을 측정할 수 있다.
일반적으로 뇌파는 사용자의 두부에서 획득하고, 심전도는 사용자의 흉부(胸部)에서 획득하며, 가속도는 손목에서 획득하지만, 제1 실시예에 따른 웨어러블 장치(100)는 사용자의 두부에서 뇌파와 심전도를 모두 측정하고, 선택적으로 가속도를 함께 측정할 수 있다. 제1 실시예의 웨어러블 장치(100)에서 사용자의 두부는 경부 위쪽의 두부일 수 있다.
제1 실시예의 웨어러블 장치(100)는 생체 신호를 측정하는 센서부(120)와, 센서부(120)와 전기적으로 연결된 제어부(150)를 포함한다. 제어부(150)는 센서부(120)에서 측정된 생체 신호를 수신하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 디지털 신호를 모바일 기기(500)로 입력한다.
센서부(120)는 사용자의 뇌파를 획득하는 뇌파 획득부(121)와, 사용자의 심전도를 획득하는 심전도 획득부(122)를 포함한다. 뇌파 획득부(121)와 심전도 획득부(122) 각각은 사용자의 경부 위쪽의 두부로부터 전기 신호를 검출하는 복수의 전극으로 구성될 수 있으며, 복수의 전극 중 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 뇌파와 심전도를 각각 획득할 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 웨어러블 장치의 구성과 사용자의 착용 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 부분 확대도이다. 도 4는 도 3에 도시한 센서부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 복수의 전극의 설치 부위를 나타낸 도면이다. 도 4에서 한 쌍의 센서부는 동일한 구성으로 이루어진다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 뇌파 획득부(121)는 두 개의 측두엽 전극(131)과 두 개의 전두엽 전극(132)에 의해 생체 신호를 수집할 수 있다. 일 실시예에서, 뇌파 획득부(121)는 액티브 전극과 레퍼런스 전극(133) 및 그라운드 전극(134)을 포함할 수 있으며, 두 개의 측두엽 전극(131)과 두 개의 전두엽 전극(132)이 액티브 전극일 수 있다.
액티브 전극은 사용자의 이마의 피부 표면 위의 제1 위치와, 사용자의 측두부의 피부 표면 위의 제2 위치에서 각각 전기 신호를 검출할 수 있다. 제1 위치는 도 5의 Fp1 및 Fp2 위치일 수 있고, 제2 위치는 도 5의 T3 및 T4 위치일 수 있다. 대상자의 두상 구조와 크기 및 병변 부위에 따라 제1 위치는 도 5의 F7 및 F8 위치일 수 있고, 제2 위치는 도 5의 T5 및 T6 위치일 수 있다.
그라운드 전극(134)은 측두부의 피부 표면 위의 제3 위치에서 전기 신호를 검출할 수 있고, 레퍼런스 전극(133)은 측두부의 피부 표면 위의 제4 위치에서 전기 신호를 검출할 수 있다. 제2 위치와 제3 위치는 사용자의 꼭지돌기 중 어느 한 쪽 위의 피부 표면 위에 존재할 수 있다. 제4 위치는 사용자의 두부의 중심축이 지면과 수직한 상태에서, 제2 위치보다 지면으로부터 더 아래쪽에 위치할 수 있다.
그라운드 전극(134)은 다른 전극들의 전기 신호 검출을 위한 것으로서, 다음에 설명하는 액티브 전극이 검출하는 전기 신호는 액티브 전극과 그라운드 전극의 전압 차를 의미한다. 액티브 전극 이외의 다른 전극들이 검출하는 전기 신호 또한 해당 전극과 그라운드 전극(134)의 전압 차를 의미한다.
뇌파 획득부(121)는 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 레퍼런스 전극(133)이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 뇌파를 획득할 수 있으며, 2개 내지 4개 채널을 사용할 수 있다. 이때 두 전기 신호의 차이는 로우(raw) 뇌파일 수 있고, 추가의 신호 처리를 거쳐 뇌파를 획득할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 뇌파 획득부(121)는 제1 액티브 전극과 제2 액티브 전극 및 레퍼런스 전극을 포함할 수 있다. 두 개의 전두엽 전극(132)이 제1 액티브 전극일 수 있고, 두 개의 측두엽 전극(131)이 제2 액티브 전극일 수 있다.
제1 액티브 전극은 사용자의 이마의 피부 표면 위의 제5 위치에서 전기 신호를 검출할 수 있고, 제2 액티브 전극은 사용자의 측두부의 피부 표면 위의 제6 위치에서 전기 신호를 검출할 수 있다. 레퍼런스 전극(133)은 사용자의 측두부의 피부 표면 위의 제7 위치에서 전기 신호를 검출할 수 있다.
제5 위치와 제6 위치 및 제7 위치는 각각 전술한 제1 위치와 제2 위치 및 제4 위치와 같을 수 있다. 사용자의 이마와 측두부를 좌측 영역과 우측 영역으로 구분할 때, 제5 위치와 제6 위치는 좌측 영역과 우측 영역 중 적어도 하나에 속할 수 있다.
이 경우, 뇌파 획득부(121)는 제1 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 레퍼런스 전극(133)이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 전두엽에 대한 좌뇌 또는 우뇌의 뇌파 또는 좌뇌와 우뇌 모두의 뇌파를 획득할 수 있고, 제2 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 레퍼런스 전극(133)이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 측두엽에 대한 좌뇌 또는 우뇌의 뇌파 또는 좌뇌와 우뇌 모두의 뇌파를 획득할 수 있다.
전술한 두가지 실시예 모두에서, 심전도 획득부(122)는 두 개의 심전도 전극(135)을 포함할 수 있다. 두 개의 심전도 전극(135)은 사용자의 측두부의 피부 표면 위에서 전기 신호를 검출할 수 있다. 사용자의 두부를 좌측 영역과 우측 영역으로 구분할 때, 두 개의 심전도 전극(135) 중 어느 하나는 좌측 영역에 위치하고, 다른 하나는 우측 영역에 위치한다. 심전도 전극(135)은 지면과 나란한 방향을 따라 레퍼런스 전극(133)과 거리를 두고 위치할 수 있다.
심전도 획득부(122)는 두 개의 심전도 전극(135) 중 어느 하나의 심전도 전극이 검출한 전기 신호와 다른 하나의 심전도 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 심전도를 획득할 수 있다. 두 개의 심전도 전극(135) 중 어느 하나는 심전도 측정을 위한 액티브 전극이라 할 수 있고, 다른 하나는 심전도 측정을 위한 레퍼런스 전극이라 할 수 있다.
센서부(120)는 한 쌍의 센서부 본체(141)와, 한 쌍의 센서부 본체(141) 각각에 결합된 제1 전극 지지부(142)와, 제1 전극 지지부(142)로부터 사용자의 이마를 향해 확장된 제2 전극 지지부(143)와, 제1 및 제2 전극 지지부(142, 143) 각각의 내측에 위치하며 사용자의 피부 표면과 접촉하는 복수의 전극(130)을 포함할 수 있다. 복수의 전극(130)은 전술한 뇌파 획득부(121)와 심전도 획득부(122)를 구성하는 복수의 전극이며, 제1 및 제2 전극 지지부(142, 143) 각각은 사용자의 피부 굴곡에 따라 쉽게 휘어지는 가요성 재질로 이루어질 수 있다.
센서부 본체(141)는 두 개의 파트로 분리 가능한 구조로 이루어질 수 있다. 두 개의 파트 중 어느 하나는 제1 및 제2 전극 지지부(142, 143)와 결합되며, 다른 하나는 후술하는 연결선(145)과 결합될 수 있다.
복수의 전극(130)은 습식 전극으로 구성될 수 있으며, 구체적으로 하이드로겔 방식의 전극으로 구성될 수 있다. 습식 전극은 건식 전극보다 마찰 노이즈와 신호 잡음이 적고, 피부에 밀착되어 안정적으로 신호를 수집할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 전극(130) 각각은 피부에 접촉하는 하이드로겔층과, 하이드로겔층의 내측에 위치하며 실제 전극으로 기능하는 전도성 물질층과, 전도성 물질층의 내측에 위치하는 커넥터 단자와, 커넥터 단자의 내측에 위치하는 비전도성 물질층을 포함할 수 있다.
센서부(120)는 가속도 센서와, 가속도 센서를 이용하여 사용자의 움직임에 따른 3축 위치 정보를 측정하는 가속도 획득부(123)를 포함할 수 있다. 가속도 센서는 센서부 본체(141)의 내부에 장착될 수 있다.
가속도 센서는 가속도 센서가 배치된 평면에 수직한 방향으로 작용하는 중력 가속도의 크기에 비례하는 직류(DC) 성분을 제공한다. 또한, 가속도 센서는 가속도 센서가 배치된 평면에 수직한 방향으로 가속 운동할 경우, 평면에 수직한 성분의 운동 가속도 크기에 비례하는 교류(AC) 성분을 제공한다. 가속도 센서의 직류 성분의 출력은 가속도 센서의 기울어진 정도에 관한 정보를 제공할 수 있다.
가속도 획득부(123)는 가속도 센서의 출력으로부터 얻은 가속도 센서의 기울어진 각도를 이용하여 사용자의 머리 움직임의 형태를 파악할 수 있다. 또한, 가속도 획득부(123)는 가속도 센서의 교류(AC) 성분의 출력으로부터 사용자의 머리 움직임 정도를 파악할 수 있다.
센서부(120)는 임피던스 측정부(124)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 측정부(124)는 복수의 전극(130) 각각과, 복수의 전극(130) 각각이 접촉한 사용자의 피부 사이의 접촉 임피던스를 측정하고, 복수의 전극(130) 중 접촉 임피던스가 소정의 값을 초과하는 전극을 식별하기 위한 신호를 미리 정해진 방법에 따라 출력할 수 있다.
사용자는 전술한 구성의 센서부(120)를 양쪽 귀 중 적어도 하나에 인접한 위치에 착용할 수 있으며, 복수의 전극(130)은 제1 및 제2 지지부(142, 143)에 의해 피부 부착 상태를 유지할 수 있다. 복수의 전극(130)은 제1 및 제2 지지부(142, 143)에 의해 센서부 본체(141)와 일체형으로 결합되거나, 물리적 장치 또는 영구자석 장치 등에 의해 센서부 본체(141)와의 탈착을 용이하게 반복할 수 있는 구성도 가능하다. 예를 들어, 복수의 전극(130)은 유선 커넥터 단자에 결합될 수 있으며, 사용자의 필요에 따라 탈착을 손쉽게 반복하도록 구성될 수 있다.
센서부(120)와 제어부(150)는 연결선(145)에 의해 연결될 수 있다. 센서부(120)에서 획득한 뇌파와 심전도 및 선택적으로 획득한 가속도의 아날로그 신호는 연결선(145)을 통해 제어부(150)로 전달되어 디지털 형태의 뇌파 출력 신호와 심전도 출력 신호 및 가속도 출력 신호로서 각각 출력될 수 있다. 제어부(150)는 필터부(151)와 아날로그-디지털(A-D) 변환부(152) 및 통신부(153)를 포함할 수 있으며, 연결부에 의해 모바일 기기와 연결될 수 있다.
필터부(151)는 센서부(120)의 뇌파 출력 신호에 대해 소정의 제1 통과 대역을 갖는 대역 통과 필터를 적용하여 필터링을 수행할 수 있고, 심전도 출력 신호에 대해 소정의 제2 통과 대역을 갖는 대역 통과 필터를 적용하여 필터링을 수행할 수 있다. 제어부(150)는 필터부(151)에 의해 생체 신호의 특징을 강조하거나, 생체 신호 이외의 노이즈를 제거하는 등 생체 신호의 특징을 보다 정확하게 추출하기 위해 생체 신호를 소프트웨어적으로 처리할 수 있다.
아날로그-디지털 변환부(152)는 필터부(151)에서 필터링된 뇌파 출력 신호 및 심전도 출력 신호를 제1 샘플링 레이트(sampling rate) 및 제2 샘플링 레이트를 각각 적용하여 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다. 이때 제1 샘플링 레이트는 제1 통과 대역의 최대 주파수에 기초하여 정해질 수 있고, 제2 샘플링 레이트는 제2 통과 대역의 최대 주파수에 기초하여 정해질 수 있다.
통신부(153)는 디지털 신호로 변환된 뇌파 출력 신호 및 심전도 출력 신호를 각각 제1 전송 속도 및 제2 전송 속도로 연결부를 통해 모바일 기기(500)로 전송한다. 제1 전송 속도와 제2 전송 속도 간의 비율은, 제1 샘플링 레이트와 제2 샘플링 레이트 간의 비율에 기초하여 정해질 수 있다.
제어부(150)와 모바일 기기(500)를 연결하는 연결부는 유선 연결부(161)일 수 있다. 제어부(150)는 유선 연결부(161)를 이용하여 모바일 기기(500)의 유선 연결 단자와 일체형으로 결합되거나, 센서부(120)와 모바일 기기(500)의 유선 연결 단자를 연결하는 케이블의 어느 한 위치에 결합될 수 있다. 제어부(150)는 디지털 신호로 변환된 뇌파 출력 신호와 심전도 출력 신호 및 가속도 출력 신호를 모바일 기기(500)로 전송하며, 모바일 기기(500)의 무선 통신 모듈을 이용하여 서버 시스템으로 전송할 수 있다.
도 6은 도 2에 도시한 웨어러블 장치 중 제어부를 나타낸 사시도이다.
도 1과 도 6을 참고하면, 제어부(150)는 전술한 필터부(151)와 아날로그-디지털 변환부(152) 및 통신부(153)를 수용하는 제어부 본체(162)를 포함한다. 제어부 본체(162)에는 클립(163) 등의 착용 수단이 제공될 수 있다. 제어부 본체(162)는 한 쌍의 연결선(145)에 의해 한 쌍의 센서부 본체(141)와 연결되고, 유선 연결부(161)에 의해 모바일 기기(500)에 접속될 수 있다.
제1 실시예의 웨어러블 장치(100)는 센서부(120)와 제어부(150)의 구동에 필요한 전원을 포함하지 않으며, 유선 연결부(161)를 통해 모바일 기기(500)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 따라서 제1 실시예의 웨어러블 장치(100)는 12시간 등 장시간 연속적인 생체 신호 측정이 가능하며, 전체 구성을 소형화 및 경량화할 수 있으므로, 일상 생활에서 사용이 매우 용이하다.
다음으로, 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치에 대해 설명한다. 제2 실시예의 웨어러블 장치는 무선형인 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다. 아래에서는 주로 제1 실시예와 다른 구성에 대해 설명한다.
도 7은 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 8은 넥밴드 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 착용 상태를 나타낸 도면이다. 도 9는 도 7에 도시한 웨어러블 장치의 사시도이다.
도 7 내지 도 9를 참고하면, 제2 실시예의 웨어러블 장치(200)는 생체 신호를 측정하는 센서부(120)와, 센서부(120)와 전기적으로 연결된 제어부(170)를 포함한다. 제어부(170)는 센서부(120)에서 측정된 생체 신호를 수신하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 무선 통신부(163)를 이용하여 디지털 신호를 모바일 기기(500)로 전송한다.
센서부(120)는 뇌파 획득부(121), 심전도 획득부(122), 가속도 획득부(123), 및 임피던스 측정부(124)를 포함할 수 있다. 뇌파 획득부(121)는 두 개의 측두엽 전극(131)과 두 개의 전두엽 전극(132)에 의해 생체 신호를 수집할 수 있다.
일 실시예에서, 뇌파 획득부(121)는 액티브 전극과 레퍼런스 전극(133) 및 그라운드 전극(134)을 포함할 수 있고, 두 개의 측두엽 전극(131)과 두 개의 전두엽 전극(132)이 액티브 전극일 수 있다. 다른 일 실시예에서, 뇌파 획득부(121)는 제1 액티브 전극과 제2 액티브 전극 및 레퍼런스 전극(133)을 포함할 수 있다. 두 개의 전두엽 전극(132)이 제1 액티브 전극일 수 있고, 두 개의 측두엽 전극(131)이 제2 액티브 전극일 수 있다. 두가지 실시예 모두에서, 심전도 획득부(122)는 두 개의 심전도 전극(135)을 포함할 수 있다. 센서부(120)에서 뇌파 획득부(121)가 뇌파를 획득하는 과정과 심전도 획득부(122)가 심전도를 획득하는 과정은 전술한 제1 실시예와 동일하다.
센서부(120)는 한 쌍의 제1 전극 지지부(142)와, 제1 전극 지지부(142)로부터 사용자의 이마를 향해 확장된 제2 전극 지지부(143)와, 제1 및 제2 전극 지지부(143) 각각의 내측에 위치하며 사용자의 피부 표면과 접촉하는 복수의 전극(130)을 포함할 수 있다. 복수의 전극(130)은 습식 전극으로 구성될 수 있으며, 구체적으로 하이드로겔 방식의 전극으로 구성될 수 있다.
가속도 획득부(123)는 가속도 센서를 이용하여 사용자의 움직임에 따른 3축 위치 정보를 측정한다. 센서부(120)와 제어부(170)는 하나의 본체(175)를 공유할 수 있으며, 가속도 센서는 본체(175)의 내부에 장착될 수 있다. 제어부(170)는 필터부(171)와 아날로그-디지털 변환부(172) 및 무선 통신부(173)를 포함할 수 있으며, 무선 통신부(173)에 의해 모바일 기기(500)와 연결될 수 있다. 필터부(171)와 아날로그-디지털 변환부(172)의 구성 및 작용은 전술한 제1 실시예와 동일하다.
무선 통신부(173)는 근거리 무선 기술 표준인 블루투스(Bluetooth), 무선랜인 와이파이(WiFi: Wireless Fidelity), 4세대 이동통신(LTE: Long Term Evolution), 및 5세대 이동통신(5G: 5th Generation) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(170)는 디지털 신호로 변환된 뇌파 출력 신호와 심전도 출력 신호 및 가속도 출력 신호를 무선 통신부(173)를 통해 모바일 기기(500)의 무선 통신모듈로 전송하며, 모바일 기기(500)의 무선 통신모듈을 이용하여 서버 시스템으로 전송할 수 있다. 모바일 기기(500)에 설치된 소프트웨어를 이용하여 제어부(170)로부터 수신된 전기 신호를 분석하고 서버로 전송할 수 있으며, 생체 신호 기록과 서버로의 전송이 실시간으로 일어날 수 있다.
제2 실시예의 웨어러블 장치(200)는 센서부(120)와 제어부(170)의 구동에 필요한 전원(180)을 포함한다. 전원(180)은 통상의 배터리로 구성될 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다.
도 8에서 웨어러블 장치는 넥밴드 형태로 구성되며, 한 쌍의 본체(175)는 사용자의 목 뒤쪽을 감싸는 반원형의 연결부재(176)에 의해 일체로 연결될 수 있다. 넥밴드 형태의 웨어러블 장치는 센서부와 제어부가 하나의 본체(175)를 공유하는 일체화된 구성으로서, 웨어러블 장치 전체를 소형화하는데 유리하다. 제2 실시예의 웨어러블 장치(200)는 넥밴드 형태 이외에 헤어밴드, 안경, 및 이어폰과 같이 일상생활에서 사용이 용이한 형태로 구현될 수 있다.
도 10은 헤어밴드 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 사시도이다. 도 10에서 웨어러블 장치(201)는 사용자의 이마 및 뒷머리와 밀착되도록 사용자의 두부를 둘러싸는 헤어밴드부(191)를 포함한다. 센서부(120)는 복수의 전극이 사용자의 피부와 접촉하도록 헤어밴드부(191)에 고정 설치되며, 제어부는 헤어밴드부(191)의 내부에 설치될 수 있다. 센서부(120)와 제어부는 연결선(145)에 의해 연결될 수 있다.
도 11은 안경 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 사시도이다. 도 11에서 웨어러블 장치(202)는 안경 테(192)와 안경 다리(193)를 포함한다. 센서부(120)는 복수의 전극이 사용자의 피부와 접촉하도록 안경 다리(193)의 끝부분에 고정 설치되며, 제어부는 안경 다리(193)의 내부에 설치될 수 있다.
도 12와 도 13은 이어폰 형태로 구현된 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치의 사시도이다. 도 12와 도 13에서 웨어러블 장치(203)는 사용자의 귀에 걸 수 있는 고리(194)를 포함한다. 센서부(120)와 제어부(170)는 고리(194)에 연결 설치되며, 한 쌍의 고리(194)는 와이어(195)에 의해 일체로 연결될 수 있다. 이어폰 형태의 웨어러블 장치(203)는 전술한 실시예들의 전두엽 전극이 생략된 구조이나, 별도의 패치를 설치하는 등의 방법으로 전두엽 뇌파를 측정할 수 있다.
전술한 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 웨어러블 장치(100, 200, 201, 203, 203)는 뇌전증, 뇌졸증, 뇌종양 등 뇌 질환의 진단 및 예측에 활용될 수 있고, 주의력결핍 과다행동장애(ADHD), 자폐증, 우울증, 수면장애, 의식장애, 스트레스, 치매 등 다양한 중추신경계 질환의 증상을 모니터링하고, 진단 및 예측하는데 활용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (14)

  1. 사용자의 경부(經部) 위쪽의 두부(頭部)에 장착되어 상기 두부로부터 전기 신호를 검출하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극 중 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 사용자의 뇌파를 검출하고, 상기 복수의 전극 중 다른 두 개의 전극에 의해 검출된 전기 신호의 차이에 기초하여 사용자의 심전도를 검출하는 센서부;
    상기 센서부와 전기적으로 연결되며, 상기 센서부에서 검출된 뇌파와 심전도의 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하는 제어부
    를 포함하는 웨어러블 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 사용자의 뇌파를 검출하는 뇌파 획득부와, 사용자의 심전도를 검출하는 심전도 획득부를 포함하며,
    상기 복수의 전극은 액티브 전극, 레퍼런스 전극, 그라운드 전극, 및 두 개의 심전도 전극을 포함하는 웨어러블 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액티브 전극은 두 개의 전두엽 전극과 두 개의 측두엽 전극을 포함하고,
    상기 뇌파 획득부는 상기 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 상기 레퍼런스 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 뇌파를 획득하는 웨어러블 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액티브 전극은 두 개의 전두엽 전극을 가지는 제1 액티브 전극과, 두 개의 측두엽 전극을 가지는 제2 액티브 전극을 포함하고,
    사용자의 두부를 좌측 영역과 우측 영역으로 구분할 때, 상기 제1 액티브 전극과 상기 제2 액티브 전극 각각의 측정 위치는 좌측 영역과 우측 영역 중 적어도 하나에 속하는 웨어러블 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 뇌파 획득부는 상기 제1 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 상기 레퍼런스 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 전두엽에 대한 좌뇌와 우뇌 중 적어도 하나의 뇌파를 획득하고, 상기 제2 액티브 전극이 검출한 전기 신호와 상기 레퍼런스 전극이 검출한 전기 신호 간의 차이에 기초하여 측두엽에 대한 좌뇌와 우뇌 중 적어도 하나의 뇌파를 획득하는 웨어러블 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 두 개의 심전도 전극은 상기 두부의 좌측 영역과 우측 영역에 하나씩 나누어 위치하고,
    상기 심전도 획득부는 상기 두 개의 심전도 전극이 각각 검출한 전기 신호의 차이에 기초하여 심전도를 획득하는 웨어러블 장치.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 두 개의 전두엽 전극은 Fp1 및 Fp2 위치와 F7 및 F8 위치 중 어느 한 곳에 위치하고,
    상기 두 개의 측두엽 전극은 T3 및 T4 위치와 T5 및 T6 위치 중 어느 한 곳에 위치하며,
    상기 두부의 중심축이 지면과 수직한 상태에서, 상기 레퍼런스 전극은 상기 두 개의 측두엽 전극보다 지면에 더 가깝게 위치하는 웨어러블 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 하이드로겔 전극으로 구성되는 웨어러블 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는 가속도 센서와, 상기 가속도 센서를 이용하여 사용자의 움직임에 따른 3축 위치 정보를 측정하는 가속도 획득부를 더 포함하는 웨어러블 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는 제1 전극 지지부와, 상기 제1 전극 지지부로부터 사용자의 이마를 향해 확장된 제2 전극 지지부를 포함하며,
    상기 복수의 전극은 상기 제1 전극 지지부 및 상기 제2 전극 지지부에 장착되고,
    상기 제1 전극 지지부 및 상기 제2 전극 지지부는 가요성 재질로 구성되는 웨어러블 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 센서부의 출력 신호를 필터링하는 필터부와, 필터링된 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환부와, 변환된 디지털 신호를 모바일 기기로 전송하는 통신부를 포함하는 웨어러블 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서부는 연결선을 통해 상기 제어부와 연결되고,
    상기 제어부는 유선 연결부를 통해 상기 모바일 기기와 연결되며,
    상기 센서부와 상기 제어부는 상기 모바일 기기로부터 전력을 공급받는 웨어러블 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 센서부와 상기 제어부에 전력을 공급하는 전원을 더 포함하며,
    상기 통신부는 블루투스, 와이파이, 4세대 이동통신, 및 5세대 이동통신 중 적어도 하나를 포함하는 무선 통신부이고,
    상기 제어부는 상기 무선 통신부를 통해 상기 모바일 기기와 연결되는 웨어러블 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 센서부와 상기 제어부는 중추신경계 질환의 증상을 모니터링, 진단, 및 예측하는데 사용되는 웨어러블 장치.
PCT/KR2023/007786 2022-06-07 2023-06-07 장시간 뇌파 및 심전도 측정이 가능한 웨어러블 장치 WO2023239160A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220069046 2022-06-07
KR10-2022-0069046 2022-06-07
KR20220153739 2022-11-16
KR10-2022-0153739 2022-11-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023239160A1 true WO2023239160A1 (ko) 2023-12-14

Family

ID=89118660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/007786 WO2023239160A1 (ko) 2022-06-07 2023-06-07 장시간 뇌파 및 심전도 측정이 가능한 웨어러블 장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023239160A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011189081A (ja) * 2010-03-16 2011-09-29 Kanazawa Univ 脳波表示装置、脳波表示方法、及びプログラム
KR20120121975A (ko) * 2011-04-28 2012-11-07 (주)락싸 밴드형 센서셋 및 그 동작 방법
KR101668298B1 (ko) * 2015-05-20 2016-10-24 한국과학기술연구원 청성 지속 반응을 이용한 뇌 상태 표시기 및 방법
KR101796743B1 (ko) * 2016-07-21 2017-11-10 서울대학교산학협력단 뇌반응을 이용한 언어 이해력 평가 시스템 및 방법
KR20190001081A (ko) * 2017-06-26 2019-01-04 서울대학교산학협력단 뇌파와 심전도를 측정하기 위한 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011189081A (ja) * 2010-03-16 2011-09-29 Kanazawa Univ 脳波表示装置、脳波表示方法、及びプログラム
KR20120121975A (ko) * 2011-04-28 2012-11-07 (주)락싸 밴드형 센서셋 및 그 동작 방법
KR101668298B1 (ko) * 2015-05-20 2016-10-24 한국과학기술연구원 청성 지속 반응을 이용한 뇌 상태 표시기 및 방법
KR101796743B1 (ko) * 2016-07-21 2017-11-10 서울대학교산학협력단 뇌반응을 이용한 언어 이해력 평가 시스템 및 방법
KR20190001081A (ko) * 2017-06-26 2019-01-04 서울대학교산학협력단 뇌파와 심전도를 측정하기 위한 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019004710A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR MEASURING ELECTROENCEPHALOGRAM AND ELECTROCARDIOGRAM
Chi et al. Wireless non-contact cardiac and neural monitoring
WO2014204077A1 (en) Method and device to measure biosignal
US20050107716A1 (en) Methods and apparatus for positioning and retrieving information from a plurality of brain activity sensors
US20070112277A1 (en) Apparatus and method for the measurement and monitoring of bioelectric signal patterns
JP6889941B2 (ja) 生体信号計測装置
WO2007071180A1 (en) Wearable, wireless and distributed physiological signal monitoring system
RU2444986C1 (ru) Носимый монитор с автоматической передачей диагноза по каналу связи при возникновении критической ситуации
CN104739404A (zh) 一种可穿戴式生物电信号采集装置
US20130245480A1 (en) Heart monitoring apparatus
WO2016021845A1 (ko) 사용자의 상태를 관리하는 머리착용형 장치 및 사용자의 상태를 관리하는 방법
US20200383594A1 (en) Electrode carrier for electrophysiological measurement
WO2017026796A1 (ko) 패치형 심전도 센서
WO2019199002A1 (ko) 심전도계 모듈 기구
Chen et al. A wearable sensor system for neonatal seizure monitoring
Yu et al. An inflatable and wearable wireless system for making 32-channel electroencephalogram measurements
JP2023082199A (ja) 可搬型デバイスおよび方法
Chuang et al. Cost-efficient, portable, and custom multi-subject electroencephalogram recording system
CN113274038A (zh) 一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置
WO2015083981A1 (ko) 두상 성형 또는 공간 형성을 위한 보조장치를 구비한 헤어웨어
WO2023239160A1 (ko) 장시간 뇌파 및 심전도 측정이 가능한 웨어러블 장치
Paul et al. A versatile in-ear biosensing system for continuous brain and health monitoring
EP3900622A1 (en) Wireless electrocardiogram monitoring device
Vuorinen et al. Printed, skin-mounted hybrid system for ECG measurements
KR20170057889A (ko) 다채널 뇌파 측정 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23820096

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1