WO2024101757A1 - 반지형 생체신호 측정기기 및 그 제조 방법 - Google Patents

반지형 생체신호 측정기기 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2024101757A1
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Definitions

  • the present invention relates to a wearable device for measuring biosignals, and to a ring-shaped biosignal measuring device that measures biosignals by wearing it on a person's finger and a method of manufacturing the same.
  • Wrist band-type devices including smart watches.
  • Wrist band-type devices generally measure steps, activity level, heart rate, electrocardiogram, etc. and monitor daily health. Although it includes functions to manage the function, it has limitations due to the specific measurement location of the wrist and the inconvenience of wearing it.
  • this ring-shaped bio-signal measuring device uses fingers that are thin and have two arteries, so they have the advantage of being easy to measure electrocardiogram, pulse wave, oxygen saturation, etc.
  • the current ring-shaped bio-signal measuring device seals the entire PCB (printed circuit board) on which electrical and electronic components are mounted with plastic resin when manufacturing the product to make it waterproof and dust-proof, or undergoes multiple manufacturing processes for water-proofing and dust-proofing. There are difficulties such as complicated manufacturing processes or problems with electrical contact between electrodes and PCB.
  • the present invention provides a ring-shaped biosignal measuring device that is easy to manufacture and a manufacturing method thereof.
  • the present invention provides a ring-shaped biosignal measuring device that can easily measure electrocardiogram, oxygen saturation, heart rate, and sleep time, and a method of manufacturing the same.
  • a ring-shaped biosignal measuring device for solving the above problems includes a PCB unit that is generally ring-shaped and consists of a substrate and a plurality of electronic components mounted on the substrate; A molding part that is generally ring-shaped and surrounds the PCB to prevent water and dust; a first inner electrode located on the inside of the ring shape, a portion of which is exposed to the outside and in contact with the wearer's finger, and used as a ground electrode; a second inner electrode located inside the ring shape, a portion of which is exposed to the outside and in contact with the wearer's finger, and used as a first measurement electrode; and an outer electrode located on the outside of the ring shape, a portion of which is exposed to the outside, contacts the finger of the arm opposite to the wearing finger, and is used as a second measurement electrode.
  • the first inner electrode and the second inner electrode are installed in a position where sweat gland activity of the palm can be measured. At least a portion of the electrode is installed in the palm where the sweat glands are distributed, or the entire electrode is installed in a position where the entire electrode is in contact with the palm. It can be.
  • the first inner electrode and the second inner electrode are fastened to the PCB portion by tightening the fastening member from the outside to the inside, and the outer electrode is fastened to the PCB portion by tightening the fastening member from the inside to the outside.
  • the fastening member is fastened to a through hole formed on the wiring formed in the PCB unit to electrically connect the electrode and the PCB unit and fix the electrode.
  • the ring-shaped bio-signal measuring device further includes an optical sensor unit including a light-emitting element located on the inside of the ring shape to irradiate light and a light-receiving element to receive the light emitted from the light-emitting element,
  • the light emitting element and the light receiving element may be installed so that the light emitted from the light emitting element penetrates the arterial blood vessels of the finger and the penetrating light is received by the light receiving element.
  • a method of manufacturing a ring-shaped biosignal measuring device includes the steps of manufacturing a PCB unit consisting of a substrate and a plurality of electronic components mounted on the substrate including an optical sensor unit; coupling the first inner electrode and the second inner electrode to the inner side of the ring shape using a fastening member to the PCB unit, and coupling the outer electrode to the outer side of the ring shape; And placing the assembly combining each electrode on the PCB unit in a ring-shaped molding frame, exposing the skin contact surfaces of the first and second inner electrodes and the outer electrode to the outside of the molding mold, and then sealing the assembly. It may include forming a ring-shaped molding part.
  • the step of forming the molding part includes the optical sensor.
  • the step of sealing the unit so that light is emitted to the outside and the externally emitted light is received again by the optical sensor unit may be further included.
  • the present invention is easy to manufacture, thereby increasing mass productivity and reducing manufacturing costs.
  • the present invention can measure various biosignals such as electrocardiogram, oxygen saturation, heart rate, and sleep time, and provides higher accuracy than biometric measurement using the wrist.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a ring-shaped biosignal measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing a ring-shaped bio-signal measuring device worn on a finger according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining the PCB unit according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing the configuration of the substrate of the PCB unit according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram showing a state in which electrodes are installed on the PCB unit according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a ring-shaped biosignal measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • each step described may be performed regardless of the listed order, except when it must be performed in the listed order due to a special causal relationship.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a ring-shaped biosignal measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • (a) is a cross-sectional view of the ring-shaped bio-signal measuring device 100 according to an embodiment of the present invention
  • (b) is a left-hand view of the ring-shaped bio-signal measuring device 100 according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view as seen from
  • (c) is a perspective view as seen from the right side of the ring-shaped bio-signal measuring device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the ring-shaped bio-signal measuring device 100 measures bio-signals. That is, the ring-shaped biosignal measuring device 100 according to an embodiment of the present invention includes electrocardiogram, pulse, oxygen saturation, sleep stage, sleep time, sleep efficiency, heart rate variability (HRV), amount of exercise, number of steps, etc. Measure at least one of the biosignals.
  • HRV heart rate variability
  • the ring-shaped biosignal measuring device 100 includes a PCB portion 110, a molding portion 120, two inner electrodes 11 and 12, and one outer electrode 20. .
  • the ring-shaped bio-signal measuring device 100 may further include an external housing 130 and may further include an optical sensor unit composed of a light-emitting element 31 and a light-receiving element 32. there is.
  • the PCB unit 110 is composed of a substrate (i.e., printed circuit board (PCB)) and a plurality of electronic components mounted on the substrate, and the overall shape is ring-shaped. At this time, the PCB unit 110 may be manufactured in a ring shape where one end and the other end of the board are in contact with each other, or may be manufactured in a ring shape with one side open as shown in FIG. 5.
  • PCB printed circuit board
  • the molding part 120 is a part formed by molding the PCB part 110, and surrounds the PCB part 110 to prevent water and dust.
  • the overall shape of the molding part 120 is manufactured in a ring shape, and unlike shown in Figure 1, the inner surface (the surface of the part where the finger is worn) and the outer surface (the surface opposite to the inner surface) of the PCB part 110 are formed. Seal. Specifically, the molding part 120 seals all parts of the PCB part 110 except for each electrode 11, 12, and 20.
  • the first inner electrode 11 and the second inner electrode 12 are located inside the measuring device 100, that is, inside the ring shape, and a portion is exposed to the outside, and the control unit of the PCB unit 110 (performs electrocardiogram measurement or or/and electronic components that measure electrical skin resistance) and is in contact with the wearing finger when the measuring device 100 is worn on the finger.
  • the first and second inner electrodes 11 and 12 are selectively used for measuring one of electrocardiogram measurement and electrical skin resistance measurement. For example, when measuring an electrocardiogram, one of the first and second inner electrodes 11 and 12 is used as a measurement electrode, and the other is used as a ground. Additionally, the first and second inner electrodes 11 and 12 are used as electrodes to measure electrical skin resistance.
  • the user can select one of the first case and the second case by operating a switch connected to the control unit of the PCB unit 110.
  • a switch connected to the control unit of the PCB unit 110.
  • the user communicates with the communication module through a dedicated APP for the ring-shaped bio-signal measurement device 100 installed on the mobile device in the first and second cases. You can choose one.
  • the first and second inner electrodes 11 and 12 are used corresponding to the selected case, and measurement is not performed for the other case that is not selected. No.
  • communication between the communication module and the dedicated APP may be performed through direct short-distance wireless communication between the communication module and the dedicated APP, or may be performed in the form of the communication module and the dedicated APP being connected to a service server (not shown).
  • One outer electrode 20 is installed on the outer surface of the PCB unit 110 to be electrically connected to the control unit of the PCB unit 110, and is installed on the non-worn finger when the measuring device 100 is worn on the finger. is contacted.
  • the outer electrode 20 operates and is used together with the first and second inner electrodes 11 and 12 when measuring an electrocardiogram, but does not operate when measuring electrical skin resistance.
  • the surface in contact with the skin (skin contact surface) of the inner electrodes 11 and 12 and the outer electrode 20 may be curved to maximize contact with the finger.
  • the outer housing 130 protects the molding part 120 and the PCB part 110 by coming into close contact with the outside of the molding part 120, and the outer housing 130 penetrates the outer electrode 20 so that the outer electrode 20 is exposed to the outside.
  • a hole is formed.
  • the through hole is formed on the wiring, and may have conductivity because its inner surface is the same as the wiring.
  • the external housing 130 may be formed as one piece or may be formed by combining a plurality of parts.
  • the optical sensor unit is for measuring changes in the volume of finger arteries, and includes a light-emitting device 31 such as an LED (Light Emitting Diode) that irradiates light, and a PD (Photo-Diode) that receives the light emitted from the light-emitting device 31. ) and other light-receiving elements (32).
  • the light emitting element 31 and the light receiving element 32 are located inside the ring shape in the same way as the first and second inner electrodes 11 and 12, and at this time, the light emitted from the light emitting element 31 is directed to the light receiving element 32.
  • the light emitting element 31 and the light receiving element 32 are installed to receive light.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the ring-shaped bio-signal measuring device worn on a finger according to an embodiment of the present invention, showing the positional characteristics of the first and second inner electrodes 11 and 12 and the light emitting element 31 and This is to explain the positional characteristics of the light receiving element 32.
  • the first and second inner electrodes 11 and 12 are used to measure electrocardiogram and electrical skin resistance.
  • the measuring device 100 of the present invention measures electrical skin resistance according to the activity of sweat glands distributed on the palm to determine excitement, tension, drowsiness, etc.
  • the first and second inner electrodes 11 and 12 are installed at positions where sweat gland activity in the palm can be measured.
  • the first and second inner electrodes 11 and 12 may be installed on the left and right sides of the finger joint as shown in FIG. 2. Additionally, the first and second inner electrodes 11 and 12 may be installed lower (in the palm direction) than the position shown in FIG. 2.
  • the first and second inner electrodes 11 and 12 may be installed so that at least a portion of them is located on the palm where the sweat glands are distributed, and preferably, the entire electrode is installed in a position where the entire electrode is in contact with the palm.
  • the measuring device 100 measures the electrocardiogram using Lead I Type using three electrodes. That is, one of the three electrodes is used as the ground electrode, the other is used as the right arm electrode, and the remaining one is used as the left arm electrode to measure the current flowing from the right arm to the left arm or from the left arm to the right arm.
  • one of the first and second inner electrodes 11 and 12 is used as a ground electrode, the other is used as an electrode for the arm worn, and the outer electrode 20 ) is used as an electrode for the arm that is not being worn.
  • the outer electrode 20 is used as an electrode for the arm that is not worn, it is better to be installed in a location where the fingers adjacent to the worn finger do not touch, or to be manufactured so that the fingers adjacent to the worn finger do not touch.
  • the fingers of the worn arm can be measured by spreading them apart, so in this case, the outer electrode 20 may be installed or manufactured so that it touches the fingers adjacent to the worn finger before measurement.
  • the light-emitting element 31 and light-receiving element 32 of the optical sensor unit measure changes in the volume of arterial blood vessels located in the finger to determine pulse, oxygen saturation, sleep time, etc.
  • the light emitting element 31 and the light receiving element 32 can be placed in any position where the light emitted from the light emitting element 31 can be received by the light receiving element 32 after penetrating the arterial blood vessels.
  • the light emitting element 31 and the light receiving element 32 may be located below the inner electrodes 11 and 12, and the light emitting element 31 may be located on the upper part of the inner electrodes 11 and 12.
  • the light receiving element 32 may be located, one of the light emitting element 31 and the light receiving element 32 is located at the lower part of the inner electrodes 11 and 12, and the other is located at the lower part of the inner electrodes 11 and 12. It can be located at the top.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the PCB unit according to the first embodiment of the present invention.
  • the PCB unit 110 according to the first embodiment of the present invention includes a PCB board 111, a control unit 112 mounted on the PCB board 111, and other electronic components.
  • the electronic components are shown as two electronic components 113 and 114, and the number of electronic components may be two or more.
  • electronic components may be light-emitting devices, light-receiving devices, batteries, acceleration sensors, communication modules, etc.
  • the PCB board 111 is composed of one board, that is, one flexible PCB that can be bent.
  • the inner electrodes 11 and 12 and the outer electrode 20 are installed in the PCB unit 111 and are electrically connected to the control unit 112.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the substrate of the PCB unit according to the second embodiment of the present invention.
  • the PCB unit 110 according to the second embodiment of the present invention like the PCB unit 110 according to the second embodiment of the present invention, includes a PCB substrate 111 and a PCB substrate 111. Includes the control unit 112 mounted on and other electronic components.
  • the PCB board 111 of the PCB unit 110 is composed of a plurality of rigid PCBs 111a and a plurality of flexible PCBs 111b.
  • Each flexible PCB (111b) functions to connect two rigid PCBs (111a), and the control unit 112 and electronic components are mounted on at least one rigid PCB (111a).
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which electrodes are installed on the PCB unit according to the second embodiment of the present invention.
  • each flexible PCB (111b) of the PCB board (111) is bent to make the overall PCB portion (110) into a ring shape with one side open.
  • electronic components, a control unit 112, inner electrodes 11 and 12, and outer electrodes 20 are installed in each rigid PCB (111a).
  • Each of the first and second inner electrodes 11 and 12 is fastened to the rigid PCB 111a by tightening bolts or screws (hereinafter referred to as 'fastening members') 50 from the outside to the inside.
  • the outer electrode 20 is fastened to the rigid PCB 111a by tightening the fastening member 50 from the inside to the outside.
  • fastening members described in the claims are a general term for metal leaf spring-type parts or spring-embedded parts, including bolts and screws.
  • the fastening hole into which the fastening member 50 is fastened is formed on the wiring formed on the rigid PCB (111a), and the inner surface may be manufactured to be conductive. Accordingly, when each electrode 11, 12, and 20 is fastened by the fastening member 50, it is electrically connected to the control unit 112 through the fastening member 50 and wiring.
  • each electrode 11, 12, and 13 can be fastened (coupled) to the PCB unit 110 using a metal leaf spring-type component such as a C clip or a spring-embedded component called a pogo pin. .
  • Figure 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a ring-shaped biosignal measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • the method for manufacturing the ring-shaped biosignal measuring device 100 according to an embodiment of the present invention includes a process of manufacturing the PCB part 110 (S10), and fastening to the manufactured PCB part 110.
  • a process of combining each electrode 11 and 12 using the member 50 (S20), and a step of sealing the assembly combining the electrodes to the PCB unit 110 to form a ring-shaped molding part 120 (S30). may include.
  • the S10 process is a process of manufacturing the PCB unit 110 by mounting the control unit 112 and various electronic components on the PCB board 111 according to the first or second embodiment of the present invention and forming wiring.
  • the two inner electrodes 11 and 12 of the PCB 110 manufactured in the S10 process are fastened from the outside using the fastening member 50, and the outer electrode 20 is fastened using the fastening member 50.
  • This is a process in which the three electrodes are fixed to the PCB unit 110 and electrically connected by fastening from the inside.
  • a product in which the PCB unit 110 and each electrode 11, 12, and 20 are combined that is, the assembly is placed in a set molding mold and placed, and the skin contact surface of each electrode 11, 12, and 20 is placed on the molding mold.
  • This is a process of forming a ring-shaped molding portion 120 by exposing the combined product to the outside and then sealing the entire assembly to make it waterproof and dustproof.
  • various materials such as plastic resin can be used as the sealing material.
  • the light output from the light emitting element 31 of the optical sensor unit may be irradiated to the outside during the S30 process, and the light receiving element 32 may emit light. It can be sealed with a first sealing material capable of receiving light emitted from the element 31.
  • the ring-shaped molding unit 120 can be formed by sealing the entire assembly with the first sealing material.
  • the ring-shaped molding unit 120 can be formed by sealing the remaining assembly parts excluding the optical signal unit with a second sealing material different from the first sealing material.
  • each technical feature is mainly explained, but unless the technical features are incompatible with each other, they can be applied in combination with each other.

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Abstract

본 발명은 전체적으로 반지형태이며 기판과 상기 기판에 실장된 복수의 전자부품으로 구성된 PCB부, 전체적으로 반지형태이며 상기 PCB부를 둘러쌓아 방수 및 방진을 하는 몰딩부, 반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락에 접촉되며, 그라운드 전극으로 이용되는 제1 내측 전극, 반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락에 접촉되며, 제1 측정 전극으로 이용되는 제1 내측 전극, 및 반지형태의 외측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락의 반대쪽 팔의 손가락이 접촉되며, 제2 측정 전극으로 이용되는 제2 내측 전극을 포함하는 반지형 생체신호 측정기기 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

반지형 생체신호 측정기기 및 그 제조 방법
본 발명은 생체신호 측정을 위한 웨어러블(wearable) 기기에 관한 것으로, 사람의 손가락에 착용하여 생체신호를 측정하는 반지형 생체신호 측정기기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 헬스케어는 병원에서의 진단·치료뿐만 아니라 일상생활에서의 예방과 관리를 더욱 중시하는 포괄적이고 선제적인 서비스로 발전하고 있는 추세이다. 이러한 경향에 맞추어 의료기기 또한 병원용 장비에서 포터블 기기, 가정용 의료기기, 스마트기기와 웨어러블 디바이스로 점차 진화하고 있다.
현재 가장 널리 사용되고 있는 생체신호 측정용 웨어러블 기기로는 손목형 밴드 타입의 디바이스(스마트 워치 포함)가 있으며, 손목형 밴드 타입의 디바이스는 일반적으로 걸음수, 활동량, 심박수, 심전도 등을 측정하고 일상 건강을 관리하는 기능들이 포함되어 있으나 손목이라는 특정 측정 위치, 착용의 불편함 등에 의해 기능의 한계를 갖고 있다.
이러한 손목형 밴드 타입의 디바이스의 단점을 극복하기 위하여 헤드셋, 접착형 패치, 의류 등 다양한 형태의 생체신호 측정용 웨어러블 디바이스가 제안되고 있으며, 그 중에서도 손가락에 착용하는 반지형 생체신호 측정기기도 개발되고 있다.
이러한 반지형 생체신호 측정기기는 손목과 달리 가늘고 2개의 동맥을 가지는 손가락을 이용하므로, 심전도, 맥파, 산소포화도 등을 측정하기 용이한 장점이 있다.
그런데 현재의 반지형 생체신호 측정기기는 방수 및 방진을 위하여 제품 제작시 전기 및 전자부품이 탑재된 PCB(인쇄회로기판) 전체를 플라스틱 수지로 밀봉하거나, 방수 및 방진을 위한 다수의 제작 과정을 가지는 등 제작과정이 복잡하거나 전극과 PCB 간의 전기적 접촉에 문제가 발생하는 등의 어려움이 있다.
본 발명은 제작이 용이한 반지형 생체신호 측정기기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 심전도, 산소포화도, 심박수 및 수면시간 측정이 용이한 반지형 생체신호 측정기기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기는 전체적으로 반지형태이며 기판과 상기 기판에 실장된 복수의 전자부품으로 구성된 PCB부; 전체적으로 반지형태이며 상기 PCB부를 둘러쌓아 방수 및 방진을 하는 몰딩부; 반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락에 접촉되며 그라운드 전극으로 이용되는 제1 내측 전극; 반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락에 접촉되며 제1 측정 전극으로 이용되는 제2 내측 전극; 및 반지형태의 외측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락의 반대쪽 팔의 손가락이 접촉되며 제2 측정 전극으로 이용되는 외측 전극을 포함한다.
상기 제1 내측 전극 및 상기 제2 내측 전극은 손바닥의 땀샘 활동을 측정할 수 있는 위치에 설치되는데, 적어도 일부가 땀샘이 분포된 손바닥에 위치하도록 설치되거나, 전극 전체가 손바닥에 접촉하는 위치에 설치될 수 있다.
상기 제1 내측 전극 및 상기 제2 내측 전극은 체결부재를 외측에서 내측 방향으로 조여 상기 PCB부에 체결되고, 상기 외측 전극은 상기 체결부재를 내측에서 외측 방향으로 조여 상기 PCB부에 체결되며, 상기 체결부재는 PCB부에 형성된 배선 상에 형성된 관통구멍에 체결되어 해당 전극과 상기 PCB부를 전기적으로 연결시키고 해당 전극을 고정시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기는 반지형태의 내측에서 위치하여 광을 조사하는 발광소자와 상기 발광소자에서 조사한 광을 수광하는 수광소자를 포함하는 광센서부를 더 포함하며, 이 경우에 상기 발광소자와 상기 수광소자는 상기 발광소자에서 조사한 광이 손가락의 동맥 혈관을 관통하고 관통한 광이 상기 수광소자에 수신되도록 설치될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기 제조 방법은 기판과 상기 기판에 실장된 복수의 전자부품-광센서부 포함으로 구성된 PCB부를 제작하는 단계; 상기 PCB부에 체결부재를 이용하여 반지형태의 내측에서 제1 내측 전극과 제2 내측 전극을 결합하고, 반지형태의 외측에 외측 전극을 결합하는 단계; 및 상기 PCB부에 각 전극을 결합한 결합체를 반지형태의 몰딩틀에 위치시키되, 상기 제1 및 제2 내측 전극과 상기 외측 전극의 피부 접촉면을 상기 몰딩틀의 외부에 노출시킨 후 상기 결합체를 밀봉하여 반지형태의 몰딩부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전자부품에 반지형태의 내측에서 위치하여 광을 조사하는 발광소자와 상기 발광소자에서 조사한 광을 수광하는 수광소자를 포함하는 광센서부를 포함하는 경우에, 상기 몰딩부를 형성하는 단계는 상기 광센서부에서 광이 외부로 조사되고 외부로 조사된 광이 다시 상기 광센서부에 수신되도록 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 본 발명은 제작이 용이하여 양산성을 높이고 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명은 심전도, 산소포화도, 심박수 및 수면시간 등 다양한 생체신호의 측정이 가능하고, 손목을 이용한 생체 측정시보다 높은 정확도를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기를 손가락에 착용한 상태를 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 PCB부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부의 기판의 구성을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부에 전극을 설치한 상태를 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에서 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)의 단면도이고, (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)의 좌측 방향에서 바라본 사시도이며, (c)는 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)의 우측 방향에서 바라본 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)는 생체신호를 측정한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)는 심전도, 맥박, 산소포화도, 수면단계, 수면시간, 수면효율, 심박변이도(HRV, Heart Rate Variability), 운동량, 걸음 수 등 중 적어도 하나의 생체신호를 측정한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)는 PCB부(110), 몰딩부(120), 2개의 내측 전극(11, 12) 및 1개의 외측 전극(20)을 포함한다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)는 외부 하우징(130)을 더 포함할 수 있고, 발광소자(31)와 수광소자(32)로 구성된 광센서부를 더 포함할 수 있다.
PCB부(110)는 기판(즉, PCB, Printed Circuit Board)과 기판에 실장된 복수의 전자부품으로 구성되며, 전체 형상이 반지형(링형)을 나타낸다. 이때 PCB부(110)는 기판의 일단과 타단이 서로 접촉하는 반지형태로 제작되거나, 도 5에 도시된 바와 같이 일측이 개방된 반지형태로 제작될 수 있다.
몰딩부(120)는 PCB부(110)를 몰딩 처리에 의해 형성되는 부분이며, PCB부(110)를 둘러쌓아 방수 및 방진을 한다. 몰딩부(120)의 전체적인 형상은 반지형태로 제작되며, 도 1에 도시된 바와 달리 PCB부(110)의 내측면(손가락이 착용되는 부분의 면)과 외측면(내측면의 반대측 면)을 밀봉한다. 구체적으로, 몰딩부(120)는 PCB부(110)에서 각 전극(11, 12, 20)을 제외한 나머지 모든 부분을 밀봉한다.
제1 내측 전극(11)과 제2 내측 전극(12)은 측정기기(100)의 내측 즉, 반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되고 PCB부(110)의 제어부(심전도 측정을 수행하거나 또는/및 피부전기저항 측정을 하는 전자부품)에 전기적으로 연결되도록 설치되어 측정기기(100)를 손가락에 착용시에 착용 손가락에 접촉된다.
제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 심전도 측정 및 피부전기저항 측정 중 하나의 측정에 선택적으로 이용된다. 예컨대, 심전도 측정시에 제1 및 제2 내측 전극(11, 12) 중 하나는 측정 전극으로 이용되고, 다른 하나는 그라운드(ground)로 이용된다. 또한 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 피부전기저항을 측정하기 위한 전극으로 이용된다.
심전도 측정의 제1 경우와 피부전기저항 측정의 제2 경우는 사용자가 PCB부(110)의 제어부에 연결된 스위치를 동작시켜 제1 경우와 제2 경우 중 하나를 선택하게 할 수 있다. 다른 예로서, PCB부(110)에 통신모듈이 탑재된 경우이면 사용자는 모바일에 설치된 반지형 생체신호 측정장치(100)를 위한 전용 APP을 통해 통신모듈과 통신하여 제1 경우와 제2 경우 중 하나를 선택하게 할 수 있다.
사용자가 제1 경우와 제2 경우 중 하나를 선택하면 선택된 하나의 경우에 대응하여 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)이 이용되고, 선택되지 않은 다른 하나의 경우에 대한 측정은 수행되지 않는다.
한편, 통신모듈과 전용 APP간의 통신은 통신모듈과 전용 APP간에 직접적인 근거리 무선통신으로 수행되거나, 통신모듈과 전용 APP이 서비스 서버(미도시)에 연결되는 형태로 수행될 수 있다.
1개의 외측 전극(20)은 PCB부(110)의 외부면 측에 설치되어 PCB부(110)의 제어부에 전기적으로 연결되도록 설치되며, 측정기기(100)를 손가락에 착용시에 착용하지 않은 손가락에 접촉된다. 외측 전극(20)은 심전도 측정시에 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)과 함께 동작하여 이용되지만, 피부전기저항 측정시에는 동작하지 않는다.
내측 전극(11, 12) 및 외측 전극(20)에서 피부와 접촉하는 면(피부 접촉면)은 손가락과의 접촉을 극대화하기 위하여 곡선으로 제작될 수 있다.
외부 하우징(130)은 몰딩부(120)의 외측을 밀착하여 몰딩부(120) 및 PCB부(110)를 보호하며, 외측 전극(20)이 외부에 노출되도록 외측 전극(20)이 관통되는 관통구멍이 형성된다. 관통구멍은 배선 상에 형성되며, 내측면이 배선과 동일하기 도전성을 가질 수 있다. 외부 하우징(130)은 일체형으로 구성되거나 복수개의 부품이 결합되는 형태로 구성될 수 있다.
광센서부는 손가락 동맥 혈관의 부피 변화를 측정하기 위한 것으로, 광을 조사하는 LED(Light Emitting Diode) 등의 발광소자(31)와, 발광소자(31)에서 조사한 광을 수신하는 PD(Photo-Diode) 등의 수광소자(32)로 구성된다. 발광소자(31)와 수광소자(32)는 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)와 동일하게 반지형태의 내측에 위치하고, 이때 발광소자(31)에서 조사한 광이 수광소자(32)에 수광되도록 발광소자(31)와 수광소자(32)를 설치한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기를 손가락에 착용한 상태를 보인 단면도로서, 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)의 위치적 특징 및 발광소자(31)와 수광소자(32)의 위치적 특징을 설명하기 위한 것이다.
전술한 바와 같이 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 심전도 측정과 피부전기저항 측정에 이용된다. 본 발명의 측정기기(100)는 피부전기저항을 측정시에 손바닥에 분포된 땀샘의 활동에 따른 피부전기저항을 측정하여 흥분, 긴장, 졸음 등을 파악할 수 있게 한다.
이를 위해, 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 손바닥의 땀샘 활동을 측정할 수 있는 위치에 설치된다. 예컨대, 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 도 2에 도시된 바와 손가락 마디의 좌측 및 우측에 설치될 수 있다. 또한 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 도 2에 도시된 위치보다 더 하부(손바닥 방향)에 위치하여 설치될 수 있다. 결국, 제1 및 제2 내측 전극(11, 12)은 적어도 일부가 땀샘이 분포된 손바닥에 위치하도록 설치될 수 있으며, 바람직하게는 전극 전체가 손바닥에 접촉하는 위치에 설치되는 것이 양호하다.
본 발명의 실시 예에 따른 측정기기(100)는 심전도 측정시에 3개의 전극을 이용한 Lead I Type으로 측정을 한다. 즉, 3개의 전극 중 하나를 그라운드 전극으로 이용하고, 다른 하나는 오른팔 전극으로 이용하며, 나머지 하나는 왼팔 전극으로 이용하여, 오른팔에서 왼팔 또는 왼팔에서 오른팔로 흐르는 전류를 측정한다.
본 발명의 실시 예에 따른 측정기기(100)에서는 제1 및 제2 내측 전극(11, 12) 중 하나가 그라운드 전극으로 이용되고, 다른 하나는 착용하는 팔의 전극으로 이용되며, 외측 전극(20)은 착용하지 않은 팔의 전극으로 이용된다.
여기서, 외측 전극(20)은 착용하지 않는 팔의 전극으로 이용되므로, 착용한 손가락의 이웃한 손가락이 닿지 않는 위치에 설치되거나, 착용한 손가락의 이웃한 손가락이 닿지 않도록 제작되는 것이 양호하다. 물론, 심전도 측정시에 착용한 팔의 손가락들을 벌려 측정할 수 있으므로, 이 경우에 측정 전에 외측 전극(20)이 착용한 손가락의 이웃한 손가락이 닿도록 설치하거나 제작하여도 무방하다.
광센서부의 발광소자(31)와 수광소자(32)는 손가락에 위치한 동맥 혈관의 부피변화를 측정하여 맥박이나 산소포화도, 수면시간 등을 파악할 수 있게 한다. 이를 위해, 발광소자(31)와 수광소자(32)는 발광소자(31)에서 조사한 광이 동맥 혈관을 관통한 후 수광소자(32)에 수신될 수 있는 위치이면 어디든 가능하다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 내측 전극(11, 12)의 하부에 발광소자(31)와 수광소자(32)가 위치할 수 있고, 내측 전극(11, 12)의 상부에 발광소자(31)와 수광소자(32)가 위치할 수 있으며, 발광소자(31)와 수광소자(32) 중 하나가 내측 전극(11, 12)의 하부에 위치하고, 다른 하나가 내측 전극(11, 12)의 상부에 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 PCB부를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 PCB부(110)는 PCB 기판(111)과, PCB 기판(111)에 실장된 제어부(112) 및 그 외 다른 전자부품을 포함한다.
도 4에서는 전자부품을 2개의 전자부품(113, 114)으로 도시하였는데, 전자부품의 개수는 2개 이상일 수 있다. 예컨대 전자부품은 발광소자, 수광소자, 배터리, 가속도 센서, 통신모듈 등일 수 있다.
상기에서 PCB 기판(111)은 하나의 기판 즉, 휘어질 수 있는 하나의 연성(flexible) PCB로 구성된다.
PCB부(111)에는 내측 전극(11, 12) 및 외측 전극(20)이 설치되고 전기적으로 제어부(112)와 연결된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부의 기판의 구성을 보인 도면이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부(110)는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부(110)와 마찬가지로, PCB 기판(111)과, PCB 기판(111)에 실장된 제어부(112) 및 그 외 다른 전자부품을 포함한다.
다만, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부(110)의 PCB 기판(111)은 복수의 경성 PCB(111a)와 복수의 연성 PCB(111b)로 구성된다. 각 연성 PCB(111b)는 2개의 경성 PCB(111a)를 연결하는 기능을 하며, 적어도 하나의 경성 PCB(111a)에 제어부(112) 및 전자부품이 실장된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 PCB부에 전극을 설치한 상태를 보인 도면이다. 도 5를 참고하면, PCB 기판(111)의 각 연성 PCB(111b)는 휘어져 PCB부(110)를 전체적으로 일측이 개방된 반지형태로 만든다. 그리고 각 경성 PCB(111a)에는 전자부품과 제어부(112) 및 내측 전극(11, 12) 및 외측 전극(20)이 설치된다.
제1 및 제2 내측 전극(11, 12) 각각은 볼트나 나사(이하 '체결부재'라 함)(50)를 외측에서 내측 방향으로 조여 경성 PCB(111a)에 체결된다. 그리고 외측 전극(20)은 체결부재(50)를 내측에서 외측 방향으로 조여 경성 PCB(111a)에 체결된다.
한편, 청구항에 기재된 체결부재는 볼트나 나사를 비롯하여 금속 판 스프링 형태의 부품 또는 스프링 내장형 부품을 통칭한 것이다.
여기서, 체결부재(50)가 체결되는 체결구멍은 경성 PCB(111a)에 형성된 배선 상에 형성되며, 내부면이 도전성을 가지도록 제작될 수 있다. 따라서, 각 전극(11, 12, 20)은 체결부재(50)에 의해 체결시에 체결부재(50) 및 배선에 의해 제어부(112)에 전기적으로 연결된다.
한편, 각 전극(11, 12, 13)은 C 클립과 같은 금속 판 스프링 형태의 부품 또는 포고 핀(Pogo Pin)이라고 하는 스프링 내장형 부품을 이용하여 PCB부(110)에 체결(결합)될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)를 제조하기 위한 방법은 PCB부(110)를 제작하는 과정(S10), 제작된 PCB부(110)에 체결부재(50)를 이용하여 각 전극(11, 12)을 결합하는 과정(S20), PCB부(110)에 전극을 결합한 결합체를 밀봉하여 반지형태의 몰딩부(120)를 형성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
S10 과정은 본 발명의 제1 실시 예 또는 제2 실시 예에 따른 PCB 기판(111)에 제어부(112)와 각종 전자부품을 실장하고 배선을 형성시켜 PCB부(110)를 제작하는 과정이다.
S20 과정은 S10 과정에서 제작한 PCB(110)에서 2개의 내측 전극(11, 12)을 체결부재(50)를 이용하여 외측에서 체결하고, 외측 전극(20)을 체결부재(50)를 이용하여 내측에서 체결하여 3개의 전극이 PCB부(110)에 고정되고 전기적으로 연결되게 하는 과정이다.
S30 과정은 PCB부(110)와 각 전극(11, 12, 20)이 결합된 제작품 즉, 결합체를 설정된 몰딩틀에 넣어 안착시키되, 각 전극(11, 12, 20)의 피부 접촉면을 몰딩틀의 외부에 노출시킨 후 결합품을 전체를 방수 및 방진이 되도록 밀봉하여 반지형태의 몰딩부(120)를 형성하는 과정이다. 여기서, 밀봉 소재는 플라스틱 수지 등 다양한 소재를 사용할 수 있다.
다만, PCB 기판(111)에 실장되는 전자부품 중 광센서부가 포함되는 경우에는 S30 과정은 광센서부의 발광소자(31)에서 출력된 광이 외부로 조사될 수 있고, 수광소자(32)가 발광소자(31)에서 조사된 광을 수신할 수 있는 제1 밀봉 소재로 밀봉할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 반지형 생체신호 측정기기(100)는 광센서부를 구성으로 포함하는 경우에, 제1 밀봉 소재로 결합체 전체를 밀봉하여 반지형태의 몰딩부(120)를 구성할 수 있고, 제1 밀봉 소재로 광신호부를 밀봉한 후 제1 밀봉 소재와 다른 제2 밀봉 소재로 광신호부를 제외한 나머지 결합체 부분을 밀봉하여 반지형태의 몰딩부(120)를 구성할 수 있다.
본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.
따라서, 각 실시예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 전체적으로 반지형태이며, 기판과 상기 기판에 실장된 복수의 전자부품으로 구성된 PCB부;
    전체적으로 반지형태이며, 상기 PCB부를 둘러쌓아 방수 및 방진을 하는 몰딩부;
    반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락에 접촉되며, 그라운드 전극으로 이용되는 제1 내측 전극;
    반지형태의 내측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락에 접촉되며, 제1 측정 전극으로 이용되는 제2 내측 전극; 및
    반지형태의 외측에서 위치하고 일부가 외부로 노출되어 착용 손가락의 반대쪽 팔의 손가락이 접촉되며, 제2 측정 전극으로 이용되는 외측 전극을 포함하는 반지형 생체신호 측정기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내측 전극 및 상기 제2 내측 전극은 손바닥의 땀샘 활동을 측정할 수 있는 위치에 설치되는 반지형 생체신호 측정기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 내측 전극 및 상기 제2 내측 전극은 적어도 일부가 땀샘이 분포된 손바닥에 위치하도록 설치되는 반지형 생체신호 측정기기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 내측 전극 및 상기 제2 내측 전극은 전극 전체가 손바닥에 접촉하는 위치에 설치되는 반지형 생체신호 측정기기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내측 전극 및 상기 제2 내측 전극은 체결부재를 외측에서 내측 방향으로 조여 상기 PCB부에 체결되고, 상기 외측 전극은 상기 체결부재를 내측에서 외측 방향으로 조여 상기 PCB부에 체결되며,
    상기 체결부재는 PCB부에 형성된 배선 상에 형성된 관통구멍에 체결되어 해당 전극과 상기 PCB부를 전기적으로 연결시키고 해당 전극을 고정시키는 반지형 생체신호 측정기기.
  6. 제1 항에 있어서,
    반지형태의 내측에서 위치하여 광을 조사하는 발광소자와 상기 발광소자에서 조사한 광을 수광하는 수광소자를 포함하는 광센서부를 더 포함하며,
    상기 발광소자와 상기 수광소자는 상기 발광소자에서 조사한 광이 손가락의 동맥 혈관을 관통하고 관통한 광이 상기 수광소자에 수신되도록 설치되는 반지형 생체신호 측정기기.
  7. 기판과 상기 기판에 실장된 복수의 전자부품-광센서부 포함으로 구성된 PCB부를 제작하는 단계;
    상기 PCB부에 체결부재를 이용하여 반지형태의 내측에서 제1 내측 전극과 제2 내측 전극을 결합하고, 반지형태의 외측에 외측 전극을 결합하는 단계; 및
    상기 PCB부에 각 전극을 결합한 결합체를 반지형태의 몰딩틀에 위치시키되, 상기 제1 및 제2 내측 전극과 상기 외측 전극의 피부 접촉면을 상기 몰딩틀의 외부에 노출시킨 후 상기 결합체를 밀봉하여 반지형태의 몰딩부를 형성하는 단계를 포함하는 반지형 생체신호 측정기기 제조 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전자부품에 반지형태의 내측에서 위치하여 광을 조사하는 발광소자와 상기 발광소자에서 조사한 광을 수신하는 수광소자를 포함하는 광센서부를 포함하는 경우에,
    상기 몰딩부를 형성하는 단계는 상기 광센서부에서 광이 외부로 조사되고 외부로 조사된 광이 다시 상기 광센서부에 수신되도록 밀봉하는 단계를 더 포함하는 반지형 반지형 생체신호 측정기기 제조 방법.
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