KR100868071B1 - Relative measurement method of differential electrode impedance for contact monitoring in a biopotential amplifier - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 전극을 접촉하여 생체전위를 측정하는 생체신호 검출 시스템에서 전극이 피부에 잘 접촉되어있는지 여부를 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용하여 모니터링하는 전극의 접촉 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring the contact of electrodes using a relative measurement of the differential electrode impedance, and more particularly to the differential electrode impedance whether or not the electrode is in good contact with the skin in the biosignal detection system for measuring the biopotential by contacting the electrode A method of monitoring the contact of an electrode to monitor using the relative measurement of.

본 발명은, 다수의 전극을 구비하는 전극부(100); 상기 전극부(100)의 출력신호가 입력되어 차동 증폭되는 차동증폭기(500); 차동증폭기(500)의 출력된 신호에서 DC를 제거하는 DC 제거 필터(600); DC 제거 필터(600)의 출력이 수신되며 단위 이득(unit gain)을 갖는 증폭기로 이루어진 절연증폭기(700);를 적어도 구비하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법에 있어서, 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극의 임피던스를 각각 Z1, Z2라 할때, 상기 전극의 접촉의 불량정도가 상기 Z2와 Z1의 임피던스 차인 ΔZ = Z2 - Z1에 비례하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention, the electrode unit 100 having a plurality of electrodes; A differential amplifier (500) for inputting the output signal of the electrode unit (100) to differentially amplify the signal; A DC cancellation filter 600 for removing DC from the output signal of the differential amplifier 500; In the method for monitoring the contact of the electrode of the biosignal detection system having at least the output amplifier of the DC cancellation filter 600 and an amplifier comprising an amplifier having a unit gain (unit gain), the differential amplifier 500 When the impedances of the electrodes differentially input to Z 1 and Z 2 are respectively characterized in that the poor contact degree of the electrodes is made in proportion to the impedance difference between Z 2 and Z 1 , ΔZ = Z 2 -Z 1 . .

전극, 접촉, 모니터링, 임피던스, 전원선 아티팩트 Electrodes, Contacts, Monitoring, Impedance, Power Line Artifacts

Description

차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링 방법 {Relative measurement method of differential electrode impedance for contact monitoring in a biopotential amplifier}Relative measurement method of differential electrode impedance for contact monitoring in a biopotential amplifier

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차동 전극 임피던스의 상대적 측정을 위한 회로 모델이다. 1 is a circuit model for the relative measurement of the differential electrode impedance according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명이 적용되는 생체 검출 시스템의 생체전위 증폭기를 설명하기 위한 설명도이다.2 is an explanatory diagram for explaining a biopotential amplifier of a biometric detection system to which the present invention is applied.

도 3은 본 발명의 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링방법에 의한 결과의 일예이다.Figure 3 is an example of the results of the contact monitoring method of the electrode using the relative measurement of the differential electrode impedance of the present invention.

도 4는 종래의 외부 임피던스 측정기에 의해 차동 접촉 임피던스에 대한 파워선 아티팩트 성분의 첨두치 진폭을 측정한 결과이다.4 is a result of measuring the peak-to-peak amplitude of the power line artifact component with respect to the differential contact impedance by a conventional external impedance meter.

본 발명은 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 전극을 접촉하여 생체전위를 측정하는 생체신호 검출 시스템에서 전극이 피부에 잘 접촉되어있는지 여부를 차동 전극 임피 던스의 상대적인 측정을 이용하여 모니터링하는 전극의 접촉 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for monitoring contact of electrodes using a relative measurement of the differential electrode impedance, and more particularly, to whether the electrode is in good contact with the skin in a biosignal detection system that measures the biopotential by contacting the electrode. It relates to a method of monitoring the contact of the electrode to monitor using the relative measurement of the Dunce.

일반적으로 생체신호 검출 시스템은 인체의 특정부위에 전극을 접촉하여 생체전위를 검출하고 증폭하여 출력한다. 그러므로 생체신호 검출 시스템은 전극과 생체전위 증폭기를 필수적으로 갖추고 있다.In general, a biosignal detection system detects, amplifies, and outputs a biopotential by contacting an electrode with a specific part of a human body. Therefore, the biosignal detection system is essentially equipped with an electrode and a biopotential amplifier.

생체전위, 즉 생체전기신호를 측정하기 위해 인체에 전극을 부착하고 전극의 출력부를 생체전위 증폭기에 연결하면, 인체로부터 증폭기로 미세한 전류가 흐르게 된다. 그러나, 이 전류는 전극을 부착하기 이전의 원래의 생체전위의 크기를 변화시킨다. 즉, 오차가 발생하는 것이다. 전극과 증폭기의 특성에 따라 측정된 생체전위신호의 크기와 모양이 변질 될 수도 있다. 따라서, 이 경우에 측정결과의 해석은 측정도구의 특성과 한계에 대한 이해를 바탕으로 하여야 한다. When an electrode is attached to a human body to measure a biopotential, that is, a bioelectric signal, and an output portion of the electrode is connected to the biopotential amplifier, a minute current flows from the human body to the amplifier. However, this current changes the magnitude of the original biopotential before attaching the electrode. That is, an error occurs. Depending on the characteristics of the electrode and the amplifier, the magnitude and shape of the measured biopotential signal may be altered. Therefore, the interpretation of the measurement results in this case should be based on an understanding of the characteristics and limitations of the measurement tool.

생체전위를 측정하기 위해 측정부위에 금속전극을 부착하는데 이때 피부저항을 완화하기 위하여 피부와 전극 사이 전해질 젤을 사용하며, 생체전위 측정시 생체의 움직임에 의해 전해질 젤의 전하분포가 교란되고 잡음이 발생 될 수 있다.In order to measure the biopotential, a metal electrode is attached to the measurement site. At this time, an electrolyte gel is used between the skin and the electrode to relieve skin resistance.When the biopotential is measured, the charge distribution of the electrolyte gel is disturbed by the movement of the living body and noise is generated. Can be caused.

일반적으로 생체의 표면에 부착되는 표면 전극은 생체와 접촉하는 모든 부분을 동일한 재료로 사용하며, 생체접촉시에 전극에 장착된 전선은 충분히 긴 전선을 사용하여 장력을 최소화해야 한다. 이때 전극에 장착된 전선의 절연층을 충분히 두껍게 하여 상호간섭이나 잡음을 방지할 수 있어야 한다. In general, the surface electrode attached to the surface of the living body is made of the same material as all parts in contact with the living body, and the wires attached to the electrode during the biological contact should be sufficiently long to minimize the tension. At this time, the insulation layer of the wire mounted on the electrode should be thick enough to prevent mutual interference or noise.

생체전위는 크기가 아주 작으므로 입력 임피던스가 충분히 큰 증폭기를 사용해야하며, 인체에 접촉된 전극의 부착상태는 검출한 생체신호의 정확도에 결정적인 영향을 준다. Since the biopotential is very small, an amplifier with a large input impedance should be used. The attachment state of the electrode in contact with the human body has a decisive influence on the accuracy of the detected biosignal.

인체에 전극이 부착되어 있지 않은 상태에서는 전극의 입력단이 높은 저항값을 가지므로, 이로 인해 출력값이 발진하거나 큰 잡음의 유입에 따라 포화되게 된다. 이렇게 전극이 잘못 부착되면 전극의 상태는 전극간 임피던스의 차에 따라 60Hz 잡음량이 증가하게 되어 검출 회로의 신호대 잡음비(Signal-to-Noise rate)(이하, S/N비라 한다)를 저하시킨다. 다시 말해, 인체 표면에 잘못된 전극의 부착은 전극간 불평형을 야기하며, 이에 따라 공통선 잡음인 60Hz 잡음이 증가한다. 이는 첨두치를 검출하여 사용하는 알고리즘에서는 오차 원인이 되며, 시스템의 정확도를 저하시킨다. In the state where the electrode is not attached to the human body, since the input terminal of the electrode has a high resistance value, this causes the output value to saturate due to the oscillation or the influx of large noise. If the electrode is incorrectly attached in this way, the state of the electrode increases the amount of 60 Hz noise depending on the difference between the impedances between the electrodes, thereby lowering the signal-to-noise rate (hereinafter referred to as S / N ratio) of the detection circuit. In other words, incorrect electrode attachment to the human body surface causes unbalance between electrodes, which increases the common line noise, 60 Hz noise. This is a source of error in the algorithm that detects and uses the peak value and degrades the accuracy of the system.

또한 인체에 전극이 잘 부착되지못하여 입력단이 개방된 전극은, 신호의 검출이 불가능하여 그 전극의 출력단에서는 검출하고자 하던 생체전위 신호는 검출되지 않거나 이웃한 채널의 간섭(Cross-talk)에 의해 가상의 신호를 검출하게 되는데, 이로부터 잘못된 신호해석을 야기하게 된다. In addition, an electrode whose input terminal is opened due to poor attachment of an electrode to a human body cannot detect a signal, and thus, a biopotential signal intended to be detected at the output terminal of the electrode is not detected or is virtual by cross-talk of a neighboring channel. It detects the signal of, which leads to wrong signal interpretation.

생체신호 검출 시스템에 있어서, 부착된 전극의 접촉 저항의 검사는 육안으로는 거의 불가능하다. 특히 다중 채널 시스템에서의 전극 부착 상태의 검사는 필수적이다. In the biosignal detection system, inspection of the contact resistance of the attached electrode is almost impossible with the naked eye. In particular, inspection of electrode attachment in a multichannel system is essential.

이를 해소하기위해 생체신호 검출 시스템의 내부에 접촉 임피던스 회로를 추가시킬 수는 있으나, 이는 생체신호 검출 시스템을 더 복잡하게 하며 크기를 증가시키는 결과를 가져온다. To solve this, it is possible to add a contact impedance circuit inside the biosignal detection system, but this results in a more complicated and increased size of the biosignal detection system.

따라서 전극의 접촉 모니터링은 생체신호 검출 시스템에서 상당히 중요하다. 소스 임피던스는 피부와 전극 사이의 임피던스 그리고 전극리드와 증폭기 사이의 임피던스의 조합으로, 전원선 잡음의 양과 증폭기의 공통성분 제거비(Common Mode Rejection Ratio)(이하 CMRR이라 함)에 결정적 영향을 미친다. 한편 전극과 피부표면사이의 접촉이 불량하거나 전극리드가 끊어지거나 하면, 생체전위 증폭기의 동작에 심각한 결과를 초래하게 된다.Therefore, contact monitoring of electrodes is of great importance in biosignal detection systems. Source impedance is a combination of the impedance between the skin and the electrode and the impedance between the electrode lead and the amplifier, which has a decisive influence on the amount of power line noise and the common mode rejection ratio (hereinafter referred to as CMRR) of the amplifier. On the other hand, if the contact between the electrode and the skin surface is poor or the electrode lead is broken, serious effects on the operation of the biopotential amplifier.

생체신호 검출 시스템에서 전류나 전압원은 소스임피던스 측정을 위해 사용된다. 일반적으로 발진 주파수가 선택되지 않았다면 심전계내 오른다리 구동회로 같은 생체전위 증폭기내에는 접촉모니터링 회로가 분산되어 있게 된다.In biosignal detection systems, current or voltage sources are used to measure source impedance. In general, if the oscillation frequency is not selected, the contact monitoring circuit is dispersed in the biopotential amplifier such as the right leg driving circuit in the electrocardiograph.

종래의 생체신호 검출 시스템은 외부의 전극접촉 검사회로를 이용하여 시스템 셋업(set-up) 단계에서 전극의 접촉 상태를 검사하도록 되어 있다. 즉 종래에는 외부 전극 부착 검사회로를 별도로 설계하여 시스템 셋업(set-up) 단계에서 전극의 접촉 상태를 검사하도록 되어 있다. 특히 이러한 외부의 전극접촉 검사회로에서 전극의 접촉상태를 검사하기 위하여 입력되는 외부 전류원을 인가해야 하는데, 만약 외부 전류원에 고장이 발생하여 인체에 부착된 전극에 고장 전류가 유입되게 되면, 환자에 대한 안전도에 문제를 발생하게 된다. The conventional biosignal detection system is configured to inspect the contact state of the electrode in the system set-up step by using an external electrode contact inspection circuit. That is, in the related art, a test circuit with an external electrode is separately designed to inspect the contact state of the electrode in a system set-up step. In particular, an external current source input to inspect the contact state of the electrode in the external electrode contact inspection circuit should be applied. If a fault occurs in the external current source and a fault current flows into the electrode attached to the human body, There is a problem with safety.

따라서 본 발명은 외부 전류원을 유입하지 않고, 종래의 생체신호 검출 시스템을 그대로 이용하면서 전극의 접촉 상태를 검사하는 방법을 제공한다. 본 발명에서는 환자의 안전에 영향을 주지 않는 전원선에 의한 유도전류를 전류원으로 사용하며 양 전극간의 불평형의 상대적인 값을 검출하여 불평형 값이 크면 전극의 접촉 상태가 나쁜 것으로 판정한다.Accordingly, the present invention provides a method for inspecting the contact state of an electrode while using a conventional biosignal detection system without introducing an external current source. In the present invention, the induction current by the power line that does not affect the safety of the patient is used as a current source, and the relative value of the unbalance between the two electrodes is detected, and if the unbalance is large, it is determined that the contact state of the electrode is bad.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극이 접촉된 인체의 안전에 영향을 주지않으면서 양 전극간의 불평형의 상대적인 값을 검출하여 전극이 접촉된 상태를 모니터링하게 하는 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to detect the relative value of the unbalance between the two electrodes without affecting the safety of the human body in contact with the electrode to monitor the contact state of the electrode using a relative measurement of the electrode impedance The present invention provides a method of monitoring a contact.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 외부 전류원을 유입하지 않고 종래의 생체신호 검출 시스템을 그대로 이용하면서 전극의 접촉 상태를 검사하는 전극의 접촉 모니터링 방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for monitoring a contact of an electrode that inspects a contact state of an electrode while using a conventional biosignal detection system without introducing an external current source.

이하 본 발명의 일 실시예에 의한 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for monitoring contact of electrodes using a relative measurement of differential electrode impedance according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차동 전극 임피던스의 상대적 측정을 위한 회로 모델이다. 1 is a circuit model for the relative measurement of the differential electrode impedance according to an embodiment of the present invention.

생체신호 검출 시스템은 전극으로부터 검출된 신호를 증폭하기 위한 생체전위 증폭기를 구비한다. 생체전위 증폭기는 그 입력단에, 차동 전극으로 부터 입력되는 신호를 증폭하는 차동 증폭부(500)를 구비한다. The biosignal detection system includes a biopotential amplifier for amplifying a signal detected from an electrode. The biopotential amplifier has a differential amplifier 500 for amplifying a signal input from the differential electrode at its input end.

차동 입력 전극의 임피던스를 Z1, Z2라 하고, 접지 전극의 임피던스를 Z3라 하고, 피부와 각 전극간의 저항값을 Zt라 한다. 전원선과 생체(인체) 사이의 커플링 커패시턴스(coupling capacitance)를 Zp라 하고, 각 전극의 출력 선(lead)과 전 원선 사이의 커플링 커패시턴스를 각각 Za, Zb라 한다. 차동 증폭기와 대지 접지간의 분리 임피던스를 Zs라 하며, Zp를 통하여 흐르는 변위전류를 ip라 하며, 인체와 대지 접지간의 임피던스를 Ze라 하고, 차동 증폭기의 입력 임피던스는 Zc라 하며, 차동 입력되는 전극 출력선 간의 임피던스를 ZD라한다. ZD에 걸리는 전압을 VD라 한다.The impedance of the differential input electrode is Z 1 , Z 2 , the impedance of the ground electrode is Z 3 , and the resistance between the skin and each electrode is Zt. The coupling capacitance between the power supply line and the living body (human body) is referred to as Zp, and the coupling capacitance between the output lead and power line of each electrode is referred to as Za and Zb, respectively. The separation impedance between the differential amplifier and the ground is called Zs, the displacement current flowing through Zp is called ip, the impedance between the human body and the ground is called Ze, the input impedance of the differential amplifier is called Zc, and the differential output The impedance between lines is called Z D. The voltage across Z D is called V D.

Zp에 기인된 VD인 VD1은 팔라스 아리미(Pallas-Aremy)의 회로 모델에 의해 수학식 1과 같이 나타낼수 있다.V D due to Zp, V D1, can be represented by Equation 1 by a circuit model of Pallas-Aremy.

Figure 112006070412330-pat00001
Figure 112006070412330-pat00001

여기서 ΔZ은 임피던스 불평형, 즉 Z2와 Z1의 임피던스 차로 ΔZ = Z2 - Z1 이며, k1과 C1은 상수로 수학식 2 및 수학식 3과 같이 구해진다.Where ΔZ is the impedance unbalance, that is, car impedance ΔZ = Z 2 in Z 2 and Z 1 - and Z 1, k 1 and C 1 is obtained as shown in Equation 2 and Equation 3 as a constant.

Figure 112006070412330-pat00002
Figure 112006070412330-pat00002

Figure 112006070412330-pat00003
Figure 112006070412330-pat00003

접지 전극(Z3)이 잘 부착되고 Zp, Zb, Zs와 Ze가 거의 변화되지 않는다면 VD1은 상수 k1과 C1을 가지고 임피던스 불평형, 즉 ΔZ = Z2 - Z1에 비례한다.If the ground electrode Z 3 is well attached and Zp, Zb, Zs and Ze hardly change, VD 1 has constants k 1 and C 1 and is proportional to the impedance unbalance, ie ΔZ = Z 2 -Z 1 .

각 전극의 출력 선(lead)과 전원선 사이의 커플링 커패시턴스(Za, Zb)에 기인된 VD인 VD2는 메팅 반 리즌(Metting van Rijn)의 모델에 기초한 임피던스 불평형에 비례하므로 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.V D2, which is V D due to the coupling capacitances Za and Zb between the output lead of each electrode and the power supply line, is proportional to the impedance unbalance based on the model of Metting van Rijn. Can be expressed as:

Figure 112006070412330-pat00004
Figure 112006070412330-pat00004

여기서 k2과 C2는 상수로 수학식 5 및 수학식 6과 같이 구해진다.Where k 2 and C 2 are constants as given by Equations 5 and 6, respectively.

Figure 112006070412330-pat00005
Figure 112006070412330-pat00005

Figure 112006070412330-pat00006
Figure 112006070412330-pat00006

여기서 Vzs는 Zs에서의 아이솔레이션 모드(isolation mode) 전압이며, Zs는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다. Here, Vzs is an isolation mode voltage in Zs, and Zs may be represented by Equation 7.

Figure 112006070412330-pat00007
Figure 112006070412330-pat00007

만약 Zp, Za, Zb가 거의 변하지 않으며, 각 전극의 출력 선(lead)을 서로 꼬거나 하여 Za, Zb를 상쇄하거나 감소시킨다면, k2 는 상수로 근사화 될 수 있으며, C2의 영향은 (Za - Zb)의 상쇄에 기인하여 거의 무시할 수 있다.If Zp, Za, and Zb hardly change, and the output leads of each electrode are twisted together to offset or reduce Za and Zb, k 2 can be approximated to a constant and the effect of C 2 is (Za Almost negligible due to the offset of Zb).

또한, 만약 Z1과 Z2가 천천히 변화한다면, 차동 증폭기에 또는 차동 증폭기 후에 일반적으로 위치되는 DC 제거 필터가 오프셋(offset), 즉 C1을 제거할 수 있다. 오프셋 제거하여 근사한 후에, ZD에 걸리는 전압을 VD는 수학식 1과 수학식 4의 결합으로 상수 k와 ΔZ의 함수로써 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.Also, if Z 1 and Z 2 change slowly, a DC rejection filter typically located at or after the differential amplifier can eliminate the offset, C 1 . After cool to remove the offset, the voltage applied to the Z D V D can be expressed by equation (8) as a function of the constants k and ΔZ as a combination of equation 1 and equation (4).

Figure 112006070412330-pat00008
Figure 112006070412330-pat00008

여기서 k는 k1과 k2의 합에 근접하는 상수이다.Where k is a constant approaching the sum of k 1 and k 2 .

VD는 임피던스 불평형에 비례하기 때문에, 절연 증폭기의 출력에서 발생하는 파워선 아티팩트는 임피던스 불균형의 함수이다. 이는 다시 말해, 추가적 전류원 또는 전압원의 사용 없이도 임피던스 불평형에 상응하는 차동 전극 임피던스는 파워선 아티팩트를 관찰함에 의해 상대적으로 측정할 수 있다. Since V D is proportional to impedance unbalance, the power line artifacts that occur at the output of the isolation amplifier are a function of impedance imbalance. In other words, the differential electrode impedance corresponding to impedance unbalance can be measured relatively by observing power line artifacts without the use of additional current or voltage sources.

도 2는 본 발명이 적용되는 생체 검출 시스템의 생체전위 증폭기를 설명하기 위한 설명도으로, 전극부(100), 차동증폭기(500), DC 제거 필터(600), 절연증폭기(700)를 구비한다.FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a biopotential amplifier of a biological detection system to which the present invention is applied, and includes an electrode unit 100, a differential amplifier 500, a DC removal filter 600, and an insulation amplifier 700. .

전극부(100)는 다수의 전극을 구비한다. 예를들어 생체 검출 시스템이 심전계 일 때는 두개의 신호전극과 1개의 접지전극으로 이루어지며, 뇌전도의 경우에는 보다 많은 전극들로 이루어질 수 있다.The electrode unit 100 includes a plurality of electrodes. For example, when the biological detection system is an electrocardiograph, two signal electrodes and one ground electrode are used, and in the case of an electroencephalogram, more electrodes may be formed.

차동증폭기(500)는 전극부(100)의 출력신호가 입력되어 차동 증폭된다.The differential amplifier 500 is differentially amplified by the output signal of the electrode unit 100 is input.

DC 제거 필터(600)는 차동증폭기(500)의 출력된 신호에서 DC를 제거한다. 예를들어 DC 제거 필터(600)를 0.16Hz의 하이패스 필터로 구성할 수 있다.The DC cancellation filter 600 removes DC from the output signal of the differential amplifier 500. For example, the DC rejection filter 600 may be configured as a high pass filter of 0.16 Hz.

절연증폭기(700)는 단위 이득(unit gain)을 갖는 증폭기로 구성하여, DC 제거 필터(600)의 출력이 안정되게 출력되게 하며 절연증폭기(700)의 이후의 구성요소들로부터 역으로 신호가 차동증폭기(500)에 혼입되지 않게 한다.The isolation amplifier 700 is configured as an amplifier having a unit gain so that the output of the DC rejection filter 600 is stably output and the signal is differentially reversed from the subsequent components of the isolation amplifier 700. Do not mix in the amplifier 500.

도 3은 본 발명의 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링방법에 의한 결과의 일예이다.Figure 3 is an example of the results of the contact monitoring method of the electrode using the relative measurement of the differential electrode impedance of the present invention.

도 3은 생체전위 측정중에 관찰된 전극접촉과 연관있는 60Hz 출력신호들로서, 도 3은 도 3의 (a)의 전극 접촉 상태가 불충분한 경우에서부터 도 3의 (d)의 전극 접촉 상태가 좋은 경우까지를 점차적으로 나타낸다.FIG. 3 shows 60 Hz output signals associated with electrode contact observed during biopotential measurement. FIG. 3 shows a case where the electrode contact state of FIG. 3A is insufficient, and the electrode contact state of FIG. 3D is good. Gradually indicates.

또한, 도 3은 각 채널에 대한 측정 회로 블록은 10의 이득을 갖는 차동 증폭기이며, 0.16Hz의 절단(cutoff) 주파수를 갖는 DC 제거 필터, 그리고 단위 이득(unit gain)을 갖는 절연 증폭기로 구성된 생체전위 증폭기에 의해 얻어졌다.In addition, FIG. 3 shows that the measurement circuit block for each channel is a differential amplifier with a gain of 10, a biometric consisting of a DC rejection filter with a cutoff frequency of 0.16 Hz, and an isolation amplifier with unit gain. Obtained by a potential amplifier.

도 3에서, 전극 출력선이 끊어지거나 불충분하게 전극과 피부가 접촉하고 있는 경우, 차동 증폭기의 높은 이득과 아이디얼(ideal)하지 않는 전기적 특성이 그 출력을 포화(saturate)시킨다. 도 3의 (a)에서, 포화된 신호는 포화에 기인한 베이 스 라인 신호와 유사하게 나타난다. 도 3의 (b)에서 출력 신호가 부분적으로 포화되었다. 만약 출력신호가 포화되지 않았다면,차동 접촉 임피던스는 도 2(c)(d)에서 보여지듯이 파워선 아티팩트 성분의 첨두치의 진폭에 비례한다.In Fig. 3, when the electrode output line is broken or insufficiently contacts the electrode and the skin, the high gain and non-ideal electrical characteristics of the differential amplifier saturate the output. In Fig. 3A, the saturated signal appears similar to the base line signal due to saturation. In FIG. 3B, the output signal is partially saturated. If the output signal is not saturated, the differential contact impedance is proportional to the amplitude of the peak of the power line artifact component, as shown in Fig. 2 (c) (d).

전극 젤리의 양과 건조상태 그리고 전극의 부착 상태를 조정함에 의해, 피부에 대한 전극 접촉 임피던스를 인위적으로 변화시킨다. By adjusting the amount and dryness of the electrode jelly and the attachment state of the electrode, the electrode contact impedance to the skin is artificially changed.

도 4는 종래의 외부 임피던스 측정기에의해 차동 접촉 임피던스에 대한 파워선 아티팩트 성분의 첨두치 진폭을 측정한 결과이다.4 is a result of measuring the peak-to-peak amplitude of the power line artifact components with respect to the differential contact impedance by a conventional external impedance meter.

도 4에서는 본 발명을 검증하기위해 종래의 외부 임피던스 측정기(KTMed Co., Korea)에 의해 접촉 임피던스 측정 후에, 파워선 아티팩트 성분은 검출했다. 도 4에서, 파워선 아티팩트 성분의 첨두치 진폭은 전극 접촉 임피던스에 비례하여, 수학식 8과 같다.In FIG. 4, the power line artifact component was detected after contact impedance measurement by a conventional external impedance measuring instrument (KTMed Co., Korea) to verify the present invention. In FIG. 4, the peak-to-peak amplitude of the power line artifact component is expressed by Equation 8 in proportion to the electrode contact impedance.

상술한 바와 같이, 본 발명은 두 개의 전극과, 상기 두개의 전극으로부터 출력신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(500)를 구비하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법에 있어서, 상기 두개의 전극의 임피던스를 각각 구하는 단계, 상기 두개의 전극의 임피던스의 차의 절대치를 구하는 단계, 상기 절대치가 클수록 전극의 접촉의 불량정도가 큰 것으로 판정하는 단계를 구비하여 이루어질 수 있다.As described above, the present invention provides a contact monitoring method of an electrode of a biosignal detection system including two electrodes and a differential amplifier 500 for differentially amplifying an output signal from the two electrodes. And calculating the impedance, determining the absolute value of the difference between the impedances of the two electrodes, and determining that the defective degree of contact between the electrodes is larger as the absolute value is larger.

본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다. The present invention is not limited to the above described and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.

본 발명은 전극이 접촉된 인체의 안전에 영향을 주지않으면서 양 전극간의 불평형의 상대적인 값을 검출하여 전극이 접촉된 상태를 모니터링하게 하는 차동 전극 임피던스의 상대적인 측정을 이용한 전극의 접촉 모니터링 방법을 제공한다. The present invention provides a method for monitoring the contact of electrodes using a relative measurement of the differential electrode impedance to detect the relative value of the unbalance between the two electrodes without affecting the safety of the human body in contact with the electrode to monitor the contact state do.

또한, 본 발명의 전극의 접촉 모니터링 방법은 외부 전류원을 유입하지 않고 종래의 생체신호 검출 시스템을 그대로 이용하면서 전극의 접촉 상태를 검사할 수 있다.In addition, the contact monitoring method of the electrode of the present invention can inspect the contact state of the electrode while using a conventional bio-signal detection system as it is without introducing an external current source.

다시말해 본 발명의 전극의 접촉 모니터링 방법은 외부 부착 검사회로 없이 전극의 접촉상태를 확인할 수 있으며, 외부 전류원을 유입하지 않고, power line의 유도전류를 전류원으로 사용 양극 전극간의 불평형의 상대적인 값을 검출하여 전극의 접촉상태를 확인할 수 있다.In other words, the contact monitoring method of the electrode of the present invention can check the contact state of the electrode without an external attachment test circuit, detect the relative value of the unbalance between the anode electrodes using the induced current of the power line as a current source without introducing an external current source. The contact state of the electrode can be confirmed.

현재의 심전도, 신경전도, 근전도, 뇌파 등등 각종 생체전기신호의 측정과 해석을 위해서는 인체에 전극을 부착하게 되는데 접촉한 전극의 부착상태는 검출한 생체 신호에 결정적인 영향을 주게 되므로 본 발명은 심전도, 신경전도, 근전도, 뇌파 등등 각종 생체전기신호의 측정이나 해석을 요하는 모든 분야에 적용할 수 있다.In order to measure and interpret various electroelectric signals such as electrocardiogram, neural electrocardiogram, electroencephalogram, and the like, current electrodes are attached to the human body, and thus the contact state of the contacted electrode has a decisive effect on the detected biosignal. Neural conduction, electromyography, brain waves, etc. can be applied to all fields requiring measurement or interpretation of various bioelectric signals.

본 발명의 전극의 접촉 모니터링 방법은 환자의 안전(safety) 확보, 안정적 동작이 가능, 별도의 접촉불량 문제를 야기시키지 않으며, 또한 외부 회로를 별도로 첨가할 필요가 없으므로 제조 단가를 낮출 수 있다Contact monitoring method of the electrode of the present invention can ensure the safety of the patient (safety), stable operation, does not cause a separate contact problem, and also can reduce the manufacturing cost because there is no need to add an external circuit separately

Claims (14)

다수의 전극을 구비하는 전극부(100); 상기 전극부(100)의 출력신호가 입력되어 차동 증폭되는 차동증폭기(500); 차동증폭기(500)의 출력된 신호에서 DC를 제거하는 DC 제거 필터(600); DC 제거 필터(600)의 출력이 수신되며 단위 이득(unit gain)을 갖는 증폭기로 이루어진 절연증폭기(700);를 적어도 구비하는 생체신호 검출 시스템에서, 외부 전류원을 유입하지 않고, 전원선에 의한 유도전류를 전류원으로 사용하는 전극의 접촉 모니터링 방법에 있어서,An electrode unit 100 having a plurality of electrodes; A differential amplifier (500) for inputting the output signal of the electrode unit (100) to differentially amplify the signal; A DC cancellation filter 600 for removing DC from the output signal of the differential amplifier 500; In the biosignal detection system having at least the output amplifier of the DC rejection filter 600, an isolation amplifier 700 composed of an amplifier having a unit gain (unit gain), induction by a power line without introducing an external current source In the contact monitoring method of the electrode using a current as a current source, 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극 출력선 간의 임피던스가 ZD이고, ZD에 걸리는 전압이 VD일때, 상기 VD의 크기가 클수록 상기 전극의 접촉의 불량정도가 큰 것으로 판단하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.When the impedance between the electrode output line differentially input to the differential amplifier 500 is Z D and the voltage applied to the Z D is V D , the larger the magnitude of the V D is, the larger the defective contact of the electrode is. A contact monitoring method of an electrode of a biosignal detection system, characterized in that. 다수의 전극을 구비하는 전극부(100); 상기 전극부(100)의 출력신호가 입력되어 차동 증폭되는 차동증폭기(500); 차동증폭기(500)의 출력된 신호에서 DC를 제거하는 DC 제거 필터(600); DC 제거 필터(600)의 출력이 수신되며 단위 이득(unit gain)을 갖는 증폭기로 이루어진 절연증폭기(700);를 적어도 구비하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법에 있어서,An electrode unit 100 having a plurality of electrodes; A differential amplifier (500) for inputting the output signal of the electrode unit (100) to differentially amplify the signal; A DC cancellation filter 600 for removing DC from the output signal of the differential amplifier 500; In the contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system having at least the output amplifier of the DC filter 600, an isolation amplifier consisting of an amplifier having a unit gain (unit gain); 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극의 임피던스를 각각 Z1, Z2라 할때, 상기 Z2와 Z1의 임피던스 차인 ΔZ = Z2 - Z1의 크기가 클수록 전극의 접촉의 불량정도가 큰 것으로 판단하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.When the impedances of the electrodes differentially input to the differential amplifier 500 are Z 1 and Z 2 , respectively, the greater the magnitude of the difference between Z 2 and Z 1 , ΔZ = Z 2 -Z 1 , the poorer the contact of the electrodes is. The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system, characterized in that it is determined to be large. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 ZD에 걸리는 전압인 VD는The voltage V D applied to the Z D is VD=kΔZV D = kΔZ (여기서 ΔZ는 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극의 임피던스를 각각 Z1, Z2라 할때 ΔZ = Z2 - Z1이며, k는 상수임.)(Where ΔZ is ΔZ = Z 2 -Z 1 and k is a constant when the impedances of the electrodes differentially input to the differential amplifier 500 are Z 1 and Z 2 , respectively.) 인 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system, characterized in that. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 k는 k=k1+k2에 의거하여 구하며,K is obtained based on k = k1 + k2, 여기서 접지 전극의 임피던스를 Z3라 하고, 전원선과 생체(인체) 사이의 커플링 커패시턴스(coupling capacitance)를 Zp라 하고, 차동 증폭기와 대지 접지간의 분리 임피던스를 Zs라 하며, Zp를 통하여 흐르는 변위전류를 ip라 하며, 인체와 대지 접지간의 임피던스를 Ze라 하고, Zs에서의 아이솔레이션 모드(isolation mode) 전압을 Vzs라 할때,Here, the impedance of the ground electrode is Z 3 , the coupling capacitance between the power supply line and the living body (human body) is Zp, and the separation impedance between the differential amplifier and the ground is called Zs, and the displacement current flowing through Zp. When ip is called, the impedance between human body and earth ground is called Ze, and the isolation mode voltage at Zs is called Vzs, k1은k 1 is
Figure 112006070412330-pat00009
이고,
Figure 112006070412330-pat00009
ego, k2는k 2 is
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Figure 112006070412330-pat00010
 인 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system, characterized in that. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극 출력선 간의 임피던스인 ZD에 걸리는 전압인 VD는V D , the voltage across Z D , the impedance between the electrode output lines differentially input to the differential amplifier 500, 전원선과 생체(인체) 사이의 커플링 커패시턴스인 Zp에 기인된 VD인 VD1과,V D1 which is V D due to Zp which is the coupling capacitance between the power line and the living body (human body), 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 각 전극의 출력 선(lead)과 전원선 사이의 커플링 커패시턴스들(Za, Zb)에 기인된 VD인 VD2를 합한 값인 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.A biosignal detection system comprising a sum of V D2 , which is V D due to coupling capacitances Za and Zb between an output lead of each electrode differentially input to the differential amplifier 500 and a power supply line. Method of contact monitoring of electrodes. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전원선과 생체(인체) 사이의 커플링 커패시턴스인 Zp에 기인된 VD인 VD1은 팔라스 아리미(Pallas-Aremy)의 회로 모델에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.V D1, which is V D due to the coupling capacitance Zp between the power supply line and the living body, is obtained by a circuit model of Pallas-Aremy. Way. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전원선과 생체(인체) 사이의 커플링 커패시턴스인 Zp에 기인된 VD인 VD1은V D1, which is V D due to Zp, the coupling capacitance between the power supply line and the living body, is
Figure 112006070412330-pat00011
Figure 112006070412330-pat00011
 (여기서 ΔZ는 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극의 임피던스를 각각 Z1, Z2라 할때 ΔZ = Z2 - Z1이며, k1과 C1은 상수임.)(Where ΔZ is ΔZ = Z 2 when the impedance of the electrodes which are the differential inputs to the differential amplifier 500, respectively referred to Z 1, Z 2 - Im and Z 1, k 1 and C 1 is a constant.) 에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system characterized by the above-mentioned. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 접지 전극의 임피던스를 Z3라 하며, 피부와 각 전극간의 저항값을 Zt라 하 며, 전원선과 생체(인체) 사이의 커플링 커패시턴스(coupling capacitance)를 Zp라 하며, 차동 증폭기와 대지 접지간의 분리 임피던스를 Zs라 하며, Zp를 통하여 흐르는 변위전류를 ip라 하며, 인체와 대지 접지간의 임피던스를 Ze라 하고, 차동 증폭기의 입력 임피던스는 Zc라 할때,The impedance of the ground electrode is called Z 3 , the resistance between the skin and each electrode is called Zt, the coupling capacitance between the power supply line and the living body is called Zp, and the separation between the differential amplifier and the earth ground. When the impedance is called Zs, the displacement current flowing through Zp is called ip, the impedance between human body and earth ground is called Ze, and the input impedance of the differential amplifier is Zc. k1은k 1 is
Figure 112006070412330-pat00012
이고,
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ego, C1은C 1 is
Figure 112006070412330-pat00013
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 인 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system, characterized in that. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 각 전극의 출력 선(lead)과 전원선 사이의 커플링 커패시턴스들(Za, Zb)에 기인된 VD인 VD2를 메팅 반 리즌(Metting van Rijn)의 모델에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.Modeling of V D2 which is V D due to coupling capacitances Za and Zb between the output lead of each electrode differentially input to the differential amplifier 500 and the power line. The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system characterized by the above-mentioned. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 각 전극의 출력 선(lead)과 전원선 사이의 커플링 커패시턴스들(Za, Zb)에 기인된 VD인 VD2는V D2, which is V D due to the coupling capacitances Za and Zb between the output lead of each electrode differentially input to the differential amplifier 500 and the power supply line, is
Figure 112006070412330-pat00014
Figure 112006070412330-pat00014
 (여기서 ΔZ는 차동증폭기(500)에 차동 입력되는 전극의 임피던스를 각각 Z1, Z2라 할때 ΔZ = Z2 - Z1이며, k1과 C1은 상수임.)(Where ΔZ is ΔZ = Z 2 when the impedance of the electrodes which are the differential inputs to the differential amplifier 500, respectively referred to Z 1, Z 2 - Im and Z 1, k 1 and C 1 is a constant.) 에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system characterized by the above-mentioned. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 차동 입력 전극의 임피던스를 Z1, Z2라 하며, 각 전극의 출력 선(lead)과 전원선 사이의 커플링 커패시턴스를 각각 Za, Zb라 하며, 차동 증폭기와 대지 접지간의 분리 임피던스를 Zs라 하며, Zs에서의 아이솔레이션 모드(isolation mode) 전압을 Vzs라 할때,The impedance of the differential input electrode is called Z 1 , Z 2 , the coupling capacitance between the output lead of each electrode and the power supply line is Za, Zb, respectively, and the separation impedance between the differential amplifier and earth ground is called Zs. When the isolation mode voltage at Zs is Vzs, k2는k 2 is
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이고,
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ego, C2는C 2 is
Figure 112006070412330-pat00016
Figure 112006070412330-pat00016
 인 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system, characterized in that. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 차동 증폭기와 대지 접지간의 분리 임피던스인 Zs는Zs, which is the separation impedance between the differential amplifier and earth ground,
Figure 112006070412330-pat00017
Figure 112006070412330-pat00017
 에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법.The contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system characterized by the above-mentioned. 두 개의 전극과, 상기 두개의 전극으로부터 출력신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(500)를 구비하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니터링 방법에 있어서,In the contact monitoring method of the electrode of the biosignal detection system having two electrodes and a differential amplifier 500 for differentially amplifying the output signal from the two electrodes, 상기 두개의 전극의 임피던스를 각각 구하는 단계,Obtaining impedances of the two electrodes, respectively, 상기 두개의 전극의 임피던스의 차의 절대치를 구하는 단계,Obtaining an absolute value of a difference between impedances of the two electrodes, 상기 절대치가 클수록 전극의 접촉의 불량정도가 큰 것으로 판정하는 단계,Determining that the defective degree of contact of the electrode is larger as the absolute value is larger, 로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체신호 검출 시스템의 전극의 접촉 모니 터링 방법.Contact monitoring method of the electrode of the biological signal detection system, characterized in that consisting of.
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