KR20140144009A

KR20140144009A - 생체 신호 측정 장치

Info

Publication number: KR20140144009A
Application number: KR20130065899A
Authority: KR
Inventors: 이충헌
Original assignee: 이충헌
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2014-12-18

Abstract

본 발명은 생체 신호 측정 장치에 관한 것으로서, 상기 생체 신호 측정 장치의 한 특징은 서로 다른 극성을 갖고 피검사자에 부착되어 생체 신호를 출력하는 제1 및 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 기준 전위를 제공하는 가상 접지부, 상기 제1 및 제2 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 전극에서 출력되는 상기 생체 신호 중 상이한 성분만을 추출하여 증폭하는 전치 증폭부, 그리고 상기 전치 증폭부에서 출력되는 신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭부를 포함하고, 상기 가상 접지부는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항, 그리고 상기 제1 및 제2 저항 사이와 접지 전압 사이에 연결되어 있고, 상기 접지 전압은 상기 생체 신호 측정 장치의 접지 전압과 동일하다. 이로 인해, 피측정자의 피부에서 출력되는 신호를 이용해 기준 전위를 생성하는 대신, 측정장치에서 사용되는 접지 전압을 이용하여 생체 신호를 감지하는 신호의 기준 전위를 제공하므로 측정되는 생체 신호의 안정도가 향상되어 측정된 생체 신호의 신뢰성이 증가한다.

Description

생체 신호 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING BIOELECTRIC SIGNAL}

본 발명은 생체 신호 측정 장치에 관한 것이다.

사람의 흉부에서 심장에 의해 발생하는 전류는 피부를 따라 흐르고, 피부에서는 피부 상의 두 위치에 높인 전극 사이에서 측정될 수 있는 전압차를 만든다. 피측정자(즉, 측정하고자 하는 생체 신호를 출력하는 사람)의 신체에 전극을 부착하여 실행되는 일반적인 검사로는 심박동과 관련된 전위를 피부에서 측정하는 심전도(ECG, electro Cardio Graphy) 신호 측정, 근육의 활동 전위를 기록한 곡선인 근전도(electromyogram) 신호 측정, 그리고 뇌파를 측정하는 뇌파 측정이 있다.

심전도 신호, 근전도 신호 및 뇌파를 측정하기 위해, 여러 개의 전극을 피부의 해당 위치에 부착하여 원하는 신호의 파형을 얻게 된다.

이때, 심전도 신호, 근전도 신호 및 뇌파와 같은 생체 신호를 측정하기 위해 피부에 부착된 여러 전극 중 적어도 하나의 접촉 상태가 정상적이지 않을 경우, 정확한 생체 신호의 측정이 행해지지 않는다.

또한, 피부에 부착되어 있는 전극의 개수가 많을수록 피부의 해당 위치에 전극을 부착하고 있는 피검사자의 움직임에 의해 피부에 부착된 전극이 위치나 부착 상태가 변하거나 전극의 접착력이 약화되어 생체 신호의 측정에 오류가 발생하는 문제가 있다.

이처럼, 생체 신호의 측정을 위해 피부에 부착되는 전극이 개수가 많아질수록 측정되는 생체 신호의 정확도가 감소하며 피검사자의 불편함이 증가한다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 생체 신호의 정확도를 향상시키기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 피검사자의 불편함을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 생체 신호 측정 장치는 서로 다른 극성을 갖고 피검사자에 부착되어 생체 신호를 출력하는 제1 및 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 기준 전위를 제공하는 가상 접지부, 상기 제1 및 제2 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 전극에서 출력되는 상기 생체 신호 중 상이한 성분만을 추출하여 증폭하는 전치 증폭부, 그리고 상기 전치 증폭부에서 출력되는 신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭부를 포함하고, 상기 가상 접지부는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항, 그리고 상기 제1 및 제2 저항 사이와 접지 전압 사이에 연결되어 있으며, 상기 접지 전압은 상기 생체 신호 측정 장치의 접지 전압과 동일하다.

상기 제1 및 제2 저항은 각각 1MΩ 내지 10MΩ의 저항값을 갖고, 상기 제3 저항은 상기 제1 및 제2 저항의 평균 저항값을 갖는 것이 좋다.

상기 생체 신호는 심전도 신호, 근전도 신호 또는 뇌파일 수 있다.

상기 생체 신호가 심전도 신호일 때, 상기 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 50Hz의 신호 통과 대역을 가질 수 있고, 상기 생체 신호가 근전도 신호일 때, 상기 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 1KHz의 신호 통과 대역을 가질 수 있다.

상기 특징에 따른 생체 신호 측정 장치는 상기 적어도 하나의 증폭부와 연결되어 있고 50Hz 내지 70Hz 대역의 주파수 신호를 제거하는 대역 정지 필터부를 더 포함할 수 있다.

상기 생체 신호가 뇌파일 경우, 상기 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 30Hz의 신호 통과 대역을 가질 수 있다.

상기 특징에 따른 생체 신호 측정 장치는 다면체 형상을 갖고 있는 몸체, 상기 몸체의 서로 다른 면에 위치하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결되어 있는 제1 전극부와 상기 제2 전극부, 그리고 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부가 위치한 면과 다른 면에 위치하고 다른 블록과 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 생체 신호 측정 장치는 상기 제1 전극부, 상기 제2 전극부 및 상기 연결부가 위치한 면과 다른 면에 위치하고 상기 적어도 하나의 증폭부의 출력 단자에 연결되어 있는 데이터 연결 커넥터를 더 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 생체 신호 측정 장치는 제1 전극부와 제2 전극부가 연결된 커넥터가 삽입되고, 상기 제1 및 제2 전극과 각각 연결되는 접속 단자를 구비한 외부 연결 단자를 더 포함할 수 있다.

상기 특징에 따른 생체 신호 측정 장치는 다면체 형상을 갖고 있는 몸체, 상기 몸체의 동일한 면에 서로 이격되게 위치하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결되어 있는 제1 전극부와 상기 제2 전극부, 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부가 위치한 면과 다른 면에 위치하고 다른 블록과 연결되는 연결부, 그리고 상기 제1 전극부, 상기 제2 전극부 및 상기 연결부가 위치한 면과 다른 면이고 서로 마주보고 있는 면 각각에 장착 밴드가 삽입되어 연결되어 결합부를 포함할 수 있다.

이러한 특징에 따르면, 심전도 신호, 근전도 신호 및 뇌파와 같은 생체 신호를 측정하기 위해 피검사자의 피부에 접착되는 전극의 개수가 2개로서, 전극의 개수를 감소시킨다.

이로 인해, 피검사자의 피부에 부착되는 전극의 수가 적으므로 사용자의 불편함이 줄어들고, 사용자의 움직임 등으로 인해 밀착력이 감소하는 전극의 개수가 줄어듦으로 생체 신호 측정의 정확도는 향상된다.

또한, 피부에서 출력되는 신호를 이용해 기준 전위(예, 접지 전위)를 생성하는 대신, 측정장치에서 사용되는 접지 전압을 이용하여 생체 신호를 감지하는 신호의 기준 전위를 제공하므로 측정되는 생체 신호의 안정도가 향상되어 측정된 생체 신호의 신뢰성이 증가한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 한 예인 심전도 신호 측정 장치의 블록도이다.
도 2은 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 다른 예인 근전도 신호 측정 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 구조의 한 예를 도시한 도면으로서, (b)는 (a)를 180도 회전시켰을 때의 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 구조의 다른 예를 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 한 예로 심전도 신호 측정 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 심전도 측정 장치에 구비된 심전도 측정 회로는 양 (+)의 전극인 제1 전극(11)과 음(-)의 전극인 제2 전극(12)의 두 전극(11, 12)으로 이루어진 전극부(10), 전극부(10)와 연결된 가상 접지부(20), 전극부(10)에 연결된 전치 증폭부(30), 전치 증폭부(30)에 연결된 대역 통과 필터부(40), 대역 통과 필터부(40)에 순차적으로 연결된 제1 및 제2 증폭부(50, 60)를 구비한다.

본 예에서, (-)극인 제2 전극(12)에서 출력되는 신호가 전치 증폭부(30)에서 기준 신호로 사용되고 (+)극인 제1 전극(11)에서 출력되는 신호는 기준 신호를 중심으로 원하는 심전도 신호를 측정하기 위한 심전도 측정 신호로 사용된다.

따라서, 심장의 신호인 심전도 신호를 측정하기 위해, 심장의 우측이 기준 위치로 설정되므로, (-)극인 제2 전극(12)은 심장의 우측에 부착되고 (+)극인 제1 전극(11)은 심장의 좌측에 부착된다.

이러한 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 통해 각각 인가되는 신호는 전치 증폭부(20)로 입력된다.

가상 접지부(20)는 제1 및 제2 전극(11, 12)에서 출력되는 신호의 기준인 접지를 제공하기 위한 것으로서, 제1 및 제2 전극(11, 12) 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항(R21, R21), 그리고 이들 두 저항(R21, R21) 사이와 접지 전압(VGND) 사이에 연결되어 있는 제3 저항(R23)을 구비한다.

이때, 접지 전압(VGND)은 심전도 신호 측정 회로를 설계할 때 사용되는 접지 전압과 동일한 전압으로서 약 +0V일 수 있고, 이 접지 전압(VGND)은 도시하지 않은 휴대용 배터리, 예를 들어, 충전식 또는 비충전식 휴대용 배터리를 통해 외부로부터 인가된다.

이때, 제1 및 제2 저항(R21, R22)의 값은 1MΩ 내지 10MΩ이고, 제3 저항(R21)은 제1 및 제2 저항(R21, R22)의 평균 저항값을 가질 수 있다.

이로 인해, 제1 전극(11)은 제1 및 제3 저항(R21, R23)에 의해 접지 전압(VGND)과 연결되고, 제2 전극(12)은 제2 및 제3 저항(R22, R23)에 의해 접지 전압(VGND)과 연결되어, 제1 및 제2 전극(11, 12)이 단락(short) 되는 것을 방지한다.

이때, 제1 및 제2 저항(R21, R22) 각각의 저항값이 1MΩ 이상을 갖게 되므로 하이 임피더스(high impedance) 역할을 하게 되어, 접지 전압(VGND) 쪽으로 흐르지 않고 안정적으로 제1 및 제2 전극(11, 12)에서 출력되는 신호는 전치 증폭부(30)로 인가된다.

전치 증폭부(20)는 제1 및 제2 전극(11, 12) 각각으로부터 인가되는 생체 신호에서 동일한 성분인 공통적인 신호를 제외하고 상이한 성분만을 추출하여 증폭한다.

이미 설명한 것처럼, 기준 신호가 제2 전극(12)에서 출력되는 신호이므로 전치 증폭부(20)는 제2 전극(12)에서 출력되는 심전도 신호와 동일한 성분을 제거하고 제1 전극(11)에서 출력되는 신호 중에서 제2 전극(12)과 상이한 성분의 신호만이 추출하여 증폭한다.

이러한 전치 증폭부(20)는 증폭부(21)와 차동 증폭부(22)로 이루어져 있다.

증폭부(21)는 비반전 입력단자(+)에 각각 제1 및 제2 전극(11, 12)이 연결되어 있는 제1 및 제2 연산 증폭기(OP1, OP2), 제1 및 제2 연산 증폭기(OP1, OP2)의 각 반전 입력단자(-)와 각 출력 단자 사이에 연결되어 있는 저항(R1, R2), 그리고 제1 및 제2 연산 증폭기(OP1, OP2)의 반전 입력단자(-) 사이에서 각 저항(R1, R2)에 병렬로 연결되어 있는 저항(R3)을 구비한다.

차동 증폭부(22)는 증폭부(21)의 제1 및 제2 연산 증폭기(OP1, OP2)의 출력 단자에 각각 일측 단자가 연결되어 있는 저항(R4, R5), 저항(R4)의 타측 단자에 반전 단자가 연결되어 있어 대역 통과 필터부(40)에 출력단자가 연결되어 있는 제3 연산 증폭기(OP3), 저항(R5)의 타측 단자에 연결되어 있는 저항(R6), 저항(R4)의 타측 단자와 연산 증폭기(OP3)의 출력 단자 사이에 연결된 저항(R7)을 구비한다.

증폭부(31)는 연산 증폭기(OP1, OP2)와 저항(R1-R3)에 의해 비반전 증폭 회로를 구현하며, 제1 및 제2 전극(11, 12)에서 출력되는 신호는 비반전 증폭기로 기능하는 연산 증폭기(OP1, OP2) 각각에 의해 증폭되고, 이들 비반전 증폭기(OP1, OP2)의 증폭률, 즉 이득(gain)은 저항(R1, R3)과 저항(R2, R3)의 크기에 의해 각각 정해진다.

차동 증폭부(32)는 두 입력 신호(+, -)의 차에 비례한 출력을 출력하는 증폭기이고, 이때, 출력 전압의 이득은 저항(R4-R6)에 의해 정해진다.

이러한 구조를 갖는 전치 증폭부(30)의 증폭도는 한 예로 10이다.

대역 통과 필터부(40)는 전치 증폭부(30)에서 출력되는 신호 중에서 정해진 주파수 대역을 갖는 신호만을 통과시키고, 본 예에서 통과되는 신호의 주파수 대역은 0.1Hz 내지 50Hz이다.

제1 및 제2 증폭부(50, 60)는 각각 입력되는 신호를 정해진 증폭도로 증폭하여 출력하는 부분으로서, 제1 증폭부(50)의 증폭도는 10이고 제2 증폭부(60)는 100일 수 있다.

본 예에 경우 두 개의 증폭부(50, 60)를 구비하지만 이와는 달리 증폭부의 개수는 변경 가능하여, 대안적인 예에서, 한 개 또는 세 개 이상의 증폭부를 구비할 수 있고, 각 증폭부의 증폭도 또한 변경 가능하다.

이러한 구조를 심전도 신호 측정 회로는 제1 및 제2 전극(11, 12)의 기준 전위를 제공하는 접지를 위해 오른다리 구동회로를 이용하는 대신 심전도 신호 측정 회로의 접지 전압(VGND)을 이용한 가상 접지부(20)를 이용하므로, 제1 및 제2 전극(11, 12)의 기준 전위가 안정적이다.

즉, 오른다리 구동회로를 이용할 경우, 이 오른다리 구동 회로에 연결된 전극(즉, 접지용 전극)을 심장과 먼 곳에 위치하는 피검사의 오른쪽 다리에 부착하여 이 접지용 전극에서 출력되는 신호를 심전도 신호를 측정하기 위한 전극(11, 12)의 기준 전위로 사용한다.

하지만, 피검사자의 오른쪽 다리에서 생성되어 접지용 전극에서 출력되는 신호의 세기가 미약하고 신호의 상태가 피검사자의 움직임이나 접지용 전극의 부착 상태 등에 따라 일정하지 않고 변하게 된다.

이로 인해, 전극(11, 12)의 기준 전위가 불안정하여 전극(11, 12)에서 출력되는 신호의 상태 역시 안정적이지 않다. 따라서 심전도 신호의 안전성이 감소하여 정확한 심전도 신호의 측정이 이루어지지 않는다.

하지만, 피검사자의 피부, 즉 오른쪽 다리의 피부로부터 출력되는 신호를 이용하는 대신, 본 예는 가상 접지부(20)를 통해 생체 신호 측정 회로의 접지 전압으로 사용되는 전압(VGND)을 이용하여 제1 및 제2 전극(11, 12)의 기준 전위를 생성한다.

따라서, 접지 전압(VGND)은 피부로부터 측정되는 신호에 비해 안정적이므로, 가상 접지부(20)를 기초하여 측정된 신호를 출력하는 제1 및 제2 전극(11, 12)의 출력 신호의 상태 또한 안정적이다. 이로 인해, 제1 및 제2 전극(11, 12)에 의해 측정되는 심전도 신호가 정확하고 안정적이다.

또한, 피측정자의 피부에 부착되는 접지용 전극과 별도의 오른다리 구동 회로가 불필요하므로, 심전도 신호 측정 회로의 구조가 간단해지고 피검사자의 피부에 부착되는 전극의 개수가 감소하므로 사용자의 만족도는 향상된다.

더욱이, 미약한 오른다리 구동 회로에서 출력되는 신호를 이용하지 않아도 되므로, 대역통과 필터부(40)는 상용 전원의 주파수인 60Hz 미만인 0.1Hz 내지 50Hz의 신호 통과 대역을 갖게 된다. 따라서, 대역 통과 필터부(40)에서 출력되는 신호에는 60Hz 전기 노이즈가 포함되지 않으므로 이 전기 노이즈를 제거하기 위한 별도의 대역 정지 필터부가 생략된다. 이로 인해, 심전도 신호 측정 회로의 구조는 더욱더 간단해진다.

이러한 본 실시예에 따른 가상 접지부(20)는 심전도 신호뿐만 아니라 근전도 신호와 뇌파를 각각 출력하는 근전도 신호 측정 장치와 뇌파 측정 장치에도 적용된다.

도 2에 생체 신호 측정 장치가 근전도 신호 측정 장치에 적용될 때, 근전도 신호 측정 장치에 구비되는 근전도 신호 측정 회로를 도시한다.

도 2에 도시한 것처럼 근전도 신호 측정 회로는 도 1에 도시한 심전도 신호 측정 회로와 유사하다.

다만, 근전도 신호의 경우, 약 0.1Hz 내지 1KHz의 주파수 크기를 갖게 되므로, 60Hz 전기 노이즈를 제거하기 위해 50Hz 내지 70Hz 대역의 주파수 신호를 제거하는 대역 정지 필터부를 추가로 구비한다.

이러한 차이를 제외하면 전극부(10), 가상 접지부(20), 전치 증폭부(30), 대역 통과 필터부(40), 제1 및 제2 증폭부(50, 60)의 구조는 동일하다. 이때, 전치 증폭부(30), 제1 및 제2 증폭부(50, 60)의 증폭도는 심전도 신호 측정 회로와 동일하지만, 대역 통과 필터부(40)의 신호 통과 대역은 상이하여, 한 예로, 0.1Hz 내지 1KHz의 신호 통과 대역을 가질 수 있다.

또한, 생체 신호 측정 장치가 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치일 경우 이 장치에 실장되는 뇌파 측정 회로는 도 1에 도시한 심전도 신호 측정 회로와 동일한 구조를 갖고 있다.

다만, 심전도 신호와 뇌파 간의 주파수 크기 등의 차이로 인해 제1 및 제2 증폭부(50, 60)의 증폭도, 대역 통과 필터부(40)의 신호 통과 대역의 범위, 전치 증폭부(30)에 사용되는 저항의 저항값과 이득 등과 같은 사양은 상이할 수 있다.

본 예에서, 전치 증폭부(30)의 증폭도는 약 10이고, 제1 및 제2 증폭부(50, 60)의 증폭도는 각각 100으로서, 뇌파의 세기가 심전도 신호의 세기보다 작으므로 심전도 측정 회로의 경우보다 뇌파 측정 회로의 증폭도가 클 수 있다.

또한, 뇌파 측정 회로의 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 30Hz의 신호 통과 대역을 가질 수 있다.

이미 설명한 것처럼, 근전도 신호 측정 장치와 뇌파 측정 장치 역시 별도의 접지 제공 회로(예, 오른다리 구동 회로)를 이용하는 대신 접지 전압(VGND)을 이용하여 가상 접지부(20)를 이용하므로, 근전도 신호 측정 장치와 뇌파 측정 장치의 구조가 간단해지고, 피검사자의 피부에 부착되는 전극의 개수가 감소하므로 사용자의 만족도는 향상된다.

또한, 접지 전압(VGND)의 신호 상태가 안정적이므로, 근전도 신호와 뇌파를 측정하기 위해 제1 및 제2 전극(11, 12)에서 출력되는 신호가 안정적이므로, 안정적이고 정확한 근전도 신호의 측정이 이루어진다.

이러한 본 발명의 한 실시예에 따른 생체신호 측정 회로를 구비한 생체 신호 측정 장치는 도 3과 같은 다른 육면체와 같은 다면체 형태의 블록과의 체결이 가능한 블록 형태로 제작된다.

도 3에서, 생체 신호 측정 장치는 육면체 형상을 갖는 몸체(100) 중 한 면에 양의 전극인 제1 전극(11)과 전기적으로 연결되는 제1 전극부(T11)가 위치하고, 제1 전극부(T11)가 위치하지 않는 서로 반대편에서 마주보고 있는 두 면에는 음의 전극인 제2 전극(12)과 전기적으로 연결되는 제2 전극부(T12)가 위치한다.

이때, 제1 전극부(T11)의 반대편에 위치하여 제1 전극부(T11)가 형성된 면과 마주보고 있는 한 면에는 데이터 연결 커넥터(13)가 위치하며, 이 데이터 연결 커넥터(13)는 생체 신호 측정 장치의 출력단자인 제2 증폭부(60)의 출력 단자와 전기적으로 연결되어 있다.

따라서, 제2 증폭부(60)에서 출력되는 생체 신호는 데이터 연결 커넥터(13)로 출력된다.

이 데이터 연결 커넥터(13)는 다른 블록과 연결되어 서로 통신을 실시하여, 본 블록을 통해 측정된 생체 신호를 다른 블록을 전송할 수 있다. 이때, 생체 신호의 통신은 무선 또는 유선으로 행해질 수 있다.

또한, 제1 및 제2 전극부(T11, T12)와 데이터 연결 커넥터(13)가 위치하지 않은 다른 면에는 외부 연결 단자(14)가 연결된다.

이 외부 연결 단자(14)는 도 3에 도시한 것처럼 배선을 통해 제1 전극부(T111)과 제2 전극부(T121)에 연결된 커넥터(15)가 연결되는 곳으로서, 커넥터(15)가 외부 연결 단자(14)에 삽입됨에 따라 커넥터(15)에 형성된 두 접속 단자(도시하지 않음)와 외부 연결 단자(14) 내부에 연결된 두 접속 단자(도시하지 않음)가 각각 대응되게 전기적으로 연결된다. 이로 인해, 배선을 통해 커넥터(15)에 연결된 제1 및 제2 전극부(T111, T121)는 제1 및 제2 전극(11, 12)에 각각 전기적으로 연결된다.

따라서, 커넥터(15)에 연결된 제1 및 제2 전극부(T111, T121)와 생체 신호 측정 장치의 몸체(100)이 부착되어 있는 제1 및 제2 전극부(T11, T12)는 그 형태와 상이할 뿐 실질적으로 동일한 역할을 수행하여, 피검사자의 해당 신체 부분에 각각 부착되어 신체에서 발생되는 생체 신호를 수신해 몸체(100) 내부에 내장되어 있는 생체 신호 측정 회로의 제1 및 제2 전극(11, 12)으로 입력하게 된다.

또한, 전극부(T11, T12), 데이터 연결 커넥터(13) 그리고 외부 연결 단자(14)가 위치하지 않는 몸체(100)의 한 면에는 다른 착탈 가능한 블록과 연결하기 위한 연결부(16)가 위치한다. 이때, 연결부(16)는 돌출부나 함몰부를 구비하여 서로 반대의 형상을 갖는 다른 블록의 연결부와 결합된다.

따라서, 사용자는 생체 신호 측정 회로가 내장된 생체 신호 측정 장치를 연결부(16)를 이용해 다른 블록과 결합하여, 원하는 모양을 형성하거나 원하는 기능을 추가하게 된다. 연결부(16)는 다른 블록과 탈거 가능한 구조를 갖고 있으므로, 필요한 경우 다른 블록과의 결합 상태를 해제할 수 있다.

이러한 구조를 갖는 생체 신호 측정 장치를 이용하여 심전도 신호를 측정하는 하나의 방법은 (-) 전극인 제2 전극부(T12)를 왼손에 접촉시키고 (+) 전극인 제1 전극부(T11)를 오른손에 접촉시키면 된다.

이때, 제1 전극부(T11)의 개수는 한 개이고 제2 전극부(T12)의 개수는 두 개이므로, 피검사자는 제2 전극부(T12)를 왼손의 두 손가락으로 잡은 후 제1 전극부(T11)를 오른손에 부착하면 되므로, 심전도 신호의 측정이 쉽게 행해진다.

이러한 구조는 갖는 생체 신호 측정 장치를 이용해 뇌파를 측정할 수 있는데, 이럴 경우, 몸체(100)에 부착되어 있는 제1 및 제2 전극부(T11, T12)를 이용하는 대신, 외부 연결 단자(14)에 삽입된 커넥터(15)를 이용한다.

즉, 커넥터(15)에 연결되어 있는 제1 및 제2 전극부(T111, T121)를 뇌파 측정을 위한 피검사자의 머리나 얼굴 부분에 부착하여, 제1 및 제2 전극부(T111, T121)를 통해 측정되는 뇌파를 제1 및 제2 전극(11, 12)으로 출력하게 된다.

다음, 도 4를 이용하여 근전도 신호를 측정하기 위한 생체 신호 측정 장치, 즉 근전도 신호 측정 장치의 구조에 대하여 설명한다.

도 4에 도시한 것처럼, 근전도 신호 측정 장치의 몸체 (100) 역시 육면체와 같은 다면체 형태의 블록으로 이루어져 있다.

이때, 한 면에 서로 이격되게 제1 전극부(T11)와 제2 전극부(T12)가 위치한다. 이미 설명한 것처럼 제1 전극부(T11)는 제1 전극(11)과 전기적으로 연결되고 제2 전극부(T12)는 제2 전극(12)과 전기적으로 연결된다.

또한, 제1 및 제2 전극부(T11, T12)가 위치하지 않는 다른 면에는 데이터 연결 커넥터(13)가 위치하며, 또 다른 면에는 다른 블록과의 연결을 위해 돌출부나 함몰부 형태로 이루어진 연결부(16)가 위치하여 반대 형태를 다른 다른 블록의 연결부와 결합된다.

이때, 근전도를 측정하기 위해, 몸체(100)의 서로 대향하고 있는 두 면 각각에는 장착 밴드(band)(17)를 몸체(100)에 연결하기 위한 결합부(도시하지 않음)가 추가로 설치된다.

이때, 결합부와 장착 밴드(17)는 필요에 따라 착탈 가능한 구조를 갖고 있다.

본 예의 경우, 외부 연결 단자는 생략될 수 있다.

이런 구조를 갖는 근전도 신호 측정 장치를 이용해 근전도 신호를 측정하는 는 방법 중 하나는 다음과 같다.

먼저, 장착 밴드(17)를 결합부에 삽입하여 블록 형태를 갖는 다른 두 개의 근전도 신호 측정 장치를 서로 결합한다. 이때, 제1 및 제2 전극부(T11, T12)가 위치한 면이 서로 반대편에서 마주보도록 결합하며, 서로 마주보는 전극부가 동일한 전극부가 되도록 한다, 즉 서로 다른 근전도 신호 측정 장치에 각각 위치한 두 개의 제1 전극부(T11)가 서로 마주봐 대응되게 위치하고 있고, 제2 전극부(T12) 또한 서로 대응되게 마주보도록 연결한다.

이런 연결을 통해, 두 근전도 신호 측정 장치는 두 개의 장착 밴드(17)를 통해 링 형태로 서로 연결된다. 이런 상태에서 피검사자의 손목, 발목, 팔뚝 등 근전도 신호를 측정하고자 하는 부위에 이 링 형태의 근전도 신호 측정 장치를 삽입하여, 각 측정 장치에 설치된 제1 및 제2 전극부(T11, T12)가 피검사자 피부의 해당 부위에 접하도록 한다.

이로 인해, 각 전극부(T11, T12)를 통해 출력되는 생체 신호인 근전도 신호는 근전도 신호 측정 회로의 제1 및 제2 전극(11, 12)으로 각각 입력되어, 원하는 부위의 근전도 신호가 출력되도록 한다.

이와 같이, 생체 신호 측정 장치가 다른 블록과 착탈 가능한 블록 형태와 이루어져 있으므로, 사용자가 원하는 형태를 설계하는 오락 기구나 교육 자재 등으로 이용할 수 있고, 생체 신호를 측정하는 생체 신호 측정 호로가 블록 내에 구비되므로 간단하고 편리하게 생체 신호를 측정하여 장소나 시간에 구애 받지 않고 건강 상태를 검사할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 전극부 11: 양극 전극
12: 음극 전극 20: 가상 접지부
30: 전치 증폭부 40: 대역 통과 필터부
50, 60: 증폭부 70: 대역 정지 필터부
T11, T111: 제1 전극부 T12, T121: 제2 전극부
13: 데이터 연결 커넥터 14: 외부 연결 단자
15: 커넥터 16: 연결부
17: 정착 밴드 18: 결합부

Claims

생체 신호 측정 장치에서,
서로 다른 극성을 갖고 피검사자에 부착되어 생체 신호를 출력하는 제1 및 제2 전극,
상기 제1 및 제2 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 기준 전위를 제공하는 가상 접지부,
상기 제1 및 제2 전극과 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 전극에서 출력되는 상기 생체 신호 중 상이한 성분만을 추출하여 증폭하는 전치 증폭부, 그리고
상기 전치 증폭부에서 출력되는 신호를 증폭하는 적어도 하나의 증폭부
를 포함하고,
상기 가상 접지부는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 직렬로 연결된 제1 및 제2 저항, 그리고 상기 제1 및 제2 저항 사이와 접지 전압 사이에 연결되어 있고,
상기 접지 전압은 상기 생체 신호 측정 장치의 접지 전압과 동일한
생체 신호 측정 장치.
제1항에서,
상기 제1 및 제2 저항은 각각 1MΩ 내지 10MΩ의 저항값을 갖고, 상기 제3 저항은 상기 제1 및 제2 저항의 평균 저항값을 갖는 생체 신호 측정 장치.
제1항 또는 제2항에서,
상기 생체 신호는 심전도 신호, 근전도 신호 또는 뇌파인 생체 신호 측정 장치.
제3항에서,
상기 생체 신호가 심전도 신호일 때, 상기 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 50Hz의 신호 통과 대역을 갖는 생체 신호 측정 장치.
제3항에서,
상기 생체 신호가 근전도 신호일 때, 상기 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 1KHz의 신호 통과 대역을 갖는 생체 신호 측정 장치.
제5항에서,
상기 적어도 하나의 증폭부와 연결되어 있고 50Hz 내지 70Hz 대역의 주파수 신호를 제거하는 대역 정지 필터부를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.
제3항에서,
상기 생체 신호가 뇌파일 경우, 상기 대역 통과 필터부는 0.1Hz 내지 30Hz의 신호 통과 대역을 갖는 생체 신호 측정 장치.
제1항에서,
다면체 형상을 갖고 있는 몸체,
상기 몸체의 서로 다른 면에 위치하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결되어 있는 제1 전극부와 상기 제2 전극부, 그리고
상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부가 위치한 면과 다른 면에 위치하고 다른 블록과 연결되는 연결부
를 포함하는 생체 신호 측정 장치.
제8항에서,
상기 제1 전극부, 상기 제2 전극부 및 상기 연결부가 위치한 면과 다른 면에 위치하고 상기 적어도 하나의 증폭부의 출력 단자에 연결되어 있는 데이터 연결 커넥터를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.
제8항에서,
제1 전극부와 제2 전극부가 연결된 커넥터가 삽입되고, 상기 제1 및 제2 전극과 각각 연결되는 접속 단자를 구비한 외부 연결 단자를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.
제1항에서,
다면체 형상을 갖고 있는 몸체,
상기 몸체의 동일한 면에 서로 이격되게 위치하고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 각각 연결되어 있는 제1 전극부와 상기 제2 전극부,
상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부가 위치한 면과 다른 면에 위치하고 다른 블록과 연결되는 연결부, 그리고
상기 제1 전극부, 상기 제2 전극부 및 상기 연결부가 위치한 면과 다른 면이고 서로 마주보고 있는 면 각각에 장착 밴드가 삽입되어 연결되어 결합부
를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.