KR101008879B1 - 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극에 관한 것에 관한 것으로, 각 심전도 센서 전극 주위에 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치를 이루도록 하고, 각 동잡음 획득용 전극은 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과 절연막이 더 구비되도록 함으로써, 센서 전극에서 발생하는 동잡음을 그대로 동잡음 획득용 전극에서 센싱하게 하고 이를 신호처리로 상쇄할 수 있는 수단을 제공하여, 피검자가 운동 등 움직일때도 선명한 심전도 신호를 얻을 수 있는 효과가 있다.

동잡음, 심전도, 전극

Description

동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극{ECG ELECTRODE HAVING MOTION ARTIFACT ELECTRODE}

본 발명은 심전도 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피검자의 움직임에 따른 동잡음을 제거하기 위한 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극에 관한 것이다.

심장병은 최근 주요 사망원인 중 하나로 손꼽히고 있다. 이러한 심장병을 미연에 예방하기 위해서는 심전도(ElectroCardioGram, ECG) 신호를 일상적으로 살펴 볼 필요가 있고, 심장병 환자는 더욱 그러하다.

그런데, 현재 사용되고 있는 심전도 전극은 피검자의 움직임에 따른 동잡음에 취약하여, 피검자가 운동 등 움직이는 상태에선 도저히 측정 불가능한 문제점이 있다.

동잡음의 한 원인이 피부의 신축에 의해 발생하는 잡음으로 보고, 도 8과 같이, 스트레인 게이지(strain gauge, 54)를 사용하여, 피부신축시 전도성 폼(foam)의 양단(56)(58) 사이 저항의 변화를 모니터링 하여 이를 심전도 신호에 반영하려는 시도가 있으나(미국 특허 제5,978,693호), 이는 전극이 피부와의 움직임에 따른 실제의 동잡음과 일치하지 않고, 단순히 전산처리에 의하여 추측되는 신호로 반영하는 것이어서, 근본적인 동잡음 제거에는 한계가 있을 수 밖에 없다.

도 8의 도면부호 52는 폼 패드(foam pad), 60은 게이지 리드선, 62는 스트레인 게이지 리드, 64는 전극, 66은 클립(clip)이다.

따라서, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 심전도 센서 전극 주위에 하나 이상의 동잡음 획득용 전극을 구비하되, 상기 동잡음 획득용 전극은 인체 유사물질로 구성되게 하여, 실제 센서 전극에서 발생되는 동잡음만 잡아내게 한 다음, 이를 신호 처리로 상기 센서 전극에서 측정된 동잡음을 빼어 줌으로써, 순수한 심전도 신호만 얻게 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극은 하나 이상의 센서 전극과; 상기 각 센서 전극 주위에 절연체를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치 형상으로 구비되되, 상기 각 센서 전극은, 전도성 피막층과; 상기 전도성 피막층 상에 전기적으로 접촉하고 있는 전극판을 포함하여 구성되고, 상기 각 동잡음 획득용 전극은 상기 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과; 상기 인체유사물질층 하부에 절연막이 더 형성된 것을 특 징으로 한다.

본 발명은 각 센서 전극 주위에 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치를 이루도록 하고, 각 동잡음 획득용 전극은 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과 절연막이 더 구비되도록 함으로써, 센서 전극에서 발생하는 동잡음을 그대로 동잡음 획득용 전극에서 센싱하게 하고 이를 신호처리로 상쇄할 수 있는 수단을 제공하여, 피검자가 운동 등 움직일때도 선명한 심전도 신호를 얻을 수 있게된 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 피검자가 운동 중일때도 심전도 계측이 가능함을 보인 것으로, 피검자의 적색점은 심전도 패치(patch) 부착 지점을 나타내고, 청색점은 심장 위치를 나타낸다.

심전도는 심장의 수축시 발생되는 생체 전위를 서로 다른 신체부위에서 측정한 전위차 즉 전압에 대한 시간의 그래프를 말하는 것으로, 기준 지점(reference point 혹은 reference electrode)과 측정 지점(active electrode)이 있게 되는데, 주로 심장에 가까운 지점(왼쪽 팔)이 측정 지점이 되고, 심장에서 상대적으로 떨어진 지점(오른쪽 다리)이 기준 지점이 된다.

도 1은 또한 본 발명의 핵심 기술적 사상인 하나의 패치(patch)에 하나 이상 의 센서 전극과; 상기 각 센서 전극 주위에 절연체를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 이루어짐을 보여주고 있다.

도 2는 도 1의 AA선을 따라 수직 절단했을 경우 일 실시예에 따른 구조를 보여주는 단면도이다.

도 3은 도 2의 구조에 센서 전극과 동잡음 획득용 전극에서 각 전압신호를 추출하는 방법을 보인 일 예시도이고, 도 4는 도 3에서 획득된 심전도 센싱신호(Ve)를 소정의 신호처리 방식에 의하여 동잡음 신호(Vm)를 제거하면 순수한 심전도 전압 신호(V)만 얻을 수 있음을 보여주는 개념도이고, 도 5는 본 발명을 이용한 심전도 측정 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예로, 하나의 패치(patch)에 하나의 센서 전극과 하나의 동잡음 획득용 전극이 내장된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 7은 도 6의 요부 단면도이다.

따라서, 첨부된 도면을 참조하며, 본 발명에 의한 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극의 구성을 살펴보면, 기본적으로, 도 1 및 도 2와 같이, 하나의 패치(patch)에 하나 이상의 센서 전극(110)(120)과; 상기 각 센서 전극 주위에 절연체(50)를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극(210)(220)(230)이 둘러싸여 하나의 패치 형상으로 구비되되, 상기 각 센서 전극(110)은, 전도성 피막층(13)과; 상기 전도성 피막층 상에 전기적으로 접촉하고 있는 전극판(14)을 포함하여 구성되고, 상기 각 동잡음 획득용 전극(210)은 상기 각 센서 전극(110)과 동일한 구 조를 갖되, 전도성 피막층(23) 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층(22)과; 상기 인체유사물질층 하부에 절연막(21)이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 각 센서 전극의 전극판(14)은, 도 2와 같이, 전기적으로 연결된 하나의 제 1 도전층(31)에 비아홀(15)을 통하여 접속되어 있고, 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판(24)은 상기 제 1 도전층(31)과 절연층(42)을 사이에 두고 전기적으로 연결된 하나의 제 2 도전층(32)에 비아홀(25)을 통해 접속되어 있고, 상기 각 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층(22)은 도 1에서 대각선 방향으로 이웃한 인체유사물질층과 서로 전기적으로 연결된 것으로 하여, 하나의 패치에 센싱 단자가 최소(도 2와 같은 구조일 경우 도 3과 같이 최소 3개의 단자가 필요함)로 요구되도록 함이 바람직하다. 이때, 제 2 도전층(32) 연결을 위한 비아홀(25)과 같이 다른 도전층(여기선 제 1 도전층)을 지날 경우 비아홀(25) 형성후 측면에 절연성 물질로 코팅 처리한 다음 제 2 도전층 물질을 증착하여 상기 비아홀(25)을 메꿈으로써, 다른 도전층(제 1 도전층)과는 전기적으로 연결되지 않게 하여야 한다.

그러나, 경우에 따라, 도 6 및 도 7과 같이, 상기 각 센서 전극의 전극판(14) 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판(24)은 각각 외부로 돌출된 리드선(2)(4) 연결구(10)(20)와 연결될 수도 있다.

도 6 및 도 7은 패치 1에 하나의 센서 전극과 하나의 동잡음 획득용 전극으로 형성 되어 있으나, 이에 국한되지 않음은 물론이다.

후자의 경우, 상기 각 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층(22)은, 각 전극 판(14)(24)이 별도의 연결구(10)(20)와 연결되는 것과는 달리, 여기서도 도 1에서 대각선 방향으로 이웃한 인체유사물질층과 서로 전기적으로 연결되도록 함이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 인체유사물질층(22)은 하나의 접속단자(27)만 필요하게 된다. 도면부호 40은 절연성 보호커버이고, 26은 인체유사물질층(22)과 접속단자(27)를 연결하는 도전성 연결구이고, 3은 동잡음 센싱 리드선이다.

한편, 상기 인체유사물질층(22)은 인체와 유사한 물성(특히, 전기적 저항 및 유연성)을 갖는 것으로 전도성 실리콘 또는 전도성 카본블랙인 것이 바람직하다.

여기서, 카본블랙(Carbon Black)이란 천연가스, 타르, 오일(oil) 등의 탄화수소 등을 불완전연소시켜 생긴 그을음을 모으거나, 열분해에 의해서 탄소육원환(炭素六員環)의 형성이 행해지고 이어 탈수소축합(脫水素縮合) 등의 과정에 의해 다환식방향족(多環式芳香族) 화합물을 거쳐 탄소원자 6각 그물구조의 결정자(結晶子)를 낳게 되는데, 이 결정자의 집합체를 일컷는 말이다. 이러한 카본블랙 중에서 배합물질을 조절함으로써 원하는 물성을 얻을 수 있는 전도성 카본 블랙(혹은 케천 블랙<Ketjenblack> EC)이 바람직하다.

그러나, 상기 인체유사물질층(22)은 인체와 유사한 물성(특히, 전기적 저항 및 유연성)을 갖는 것이면 족하므로, 상기 전도성 실리콘이나 전도성 카본블랙에 국한되지 않음은 물론이다.

기타, 상기 각 센서 전극 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전도성 피막층(13)(23)은 전도성과 접착성이 있는 하이드로겔(hydrogel)이 바람직하고, 상기 각 센서 전극 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판(14)(24)은 은-염화은(Ag- AgCl) 또는 백금(Pt)이 바람직하며, 상기 절연막(21)은 접착성 테잎인 것이 바람직하다.

특히, 상기 접착성 테잎으로 형성된 절연막(21)은 상기 센서 전극을 제외한 전면에 부착되어, 패치의 부착력을 높이는 것이 보다 바람직하다.

이상으로 설명한 심전도 전극 패치는 도 1과 같이 왼쪽 팔, 오른쪽 팔, 오른쪽 발(기준 부위로 이용시, 측정 부위로 할 경우엔 주로 왼쪽 발을 이용함)에 각각 부착하고, 운동 등을 하여도, 심전도 신호만 얻을 수 있게 된다.

이를 위한 시스템은 다양하게 구현될 수 있으나, 그 일예는 도 5의 블록도와 같다. 즉, 생체신호전극(센서전극)에서 측정된 신호는 생체신호처리부에서 증폭되고, 동잡음신호전극(동잡음획득용전극)에서 측정된 신호는 동잡음신호처리부에서 증폭되어, 각각 마이크로 컨트롤러(제어부)의 제어 신호에 따라 기억장치부에 저장되면서, 프로그램화된 신호처리방법에 의거 동잡음제거부에서 동잡음을 제거하게 된다. 그 결과는 다시 기억장치부에 저장된 후 제어부의 제어 신호에 따라 디스플레이부에 순수 심전도 신호만 디스플레이 하게 된다.

상기 시스템은 손목시계 형태로 얼마든지 소형화시킬 수 있고, 무선 방식의 신호 전송기술을 접목하면 리드선 없이도 구현 가능하다. 즉, 심전도 전극 패치 3개와 손목 시계 형태의 신호 분석 시스템만 있으면 된다.

이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에 제한됨이 없이 다양하게 구현될 수 있고, 이러한 구현 은 당업자에게 상기 실시예를 토대로 어려움 없이 가능할 것이 명백하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의하여 피검자가 운동 중일때도 심전도 계측이 가능한 심전도 측정용 패치(patch)를 보여주는 도면이다.

도 2는 도 1의 AA선을 따라 수직 절단했을 경우 일 실시예에 따른 구조를 보여주는 단면도이다.

도 3은 도 2의 구조에 센서 전극과 동잡음 획득용 전극에서 각 전압신호를 추출하는 방법을 보인 일 예시도이다.

도 4는 도 3에서 획득된 각 신호를 소정의 신호처리 방식에 의하여 동잡음 신호를 제거하면 순수한 심전도 전압 신호만 얻을 수 있음을 보여주는 개념도이다.

도 5는 본 발명을 이용한 심전도 측정 시스템의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예로, 하나의 패치(patch)에 하나의 센서 전극과 하나의 동잡음 획득용 전극이 내장된 모습을 보여주는 사시도이다.

도 7은 도 6의 요부 단면도이다.

도 8은 종래 기술(미국 특허 제5,978,693호)에 따라 동잡음 제거 방법을 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 심전도 측정용 패치 2, 3, 4: 리드선

10, 20: 리드선 연결구 13, 23: 전도성 피막층

14, 24: 전극판 15, 25: 비아홀

21: 절연막 22: 인체유사물질층

26: 도전성 연결구 27: 접속단자

31: 제 1 도전층 32: 제 2 도전층

41, 42: 절연층 40, 43: 절연성 보호커버

50: 분리 절연체 110, 120: 센서 전극

210, 220, 230: 동잡음 획득용 전극

Claims (5)

1. 하나 이상의 센서 전극과;

   상기 각 센서 전극 주위에 절연체를 사이에 두고 하나 이상의 동잡음 획득용 전극이 둘러싸여 하나의 패치 형상으로 구비되되,

   상기 각 센서 전극은,

   전도성 피막층과;

   상기 전도성 피막층 상에 전기적으로 접촉하고 있는 전극판을 포함하여 구성되고,

   상기 각 동잡음 획득용 전극은 상기 각 센서 전극과 동일한 구조를 갖되, 전도성 피막층 하부에 인체와 유사한 물성을 갖는 인체유사물질층과;

   상기 인체유사물질층 하부에 절연막이 더 형성된 것을 특징으로 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 센서 전극의 전극판은 전기적으로 연결된 하나의 제 1 도전층에 접속되어 있고,

   상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판은 상기 제 1 도전층과 절연층을 사이에 두고 전기적으로 연결된 하나의 제 2 도전층에 접속되어 있고,

   상기 각 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층은 이웃한 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층과 서로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 센서 전극의 전극판 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판은 각각 외부로 돌출된 리드선 연결구와 연결되고,

   상기 각 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층은 이웃한 동잡음 획득용 전극의 인체유사물질층과 서로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 인체유사물질층은 전도성 실리콘 또는 전도성 카본블랙인 것을 특징으로 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 각 센서 전극 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전도성 피막층은 하이드로겔(hydrogel)이고,

   상기 각 센서 전극 및 상기 각 동잡음 획득용 전극의 전극판은 은-염화 은(Ag-AgCl) 또는 백금(Pt)이고,

   상기 절연막은 접착성 테잎인 것을 특징으로 하는 동잡음 획득용 전극을 구비한 심전도 전극.

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