그 어떤 간섭에도 ‘끄떡없이’ 우리 몸의 모든 전기신호 측정하는 시스템 세계 최초 개발

그 어떤 간섭에도 ‘끄떡없이’ 우리 몸의 모든 전기신호 측정하는 시스템 세계 최초 개발

- DGIST 이정협 교수팀, 생체에서 발생하는 초미세 신호 측정 가능한 반도체 IC 기술 기반‘아날로그-디지털 신호 변환 시스템’개발

- 강한 외부 잡음 속에서도 미세신호 정밀 측정 가능하여 차세대 뇌-기계 인터페이스 기술 및 초소형 고성능 의료기기 적용 기대

□ DGIST(총장 국양)는 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수팀이 모든 생체 전기신호 획득이 가능한 아날로그-디지털 신호 변환 집적회로 시스템’을 세계 최초 개발 성공했다고 7일(화) 밝혔다. 개발된 기술은 강한 외부 잡음이 있는 환경에서도 인체에서 발생하는 전기 신호를 정밀 측정 가능해 미래 기술로 각광받는 뇌-기계 인터페이스(Brain Machine Interface) 기술 및 초소형 고성능 의료기기와 같은 의료-헬스 케어 분야 등 다양한 어플리케이션에 적용이 기대된다.

□ 생체에서 발생하는 전기신호는 심장에서 발생하는 심전도(ECG), 뇌의 뇌전도(EEG), 신경전도(ENG) 등 매우 다양하며 각 신호에 따라 다른 신호 특징을 가진다. 예를 들면, 뇌전도의 경우 그 신호 크기가 1마이크로볼트 수준으로 매우 작다. 반면, 신경전도의 경우 다른 신호에 비해 신호가 차지하는 주파수의 범위가 매우 넓어 약 10배 이상의 대역폭이 필요하다. 이와 같은 차이로 인해 현재까지 개발된 생체신호 측정 기술은 잡음이 거의 없는 안정된 환경에서 특정 신호만 획득이 가능했으며, 기술 분야로의 확대 및 적용도 어려웠다.

□ 이에 이정협 교수팀은 세계 최초로 측정 신호보다 최대 몇 만배 이상 큰 전기 자극 간섭과 피측정자의 움직임에 의해 발생할 수 있는 움직임 아티팩트(Motion artifact) 등이 존재하는 매우 열악한 환경에서도 모든 생체 전기신호의 측정이 가능한 ‘아날로그-디지털 신호 변환 시스템’ 개발에 성공했다. 이 시스템은 반도체 IC(집적회로)로 구현되어 초저전력, 초소형일 뿐만 아니라 범용성을 가지고 있어 다양한 어플리케이션 적용이 매우 용이하다.

□ 이정협 교수팀은 본 시스템 개발 성공을 위해 ‘연속시간 델타-시그마 변환 기술’을 바탕으로 저잡음 고선형성 회로 기술을 제안했다. 또한, 기생 성분에 강인한 입력 임피던스 증가 회로 기법을 새롭게 개발했다. 그 결과, 현존하는 세계 최고 생체신호 측정 기술 대비 3배 이상 성능 개선을 확인, 세계 최고 성능을 인증 받았다.

□ DGIST 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수는 “이번 연구는 다양한 생체 신호를 하나의 반도체 IC(집적회로) 시스템으로 정밀 측정이 가능케 함으로써 기존 관련 의료 기기의 초소형화 및 고성능화에 큰 도움을 줄 수 있는 기술”이라며 “향후 미래 기술로 각광 받고 있는 차세대 뇌-기계 인터페이스, 초소형 웨어러블 진단기기 및 전자약 등 다양한 어플리케이션에 적용이 가능하다” 고 말했다.

□ 한편, 이번 연구 성과는 ‘반도체 올림픽’으로 일컬어지는 반도체 분야 세계 최고 학회인 국제고체회로학회(International Solid-State Circuit Conference, ISSCC)에 2월에 발표되었다. 더불어 이번 연구는 한국연구재단 바이오융합원천기술개발 및 과기원공동연구프로젝트 사업 지원을 통해 이루어졌다.