KR100333166B1

KR100333166B1 - 생체 전기 임피던스법을 이용한 간편 인체 성분 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100333166B1
Application number: KR1019990031019A
Authority: KR
Inventors: 차기철
Original assignee: 차기철; 주식회사 바이오스페이스
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2002-04-18
Also published as: KR20010011582A; US6256532B1

Abstract

본 발명에 따른 인체 성분 분석장치는 피측정자의 우측 손바닥, 우측 엄지, 좌측 손바닥, 및 좌측 엄지를 각각 접촉하기 위한 전극(1, 2, 3 및 4); 피측정자의 우측 앞발바닥, 우측 뒷발바닥, 좌측 앞발바닥, 및 좌측 뒷발바닥을 각각 접촉하기 위한 전극(5, 6, 7 및 8); 회전축(30)에 연결되어 전후로 움직이는 수직부재(31)에 고정되고 피측정자가 몸쪽으로 당길 수 있는 상기 손전극(1, 2, 3 및 4)이 일체로 형성된 핸드 바(16); 피측정자가 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치를 감지하여 피측정자의 신장을 표시화면(15)에 표시하기 위한 회전각 센서(13); 피측정자가 몸쪽으로 핸드바를 당길 때 피측정자의 신장을 표시하고 그 신장이 입력된 후에는 인체 성분 측정결과를 나타내기 위한 표시화면(15); 고주파수 및 저주파수에서 정현파 전류를 발생시키고 전극간 전압 차이를 측정하는 임피던스 측정 회로(20); 전극 사이의 전류 및 전압의 측정 경로를 변경시켜 인체 부위별 임피던스를 측정할 수 있도록 전극과 임피던스 측정회로(20) 사이에 설치되는 전자 스위치(19); 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중센서(11); 및 측정된 신호를 이용해 인체성분을 계산하고, 그 결과를 표시화면(15)에 출력하며, 전자 스위치(19)를 제어하는 마이크로프로세서(23)로 구성되는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분을 분석할 수 있는 장치로 데이터를 입력시키는 키보드가 없는 것을 특징으로 한다.

Description

생체 전기 임피던스법을 이용한 간편 인체 성분 측정 장치 및 방법 {Useful Apparatus and Method for Analyzing Body Composition Based on Bioelectrical Impedance}

발명의 분야

본 발명은 생체 전기 임피던스(Bioelectrical Impedance Analysis)를 이용하여 인체 구성 성분을 간편하게 측정하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 피측정자가 표시화면(15)을 보면서 핸드 바(16)의 위치를 자신의 신장에 맞는 위치로 조절함으로써 별도의 키보드 입력없이 피측정자의 신장을 입력시킬 수 있고, 피측정자의 성별과 연령에 관한 데이터의 입력 과정을 생략함으로써 핸드 바(16)만을 양손으로 잡은 자세에서 간편하게 측정을 완료하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

발명의 배경

인체는 수분, 단백질, 뼈 및 지방으로 구성되어 있으며 각각의 합은 체중을 이루게 된다. 이러한 개별 성분을 정량적으로 측정하는 것을 인체 성분 분석이라 한다. 최근 비만에 대한 관심이 높아지고 체지방량 측정에 대한 필요성이 증대되면서 체지방 측정기의 개발이 활성화되어 왔다. 체내 지방량은 비만을 판단하는 주요 지표로 성인병의 발병 원인이며 미용과도 깊은 관련이 있다. 특히, 수분의 양은, 몸의 중요한 구성 요소이면서 에너지를 발생시키는 근육량과 밀접한 관계가 있으며, 체내의 근육량은 개인의 영양상태를 나타내는 지표로서 의학적 응용 범위가 넓다. 특히, 암 환자나 투석기 환자와 같이 영양 상태와 관련이 있는 환자는 그들 인체중의 근육의 양을 주기적으로 측정함으로써 질병의 진행속도나 치료효과를 진단할 수 있으며 소아의 성장이나 발육상태 또는 노약자의 영양상태도 진단할 수 있다. 따라서 체성분의 구성 요소를 파악하는 것은 인체의 가장 기초적인 검진으로 그 필요성이 높아지고 있다.

체성분을 분석하는 방법으로 가격이 저렴하고, 인체에 무해한 생체 전기 임피던스(Bioelectrical Impedance Analysis)를 이용한 방법이 널리 쓰이고 있다. 생체 전기 임피던스 방법은 인체 내로 약한 교류 전류를 보내어 인체의 전기 저항 또는 전기 임피던스를 측정하는 것과 함께, 피측정자의 신장 및 체중을 측정하거나 입력시키며 피측정자의 연령, 성별을 키보드 입력을 통하여 입력시킨 후 이들 측정치와 입력된 정보를 이용하여 체액의 양, 근육량, 및 체지방량을 산출하는 방법이다.

종래의 임피던스를 이용한 인체 성분 측정 방법의 예를 살펴보면, 제1도와 같이 인체의 오른쪽 손과 발에 전극을 부착시키고, 피측정자의 성별, 연령, 체중, 및 신장을 키보드를 통해 입력시키며, 측정을 개시하면 장치는 인체의 임피던스를 측정하여 마이크로프로세서 내에 저장한 후에 피측정자의 인체성분을 계산하고, 그 결과를 표시 화면에 나타내거나 프린터를 통해 출력시킨다. 이와 같은 측정방법에서 피측정자의 인체에 전극을 부착하는 과정과 피측정자의 성별, 연령, 체중, 및 신장을 키보드를 이용해 입력시키는 과정은 일반인이 기기를 쉽게 조작하는데 불편함을 준다.

다른 종래의 인체 성분 측정 방법을 살펴보면, 제2도와 같이 터치식으로 이루어진 전극을 이용하여 인체와의 전기적인 연결을 꾀하고 있다. 상기 방법에서는 신장과 체중을 임피던스 측정 자세에서 동시에 측정함으로써 측정을 간편화하는 장점을 갖는다. 그러나 연령 및 성별을 입력하는 측정과정은 제1도와 비교하여 차이가 없으며 신장측정을 위한 별도의 장치를 요구하고 있다. 제2도에 따른 측정 과정을 살펴보면 임피던스 측정, 체중, 신장측정, 결과의 계산, 및 출력은 모두 전자식으로 자동으로 이루어지나, 피측정자의 정보 입력은 수동방식에 의한 키보드 입력으로 이루어지며 사용법에 대한 지식이 없는 일반인이 사용하기에 많은 불편함을 야기시킨다.

본 발명자는 이미 대한민국 특허 제123,408호와 제161,602호, 그리고 미국특허 제5,720,296호에 개시된 생체 전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치를 발명한 바 있다. 상기 특허들의 측정 장치에서도, 피측정자는 키보드를 통하여 신장, 성별 및 연령을 입력시켰다. 그러나 이러한 수동방식에 의한 키보드 입력은 사용지식이 없는 일반인이 사용하기에는 불편하였다.

따라서 본 발명자는 키보드를 통하여 신장, 성별 및 연령을 입력하지 않고, 체중계에서 체중을 측정하는 방식과 유사하게 기기에 올라 양손으로 손잡이를 자신에 맞는 위치로 조절하면 모든 측정이 자동으로 처리됨으로써 누구나 쉽게 사용할 수 있는 장치를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 피측정자의 연령 및 성별 정보를 입력하지 않고도 인체 성분을 측정할 수 있는 생체 전기 임피던스 방법을 이용한 인체 성분 측정 장치 및 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피측정자의 신장을 키보드 입력시키거나 직접 측정하는 대신, 핸드 바를 움직여 신장을 입력시키는 간편화된 인체 성분 분석 장치 및 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나의 측정 자세로 모든 측정을 완료할 수 있도록 간편화된 인체 성분 분석 장치 및 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.

제1도는 종래의 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 측정 장치의 한 원리를 나타내는 개략도이다.

제2도는 생체 전기 임피던스를 이용하여 인체 성분을 측정하는 키보드가 부착된 종래의 측정 장치의 한 구체예를 나타내는 개략적인 사시도이다.

제3도는 생체 전기 임피던스를 이용하여 인체 성분을 측정하는 키보드가 없는 본 발명의 한 구체예에 따른 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

제4도는 생체 전기 임피던스를 이용하여 인체 성분을 측정하는 키보드가 없는 본 발명의 다른 구체예에 따른 측정장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

제5도는 제3도에 도시된 인체 성분 측정장치의 한 사용예를 보여주는 개략적인 사시도이다.

제6도는 본 발명에 따른 인체 성분 측정장치의 핸드 바(16) 및 손전극의 형태를 변화시킨 구체예를 보여주는 사시도이다.

제7도는 본 발명에 따른 인체 성분 측정장치의 측정부위 및 전극의 접촉 위치를 보여주는 도면이다.

제8도는 본 발명의 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 전기회로 구성도이다.

도면의 주요 부호에 대한 설명

1 : 우측 손바닥 전극 2 : 우측 엄지 전극

3 : 좌측 손바닥 전극 4 : 좌측 엄지 전극

5 : 우측 앞발바닥 전극 6 : 우측 뒷발바닥 전극

7 : 좌측 앞발바닥 전극 8 : 좌측 뒷발바닥 전극

9 : 상판 10 : 하판

11 : 하중센서 12 : 회전기구부

13 : 회전각 센서 14 : 전자회로부

15 : 표시화면 16 : 핸드 바

17 : 인터페이스 단자 18 : 바퀴

19 : 부위별 측정용 전자 스위치 20 : 임피던스 측정 회로

21 : 임피던스 측정용 앰프 22 : A/D변환기

23 : 마이크로프로세서 24 : 하중 측정용 앰프

25 : 회전각 센서용 앰프 26 : 프린터

27 : 선형 기구부 28 : 선형센서

30 : 회전축 31 : 수직부재

32 : 우측 안전극 33 : 우측 바깥전극

34 : 좌측 바깥전극 35 : 좌측 안전극

36 : 우측 손잡이 전극 37 : 우측 손목전극

38 : 좌측 손잡이 전극 39 : 좌측 손목전극

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체예에 대하여 하기와 같이 상세히 설명한다.

도3a는 수직부재(31)가 핸드 바(16)와 회전축(30)에 연결되고 초기 형상을 유지하며 회전하도록 구성되는 측정장치의 한 구체예를 나타내는 사시도이다.

피측정자가 양손으로 핸드 바를 잡으면 우측 손바닥은 전극(1)과 접촉하고, 우측 엄지는 전극(2)과 접촉하고, 좌측 손바닥은 전극(3)과 접촉하고, 그리고 좌측 엄지는 전극(4)과 접촉하도록 장착되어 있다.

발전극 하부에는 하중센서(11)가 있어 피측정자의 체중을 측정할 수 있으며, 피측정자가 올라서면 우측 앞발바닥은 전극(5)과 접촉하고, 우측 뒷발바닥은 전극(6)과 접촉하고, 좌측 앞발바닥은 전극(7)과 접촉하고, 그리고 좌측 뒷발바닥은 전극(8)과 접촉한다.

회전 기구부(12)는 피측정자가 핸드 바(16)의 위치를 변경시킴으로써 자신의 신장을 입력하도록 핸드 바(16)를 회전시킬 수 있고, 수직부재(31)는 핸드 바(16)의 움직임에 따라 최초의 형상을 유지하면서 회전한다. 회전각 센서(13)는 핸드 바(16) 및 수직부재(31)의 회전에 따라 회전 각도를 측정하며, 그 값은 신장으로 환산하여 표시화면에 나타나고 마이크로프로세서에 저장된다.

표시화면(15)은 회전각 센서에 의하여 감지된 피측정자의 신장 및 인체 임피던스 측정 결과를 나타낸다.

도3b는 상기 구체예에서 수직부재(31)의 중간 부위에 별도의 회전축(30) 및회전각 센서(13)를 부가한 다른 구체예를 나타내는 사시도이다.

신장이 작은 피측정자가 표시화면을 보면서 고정된 길이의 수직부재와 연결된 핸드 바(16)를 통하여 신장을 입력시키기 위하여 인체 성분 분석장치의 길이가 늘어나게 되는 공간활용상의 문제점이 있으므로, 상기 문제점을 극복하고 기구적으로 축소 설계하는 경우에도 피측정자가 용이하게 신장을 입력시킬 수 있도록, 상기 구체예에서는 핸드 바(16)의 위치변화에 따라 2개의 회전축(30)이 동시에 회전하고, 상부 수직부재(31) 및 하부 수직부재(31)는 핸드 바를 각각 위아래 및 앞 뒤 방향으로 움직일 수 있도록 구성된다. 각각의 회전각 센서(13) 측정값을 이용하여 단일의 신장 측정값이 표시화면에 나타나고 마이크로프로세서에 저장되며, 상기 회전각 센서(13)의 기능과 부품은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 달성될 수 있다.

제3도에서 회전각 센서(13)는 피측정자가 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치를 감지하여 피측정자의 신장을 표시화면(15)에 표시하는 장치가 개시된 반면, 상기 구체예에서는 핸드 바(16)가 수직부재(31)에 고정되어 선형궤도를 따라 선형왕복 운동을 하며, 선형센서(28)는 상기 핸드 바(16)의 위치를 감지하여 표시화면(15)에 피측정자의 신장을 표시한다. 그 밖의 구성요소는 제3도에서 도시되는 장치와 동일하다.

도4a는 수직부재(31)가 비스듬한 기울기를 이루도록 구성되어 있으며, 피측정자가 표시화면(15)을 보면서 핸드 바(16)를 전후로 당기거나 밀어내어 자신의 신장을 입력시키도록 구성되는 구체예를 나타낸다. 상기 구체예에서 핸드 바(16)의 조작에 따라 수직부재(31)는 선형궤도 하부에 장착된 선형센서에 접촉하며 움직이고, 선형센서(28)가 그 접촉 지점의 변이를 측정함으로써 신장을 입력하도록 구성된다.

도4b는 피측정자가 핸드 바(16)를 상하로 이동시킴에 따라 수직부재(31)는 지면과 수직을 이루면서 수직왕복 운동을 하게되고, 내장된 선형센서(28)가 상기 수직부재(31)의 움직임의 변이를 감지하도록 구성되는 다른 구체예를 나타낸다.

피측정자가 직립으로 선 자세에서 양발을 어깨 넓이로 벌려 발전극(5, 6, 7 및 8)을 밟고, 손전극(1, 2, 3 및 4)이 장착된 핸드 바(16)의 손전극(1, 2, 3 및 4) 부위를 양손으로 잡는다. 피측정자는 표시화면(15)을 보면서 자신의 신장에 정확히 도달하도록 핸드 바(16)를 상하로 움직여 조절한다. 핸드 바(16)의 움직임에 따라 회전각 센서(13)는 손전극의 위치에 해당되는 신장을 표시화면(15)에 나타내어 피측정자가 용이하게 핸드 바(16)를 조작할 수 있도록 한다. 자신의 신장에 도달하면 핸드 바(16)를 움직이지 않고 멈춤으로써 측정 자세가 완성된다.

측정 자세가 완료되면 마이크로프로세서(23)는 측정된 부위별 임피던스 값, 측정된 체중, 및 표시화면(15)에 나타난 피측정자의 신장 등을 이용하여 인체 성분을 계산하고 그 결과를 표시 화면(15)에 출력하고 프린터(26)로 출력한다.

도6a는 핸드 바(16)의 안전극(32 및 35)이 양손바닥의 안쪽과 접촉하고 바깥 전극(33 및 34)이 양손바닥의 바깥쪽과 접촉하도록 구성되는 구체예를 나타낸다. 피측정자는 핸드 바(16)에 부착된 안전극(32 및 35)과 바깥전극(33 및 34)의 경계 부위를 손중앙에 위치시킴으로써 전류전극과 전압전극에 접촉할 수 있다. 그 외의 구성부분은 전술한 구체예와 동일하다.

도6b는 핸드 바(16)의 손잡이전극(36 및 38)이 손바닥과 접촉하고, 손목전극(37 및 39)이 손목과 접촉하도록 구성되는 구체예를 나타낸다. 피측정자는 상기 손잡이전극(36 및 38)을 손으로 감아쥐고, 상기 손목전극(37 및 39)에 손목을 접촉시킴으로써 전류를 인체에 흘려보내고 전압전극간의 전압차를 측정할 수 있다. 그 외의 구성부분은 전술한 구체예와 동일하다.

우측 팔의 손목에서부터 우측 어깨 조인트까지의 임피던스를 Z_ra, 좌측 팔의 손목에서부터 좌측 어깨 조인트까지의 저항을 Z_la, 우측다리의 발목에서부터 우측 힙 조인트까지의 저항을 Z_rl, 좌측다리의 발목에서부터 좌측 힙 조인트까지의 저항을 Z_ll, 그리고 상체 몸통의 저항을 Z_t로 한다.

손바닥에서부터 손목까지의 저항, 엄지손가락부터 손목까지의 저항, 앞발바닥에서부터 발목까지의 저항, 및 뒷발바닥부터 발목까지의 저항은 표시되어 있으나 임피던스 측정에 영향을 미치지 않는다.

전기회로는 전극(1∼8)과 임피던스 측정회로(20), 전자 스위치(19), 앰프(21, 24 및 25), A/D변환기(22), 마이크로프로세서(23)로 구성된다.

상기 전자 스위치(19)는 전극 사이의 전류와 전압의 측정경로를 변형시키고, 상기 앰프(21, 24, 25)는 임피던스 측정 및 센서 등의 신호를 증폭시키며, 상기 A/D 변환기는 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨다. 상기 마이크로프로세서(23)는 데이터를 저장하고 측정된 신호를 이용해 인체성분을 계산하며 그 결과를 표시화면(15)에 출력한다.

전극(1∼8)은 인체의 말단 부위인 양손과 양발에서 접촉하며 손에서는 손바닥(1 및 3)과 엄지(2 및 4), 발에서는 앞발바닥(5 및 7)과 뒷발바닥(6 및 8)에서 접촉한다. 또한, 부위별 임피던스를 측정하기 위하여, 전극(1∼8)과 임피던스 측정회로(20)사이의 전기적 연결을 예정된 순서에 따라 변환해야 하며, 이를 자동화하기 위하여 마이크로프로세서(23)에 의하여 그 개폐가 조절되는 전자스위치(19)를 사용한다.

인체 부위별 임피던스를 측정하는 방법을 설명하면 우측 손바닥 전극(1)과 우측 앞발바닥 전극(5) 사이에 저주파수 정현파 교류 전류가 흐르도록전자스위치(19)를 마이크로프로세서(23)의 제어에 따라 연결시키고 우측 엄지 전극(2)과 좌측 엄지 전극(4) 사이에서의 전압을 측정한다. 흘려준 전류와 측정된 전압 비율로부터 저주파수에서의 임피던스 Z_ra를 구한다. 같은 방법으로 고주파수 전류를 사용하여 고주파수에서의 임피던스 Z_ra를 구한다.

이와 유사한 방법으로, 우측 손바닥 전극(1)과 우측 앞발바닥 전극(5) 사이에 저주파수 정현파 교류 전류가 흐르도록 전자스위치(19)를 마이크로프로세서(23)의 제어에 따라 연결시키고, 이때 좌측 엄지 전극(4)과 좌측 뒷발바닥 전극(8) 사이에서의 전압을 측정한다. 흘려준 전류와 측정된 전압 비율로부터 저주파수에서의 임피던스 Z_t를 구한다. 같은 방법으로 고주파수 전류를 사용하여 고주파수에서의 임피던스 Z_t를 구한다.

우측 손바닥 전극(1)과 우측 앞발바닥 전극(5) 사이에 저주파수 정현파 교류 전류가 흐르도록 전자스위치(19)를 마이크로프로세서(23)의 제어에 따라 연결시키고, 이때 우측 뒷발바닥 전극(6)과 좌측 뒷발바닥 전극(8) 사이에서의 전압을 측정한다. 흘려준 전류와 측정된 전압 비율로부터 저주파수에서의 임피던스 Z_rl를 구한다. 같은 방법으로 고주파수 전류를 사용하여 고주파수에서의 임피던스 Z_rl를 구한다.

좌측 손바닥 전극(3)과 좌측 앞발바닥 전극(7) 사이에 저주파수 정현파 교류 전류가 흐르도록 전자스위치(19)를 마이크로프로세서(23)의 제어에 따라 연결시키고, 이때 우측 엄지 전극(2)과 좌측 엄지 전극(4) 사이에서의 전압을 측정한다. 흘려준 전류와 측정된 전압 비율로부터 저주파수에서의 임피던스 Z_la를 구한다. 같은 방법으로 고주파수 전류를 사용하여 고주파수에서의 임피던스 Z_la를 구한다.

좌측 손바닥 전극(3)과 좌측 앞발바닥 전극(7) 사이에 저주파수 정현파 교류 전류가 흐르도록 전자스위치(19)를 마이크로프로세서(23)의 제어에 따라 연결시키고, 이때 우측 뒷발바닥 전극(6)과 좌측 뒷발바닥 전극(8) 사이에서의 전압을 측정한다. 흘려준 전류와 측정된 전압 비율로부터 저주파수에서의 임피던스 Z_ll를 구한다. 같은 방법으로 고주파수 전류를 사용하여 고주파수에서의 임피던스 Z_ll를 구한다.

본 발명의 예에서는 손바닥 전극 및 앞발바닥 전극이 전류전극을 형성하고 엄지 전극 및 뒷발바닥 전극이 전압전극으로 사용되었으나 역으로 사용할 수 있다.

상기 측정에서 R_a, R_b, R_c, 및 R_d는 인체 부위별 임피던스에 영향을 미치지 않는다.

임피던스 측정 회로(20)에 의하여 측정된 임피던스 값(Z_ra, Z_la, Z_t, Z_rl, 및 Z_ll)은 마이크로프로세서(23)에 저장된다.

피측정자의 신장은, 핸드 바(16)의 위치 조절에 따른 회전각 센서(13)의 출력을 증폭시키는 과정을 거쳐 마이크로프로세서(23)의 제어에 의하여 측정 과정 중 표시화면(15)에 출력되거나 마이크로프로세서(23)에 저장된다.

피측정자의 체중은 인체 성분 분석 장치 중 발전극(5∼8) 하부에 위치한 하중센서(11)에 의하여 측정한다. 피측정자가 올라설 때 하중센서(11)에 가해지는 하중은 체중, 상판(9) 무게, 및 그에 부착된 기구물 무게의 합이 된다. 따라서, 체중은 총 부가된 하중에서 초기 무게를 빼서 구한다. 측정된 체중은 임피던스 측정용 앰프(21)와 A/D 변환기(22)를 통하여 마이크로프로세서(23)에 저장된다

마이크로프로세서(23)에 저장된 임피던스, 신장, 및 체중으로부터 체액의 양(Total Body Water; TBW), 제지방(FFM), 체지방(FAT), 및 부위별 인체 성분을 분석하고, 분석된 데이터를 표시화면(15)에 표시하거나 프린터(26)로 출력할 수 있다.

또한, 외부의 컴퓨터와 프로그램을 이용하여 추가적인 연산 및 저장 기능을 추가하기 위한 외부 인터페이스 단자(17)를 장착할 수 있다.

인체 성분은 측정된 부위별 임피던스, 신장 및 체중의 함수로부터 아래와 같이 계산된다.

인체 각 부위별로 포함되어 있는 수분의 양은 Ht²/Z에 비례하게 되는데, 이 때 Z는 해당 부위의 임피던스 값이며, Ht는 피측정자의 신장이다.

몸 전체에 포함되어 있는 수분의 양(TBW)은 각 부위별 수분량을 합한 것으로 하기 식(Ⅰ)과 같이 표시된다.

TBW = C₁ (Ht²/Z_ra+ Ht²/Z_la)+ C₂Ht²/Z_t+ C₃(Ht²/Z_ra+ Ht²/Z_la) (Ⅰ)

여기에서 C₁, C₂, C₃은 식(Ⅰ)을 최선으로 만족시키는 상수로 회기 분석법에 의하여 결정된다. 상기 식(Ⅰ)은 마이크로프로세서(23)에 프로그램으로 내장되어 있다.

인체의 구성성분 중에서 체지방은 수분의 함량이 극히 적기 때문에 체지방 내에 존재하는 수분의 양은 무시되며, 지방 이외의 성분(FFM)은 약 73% 수분을 포함하기 때문에 지방 이외의 성분(FFM)은 하기 식(Ⅱ)으로 표시된다.

FFM = TBW / 0.73 (Ⅱ)

체지방의 양(FAT)은 체중에서 지방 이외의 성분(FFM)을 뺀 값으로 하기 식(Ⅲ)으로 표시되며, 체지방율(Percent Body Fat : % BF)은 하기 식(Ⅳ)으로 표시된다.

FAT = Wt - FFM (Ⅲ)

% BF =(Wt - FFM ) × 100 / Wt (Ⅳ)

부위별 체수분량(Segmental Water; SW)을 구할 수도 있는데, 오른팔의 경우는 다음과 같다.

SW_ra= f(Ht, Wt, Z_hra, Z_lra) (Ⅴ)

여기서 SW_ra는 오른팔에 있는 수분량, Z_hra는 높은 주파수에서 측정한 오른 팔의 전기 저항값, 그리고 Z_lra는 낮은 주파수에서 측정한 오른팔의 전기 저항값이다. 이와 유사하게 왼팔, 몸통, 오른쪽 다리, 및 왼쪽 다리에서도 측정할 수 있다.

SW_la= f(Ht, Wt, Z_hla, Z_lla) (Ⅵ)

SW_t= f(Ht, Wt, Z_ht, Z_lt) (Ⅶ)

SW_rl= f(Ht, Wt, Z_hrl, Z_lrl) (Ⅷ)

SW_ll= f(Ht, Wt, Z_hll, Z_lll) (Ⅸ)

마이크로프로세서(23)에서 연산이 완료되면 분석 결과를 표시화면(15)에 표시하거나 프린터(26)로 출력한다.

본 발명의 인체 성분 분석 장치는 피측정자의 연령 및 성별 정보를 키보드를 이용하여 입력하지 않고도 인체 성분을 측정할 수 있으며, 핸드 바를 통하여 피측정자의 신장을 입력시키고, 핸드 바 및 전극 형태에 다양한 변화를 줌으로써 하나의 측정 자세로 모든 측정을 완료할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형, 특히 전극의 형태 변형 내지 손전극의 위치를 조절하는 기구부(12)의 부위별 임피던스를 측정하는 전류 및 전압 경로의 변형은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 명백한 것이며 이러한 변경 또는 변형은 특허청구범위에 의하여 제한된다.

Claims

피측정자의 손바닥 및 손가락과 접촉하기 위한 전극(1, 2, 3 및 4);

피측정자의 우측 앞발바닥, 우측 뒷발바닥, 좌측 앞발바닥, 및 좌측 뒷발바닥을 각각 접촉하기 위한 전극(5, 6, 7 및 8);

회전축(30)에 연결되어 전후로 움직이는 수직부재(31)에 고정되고 피측정자가 몸쪽으로 당길 수 있는 상기 손전극(1, 2, 3 및 4)이 일체로 형성된 핸드 바(16);

피측정자가 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치를 감지하여 피측정자의 신장을 표시화면(15)에 표시하기 위한 회전각 센서(13);

피측정자가 몸쪽으로 핸드바를 당길 때 피측정자의 신장을 표시하고 그 신장이 입력된 후에는 인체 성분 측정결과를 나타내기 위한 표시화면(15);

고주파수 및 저주파수의 정현파 전류를 발생시키고 전극간 전압 차이를 측정하는 임피던스 측정 회로(20);

전극 사이의 전류 및 전압의 측정 경로를 변경시켜 인체 부위별 임피던스를 측정할 수 있도록 전극과 임피던스 측정회로(20) 사이에 설치되는 전자 스위치(19);

피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중센서(11); 및

상기 핸드 바(16)를 통하여 데이터를 저장하고 측정된 신호를 이용해 인체성분을 계산하고, 그 결과를 표시화면(15)에 출력하며, 전자 스위치(19)를 제어하는 마이크로프로세서(23);

로 구성됨으로써 측정과정에서 피측정자의 성별과 연령을 입력하는 키보드 장치가 없이도 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분을 분석할 수 있는 장치.
제1항에 있어서, 상기 수직부재(31) 및 상기 회전축(30)을 2부분으로 구성하고, 핸드 바(16)의 위치변화에 따라 2개의 회전축(30)이 동시에 회전하며, 상부 수직부재(31) 및 하부 수직부재(31)가 핸드 바를 각각 위아래 및 앞 뒤 방향으로 움직일 수 있도록 구성됨으로써 기구적으로 축소하여 설계해도 피측정자가 용이하게 핸드 바를 통하여 신장을 입력시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
제1항에 있어서, 외부의 컴퓨터 및 프로그램을 이용하여 추가적인 연산 및 저장기능을 할 수 있도록 외부 인터페이스 단자를 부가하는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치가 마이크로프로세서(23)에 의하여 처리된 데이터를 출력하는 프린터(26)를 부가하는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 전극(1)과 전극(2), 전극(3)과 전극(4), 전극(5)과 전극(6), 및 전극(7)과 전극(8)이 각각 서로 독립적으로 전류전극 또는 전압전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
제5항에 있어서, 상기 전극(1, 3, 5 및 7)이 전류전극인 경우에 상기 전극(2, 4, 6 및 8)이 전압전극으로 연결되는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
제5항에 있어서, 상기 전극(1, 3, 5 및 7)이 전압전극인 경우에 상기 전극(2, 4, 6 및 8)이 전류전극으로 연결되는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
피측정자의 손바닥 및 손가락과 접촉하기 위한 전극(1, 2, 3 및 4);

피측정자의 우측 앞발바닥, 우측 뒷발바닥, 좌측 앞발바닥, 및 좌측 뒷발바닥을 각각 접촉하기 위한 전극(5, 6, 7 및 8);

회전축(30)에 연결되어 전후 또는 상하로 움직이는 수직부재(31)에 고정되고 피측정자가 몸쪽으로 당길 수 있는 상기 손전극(1, 2, 3 및 4)이 일체로 형성된 핸드 바(16);

선형궤도를 따라 전후 또는 상하로 움직이는 수직부재(31)에 고정되고 피측정자가 몸쪽으로 당길 수 있는 상기 손전극(1, 2, 3 및 4)이 일체로 형성된 핸드 바(16);

피측정자가 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치를 감지하여 피측정자의 신장을 표시화면(15)에 표시하고, 표시된 신장을 계산에 이용하며, 상기 수직부재(31)와 연결되고, 그리고 상기 선형궤도 하부에 장착되는 선형 센서(28);

피측정자가 몸쪽으로 상기 핸드 바(16)를 당길 때 피측정자의 신장을 표시하고 그 신장이 입력된 후에는 인체 성분 측정을 위하여 이용하며, 결과를 나타내기 위한 표시화면(15);

고주파수 및 저주파수의 정현파 전류를 발생시키고 전극간 전압 차이를 측정하는 임피던스 측정 회로(20);

전극 사이의 전류 및 전압의 측정 경로를 변경시켜 인체 부위별 임피던스를 측정할 수 있도록 전극과 임피던스 측정회로(20) 사이에 설치되는 전자 스위치(19);

피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중센서(11); 및

입력된 데이터를 저장하고 측정된 신호를 이용해 인체성분을 계산하고, 그 결과를 표시화면(15)에 출력하며, 전자 스위치(19)를 제어하는 마이크로프로세서(23);

로 구성됨으로써 측정과정에서 상기 핸드 바(16)의 조작으로 신장을 입력하는 단계를 포함하고, 피측정자의 성별과 연령을 키보드를 통하여 입력하는 단계를 생략시킨 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분을 분석할 수 있는 장치.
제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 핸드 바(16)의 안전극(32 및 35)이 양손바닥의 안쪽과 접촉하고 바깥 전극(33 및 34)이 양손바닥의 바깥쪽과 접촉하도록 구성되며 피측정자가 상기 핸드 바(16)에 부착된 안전극(32 및 35)과 바깥전극(33 및 34)의 경계 부위를 손중앙에 위치시킴으로써 전류전극과 전압전극에 접촉하는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 핸드 바(16)의 손잡이전극(36 및 38)이 손바닥과 접촉하고, 손목전극(37 및 39)이 손목과 접촉하도록 구성되어 피측정자가 상기 손잡이전극(36 및 38)을 손으로 감싸고 상기 손목전극(37 및 39)에 손목을 접촉시킴으로써 전류 및 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치.
피측정자가 직립으로 섬으로써 양발을 발전극(5, 6, 7 및 8)에 접촉시키고;

핸드 바(16)를 잡음으로써 양손을 손전극(1, 2, 3 및 4)에 접촉시키고;

피측정자가 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치를 센서로 감지하여 피측정자의 신장을 표시화면(15)에 표시하고;

상기 표시된 피측정자의 신장이 마이크로프로세서(23)에 입력되고;

상기 발전극(5∼8) 하부에 위치한 하중 센서(11)에 의하여 체중을 측정하여 그 측정값이 앰프(24) 및 A/D 변환기(22)를 통하여 마이크로프로세서(23)에 입력되고;

피측정자의 신장이 마이크로프로세서(23)에 입력되면 임피던스 측정 회로(20)가 순차적으로 피측정자의 인체 부위별 임피던스를 측정하고; 그리고

상기 마이크로프로세서(23)에 저장된 임피던스, 신장, 및 체중으로부터 체액의 양(TBW), 제지방량(FFM), 체지방량(FAT), 및 부위별 인체 성분을 계산하는;

단계로 이루어지고, 측정과정에서 핸드 바(16)의 조작으로 신장을 입력하는 단계를 포함하며, 피측정자의 성별과 연령을 키보드로 입력하지 않는 것을 특징으로 하는 인체 성분을 분석하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치에 따라 회전각 센서(13)에 의하여 상기 수직부재(31)의 회전각이 측정됨으로써 신장이 입력되는것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 방법.
제11항에 있어서, 몸쪽으로 당기는 핸드 바(16)의 위치에 따라 선형 센서(28)에 의하여 상기 수직부재(31)의 위치변화가 측정됨으로써 신장이 입력되는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 방법.
제11항에 있어서, 외부 인터페이스 단자를 부가함으로써 외부의 컴퓨터 및 프로그램을 이용하여 추가적인 연산 및 저장기능을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 방법.
제11항에 있어서, 상기 방법에 프린터(26)를 부가함으로써 상기 마이크로프로세서(23)에 의하여 처리된 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 방법.