KR20170028359A - 임피던스 측정 장치, 시스템, 및 방법 - Google Patents

임피던스 측정 장치, 시스템, 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170028359A
KR20170028359A KR1020177000952A KR20177000952A KR20170028359A KR 20170028359 A KR20170028359 A KR 20170028359A KR 1020177000952 A KR1020177000952 A KR 1020177000952A KR 20177000952 A KR20177000952 A KR 20177000952A KR 20170028359 A KR20170028359 A KR 20170028359A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
foot
electrodes
user
impedance measurement
signal
Prior art date
Application number
KR1020177000952A
Other languages
English (en)
Inventor
로랑 비 지오반그란디
그레고리 티 코바치
로버트 브루스 달링
Original Assignee
피지오웨이브, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US14/332,140 external-priority patent/US9943241B2/en
Priority claimed from US14/335,360 external-priority patent/US9949662B2/en
Priority claimed from US14/338,266 external-priority patent/US10130273B2/en
Application filed by 피지오웨이브, 인크. filed Critical 피지오웨이브, 인크.
Publication of KR20170028359A publication Critical patent/KR20170028359A/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/026Measuring blood flow
    • A61B5/0295Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02444Details of sensor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/0245Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate by using sensing means generating electric signals, i.e. ECG signals
    • A61B5/0402
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0535Impedance plethysmography
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1102Ballistocardiography
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/318Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6829Foot or ankle
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7225Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/44Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing persons
    • G01G19/50Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing persons having additional measuring devices, e.g. for height
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A61B2562/046Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/021Measuring pressure in heart or blood vessels
    • A61B5/02108Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics
    • A61B5/02125Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics of pulse wave propagation time
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0531Measuring skin impedance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/40Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system
    • A61B5/4005Detecting, measuring or recording for evaluating the nervous system for evaluating the sensory system
    • A61B5/4023Evaluating sense of balance

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

본 개시내용의 양태들은, 적어도 3개의 전극의 세트가 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 것에 관한 것이다. 추가로, 본 개시내용의 다양한 양태들은, 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하는 것을 포함한다. 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.

Description

임피던스 측정 디바이스, 시스템, 및 방법{IMPEDANCE MEASUREMENT DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS}
많은 상이한 응용을 위해 다양한 상이한 생리학적 특성이 모니터링된다. 예를 들어, 생리학적 모니터링 기기는, 종종, 혈중 산소 레벨, 체온, 호흡률 및 심전도(ECG; electrocardiogram) 또는 뇌파계(EEG; electroencephalogram) 측정을 위한 전기적 활동을 포함한, 많은 환자 바이탈 사인(patient vital signs)을 측정하는데 이용된다. ECG 측정의 경우, 다수의 심전도 리드선은 환자의 피부에 접속되어, 환자로부터 신호를 획득하는데 이용된다.
생리학적인 신호를 획득하려면, 전문 장비와 의료 전문가의 개입이 요구될 수 있다. 많은 응용에서 이러한 요구조건은 비용이 많이 들거나 부담이 될 수 있다. 이들 및 다른 문제들은 생리학적 특성의 모니터링에 대한 해결과제를 제기했다.
본 개시내용의 다양한 양태는 임피던스-기반 측정을 수행하는데 있어서 유용한, 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이다.
본 개시내용의 다양한 양태는, 다중센서형 바이오메트릭 디바이스, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 개시내용은 임피던스-기반 바이오메트릭 측정을 이용하는 전자 체중계에 관한 것이다. 바이오메트릭에 관한 본 개시내용의 다양한 양태는 신체 조성 및 심혈관 정보의 측정을 수반한다. 지방 비율, 근육량 비율 및 체수분 비율을 측정하기 위해 발을 통해 임피던스 측정이 이루어질 수 있다. 또한, IPG(impedance plethysmography)라고도 알려진 동맥에서의 혈액 맥동(blood pulsations)의 특성 감지와 ECG를 위해 발 임피던스-기반의 심혈관 측정(foot impedance-based cardiovascular measurement)이 이루어질 수 있고, 여기서, 양쪽 기술들은 심박수 및/또는 펄스 도달 타이밍(PAT; pulse arrival timing)을 정량화하는데 이용될 수 있다. 심혈관 IPG는, 각각의 심장 박동과 동기화된 감지 전극 쌍 세그먼트 사이의 대응하는 동맥을 통한 임피던스 변화를 측정한다.
한 실시예에서, 적어도 3개의 전극의 세트가 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 임피던스 측정 신호가 획득된다. 복수의 임피던스 측정 신호 중 하나는 사용자의 한쪽 발과 접촉하는 전극들 중 2개로부터 획득되며, 복수의 임피던스 측정 신호 중 적어도 다른 하나는, 한쪽 발과 이 한쪽 발을 포함하지 않는(예를 들어, 하지(lower limb), 다른쪽 발, 손, 어깨를 따르는) 사용자의 위치 사이에서 획득된다. 복수의 펄스 특성 신호가 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 결정되고, 여기서 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되며 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
또 다른 예시적 실시예는, 전극들 각각이 동시에 사용자에게 접촉하는 동안 전극 세트를 통해 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 임피던스 측정 회로를 포함하는 장치에 관한 것이다. 전극 세트는 사용자의 한쪽 발에 접촉하는 복수의 전극을 포함하고, 이 한쪽 발을 포함하지 않는 (예를 들어, 하지, 다른쪽 발, 손, 어깨를 따른) 위치에서 사용자와 접촉하기 위한 적어도 하나의 다른 전극을 포함한다. 이 장치는 또한, 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하는 제2 회로를 포함한다. 임피던스 측정 신호들 중 적어도 하나는 한쪽 발 내에서 획득되고 또 다른 임피던스 측정 신호는 이 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 획득된다. 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
또 다른 실시예에서, 장치는 플랫폼 영역을 포함하는 베이스 유닛(base unit)을 포함한다. 장치는 또한, 사용자의 한쪽 발에 접촉하기 위한 플랫폼 영역 위의 복수의 전극을 포함하고 이 한쪽 발을 포함하지 않는 하지를 따르는 위치(예를 들어, 다른쪽 발)에서 사용자와 접촉하도록 구성되고 배열되는 적어도 하나의 다른 전극을 포함하는, 전극 세트를 포함한다. 추가로, 장치는, 전극 세트에 통신가능하게 결합되고 전극 세트로 구성되어 전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호를 획득하고 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 (제1 및 제2) 펄스 특성 신호를 결정하는 펄스 처리 회로를 포함한다. 임피던스 측정 신호들 중 (제1) 적어도 하나의 임피던스 측정 신호는 한쪽 발 내에서 획득되고 다른 (제2) 임피던스 측정 신호는 이 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 획득된다. (제1 및 제2) 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
또 다른 실시예는, 플랫폼 영역, 전극 세트 및 펄스 처리 회로를 포함하는 베이스 유닛을 갖는 장치에 관한 것이다. 전극은, 사지말단(손 또는 발임)에서 사용자와 접촉하기 위한 플랫폼 영역 위의 복수의 전극 및 상이한 위치에서 사용자와 접촉하기 위한 하나 이상의 다른 전극을 포함한다. 펄스 처리 회로는, 전극 세트에 통신가능하게 결합되고 전극 세트로 구성되어 전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호를 획득하고 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 (제1 및 제2) 펄스 특성 신호를 결정한다. 임피던스 측정 신호들 중 (제1) 적어도 하나는 사지말단 내에서 획득되고 또 다른 (제2) 임피던스 측정 신호는 이 사지말단과 다른 위치 사이에서 획득된다. (제1 및 제2) 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
상기의 논의/요약은 본 개시내용의 각각의 실시예 또는 모든 구현을 설명하기 위한 것은 아니다. 후속하는 도면들과 상세한 설명도 역시 다양한 실시예들을 예시한다.
첨부된 도면들과 연계한 이하의 상세한 설명을 고려하면 다양한 예시적 실시예들이 더욱 완전하게 이해될 수 있다.
도 1은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, IPG 트리거 펄스 및 발 IPG에 대한 신체를 통한 전류 경로를 도시한다;
도 2는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 다중 여기 및 감지 전류 경로를 갖는 저울 전극 상의 발 배치에 대한 비민감성(insensitivity)의 예를 도시한다;
도 3a 및 도 3b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 심혈관 시변 IPG 원시 신호(raw signal)를 감지 및 측정하기 위한 회로와 필터링된 IPG 파형을 획득하는 단계들을 나타내는 예시적 블록도를 도시한다;
도 4는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 IPG에서 기점을 얻기 위해 후속적으로 이용되는 개개의 다리 IPG "박동"으로부터 기점을 획득하기 위한 신호 처리 단계들을 나타내는 예시적 블록도를 도시한다;
도 5는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 평균화된 다리 IPG의 기점을 결정하기 위해 후속해서 이용되는, 개선된 SNR의 평균화된 IPG 파형을 생성하기 위해 개개의 발 IPG "박동"을 세그먼트화하는 신호 처리를 나타내는 예시적 플로차트를 도시한다;
도 6a는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 고품질 기록을 위한, 기점들; 박동들로 세그먼트화된 다리 IPG; 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 다리 IPG 박동을 동반한 다리 IPG 신호의 예들을 도시한다;
도 6b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 고품질 기록을 위한, 다리 IPG 기점들로부터 유도된 기점들; 박동들로 세그먼트화된 발 IPG; 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 발 IPG 박동을 동반한 발 IPG 신호의 예들을 도시한다;
도 7a는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 저품질 기록을 위한, 기점들; 박동들로 세그먼트화된 다리 IPG; 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 다리 IPG 박동을 동반한 다리 IPG 신호의 예들을 도시한다.
도 7b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 저품질 기록을 위한, 다리 IPG 기점들로부터 유도된 기점들; 박동들로 세그먼트화된 발 IPG; 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 발 IPG 박동을 동반한 발 IPG 신호의 예들을 도시한다;
도 8은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 다양한 심박수를 갖는 61명의 피험자를 포함하는 연구로부터 나온, 제1 임피던스 신호를 트리거 펄스로서 이용하여 30초 기록을 위한 낮은 SNR 발 IPG 펄스를 획득하는 데 있어서의 신뢰성에 대한 예시적 상관관계 플롯을 도시한다;
도 9a 및 도 9b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 IPG 및 심탄도(ballistocardiogram; BCG)에 대한 트리거링 펄스로서 제1 IPG를 이용하여 펄스 주행 시간(PTT; pulse transit time)을 획득하기 위한 예시적 구성을 도시한다;
도 10은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 다양한 심혈관 타이밍들의 명칭 및 관계를 도시한다;
도 11은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 2개의 검출 방법 (백색점) 발 IPG 단독 및 (흑색점) 이중-IPG 방법에 대한 PTT 상관관계의 예시적 그래프를 도시한다;
도 12는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 61명의 인간 피험자의 연령과 비교된 본 개시내용으로부터 획득된 펄스파 속도(pulse wave velocity)(PWV)의 예시적 그래프를 도시한다;
도 13은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로, 및 한쪽 발 내에서, 전류를 주입 및 감지하기 위한 인터리빙된 발 전극을 갖는 저울의 또 다른 예를 도시한다.
도 14a는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로 전류를 주입 및 감지하고, 양쪽 발에서 발 IPG 신호들을 측정하기 위한 인터리빙된 발 전극을 갖는 저울의 또 다른 예를 도시한다;
도 14b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로 전류를 주입 및 감지하고, 양쪽 발에서 발 IPG 신호들을 측정하기 위한 인터리빙된 발 전극을 갖는 저울의 또 다른 예를 도시한다;
도 14c는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 변압기-결합형 전류 소스를 이용하는 부동 전류 소스에 대한 또 다른 예시적 접근법을 도시한다;
도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 15d는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로, 및 한쪽 발 내에서, 전류를 주입 및 감지하기 위한 인터리빙된 발 전극을 갖고 이와 관련된 저울의 예시적 분해도를 도시하며, 여기서 도 15a는 이전 도면들에서와 같이 상부면도를 도시한다;
도 16은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 회로-기반 구축 블록들의 예시적 블록도를 도시한다;
도 17은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적 흐름도를 도시한다;
도 18은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 무선 디바이스에 통신가능하게 결합된 예시적 저울을 도시한다;
도 19a 내지 도 19c는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 위치에 기초하여 발의 상이한 부분들을 통해 측정되는 바와 같은 예시적 임피던스를 도시한다.
여기서 논의된 다양한 실시예에는 수정 및 대안적인 형태가 적용될 수 있지만, 그 양태들이 도면에서 예로서 도시되고 상세히 설명될 것이다. 그러나, 그 의도는 본 개시내용을 개시된 특정한 실시예로 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 오히려, 그 의도는, 청구항들에 정의된 양태들을 포함하는 본 개시내용의 범위 내에 해당하는 모든 수정, 균등물 및 대안을 포괄하고자 하는 것이다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 이용되는 "예(example)"라는 용어는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것은 아니다.
본 개시내용의 다양한 양태는, 적어도 2개의 동시에 취득된 임피던스-기반 신호의 감지, 검출 및 정량화에 관한 것이다. 동시에 취득된 임피던스-기반 신호들은, 개인의 심장 박동으로 인해, 준-주기적 전기-기계적 심혈관 기능 및 임피던스 센서들에 의해 측정된 동시 심혈관 신호들과 연관되며, 여기서, 측정된 신호들은, 사용자의 심혈관계와 연관된 심장 활동, 건강 또는 이상을 결정하기 위한 사용자의 적어도 하나의 심혈관 관련 특성을 결정하는데 이용된다. 센서는 사용자가 저울 상에서 정지되어 서 있는 체중계 플랫폼에 임베딩될 수 있고, 여기서, 사용자의 발은 저울과 접촉하며, 사용자가 맨발로 서 있는 곳에서 임피던스 측정치가 획득된다.
또한, 본 개시내용의 소정 양태는 적어도 3개의 전극의 세트가 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 복수의 임피던스 측정 신호 중 하나는 사용자의 한쪽 발과 접촉하는 전극들 중 2개로부터 획득되며, 복수의 임피던스 측정 신호 중 적어도 다른 하나는, 한쪽 발과 이 한쪽 발을 포함하지 않는 (예를 들어, 하지, 다른쪽 발, 손, 어깨를 따른) 사용자의 위치 사이에서 획득된다. 또한, 이 방법은 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하는 단계를 포함하며, 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
소정 실시예들에서, 복수의 임피던스 측정 신호는 한쪽 발과 다른 위치 사이의 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 포함한다. 복수의 펄스 특성 신호는, 신호 최적화 프로세스의 일부로서 적어도 2개의 다른 임피던스 측정 신호를 포함하는 임피던스 측정 신호들을 평가함으로써 결정된다. 또한, 소정 실시예들에서, 동기 정보를 나타내고 BCG 내의 정보에 대응하는 타이밍 기준에 기초하여 신호가 획득된다. 또한, 방법들은 전극들 중 선택된 것들 사이에서 변조된 전류를 운반하는 단계를 포함할 수 있다. 복수의 임피던스 측정 신호는, 예를 들어, 전극들 중 선택된 것들 사이에서 운반되는 전류에 응답하여 수행될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른 방법들은 한쪽 발 내에서의 IPG 측정을 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 소정 실시예들에서, 사용자의 한쪽 발과 접촉하는 2개의 전극은 베이스 유닛 위에서 깍지낀 패턴의 위치들로 구성되고, 베이스 유닛은 이 깍지낀 패턴에 통신가능하게 결합된 회로를 포함한다. 이 회로는 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하고 한쪽 발 내에서의 IPG 측정을 제공하는 단계에 대한 깍지낀 패턴의 위치들을 이용한다.
본 개시내용의 다른 실시예들은, 전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 (예를 들어, 전극들이 임피던스 측정 회로의 일부인) 전극 세트를 통해 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 임피던스 측정 회로를 포함하는 장치에 관한 것이다. 전극 세트는, 사용자의 한쪽 발에 접촉하기 위한 복수의 전극으로서 이 한쪽 발을 포함하지 않는 (예를 들어, 하지, 다른쪽 발, 손, 어깨를 따른) 위치에서 사용자와 접촉하기 위한 적어도 또 하나의 전극을 포함하는 복수의 전극을 포함한다. 이 장치는 또한, 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하는 제2 회로를 포함한다. 임피던스 측정 신호들 중 적어도 하나는 한쪽 발 내에서 획득되고 또 다른 임피던스 측정 신호는 이 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 획득된다. 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
소정 실시예들에서, 제2 회로는 신호 최적화 프로세스의 일부로서 임피던스 측정 신호를 비교 및 평가함으로써 펄스 특성 신호를 결정한다. 임피던스 측정 신호는 한쪽 발 내에서의 발 임피던스 측정 신호를 포함하고, 적어도 2개의 다른 임피던스 측정 신호는 이 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 측정된다. 제2 회로는 또한, 신호 최적화 프로세스의 일부로서 발 임피던스 측정 신호 및 적어도 2개의 다른 임피던스 측정 신호 각각을 평가함으로써 펄스 특성 신호를 결정한다.
본 개시내용의 다른 실시예들은 플랫폼 영역을 포함하는 베이스 유닛을 포함하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는 또한, 사용자의 한쪽 발에 접촉하기 위한 플랫폼 영역 위의 복수의 전극과, 이 한쪽 발을 포함하지 않는 하지를 따르는 위치(예를 들어, 다른쪽 발)에서 사용자와 접촉하기 위한 적어도 하나의 다른 전극을 포함하는, 전극 세트를 포함한다. 추가로, 이 장치는, 전극 세트에 통신가능하게 결합되고 전극 세트로 구성되어, 전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호를 획득하는 펄스 처리 회로를 포함한다. 펄스 처리 회로와 전극들은 또한, 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 (제1 및 제2) 펄스 특성 신호를 결정한다. 임피던스 측정 신호들 중 (제1) 적어도 하나는 한쪽 발 내에서 획득되고 또 다른 (제2) 임피던스 측정 신호는 이 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 획득된다. (제1 및 제2) 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
소정 실시예들에서, 베이스 유닛은 펄스 처리 회로를 수용하고, 사용자의 하지 위치는 다른쪽 발에 있다. 또한, 펄스 특성 신호는 펄스 도달 시간을 나타낼 수 있다. 추가로, 소정 실시예들에서, 전극 세트는 적어도 4개의 전극을 포함한다. 이들 실시예에서, 펄스 처리 회로는 전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 적어도 4개의 임피던스 측정 신호를 획득하도록 구성된다. 펄스 처리 회로는 또한, 복수의 임피던스 측정 신호 중 적어도 2개를 비교하고, 비교된 복수의 임피던스 측정 신호 중 하나를 비교된 복수의 임피던스 측정 신호 중 또 다른 하나에 우선하여 선택함으로써 복수의 펄스 특성 신호를 결정한다. 또한, 펄스 처리 회로는 타이밍 기준에 기초하여 동기 정보를 나타내는 신호를 획득할 수 있다. 추가로, 펄스 처리 회로는 타이밍 기준에 기초하여 동기 정보를 나타내는 신호를 획득할 수 있다. 동기 정보를 포함하는(또는 나타내는) 신호는 BCG 또는 임피던스 심전도의 정보에 대응할 수 있다. 또한, 펄스 처리 회로 및 전극 세트는 주입 임피던스 신호를 사용자에게 도입할 수 있고, 응답하여, 반환 임피던스 신호를 감지할 수 있다.
본 개시내용의 다른 실시예들은 펄스 처리 회로와 함께 동작하여 한쪽 발 내에서 IPG 측정을 제공하는 복수의 전극에 관한 것이다. 전극들은 플랫폼 위의 깍지낀 패턴의 위치들로 구성될 수 있다. 펄스 처리 회로는 한쪽 발 내의 IPG 측정을 제공하기 위해 깍지낀 패턴의 위치들을 이용할 수 있다.
본 개시내용의 소정 실시예들은, 복수의 전류-주입 신호를 전극 세트의 각각의 전극에 제공하기 위한 전류-소싱 회로를 채용하고, 여기서, 전류-주입 신호들 중 적어도 하나는 전류 미분을 위해 변조된다. 2개의 주입 전극은 전류-소싱 회로로부터 사용자에게 전류를 공급한다. 펄스 처리 회로는 사용자의 2개의 별개의 신체 세그먼트에서 전류-주입 신호를 감지한다. 소정의 더 구체적인 실시예들에서, 2개의 별개의 신체 세그먼트는 각각 사용자의 발 세그먼트 및 사용자의 다리를 포함하는 세그먼트를 포함한다. 펄스 처리 회로는 전류-주입 신호의 동기 복조에 기초하여 다리 및 발 임피던스 측정을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극 세트는 전극 패턴 요소를 포함하고, 300 ohm/square보다 낮은 저항률을 가지며 인듐 주석 산화물(ITO), 스테인레스 강, 알루미늄 및 탄탈 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 추가로, 본 개시내용의 소정 실시예들은, 베이스 유닛이 체중계 및 펄스 처리 회로를 인클로징하는 하우징과 일체로 된 체중계를 채용한다. 베이스 유닛의 플랫폼 영역은 사용자가 플랫폼 영역에서 양쪽 발로 서 있기에 충분한 사용자-기립 영역(user-standing area)을 제공한다. 전극 세트는 한쪽 발에 대해 인터리빙된 켈빈(Kelvin) 전극 쌍의 패턴을 포함할 수 있다. 소정의 더 구체적인 실시예들에서, 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴은 플랫폼 영역 상의 발 배치에 대한 감도를 완화시킨다.
소정 실시예들에서, 전극들은 플랫폼 영역 상의 발 배치에 대한 감도를 완화시킴으로써, 사용자의 움직임들에 의해 야기되는 임피던스 측정 간섭을 완화시키는, 한쪽 발에 대한 적어도 2개의 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함한다. 본 개시내용의 소정 실시예들은, BCG 감지 회로, 및 한쪽 발에 대한 복수의 전극을 정의하는 전극 패턴 요소를 포함할 수 있다. 펄스 처리 회로는, BCG 감지 회로 및 전극 패턴 요소로 구성되어, 동맥 펄스파 속도(arterial pulse wave velocity)를 측정하기 위한 데이터("aPWV 데이터")를 제공하고 응답하여 BCG 감지에 의해 획득된 데이터로 aPWV 데이터를 보강할 수 있다.
소정 실시예들에서, 하지 위치는 다른쪽 발이다. 이러한 이들 실시예들에서, 전극 세트는 플랫폼 영역상의 발 배치에 대한 감도를 완화함으로써 사용자의 움직임들에 의해 야기되는 임피던스 측정 간섭을 완화하도록 구성된, 한쪽 발에 대한 인터리빙된 적어도 2개의 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함한다. 또한, 소정 실시예들에서, 펄스 처리 회로는 사용자가 초기에 플랫폼 영역 상에 서 있는 때로부터 60초 이내에 복수의 펄스 특성 신호를 결정한다.
본 개시내용과 일치하는 장치는, 플랫폼 영역, 전극 세트 및 펄스 처리 회로를 갖는 베이스 유닛을 포함할 수 있다. 전극은, 손 또는 발인 사지말단에서, 사용자와 접촉하기 위한 플랫폼 영역 위에 구성된 복수의 전극, 및 상이한 위치에서 사용자와 접촉하기 위한 적어도 하나의 다른 전극을 포함한다. 펄스 처리 회로는, 전극 세트에 통신가능하게 결합되고 전극 세트로 구성되어 전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호를 획득하고 복수의 (제1 및 제2) 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 (제1 및 제2) 펄스 특성 신호를 결정한다. 추가로, 임피던스 측정 신호들 중 (제1) 적어도 하나는 사지말단 내에서 획득되고 또 다른 (제2) 임피던스 측정 신호는 이 사지말단과 다른 위치 사이에서 획득된다. (제1 및 제2) 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
소정의 실시예에서, 전극 세트는 사지말단에 대한 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함한다. 또한, 전극 세트는, 플랫폼 영역 상의 사지말단의 배치에 대한 감도를 완화함으로써 사용자의 움직임들에 의해 야기되는 임피던스 측정 간섭을 완화하도록 구성되는 사지말단에 대한 적어도 2개의 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 소정 실시예들은 4-전극 생물전기 임피던스 분석(BIA; bioelectronal impedance analysis) 저울을 이용하며, 여기서, 발-대-발 IPG는 (표준 BIA의 경우와 같이) 켈빈 접속을 이용한다. 추가로, 본 개시내용의 소정 실시예들은 기준으로서 발-대-발 이외의 임피던스 신호를 이용한다. 손과 발 사이의 임피던스 신호를 이용하여 동일한 접근법을 이용하는 것이 가능하다.
도 1을 참조하면, 도 1은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, IPG 트리거 펄스 및 발 IPG에 대한 저울(110) 상에 서 있는 사용자(105)의 신체를 통한 전류 경로(100)를 나타낸다. 임피던스 측정(115)은, 용량성-기반의 임피던스 감지의 실제 한계 내에서, 사람의 이용에 안전하다고 여겨지는 에너지 한도를 이용하여, 사용자(105)가 서 있고 양말 또는 신발 등의 의복을 발 위에 착용하고 있을 때 측정된다. 측정(115)은, 사용자의 맨발과 접촉 전극들 사이에 놓인, 플라스틱, 유리, 종이 또는 왁스 종이로 된 얇은 막 또는 시트 등의, 비-의류 소재를 동반하여 이루어질 수도 있고, 여기서, 전극은 사람의 이용에 안전하다고 판단되는 에너지 한도 내에서 동작한다. IPG 측정은 또한, 대개는 신호의 품질을 감소시키는 사용자의 발 상의 각질(callouses)의 존재시에 감지될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 사용자(105)는 저울(110) 상에 서 있고, 여기서, 사용자 신체의 조직은 일련의 임피던스 요소로서 모델링되며, 시변적 임피던스 요소는 사용자의 심혈관 및 비-심혈관 움직임에 반응하여 변화한다. ECG 및 IPG 측정은 발을 통해 감지할 수 있고, (1) 낮은 SNR을 동반한 작은 임피던스 신호로 인해; 및 (2) 균형 유지를 위한 다리에서의 근육 파이어링(muscle firing)과 같은 신체의 다른 전기적 활동에 의해 자주 마스킹되거나 왜곡되기 때문에 수행하기에 어려울 수 있다. 정지 상태에서 인체는 비정상상태(unsteady)이며 균형을 유지하기 위해 체중 분포의 지속적인 변화가 발생한다. 따라서, 체중계-기반 센서로 측정되는 심혈관 신호는 통상적으로 발 IPG 및 기립 BCG 등의 SNR이 낮은 신호를 생성한다. 따라서, 이러한 저울-기반 신호는, 각각의 개별 측정에 대한 더 높은 SNR을 갖는 평균화된 신호를 산출하는 신호 평균화를 위해 개별 심박-관련 신호들을 세그먼트화하기 위해, 안정적이고 고품질의 동기 타이밍 기준을 요구한다.
ECG는, 일련의 심박-관련된 신호들을 평균화하기 위한 2차 센서(광학, 전기, 자기, 압력, 마이크로웨이브, 압전 등)에 의해 측정된 일련의 심박-관련 신호들을 세그먼트화하기 위한 기준(또는 트리거) 신호로서 이용되어, 2차 측정의 SNR을 개선할 수 있다. ECG는, 신체-착용형 젤 전극(body-worn gel electrode)에 의해, 또는 핸드그립 센서(handgrip sensor) 상의 드라이 전극(dry electrode)을 통해 측정했을 때 본질적으로 높은 SNR을 가진다. 대조적으로, ECG는, 신체 움직임에 기인한 다리 근육 파이어링으로부터의 전기적 소음을 제거하기 위해 사용자가 완벽하게 정지한 채 서있지 않는 한, 저울 플랫폼 상에 서 있는 동안 발 전극을 이용하여 측정될 때 낮은 SNR을 가진다. 따라서, 서있는 동안 발에서의 ECG 측정은 신뢰할 수 없는 트리거 신호(낮은 SNR)로 간주된다. 따라서, 베이스 저울 플랫폼 디바이스에 병합된 ECG 센서를 이용할 때 신뢰할 수 있는 심혈관 트리거 기준 타이밍을 획득하는 것이 종종 어렵다. Inan 등(IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, 14:5, 1188-1196, 2010)과 Shin 등(Physiological Measurement, 30, 679-693, 2009)은 둘 다, 서있는 동안 양쪽 발 사이에서 측정된 전기 신호의 ECG 성분은 균형을 유지하는 것과 관련된 다리 근육 활동으로부터 발생하는 근전도(EMG) 신호에 의해 급속히 압도되었다는 것을 보였다.
체중계 플랫폼으로부터 획득된 심혈관 정보의 정확도도 역시 측정 시간에 의해 영향을 받는다. 신호 평균화를 위해 심박-관련 신호로부터 획득된 박동수는 측정 시간 및 심박수의 함수이다. 메이요 클리닉(Mayo Clinic)에 따르면, 전형적인 휴식 심박수는 분당 60 내지 100 박동에 이른다. 따라서, 짧은 신호 취득 기간은 평균적으로 낮은 박동수를 산출할 수 있으며, 이것은, 평균에서의 표준 오차(SEM)라고도 알려진, 측정 불확실성을 야기할 수 있다. SEM은 모집단 평균의 샘플 평균 추정치의 표준 편차이다. 여기서, SE는, 표준 오차 또는 모집단 S와 관련된, 샘플 N의 표준 오차이다.
Figure pct00001
예를 들어, 5초의 신호 취득 기간은 앙상블 평균의 경우 최대 5 내지 8 박동을 산출할 수 있는 반면, 10초의 신호 취득은 10 내지 16 박동을 산출할 수 있다. 그러나, 평균화 및 SNR 결정에 이용가능한 박동수는 대개 다음 요인으로 인해 감소한다; (1) 알고리즘에 의한 기록에서 첫 번째와 마지막 앙상블 비트의 절삭, (2) 트리거링 알고리즘에 의해 놓친 트리거 박동, (3) 심폐기능의 가변성, (4) 트리거 및 발 IPG 신호를 훼손하는 과도한 신체 움직임, 및 (5) 측정 전극과의 발 접촉의 손실.
잡음 소스는, 평균화되는 신호에 대한 전체 SNR 개선을 위해 복수의 솔루션을 요구할 수 있다. 측정 시간이 길면, 절삭, 잘못 놓친 트리거, 및 과도한 움직임으로 손실되는 박동수가 증가한다. 측정 시간이 길면, 심혈관 영향으로부터 가변성이 역시 감소할 수 있다. 따라서, 저울-기반 센서 플랫폼에 대해 더 짧은 측정 시간(예를 들어, 30초 미만)이 요구된다면, 감지 개선은 신체 움직임 및 측정 전극과의 발 접촉의 손실을 용인하는 것을 필요로 한다.
인간의 심혈관계는, 정맥계로부터 심장의 오른쪽으로 혈액을 되돌려 보내고, 폐 순환을 통해 혈액에 산소를 공급한 다음, 심장의 왼쪽으로 되돌아가는, 밸브들에 의해 분리된, 4개의 챔버를 갖춘 심장을 포함하며, 여기서, 산소를 공급받은 혈액은 좌심실에 의해 가압되고 동맥 순환 내로 펌핑되며, 그 곳에서, 혈액은 기관 및 조직에 분배되어 산소를 공급한다. 심혈관 또는 순환계는 산소 가용성의 유지를 보장하도록 설계되어 있고 종종 세포 생존의 제한 요소가 된다. 심장은 보통 휴식 동안에는 분당 5 내지 6 리터의 혈액을 펌핑하고, 심박수와 박출량(stroke volume)을 조절함으로써, 운동 중의 최대 심장 출력(maximum cardiac output during exercise)을 최대 7배까지 증가시킬 수 있다. 심박수에 영향을 미치는 요인들로는, 자율 신경의 분포 정도, 체력 수준, 연령 및 호르몬이 포함된다. 박출량에 영향을 미치는 요인들로는, 심장 크기, 체력 수준, 수축 또는 발산 기간, 방출 기간, 전부하 또는 이완기 용적, 후부하 또는 전신 내성이 포함된다. 심혈관계는, 심장 출력을 유지하기 위해 심장에 의해 이루어지는 작업을 최소화하는 항상성(세트 포인트)을 유지하도록 지속적으로 적응한다. 따라서, 혈압은 휴식 중 작업 요구를 최소화하기 위해 지속적으로 조정된다. 심혈관 질환은, 만성적으로 상승된 혈압, 증가된 콜레스테롤 수치, 부종, 내피 기능 이상, 부정맥, 동맥 경화, 죽상 경화증, 혈관벽 비후, 협착, 관상 동맥 질환, 심장 마비, 뇌졸중, 신장 기능 부전, 심근 경색, 심부전, 당뇨병, 비만 및 폐 질환을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는, 심혈관계의 효율을 저하시키는 심혈관계의(또는 심혈관계에 영향을 미치는) 다양한 이상을 포함한다.
각각의 심장 사이클(cardiac cycle)은 동맥 트리(tree)에 전달되는 혈액의 펄스(pulse of blood)를 야기한다. 심장은 심실에 혈액을 전달하는 심방 수축 사이클을 완료하고, 후속해서, 폐에 혈액을 전달하는 심실 수축과, 확장 사이클이 시작되는 전신 동맥 순환이 이어진다. 초기 확장기에서, 심실은 이완되어 혈액으로 채워진 다음, 중간-확장기에서 심방과 심실이 이완되고 심실은 계속 혈액으로 채워진다. 후기 확장기에, 동방결절(심박 조율기)이 탈분극(depolarize)하여 심방을 수축시키고, 심실은 더 많은 혈액으로 채워지며 탈분극이 심방결절에 도달하여 심실측으로 들어가 수축 단계를 시작한다. 심실이 수축하고 혈액이 심실로부터 동맥쪽으로 펌핑된다.
ECG는 심장의 전기적 활동의 측정치이며 5 단계로 설명될 수 있다. P파는 심방 탈분극을 나타내며, PR 간격은 P파와 QRS파의 시작 사이의 시간이다. QRS파는 심실 탈분극을 나타낸다. QRS파는 ECG에서 가장 강한 파이며 심혈관계 순환을 위한 사실상의 타이밍 기준으로서 종종 이용된다. 심방 재분극은 QRS파에 의해 마스킹된다. 그 다음, 심실 탈분극과 재분극 사이의 제로 전위의 기간을 나타내는 ST 구간이 후속한다. 이 사이클은 심실 재분극을 나타내는 T파로 끝난다.
동맥 내로 분출된 혈액은 혈액의 운동량으로 인해 혈관 운동을 야기한다. 심장에 의해 분출된 혈액량은 먼저 상행 대동맥에서 전방으로 이동하고 대동맥궁(aortic arch) 주변으로 이동하여 하행 대동맥을 따라 이동한다. 대동맥의 직경은, 대동맥 벽의 높은 순응도(낮은 강성)로 인해 수축기 단계 동안에 상당히 증가한다. 그 다음, 하행 대동맥을 따라 이동하는 혈액은, 다리 동맥의 근육 동맥 조성으로 인해 뻣뻣한 동맥 세그먼트로 전환되는 장골 가지(iliac branch)에서 두 갈래로 갈라진다. 혈액 맥동은 다리와 발 아래로 계속된다. 모든 과정에서, 동맥은 박동성 혈류가 정상상태 혈류로 변하는 모세 혈관에 도달할 때까지 더 작은 직경의 동맥들로 분지하여, 산소를 조직에 전달한다. 그 다음, 혈액은 대정맥에서 종결되는 정맥계로 되돌아 가며, 그 곳에서 혈액은 후속하는 심장 사이클 동안 심장의 우심방으로 되돌아 간다.
놀랍게도, 다리 IPG 및 발 IPG의 고품질 동시 녹음이 실용적 방식(예를 들어, 사용자가 단순히 임피던스 체중계 발 전극들(impedance body scale foot electrodes) 상에 서 있음으로써 디바이스를 올바르게 작동시킴)으로 달성될 수 있으며, 다리 IPG 신호로부터 신뢰할 수 있는 트리거 기준 타이밍을 획득하는데 이용될 수 있다. 이러한 취득은, 종종 다리 ECG 측정을 손상시키는 다리 EMG로부터의 움직임-유발 노이즈에 훨씬 덜 민감하다. 또한, 단일의 발에 대해 2개의 켈빈 전극 쌍을 인터리빙하는 것은, 전체 전극 영역의 경계 내에서의 발 배치에 둔감한 설계를 야기한다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 사용자는, IPG 신호에 움직임 아티팩트를 도입하는 경향이 높은 또는 발이 약간 오정렬될 경우 접촉의 손실을 초래하기 쉬운 종래의 단일 발 켈빈 구조에서 정확한 발 배치를 준수하도록 더 이상 제약되지 않는다. 인터리빙된 설계는, 하나 이상의 전극 표면이 여기 및 감지 전극 쌍을 분리하는 단일의 가상 경계선을 가로지를 때 시작된다. 인터리빙은, 전극 쌍의 결합된 영역에 걸친 발의 위치에 관계없이 여기 및 감지 전극 쌍 상에서 균일한 발 표면 접촉 영역을 유지하도록 구성된다.
본 개시내용의 다양한 양태는, 평균 크기의 성인이 편안하게 움직이지 않고 서서 자세의 흔들림을 최소화하기에 충분한 영역의 체중계 플랫폼(예를 들어, 저울(110))을 포함한다. 공칭 저울 길이(발 길이와 동일한 방향)는 12 인치이고 폭은 12 인치이다. 폭은 어깨 폭에서 발과 일치하거나 약간 더 넓게(예를 들어, 각각 14 내지 18 인치) 증가될 수 있다.
도 2는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 복수의 여기 경로(220) 및 감지 전류 경로(215)를 갖는 저울 전극 쌍(205/210) 상의 발 배치(200)에 대한 비민감성의 예를 도시한다. 플랫폼의 양태는, 파손없이 적어도 200 파운드의 성인을 지지하는 두께 및 강도를 갖도록 하는 것이고, 디바이스 플랫폼의 또 다른 양태는 적어도 6개의 전극으로 구성되며, 여기서, 제1 전극 쌍(205)은 고체이고, 제2 전극 쌍(210)은 인터리빙된다. 또 다른 양태는, 제1 및 제2 인터리빙된 전극 쌍(205/210)이 적어도 40 +/- 5 밀리미터의 거리만큼 분리되어 있다는 것이며, 여기서, 40 밀리미터 미만의 공칭 분리는 단일 발 IPG 신호를 열화시키는 것으로 나타났다. 다른 주요 양태는, 전극 패턴들이, 스테인레스 강, 알루미늄, 경화된 금, ITO, 인덱스 매칭된 ITO(IMITO), 탄소 인쇄된 전극, 전도성 테이프, 은-함침된 탄소 인쇄된 전극, 전도성 접착제, 및 300 ohms/sq보다 낮은 저항률을 갖는 유사한 물질 등의, 낮은 저항성 물질로 형성된다는 것이다. 소정 실시예들에서, 저항률은 150 ohms/sq 미만이다. 전극들은, 저울의 가장자리 주변의 전극을 표면 아래로 또는 저울의 적어도 하나의 홀(예를 들어, 비아 홀)을 통해 라우팅함으로써 저울의 전자 회로에 접속된다.
이중 발 IPG 측정을 위한 적절한 전극 배치가 다른 실시예들에서 실현될 수 있다. 소정 실시예들에서, 인터리빙된 전극들은, 저울 기판에 부착되고 용량성 감지 모드에서 이용되는, 고-이온-교환(HIE) 유리의 얇은 조각(예를 들어, 2mm 미만)의 뒷면 상에 패터닝된다. 소정 실시예들에서, 인터리빙된 전극들은 용이한 보관을 위해 감을 수 있거나 접을 수 있는 종이 또는 플라스틱의 얇은 조각 상에 패터닝된다. 소정 실시예들에서, 인터리빙된 전극들은 휴대형 IPG 측정을 위해 태블릿 컴퓨터의 표면 상에 통합된다. 소정 실시예들에서, 인터리빙된 전극들은 플렉스 회로(flex circuit)로서 이용되는 켑톤(kapton) 기판 상에 패터닝된다.
소정 실시예들에서, 저울 영역은 소형 저울 플랫폼의 경우 8 인치의 폭과 10 인치의 길이를 가진다. 또는, 저울은 비만 클래스 규모(bariatric class scales)에서 이용하기 위해 더 클 수도 있다(최대 36인치 폭). 소정 실시예들에서, 인터리빙된 전극들을 갖는 저울 플랫폼은 욕실 등의 실내에 포함될 수 있는 바닥 타일에 통합된다. 소정 실시예들에서, 저울은 개선된 휴대성 및 보관성을 위해 경첩에 의해 반으로 접힌다. 대안으로서, 저울 플랫폼은 개선된 이동성과 보관성을 위해 2개의 분리가능한 절반들, 즉, 왼쪽 발을 위한 절반과, 오른쪽 발을 위한 나머지 절반으로 구성된다. 이동 측정에 대한 소정 실시예들에서, 인터리빙된 여기 및 감지 전극 쌍은 심박수 및 대응하는 펄스 도달 시간(PAT)의 검출을 위해 깔창(shoe insert) 내에 통합된다. 대안으로서, 인터리빙된 여기 및 감지 전극 쌍들은 심박수 및 대응하는 PAT의 검출을 위해 착용되는 한 쌍의 양말에 통합된다.
본 개시내용에서, 다리 및 발 임피던스 측정은, 2개의 상이한 주파수들에서 변조된 전류에 의해 다리 및 발 임피던스가 여기되고, 결과적인 전압은 도 3a에 도시된 바와 같은 동기식 복조기를 이용하여 선택적으로 측정되는, 다중-주파수 접근법을 이용하여 동시에 실행될 수 있다. 이러한 호모다이닝 접근법(homodyning approach)은, 매우 높은 정확도와 선택성으로 신호들(이 경우 인가된 전류로 인한 전압 강하)을 분리하는데 이용될 수 있다.
이 측정 구성은, 임피던스 측정 기술 분야에서에서 널리 공지된 기술인, 전극과 발 사이의 접촉 저항의 영향을 최소화하기 위하여 4-점 구성에 기초한다. 이 구성에서, 전류는 2개의 전극 세트("주입" 및 "귀환" 전극들)로부터 주입되고, 저항을 통과하는 이 전류에 의한 전압 강하는, 대개는 전류의 경로 내에 위치해 있는, 2개의 별개의 전극("감지" 전극들)에 의해 감지된다. 감지 전극들은 (고-임피던스 차동 증폭기와의 접속으로 인해) 전류를 전달하지 않기 때문에, 접촉 임피던스가 감지 전압을 크게 변경하지 않는다.
신체의 2개의 별개의 세그먼트(다리와 발)를 감지하기 위하여, 전극 위치에 의해 2개의 분리된 전류 경로가 정의된다. 따라서 2개의 주입 전극이 이용되며, 각각은 상이한 주파수에서 변조된 전류 소스에 접속된다. 다리 임피던스용 주입 전극은 왼쪽 발의 발바닥 영역 아래에 위치하며, 발 IPG용 주입 전극은 오른쪽 발의 발꿈치 아래에 위치한다. 양쪽 전류 소스들은 오른쪽 발의 발바닥 영역 아래에 위치한 동일한 귀환 전극을 공유한다. 이것은 예시를 위한 예이다. 다른 구성들이 이용될 수도 있다.
감지 전극은 대응하는 세그먼트를 감지하도록 국부화될 수 있다. 다리 IPG 감지 전극들은 각각의 발의 뒤꿈치 아래에 위치하는 반면, 2개의 발 감지 전극은 오른쪽 발의 뒤꿈치와 발바닥 영역 아래에 위치한다. 오른쪽 발 전극들의 깍지낀 방식의 성질은, 앞서 설명된 바와 같이, 발 위치와 관계없이, 적절한 임피던스 측정을 위한 4-점 접촉을 보장한다.
도 3a 및 도 3b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 심혈관 시변 IPG 원시 신호(raw signal)를 감지 및 측정하기 위한 회로와 필터링된 IPG 파형을 획득하는 단계들을 나타내는 예시적 블록도를 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적 블록도는 다리 임피던스 서브-회로(300) 및 발 임피던스 서브-회로(305)로 분리되어 있다.
여기는, 여기 파형 회로(310)에 의해 제공된다. 여기 파형 회로(310)는, (도 3a에 도시된 바와 같은) 다양한 타입의 주파수 신호, 또는 더 구체적으로는, (도 3b에 도시된 바와 같은) 사각파 신호를 통해 여기 신호를 제공한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 사각파 신호는 15,625Hz와 1MHz 사이의 주파수에서 5V이고, (ECS International, Inc.의 ECS-100AC 등의) 수정 발진기에 의해 생성된 다음, 토글 플립-플롭 체인(예를 들어, Texas Instruments, Inc.의 CD4024)에 의해 분할되며, 각각의 분할 스테이지는 그 입력의 절반 주파수(즉, 1Mhz, 500kHz, 250kHz, 125kHz, 62.5kHz, 31.250kHz 및 15.625kHz)를 제공한다. 그 다음, 이 (정사각형) 파형은, AC-결합되고, 원하는 진폭으로 축소(scale down)되어, 전압-제어형 전류 소스 회로(315)에 공급된다. 생성된 전류는 (안전을 위한) 디커플링 커패시터를 통해 여기 전극으로 통과하고, 귀환 전극을 통해 접지로 귀환된다(접지된-부하 구성). 다리 및 발 IPG에 각각에 대해 전형적으로 1 및 4 mA 피크-대-피크 진폭이 이용된다.
관심 세그먼트(다리 또는 발) 양단의 전압 강하는 계기 차동 증폭기(예를 들어, Analog Devices AD8421)(320)을 이용하여 감지된다. 저울상의 감지 전극은, (이득 1을 위해 구성된) 차동 증폭기(320)의 입력에 AC-결합되고, 임의의 잔류 DC 오프셋은 DC 복원 회로로 제거된다(Burr-Brown App Note Application Bulletin, SBOA003, 1991, Burr-Brown/Texas Instruments INA118 데이터시트 참조).
그 다음, 신호는 동기식 복조기 회로(325)로 복조된다. 복조는, 이 예에서는 전류 여기와 동기하여 1 또는 -1을 신호에 곱함으로써 달성된다. 이러한 교류 이득은, Analog Devices사의 ADG442 등의, 아날로그 스위치(SPST)와 연산 증폭기에 의해 제공된다. 더 구체적으로는, 신호는 10 kOhm 저항을 통해 양극 및 음극 입력에 접속된다. 출력은 10 kOhm 저항을 통해 음극 입력에 접속되며, 스위치는 접지와 양극 입력 사이에 접속된다. 개방시에, 스테이지의 이득은 1이다. 닫히면(양극 입력 접지), 스테이지는 이득 -1의 반전 증폭기로서 동작한다. 대안으로서, 아날로그 곱셈기 또는 믹서 등의 다른 복조기들이 이용될 수 있다.
일단 복조되고 나면, 신호는 비-반전 증폭기 회로(335)를 이용하여(예를 들어, Linear Technologies사의 LT1058 연산 증폭기를 이용하여) 100의 이득으로 증폭되기 이전에 1차 대역 통과 필터 회로(330)로 대역 통과 필터링(0.4-80 Hz)된다. 증폭된 신호는 또한, 이득을 갖는 2극 Sallen-Key 필터 스테이지 등의 저역 통과 필터 회로(340)를 이용하여 10만큼 추가로 증폭되고 저역 통과 필터링(30Hz에서 차단)된다. 그러면 신호는 디지털화 및 추가 처리 준비가 완료된다. 소정 실시예들에서, 증폭된 신호는 신체 또는 발 임피던스를 결정하기 위해 추가의 저역 통과 필터 회로(345)를 통과할 수 있다.
소정 실시예들에서, 적절한 주파수 및 진폭의 여기 전압 신호의 생성은, MSP430(Texas Instruments, Inc.) 등의 마이크로제어기에 의해 수행된다. 전압 파형은, 온칩 타이머 및 디지털 입/출력 또는 펄스 폭 변조(PWM) 주변기기를 이용하여 생성될 수 있고, 고정 저항 분배기, 온칩 또는 오프칩 연산 증폭기를 이용하는 능동 감쇠기/증폭기뿐만 아니라, 프로그래머블 이득 증폭기 또는 프로그래머블 저항기를 통해, 적절한 전압으로 축소될 수 있다. 대안으로서, 파형은, 온칩 또는 오프칩 디지털-대-아날로그 변환기(DAC)에 의해 직접 생성될 수 있다.
소정 실시예들에서, 여기의 형상은 정사각형이 아니라 정현파이다. 이러한 구성은 전류 소스 및 계측 증폭기에 대한 대역폭 및 슬루율에 대한 요건을 감소시킬 것이다. 잠재적으로 고주파 간섭(EMI)으로 이어지는 고조파도 역시 감소될 것이다. 이러한 여기는 또한, 회로 자체의 전자회로 노이즈를 감소시킬 수 있다. 마지막으로, 정현파 여기로부터의 고조파의 제거는, 여기 파형들이 서로 간섭할 기회를 적게 갖기 때문에, 다중-주파수 임피던스 시스템에서보다 더욱 유연한 주파수 선택을 제공할 수 있다. 기본 주파수 내의 에너지 집중으로 인해, 정현파 여기는 또한, 더욱 전력-효율적일 수 있다.
소정 실시예들에서, 여기의 형상은 정사각형이 아니라 사다리꼴이다. 정현파만큼 최적은 아니지만, 사다리꼴 파형(또는 제한된 대역폭 또는 슬루율에 의해 에지가 평활화된 사각파)은 감소된 고조파로 인해 EMI 및 전자적 노이즈의 측면에서 여전히 이점을 제공한다.
잠재적 EMI를 더 감소시키기 위해, 사각파 신호를 디더링(즉, 고정 또는 랜덤 패턴을 따르는 지터(jitter)를 가장자리에 도입)하여 에너지가 하나의 특정 주파수(또는 고조파 세트)에 국한되지 않고 오히려 주파수(또는 고조파 세트) 주변에 분산되는 소위 확산 스펙트럼 신호를 유도하는 등의 다른 전략들이 이용될 수 있다. 이중-IPG 측정에 적합한 확산-스펙트럼 회로의 예가 도 3b에 도시되어 있다. 동기식 복조 방식 때문에, 확산-스펙트럼 기술에 의해 도입되는 위상-대-위상 변동은 임피던스 측정에 영향을 미치지 않을 것이다. 이러한 확산-스펙트럼 신호는, 전문화된 회로(예를 들어, Maxim MAX31C80, SiTime SiT9001) 또는 범용 마이크로제어기(Application Report SLAA291, Texas Instruments, Inc. 참조)에 의해 생성될 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 이러한 확산-스펙트럼 기술은 클록 분배기와 결합되어 더 낮은 주파수를 생성할 수도 있다.
본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 다리 및 발에서의 임피던스의 동시 측정의 이러한 방법들은, 전체의 수분, 자유 수분, 지방량 및 기타의 상대적 함량을 추출하는 것을 목표로 하는 표준 신체 임피던스 분석(BIA)을 위해 이용될 수 있다. BIA를 위한 임피던스 측정은 일반적으로 킬로헤르츠로부터 수 메가헤르츠에 이르는 주파수에서 이루어진다. 임피던스의 DC 성분이 계측 증폭기(DC 복원 회로가 이용되지 않음)에 의해 상쇄되지 않도록 회로가 수정될 수 있다면, 전술된 다중-주파수 측정 방법들이 이러한 BIA를 위해 용이하게 이용될 수 있다. 고역 통과 필터는 계측 증폭기 이후에 구현되어, BIA에 이용되는 DC 성분의 측정을 가능하게 한다. 이 다중-주파수 기술은 또한, 수 개의 주파수들에서 임피던스가 순차적으로 측정되는 BIA에 자주 이용되는 전통적인 순차 측정과 결합될 수 있다. 이러한 측정들은, 스위치 매트릭스를 이용하여 원하는 신체 세그먼트 내로 전류를 구동하기 위해, 분절식 BIA의 수 개의 신체 세그먼트들에서 반복될 수 있다.
도 2는 2개의 상이한 세그먼트(다리 및 한쪽 발)를 측정하기에 적합한 회로 및 전극 구성을 도시하고 있지만, 이 접근법은 공유된 전류 복귀 전극(접지)으로 인해 더 많은 세그먼트로 용이하게 확장될 수 없다. 이러한 제한을 극복하고, 특히 양쪽 발에서의 동시 측정을 제공하기 위해, 시스템은 아날로그 스위치로 강화되어 상이한 세그먼트들에서의 임피던스 측정의 시간-멀티플렉싱을 제공할 수 있다. 이 멀티플렉싱은, 일회성 시퀀싱(각각의 세그먼트가 한 번 측정됨)이거나, 신호가 각각의 세그먼트에서 동시에 측정될 수 있는 충분히 높은 주파수에서 인터리빙될 수 있다. 적절한 재구성을 위한 최소 멀티플렉싱 속도는, 신호 처리 이론에 기초하여, 측정된 신호의 대역폭의 2배로서, 여기서 고려되는 임피던스 신호에 대해 약 100Hz와 같다. 속도는 또한, 신호 경로가 스위칭 사이에서 정착되도록 허용해야 하며, 대개는 최대 멀티플렉싱 속도를 제한한다. 도 14a를 참조하면, 하나의 사이클은 다리 임피던스 및 왼쪽 발 임피던스의 측정을 시작할 수 있지만(전술된 것과 유사하게, 공통 복귀 전극을 공유함), 스위치를 재구성 한 이후에 오른쪽 발의 측정을 계속할 수 있다. 다양한 측정을 위한 일반적인 스위치 구성이 아래의 표에 나와 있다.
Figure pct00002
오른쪽 및 왼쪽 다리가 순차적으로 측정되기 때문에, 전류 소스가 스위치를 통해 동시에 양쪽 발에 접속되지 않는다면, 양쪽 모두를 측정하기 위해 (동일한 주파수의) 고유한 전류 소스가 이용될 수 있고, 이 경우 전류는 2개의 경로로 나누어질 것이다. 3개의 상이한 주입 전극들에 연속적으로 접속된 (단일 주파수의) 단일 전류 소스를 이용하는 완전-순차 측정이 적절한 스위치 구성 시퀀스(분할된 전류 경로 없음)와 함께 역시 이용될 수 있다는 점에도 유의해야 한다.
소정 실시예들에서, 다양한 신체 세그먼트, 특히 다리, 오른쪽 발 및 왼쪽 발의 측정은, 측정될 세그먼트 만큼의 많은 개수의, 및 개별적으로 복조될 수 있도록 별개의 주파수에서 동작하는 부동 전류 소스들로 인해, 동시에 달성될 수 있다. 이러한 구성이 3개의 세그먼트(다리, 우측 및 좌측 발)에 대해 도 14b에서 예시된다. 이러한 구성은, 시간-멀티플렉싱/디멀티플렉싱의 추가된 복잡성 및 연관된 스위칭 회로 없이 진정한 동시 측정을 제공하는 이점을 갖는다. 이러한 부동 전류 소스의 예는 [Plickett, et al., Physiological Measurement, 32 (2011)]에서 찾아볼 수 있다. 부동 전류 소스에 대한 또 다른 접근법은, (도 14c에 도시된 바와 같은) 변압기-결합형 전류 소스의 이용이다. 변압기 이용하여 전극들에 전류를 주입하면, 전극들이 2차측에 접속되어 있는 동안 1차측에서 더욱 간단한 접지된-부하 전류 소스를 이용할 수 있다. 권선비는 통상적으로 1:1이며, 임피던스 측정에 대한 관심 주파수는 통상적으로 10-1000 kHz(때때로 BIA의 경우 1 kHz)이기 때문에, 비교적 작은 변압기가 이용될 수 있다. 신체의 공통 모드 전압을 제한하기 위하여, 발과 접촉하는 전극들 중 하나는 접지될 수 있다.
상기 명세서에 제시된 소정 실시예들은 여기를 위한 전류 소스를 이용하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자에게는, 여기가 전압 소스에 의해 수행될 수도 있다는 것이 명백할 수 있고, 여기서, 결과적인 주입 전류는, 임피던스가 (여기 전극들에 주입된) 감지된 전류에 관한 (감지 전극 상의) 감지된 전압의 비율에 의해 여전히 유도될 수 있도록, 전류 감지 회로에 의해 모니터링된다.
수 개의 주파수들에서 임피던스를 측정하기 위해 광대역 분광법이 역시 이용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 기술은 더 낮은 EMI와 수많은 주파수들에서의 임피던스의 동시 측정이라는 이점을 가진다. 이들 방법들은, 통상적으로, 처프(chirp) 신호, 잡음 신호 또는 임펄스 신호를 이용하여 많은 주파수에서 동시에 부하(임피던스)를 여기시키는 한편, 고주파수에서 결과 응답을 샘플링함으로써 원하는 주파수 범위에 걸친 (대개는 주파수 영역에서의) 임피던스의 계산을 허용한다. 전술된 시간-멀티플렉싱 및 전류 스위칭과 결합하여, 다중-세그먼트 광대역 분광기를 용이하게 달성할 수 있다.
본 개시내용의 다양한 양태들은 2단계 처리에 의해 달성되는 발에서의 혈압 펄스의 확실한 타이밍 추출에 관한 것이다. 제1 단계에서, 대개는 높은-SNR 다리 IPG가 이용되어 각각의 심장 펄스에 대한 기준(트리거) 타이밍을 유도한다. 제2 단계에서, 낮은-SNR 발 IPG의 특정한 타이밍은 다리 IPG의 타이밍 주변의 제한된 시간 윈도우 내에서 그 연관된 피쳐를 검출함으로써 추출된다. 이러한 유도된 검출은 발 타이밍의 자연스러운 더욱 강건한 검출로 이어진다.
도 4는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 IPG에서 기점을 얻기 위해 후속적으로 이용되는 개개의 다리 IPG "박동"으로부터 기점을 획득하기 위한 신호 처리 단계들을 나타내는 예시적 블록도를 도시한다. 제1 단계에서, 블록 400에 도시된 바와 같이, 다리 IP 및 발 IPG가 동시에 측정된다. 405에 도시된 바와 같이, 다리 IPG는 8-극 버터워스(Butterworth) 필터로 20Hz에서 저역 통과 필터링되고, 펄스들이 상향 피크를 갖도록 반전된다. 그 다음, 펄스의 위치는, 이 신호의 미분을 취하고, 100ms 이동 윈도우에 관해 적분하고, 음의 값들을 제로화하고, 신호의 중앙값보다 15배 이상의 값들을 제로화하여 큰 아티팩트를 제거하고, 신호의 평균에 의해 정의된 임계치 아래의 값들을 제로화한 다음, 로컬 최대치를 검색함으로써 결정된다. 선행하는 것들에 대해 300 ms의 정의된 불응 기간(refractory period)보다 더 가까운 로컬 최대치는 묵살된다. 그 결과는 펄스 기준 타이밍의 시계열(a time series of pulse reference timings)이다.
410에 도시된 바와 같이, 발 IPG는 8-극 버터워스 필터로 25Hz에서 저역 통과 필터링되고 반전된다(따라서 펄스들은 상향 피크를 가진다). 다리 IPG로부터 추출된(415) 타이밍(기준 타이밍)에서 시작하여 이전 펄스 간격의 80%까지 연장되지만 1초를 넘지 않는 세그먼트들이 발 IPG에서 정의된다. 이것은, 발 IPG가 발생할 것으로 예상되는 시간 윈도우들을 정의하여, 이러한 창들 외부의 오검출을 방지한다. 각각의 세그먼트에서, 신호의 미분이 계산되고, 최대의 양의(positive) 미분(최대 가속도) 지점이 추출된다. 그 다음, IPG 신호의 발은 교차 탄젠트법(intersecting tangent method)을 이용하여 계산되고, 여기서, 기점(420)은 최대의 양의 미분 지점에서 IPG에 대한 제1 탄젠트와, 세그먼트 내의 최대의 양의 미분의 좌측 상의 IPG의 최소값에 대한 제2 탄젠트 사이의 교차점으로서 정의된다.
이러한 2-단계 추출로부터 발생하는 시계열은 추가 처리를 용이하게 하기 위해 다른 신호와 연계하여 이용된다. 본 개시내용에서, 이들 타이밍들은, 앞서 US 2013/0310700(Wiard)에서 개시된 바와 같이, PWV를 계산할 목적으로 BCG(통상적으로 I파)와 발 IPG의 타이밍 사이의 간격들을 후속 추출하기 위해 BCG 신호의 SNR을 개선시키는 기준 타이밍으로서 이용된다. 소정 실시예들에서, 다리 IPG의 타이밍은 BCG 신호의 SNR을 개선하기 위한 기준 타이밍으로 이용되고, 발 IPG 타이밍은 PTT와 (PWV)를 계산할 목적으로 개선된 BCG(전형적으로 I파)와 발 IPG의 타이밍 기점들 사이의 간격을 추출하는데 이용된다.
소정 실시예들에서, 처리 단계들은, 다리 IPG 또는 발 IPG에서, 개개의 타이밍들이 추출된 이후의 개별 펄스 SNR 계산을 포함한다. SNR의 계산에 이어, 후속 처리 단계들에서 전파 잡음(propagating noise)을 방지하기 위하여, 임계치 아래의 SNR을 갖는 펄스들은 시계열로부터 제거된다. 개개의 SNR은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 다양한 방법으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 추정된 펄스는 펄스 기준 타이밍 주변의 신호의 세그먼트들을 앙상블 평균함으로써 계산될 수 있다. 각각의 펄스와 연관된 잡음은 펄스와 추정된 펄스 사이의 차이로서 정의된다. 그러면, SNR은, 추정된 펄스의 잡음의 RMS(root-mean-square) 값에 관한 추정된 펄스의 RMS 값의 비율이다.
소정 실시예들에서, (전술된 방법들에 의해 검출되는) 다리 IPG 펄스들과, 역시 전술된 방법들에 의해 검출되는 발 IPG 펄스들 사이의 시간 간격이 추출된다. 다리 IPG는 발 IPG로부터의 펄스에 비해 다리에서 더 일찍 발생하는 펄스를 측정하므로, 이들 둘 사이의 간격은, 하체, 즉, 말초 혈관계에서의 전파 속도와 관련된다. 이것은, 예를 들어, BCG와 발 IPG 사이에서 추출된 간격에 대한 보완적인 정보를 제공하며, 중앙 대 말초 혈관 속성을 분리하는데 이용될 수 있다. 이것은 또한 BCG와 다리 ICG 사이의 타이밍으로부터 유도된 정보를 보완한다.
도 5는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 평균화된 다리 IPG의 기점을 결정하기 위해 후속해서 이용되는 개선된 SNR의 평균화된 IPG 파형을 생성하기 위해 개개의 발 IPG "박동"을 세그먼트화하는 신호 처리를 나타내는 예시적 플로차트를 도시한다. 도 4에 도시된 방법과 유사하게, 다리 IP 및 발 IPG가 동시에 측정되고(500), 다리 IPG가 저역 통과 필터링되며(505), 발 IPG가 저역 통과 필터링되고(510), 세그먼트들은, 다리 IPG로부터 추출된(515) 타이밍(기준 타이밍)으로부터 시작한다. 다리 IPG 타이밍에 기초하여 추출된 발 IPG의 세그먼트들은 더 높은 SNR 발 IPG 펄스를 생성하기 위해 앙상블-평균화된다(520). 이 앙상블-평균화된 신호로부터, 펄스의 시작은 앞서 설명된 교차 탄젠트 접근법을 이용하여 추출된다. 이러한 접근법은, 임피던스 신호가 도 7b에 도시된 바와 같이 잡음에 의해 지배되는 경우에도 발 IPG에서 정확한 타이밍의 추출을 가능하게 한다. 이 타이밍들은, PTT 및 (PWV)를 계산하기 위한 목적으로 BCG로부터 추출된 타이밍들과 함께 이용될 수 있다. 앙상블-평균화된 파형과 개개의 파형들로부터 유도된 타이밍들도 역시 양쪽 모두, 비교, 평균화 및 오류-검출의 목적으로 추출될 수 있다.
특정한 타이밍은, 펄스의 피크에, 피크에 선행하는 최소치에, 또는 최대 미분 지점에 선행하는 최대 2차 미분(최대 가속도)에 관련된(그러나 이것으로 제한되지 않는) (다리 또는 발 중 하나로부터의) IPG 펄스들로부터 추출될 수 있다. IPG 펄스 및 IPG 내의 기점 추출(525)은 또한, 템플릿 매칭, 상호-상관, 웨이브렛-분해, 또는 짧은 윈도우 푸리에 변환을 포함한(그러나 이것으로 제한되지 않는) 수 개의 다른 신호 처리 방법들에 의해 수행할 수 있다.
도 6a는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 고품질 기록을 위한, 기점들(플롯 600); 박동들로 세그먼트화된 다리 IPG(플롯 605); 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 다리 IPG 박동(플롯 610)을 동반한 다리 IPG 신호의 예들을 도시한다. 추가로 도 6b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 고품질 기록을 위한, 다리 IPG 기점들로부터 유도된 기점들(플롯 600); 박동들로 세그먼트화된 발 IPG(플롯 605); 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 발 IPG 박동(플롯 610)을 동반한 발 IPG 신호의 예들을 도시한다. 도 7a는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 저품질 기록을 위한, 기점들(플롯 700); 박동들로 세그먼트화된 다리 IPG(플롯 705); 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 다리 IPG 박동(플롯 710)을 동반한 다리 IPG 신호의 예들을 도시한다. 도 7b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적인 저품질 기록을 위한, 다리 IPG 기점들로부터 유도된 기점들(플롯 700); 박동들로 세그먼트화된 발 IPG(플롯 705); 기점들 및 계산된 SNR로 앙상블-평균화된 발 IPG 박동(플롯 710)을 동반한 발 IPG 신호의 예들을 도시한다.
도 8은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 다양한 심박수를 갖는 61명의 피험자를 포함하는 연구로부터 나온, 제1 임피던스 신호를 트리거 펄스로서 이용하여 30초 기록을 위한 낮은 SNR 발 IPG 펄스를 획득하는데 있어서의 신뢰성에 대한 예시적 상관관계 플롯(800)을 도시한다.
소정 실시예들에서, 이중-발 IPG가 측정되어, 양쪽 발에서의 혈압 펄스의 검출을 허용한다. 이러한 정보는, 양쪽 발의 상대적인 PAT를 비교하여 비대칭을 발견함으로써 말초 동맥 질환(PAD)의 진단에 이용될 수 있다. 이것은 또한, 한쪽 발이 전극과의 불량한 접촉을 갖는 것(또는 전혀 접촉하지 않는 것)을 허용함으로써 측정의 확실성을 높이는데 이용될 수 있다. SNR 측정은, 각각의 발에서의 신호 품질을 평가하고 다운스트림 분석을 위한 최상의 것을 선택하는데 이용될 수 있다. 각각의 발에서 추출된 타이밍들은, 이러한 타이밍이 정의된 임계치 이상으로 상이한 경우에도, 동맥 말초 질환으로 인해 잠재적으로 부정확한 PWV 측정치를 플래그(flag)하기 위해 비교되고 설정될 수 있다. 대안으로서, 양쪽 발로부터의 타이밍들은, 이들의 차이가 정의된 임계치보다 아래일 경우 전체 SNR을 높이도록 풀링(pool)될 수 있다.
소정 실시예들에서, 본 개시내용은 PWV를 측정하는데 이용되며, 여기서, IPG는, 체중계 내로의 BCG 감지의 추가에 의해 보강되어 BCG와 다리 IPG 트리거 사이, 또는 BCG와 발 IPG 사이의 특징적 기점을 결정한다. BCG 센서들은 통상적으로, 사용자의 체중을 결정하는데 이용되는 것과 동일한 변형률 게이지 세트로 구성된다. 부하 셀(load cell)들은 통상적으로 브릿지 구성으로 배선되어 대동맥 내로의 혈액의 분출로 인해 작은 변위로 민감한 저항 변화를 생성하며, 여기서, 순환계 또는 심혈관계 힘은 1-3 뉴턴의 공칭 순서로 신체 내에서 움직임을 생성한다. 높거나 낮은 심장 출력과 같은 경우에 BCG 힘은 공칭 범위보다 크거나 작을 수 있다.
도 9a 및 도 9b는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 IPG 및 BCG에 대한 트리거링 펄스로서 제1 IPG를 이용하여 PTT를 획득하기 위한 예시적 구성을 도시한다. 도시된 바와 같은 BCG(900)의 I파는 보통은, 사용자의 심장에 관한 사용자의 근위 대동맥의 압력 펄스 개시를 나타내는 타이밍 기점으로서 이용될 수 있는 상향 대동맥 내로의 혈액의 심장 분출에 기인한 전향적인 힘을 나타낸다. J파도 역시 수축기 단계에서의 타이밍을 나타내며, 심장 분출 및 분출 지속기간과 관련된 정보도 역시 포함한다. K파도 또한, 사용자의 대동맥의 수축기 및 혈관 정보를 제공한다. 이들 및 다른 BCG 파들의 특징적인 타이밍은 본 개시내용의 IPG 신호의 기점과 관련될 수 있는 기점으로 이용될 수 있다. 도 10은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 다양한 심혈관 타이밍들의 명칭 및 관계를 도시한다.
도 11은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 2개의 검출 방법 (백색점) 발 IPG 단독 및 (흑색점) 이중-IPG 방법에 대한 PTT 상관관계의 예시적 그래프(1100)를 도시한다.
도 12는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 61명의 인간 피험자의 연령과 비교된 본 개시내용으로부터 획득된 PWV의 예시적 그래프(1200)를 도시한다.
도 13은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로, 및 한쪽 발 내에서, 전류를 주입 및 감지하기 위한 인터리빙된 발 전극(1305)을 갖는 저울(1300)의 또 다른 예를 도시한다.
도 14a 내지 도 14c는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로 전류를 주입 및 감지하고, 양쪽 발에서 발 IPG 신호들을 측정하기 위한 인터리빙된 발 전극(1405)을 갖는 저울(1400)의 다양한 예를 도시한다.
도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 15d는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 한쪽 발에서 다른쪽 발로, 및 한쪽 발 내에서, 전류를 주입 및 감지하기 위한 인터리빙된 발 전극을 갖는 저울의 예시적 분해를 도시한다.
도 16은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 회로-기반 구축 블록들의 예시적 블록도를 도시한다. 도 16에 도시된 다양한 회로-기반 구축 블록들은 여기에서 논의된 다양한 양태와 관련하여 구현될 수 있다. 도시된 예에서, 블록도는 IPG 신호를 수집할 수 있는 발 전극(1600)을 포함한다. 또한, 블록도는 변형률 게이지(1605) 및 LED/포토센서(1610)를 포함한다. 발 전극(1600)은, 다리 임피던스 측정 회로(1615), 발 임피던스 측정 회로(1620), 및 선택사항적인 제2 발 임피던스 측정 회로(1625)로 구성된다. 다리 임피던스 측정 회로(1615), 발 임피던스 측정 회로(1620) 및 선택적인 제2 발 임피던스 측정 회로(1625)는 수집된 측정치를 프로세서 회로(1645)에 보고한다.
프로세서 회로(1645)는 또한, 변형률 게이지(1605)로 구성된 무게 측정 회로(1630) 및 선택사항적 균형 측정 회로(1635)로부터 데이터를 수집한다. 또한, LED/포토센서(1610)로부터 데이터를 수집하는 선택사항적인 광용적맥파(PPG; photoplethysmogram) 측정 회로(1640)는 또한, 프로세서 회로(1645)에 데이터를 제공할 수 있다.
프로세서 회로(1645)는 전력 회로(1650)를 통해 전력을 공급받는다. 나아가, 프로세서 회로(1645)는 또한, 터치 스크린 및/또는 버튼을 포함할 수 있는 사용자 인터페이스(1655)로부터 사용자 입력 데이터를 수집한다. 프로세서 회로(1645)에 의해 수집된/측정된 데이터는 디스플레이(1660)를 통해 사용자에게 보여진다. 추가로, 프로세서 회로(1645)에 의해 수집된/측정된 데이터는 메모리 회로(1680)에 저장될 수 있다. 또한, 프로세서 회로(1645)는 선택사항으로서, 햅틱 피드백 회로(1665), 스피커 또는 버저(1670), 유선/무선 인터페이스(1675), 및 보조 센서(1685)를 제어할 수 있다.
도 17은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 예시적 흐름도를 도시한다. 블록 1700에 도시된 바와 같이, PWV 길이가 입력된다. 블록 1705에 도시된 바와 같이, (본 개시내용의 다양한 양태에 따른 바와 같이) 사용자의 체중, 균형, 다리 및 발 임피던스가 측정된다. 블록 1710에 도시된 바와 같이, 신호의 무결성(예를 들어, 신호 대 잡음비)이 체크된다. 신호 무결성 체크가 만족되지 않으면, 사용자의 중량, 균형, 다리 및 발 임피던스가 다시 측정되고(블록 1705), 신호 무결성 체크가 만족되면, (블록 1715에 도시된 바와 같이) 다리 임피던스 펄스 타이밍이 추출된다. 블록 1720에 도시된 바와 같이, 발 임피던스 및 펄스 타이밍이 추출되고, 블록 1725에 도시된 바와 같이, BCG 타이밍이 추출된다. 블록 1730에 도시된 바와 같이, 타이밍 품질 체크가 수행된다. 타이밍 품질 체크가 유효성확인되지 않으면, 사용자의 체중, 균형, 다리 및 발 임피던스가 다시 측정된다(블록 1705). 타이밍 품질 체크가 유효성확인되면, (블록 1735에 도시된 바와 같이) PWV가 계산된다. 마지막으로, 블록 1740에 도시된 바와 같이, PWV가 사용자에게 디스플레이된다.
도 18은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 무선 디바이스에 통신가능하게 결합된 예시적 저울(1800)을 도시한다. 여기서 설명된 바와 같이, 디스플레이(1805)는 저울(1800)에 의해 측정된 다양한 양태를 디스플레이한다. 저울은 또한, 측정치를 무선으로 무선 디바이스(1810)에 브로드캐스팅할 수 있다.
도 19a 내지 도 19c는, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 위치에 기초하여 발의 상이한 부분들을 통해 측정되는 바와 같은 예시적 임피던스를 도시한다.  예를 들어, 예시적 임피던스 측정 구성은, 본 개시내용의 다양한 양태에 따른, 발 임피던스 및 관련된 타이밍의 측정을 위한 동적 전극 구성을 이용하여 구현될 수 있다. 동적 전극 구성은 임피던스 측정을 최적화하기 위해 독립적으로-구성가능한 전극들을 이용하여 구현될 수 있다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 인터리빙된 전극(1900)은 임피던스 프로세서 회로(1905)에 접속되어, 발 길이, 발 위치, 및/또는 발 임피던스를 결정한다.  도 19b에 도시된 바와 같이, 임피던스 측정은 전극(1900)을 가로지르는 발 배치의 측정에 기초하여 발 위치(1910)에 관계없이 결정된다.  이것은, 도 19c에 도시된 (발 위치(1910)에 기초하여) 발과 맞닿아 있고(흑색화된) 발과 접촉하는 전극(1900)에 부분적으로 기초한다.
도 19a와 관련하여 더 구체적으로는, 구성은, 개개의 전극(1900)의 임피던스 프로세서 회로(1905)로의 접속/접속해제, 전류-운반 전극(주입 또는 복귀), 감지 전극(양극 또는 음극), 또는 양쪽 모두로서의 구성을 포함할 수 있다. 구성은, 사용자 정보에 기초하여 프리셋되거나, 각각의 측정에서 업데이트되어(동적 재구성) 주어진 파라미터(임피던스 SNR, 측정 위치)를 최적화할 수 있다. 이 시스템은 예를 들어 펄스 임피던스 신호에서 가장 높은 SNR을 획득하기 위하여 발 아래의 어느 전극을 이용할지를 알고리즘적으로 결정할 수 있다. 이러한 최적화 알고리즘은, 구성을 반복적으로 전환하고, 결과 임피던스를 측정한 다음, 가장 적합한 구성을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 대안으로서, 시스템은 먼저, 각각의 개개 전극(1900)과 (다른쪽 발의 전극 쌍(205) 내의 전극 등의) 신체와 접촉하는 다른 전극 사이의 순차적 임피던스 측정을 통해, 어느 전극이 발과 접촉하는지를 결정할 수 있다. 2개의 서로 멀리 떨어져 있는 전극을 결정함으로써, 발 크기가 결정된다. 발 뒤꿈치 위치도 역시, 발 장심 타입(foot arch type) 등의 다른 특성과 마찬가지로, 이러한 방식으로 결정될 수 있다. 그러면, 이들 파라미터들은, 최상의 발 IPG를 획득하기 위하여 (켈빈 접속이 발생했는지를 감지하는 것뿐만 아니라) 어떤 전극이 전류 주입 및 복귀를 위해 선택되어야 하는지를 프로그램적으로 (CPU/로직 회로에 의해 자동화된 방식으로) 결정하는데 이용될 수 있다.
동적으로 재구성가능한 전극 어레이(1900/1905)를 포함하는 다양한 실시예에서, 전극 어레이 세트는, 어레이 상의 발 위치와 무관하게, 발의 동일한 부분(또는 세그먼트)을 측정하도록 선택된다. 도 19b는, 정적 어레이(고정된 전극 세트가 발 뒤꿈치 및 발바닥/발가락 영역에서의 측정을 위해 이용되며, 이들 사이에는 비활성 전극의 고정된 갭 또는 절연재가 개재됨) 상의 수 개의 발 위치의 경우를 나타낸다. 발의 위치에 따라, 활성 전극들은 상이한 위치들에서 발과 접촉함으로써, 발의 상이한 체적(또는 세그먼트)을 감지한다. (예를 들어, 심장 측정을 위해) IPG가 자체적으로 이용되는 경우, 이러한 불일치는 중요하지 않을 수 있다. 그러나, IPG로부터 유도된 타이밍이 PTT 또는 PWV의 계산 등의 다른 타이밍(예를 들어, ECG로부터의 R파, 또는 BCG에서의 특정 타이밍)에 참조된다면, 발에서의 약간 상이한 체적의 감지(예를 들어, 발이 항상 전극의 동일한 위치에 놓여 있지는 않은 경우)로 인한 IPG 타이밍에서의 작은 이동은 간격 계산에서 오류를 도입할 수 있다. 이러한 위치 변화는 저울의 일상적인 이용(the day-to-day use of the scale)에서 용이하게 발생할 수 있다. 예를 들어 도 19b와 관련하여, (발가락/발바닥 영역을 감지하는) 오른쪽의 발 배치로부터의 IPG 피크의 타이밍은 왼쪽의 발 배치보다 늦을 것이므로, 발 뒤꿈치 체적의 더 많은 부분을 감지한다(펄스는 발 뒤꿈치에 먼저 도달한 다음, 발바닥 영역에 도달함). 이러한 불일치의 정도에 영향을 미치는 요인으로는, 발 형상(편평하거나 그렇지 않음)과 발 길이가 포함된다.
다양한 실시예들은 발 배치에 관련된 문제를 해결한다. 도 19c는 이러한 발 배치-유도된 변동을 감소시키기 위해 전극들의 동적 재구성을 수반하는 예시적 실시예를 도시한다. 예를 들어, (전술된 바와 같이) 발 뒤꿈치의 위치를 먼저 감지함으로써, 발 뒤꿈치 아래에 있는 전극들의 서브셋, 및 고정된 거리(1900)만큼 분리된 전극들의 또 다른 서브셋만을 활성화하는 것이 가능하다. 다른 전극들(예를 들어, 미사용 전극들)은 접속해제된 상태로 남는다. 따라서 감지된 체적은 항상 일정하여, 일관된 타이밍을 생성한다. 가장 일관된 결과로 이어지는 전극 구성은 또한, 발 임피던스, 발 길이, 장심의 타입(이들 모두는 상기에서 나타낸 전극 어레이에 의해 측정될 수 있음)별로 뿐만 아니라, 사용자 ID(발 정보는 각각의 사용자에 대해 저장된 다음, 자동 사용자 인식 또는 수동 선택에 기초하여 (예를 들어, 저울 내의 CPU 회로에서 액세스가능한 메모리 회로의 각각의 사용자에 대해 저장된 조회 테이블에서) 조회됨)별로 통보받을 수 있다.
따라서, 소정 실시예들에서, 임피던스 측정 장치는, 한쪽 발과 접촉하는 복수의 전극 및 그 발에서 먼 위치에 있는 적어도 하나의 (통상적으로 많은) 다른 전극을 이용하여 임피던스를 측정한다. (한쪽 발과 접촉하는) 복수의 전극들은, 발의 동일한 세그먼트에 대해 전류 신호를 주입하고 이에 응답하여 신호를 감지하도록 구성되는 패턴으로 플랫폼 상에 배열되어, 펄스-기반 측정의 타이밍은, 사용자가 한쪽 발을 플랫폼이나 저울의 약간 상이한 위치에 놓았다는 이유만으로는 변하지 않는다. 따라서, 도 19a에서, 발 뒤꿈치에 대한 발-대-전극 위치들은 도 19b 및 도 19c에 도시된 것과는 상이한 위치들이다. 이러한 상이한 발 배치는 사용자에 대해 매일 발생할 수 있으므로, 타이밍 및 관련 임피던스 측정은 발의 동일한 (내부) 세그먼트에 대한 것이어야 한다. 컴퓨터 프로세서 회로가 전류를 주입하고 응답 신호를 감지하여 먼저 전극 상에서의 발의 위치를 파악하게 함으로써(예를 들어, 발의 뒤꿈치 발바닥 영역 및/또는 발가락의 위치를 감지), 발-대-전극 위치들의 패턴은, 발의 동일한 세그먼트에 관한 임피던스 측정치를 수집하는 동안, 발이 상이한 전극 위치들을 통해 측 방향, 수평 방향, 및 측 방향과 수평 방향 모두로 이동하는 것을 허용한다.
BCG/IPG 시스템은, 상행 대동맥궁과 사용자의 하지 말단의 원위 펄스 타이밍 사이의 동맥 세그먼트를 따라 상대적 PTT를 결정하기 위한 본 개시내용의 이중-IPG 측정치들과 동시에 획득된 복수의 BCG 심박 신호들로부터의 평균 I파 또는 I파 부근의 파생 타이밍의 식별에 의해, 사용자의 PTT를 결정하는데 이용될 수 있다. 소정 실시예들에서, BCG/IPG 시스템은, 사용자의 동맥의 길이를 나타내는 특징적 길이의 식별에 의해, 및 상행 대동맥궁과 사용자의 하지의 말단의 원위 펄스 타이밍 사이의 동맥 세그먼트를 따라 상대적 PTT를 결정하기 위한 본 개시내용의 이중-IPG 측정치들과 동시에 획득된 복수의 BCG 심박 신호들로부터의 평균 I파 또는 I파 부근의 파생 타이밍의 식별에 의해, 사용자의 PWV를 결정하는데 이용될 수 있다. 본 개시내용 및 다른 실시예들의 시스템은, 인터리빙된 전극들의 경계 내에서의 사용자의 발의 위치에 관계없이 사용자의 동맥 경직성(또는 동맥 유연성) 및/또는 심혈관 위험을 결정하는데 적합할 수 있다. 소정 실시예들에서, 체중계 시스템은, 사용자의 건강과 웰니스(wellness)의 포괄적 분석을 제공하기 위해 사용자가 체중계 상에 서 있을 때 동시에 또는 동기적으로 측정되는 체중, BCG, 체질량 지수, 지방 백분율, 근육량 백분율, 및 체수분 백분율, 심박수, 심박수 변동성, PTT, 및 PWV를 포함한 복수의 신호를 측정하는 6개 또는 8개의 전극과 변형률 게이지 부하 셀의 이용을 포함한다.
다른 소정 실시예들에서, PTT 및 PWV는, 도달 시간에 대해 다리 IPG 또는 발 IPG로부터의 타이밍을 이용하여, 및 펄스의 시작을 검출하기 위해 (BCG를 측정하는 저울과는 대조적으로) 상체에 위치한 센서로부터의 타이밍을 이용하여 계산된다. 이러한 센서는, 임피던스 심전도를 위한 임피던스 센서, 손-대-손 임피던스 센서, 가슴, 목, 머리, 팔 또는 손의 광용적맥파기, 또는 가슴 상의 가속도계(seismocardiograph; 심음측정기) 또는 머리 상의 가속도계를 포함할 수 있다.
바이오메트릭 정보의 통신은 본 개시내용의 다른 양태이다. 사용자로부터의 바이오메트릭 결과는 저울 상의 메모리에 저장되고, 저울 상의 디스플레이를 통해, 저울로부터의 가청 통신을 통해, 사용자에게 디스플레이되거나, 및/또는 데이터는, 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 컴퓨팅 디바이스와 같은 주변기기에 통신된다. 통신은 유선 접속에 의해 주변 장치에 직접 이루어지거나, 블루투스(Bluetooth) 또는 와이파이(WiFi)와 같은 무선 통신 프로토콜을 통해 주변기기에 전송될 수 있다. 여기서 기술된 신호 분석과 같은 계산은, 저울상에서 국지적으로, 스마트폰 또는 컴퓨터에서, 또는 원격 프로세서(클라우드 컴퓨팅)에서 수행될 수 있다.
본 개시내용의 다른 양태들은, 사용자의 발과 접촉하는 적어도 2개의 전극의 이용을 포함하는 장치 또는 방법에 관한 것이다. 또한, 전극 세트로부터의 2개 이상의 임피던스 신호의 기록에 기초하여 발에서의 펄스 도달 시간을 결정하는 회로가 제공된다. 추가로, 제1 임피던스 신호로부터 제1 펄스 도달 시간을 추출하고 제2 임피던스 신호에서 제2 펄스 도달 시간을 추출 및 처리하기 위해 타이밍 기준으로서 제1 펄스 도달 시간을 이용하는 제2 세트의 회로가 제공된다.
미국 특허 공개 제2010/0094147호 및 미국 특허 공개 제2013/0310700호를 참조할 수 있고, 이들은, 그 내부적으로 인용되는 참조문헌들과 함께, 센서 및 감지 기술에 대한 참조로 본 명세서에 완전히 포함된다.  여기서 논의된 양태들은, (도면에 도시된 것들뿐만 아니라) 본 개시내용의 구현들 및 실시예들 중 하나 이상과 연계하여 구현될 수 있다.  여기서의 설명에 비추어, 본 기술분야의 통상의 기술자라면 본 개시내용의 사상과 범위를 벗어나지 않고 많은 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
여기서 예시된 바와 같이, 다양한 회로-기반 구축 블록들 및/또는 모듈들은, 블록도 타입의 도면들에 도시된 여기서 설명된 동작들 및 활동들 중 하나 이상을 실행하도록 구현될 수 있다.  이러한 맥락에서, 이들 구축 블록 및/또는 모듈은 이들 또는 관련된 동작/활동 중 하나 이상을 실행하는 회로를 나타낸다.  예를 들어, (도 3a 및 도 3b에 도시된 펄스 회로 등의) 위에서 논의된 소정의 실시예에서, 하나 이상의 블록/모듈은, 도시된 회로 블록들/모듈들에서와 같이, 이들 동작/활동을 구현하도록 구성되고 배열되는 개별 로직 회로 또는 프로그래머블 로직 회로이다.  소정 실시예들에서, 프로그래머블 회로는, 명령어(및/또는 구성 데이터) 세트(또는 세트들)를 실행하도록 프로그램된 하나 이상의 컴퓨터 회로이다.  명령어(및/또는 구성 데이터)는 메모리(회로)에 저장되고 메모리(회로)로부터 액세스가능한 펌웨어 또는 소프트웨어 형태일 수 있다.  예로서, 제1 및 제2 모듈/블록은, CPU 하드웨어-기반의 회로 및 펌웨어 형태의 명령어 세트를 포함하며, 여기서, 제1 모듈/블록은 한 명령어 세트를 갖는 제1 CPU 하드웨어 회로를 포함하고, 제2 모듈/블록은 또 다른 명령어 세트를 갖는 제2 CPU 하드웨어 회로를 포함한다.
따라서, 본 개시내용의 양태들은, 특히, 다음과 같은 장치들, 시스템들 및/또는 방법들에 관한 것이다:
● 발과 접촉하는 전극 세트로부터의 2개 이상의 동시 임피던스 신호의 기록에 기초한 발에서의 펄스 도달 시간 측정, 여기서 :
○ 적어도 제1 임피던스 신호는 한쪽 발로부터 또 다른 신체 영역(예를 들어, 다른쪽 발)까지 측정되고,
○ 적어도 제2 임피던스 신호는 한쪽 발 내에서 측정되며,
○ 제1 임피던스 신호로부터 제1 펄스 도달 시간이 추출되어, 제2 임피던스 신호에서 제2 펄스 도달 시간을 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용된다.
● 제1 펄스 도달 시간은 동기 정보(예를 들어, BCG 또는 임피던스 심전도)를 포함하는 제3 신호를 처리하기 위한 타이밍 기준으로 이용될 수 있다.
● 제2 펄스 도달 시간은 동기 정보(예를 들어, BCG 또는 임피던스 심전도)를 포함하는 제3 신호를 처리하기 위한 타이밍 기준으로 이용될 수 있다.
● PTT는, 발에서의 펄스 도달 시간과, 동시에-측정된 신호(예를 들어, BCG 또는 임피던스 심전도)에서 유도된 타이밍 사이의 차이를 취함으로써 측정될 수 있다.
● PTT는 제2 펄스 도달 시간과 제1 펄스 도달 시간 사이의 차이를 취함으로써 측정될 수 있다.
● 제3 임피던스 신호는 두 번째 발에서 측정될 수 있고, 제1 펄스 도달 시간은 제1 임피던스 신호로부터 추출되어, 제3 임피던스 신호에 제3 펄스 도달 시간을 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로 이용될 수 있다.
○ 제1 타이밍과, 제2 또는 제3 타이밍 중 하나로부터의 PWV의 계산은, 정의된 임계치보다 높은 제2 및 제3 펄스 도달 시간 사이의 차이에 기초하여 잠재적으로 부정확한 것으로서 플래그될 수 있다.
○ PWV의 계산은, 제2 및 제3 펄스 도달 시간 사이의 차이가 정의된 임계치보다 작은 경우 제2 및 제3 임피던스 신호로부터 추출된 풀링된 타이밍과 제1 타이밍으로부터 수행될 수 있다.
● 발의 전기적 임피던스를 측정하는 센서는 각각 여기 및 감지를 위해 2개의 전극으로 된 적어도 한 세트를 이용하는 한편, 전극 접점들은, 전체 전극 영역의 한계 내에서 발 위치와 무관하게 각각의 전극에 대해 발과의 유사한 접촉 영역을 항상 제공하도록 영역 위에서 인터리빙되어 있다.
○ 제1 세트의 2개의 전극은 발 뒤쪽과 접촉할 수 있고, 제2 세트의 2개의 전극은 발 앞쪽과의 접촉을 제공할 수 있으며, 2개 세트의 전극들은 임피던스 측정을 위한 켈빈 구성으로 접속될 수 있다.
○ 발 뒤쪽에 접촉하는 제1 세트의 전극과 발 앞쪽에 접촉하는 제2 세트의 전극 사이의 간격은 20mm보다 클 수 있다.
○ 전극 세트는 2개의 깍지낀 전극을 포함할 수 있다.
○ 전극 세트는 어레이 접점들(array contacts)을 포함할 수 있는 반면, 모든 다른 접점은 동일한 전극에 접속된다.
상기 논의 및 예시에 기초하여, 본 기술 분야의 통상의 기술자라면, 여기서 예시되고 설명된 예시적 실시예 및 응용을 엄격히 따르지 않고 본 개시내용에 대해 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다.  예를 들어, 도시되고 논의된 입력 단자는, 상이한 구성의 단자와, (예를 들어, 상이한 타입의 입력 회로 및 관련 접속을 포함하는) 상이한 타입 및 개수의 입력 구성으로 대체될 수 있다.  이러한 수정은, 이하의 청구항들에서 개시된 것들을 포함한 본 개시내용의 진정한 사상과 범위를 벗어나지 않는다.

Claims (43)

  1. 방법으로서,
    사용자의 발과 접촉하는 복수의 인터리빙된 전극(interleaved electrode)에 대해, 상기 전극들 중 상이한 전극들 사이에서 전기 신호를 감지하는 단계;
    상기 감지된 전기 신호에 기초하여 전극 세트(a set of the electrodes) ―상기 세트는 상기 사용자의 발로부터 임피던스 측정치들을 획득하기 위한 2개의 선택된 전극을 포함함― 를 선택하는 단계; 및
    상기 2개의 선택된 전극을 이용하여, 및 상기 2개의 선택된 전극과 적어도 하나의 추가 전극 ―상기 추가 전극은 상기 발을 포함하지 않는 상기 사용자의 위치와 접촉함― 이 동시에 상기 사용자와 접촉하는 동안, 상기 사용자의 신체의 생리학적 양태를 특징짓는 임피던스 측정치들을 획득하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 세트를 선택하는 단계는, 상기 전극들에 관한 상기 발의 발 배치 특성(foot placement characteristic)을 결정하고 상기 발 배치 특성에 기초하여 상기 2개의 선택된 전극을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기 신호를 감지하는 단계는, 상기 발에 전류를 주입하는 단계 및 상기 주입된 전류에 반응하는 신호를 감지하는 단계를 포함하고, 상기 전극 세트를 선택하는 단계는 상기 주입된 전류에 기초하여 상기 전극들에 관한 상기 발의 위치를 식별하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극들 중 상이한 전극들 사이에서 전기 신호를 감지하는 단계는, 커패시턴스를 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전극 세트를 선택하는 단계는, 상기 전극들 중 다른 쌍들로부터 감지된 각자의 전기 신호의 SNR에 비해 높은 신호 대 잡음비(SNR; signal-to-noise ratio)를 제공하는 2개의 전극으로서 상기 2개의 선택된 전극을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전기 신호를 감지하는 단계는, 적어도 2개의 켈빈 전극 쌍(Kelvin electrode pair)을 이용하여 상기 전기 신호를 감지하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전극 세트를 선택하는 단계는, 신호 최적화 프로세스의 일부로서 각자의 전기 신호를 비교하고 상기 비교에 기초하여 상기 2개의 선택된 전극을 선택함으로써, 상기 2개의 선택된 전극을 선택하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 측정치들로부터 제1 신호를 추출하고, 상기 제1 신호를 타이밍 기준으로서 이용하여 상기 임피던스 측정치들로부터 제2 신호를 추출함으로써, 상기 사용자의 생리학적 특성을 결정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 측정치들을 획득하는 단계는 상기 2개의 선택된 전극을 통해 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계를 포함하고,
    상기 임피던스 측정치들에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호(pulse characteristic signal)를 결정하는 단계;
    상기 임피던스 측정치들 중 하나의 임피던스 측정치로부터 상기 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 펄스 특성 신호를 상기 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  10. 장치로서,
    사용자의 발에 접촉하도록 구성되고 배열되는 복수의 인터리빙된 전극;
    상기 전극들 중 상이한 전극들 사이에서 전기 신호를 감지하고 상기 감지된 전기 신호에 기초하여 전극 세트 ―상기 세트는 상기 사용자의 발로부터 임피던스 측정치들을 획득하기 위한 2개의 선택된 전극을 포함함― 를 선택하도록 구성되고 배열되는 제1 회로; 및
    상기 2개의 선택된 전극 및 적어도 하나의 추가 전극 ―상기 추가 전극은 상기 발을 포함하지 않는 상기 사용자의 위치와 접촉함― 이 동시에 상기 사용자와 접촉하는 동안 상기 2개의 선택된 전극을 이용하여, 상기 사용자의 신체의 생리학적 양태를 특징짓는 임피던스 측정치들을 획득하도록 구성되고 배열되는 제2 회로
    를 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 회로는, 상기 전극들에 관한 상기 발의 발 배치 특성을 결정하고, 상기 발 배치 특성에 기초하여 상기 2개의 선택된 전극을 선택하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 회로는, 상기 발에 전류를 주입하고, 상기 주입된 전류에 반응하는 신호를 감지하며, 상기 주입된 전류에 기초하여 상기 전극들에 관한 상기 발의 위치를 식별함으로써 전극 세트를 선택하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제1 회로는, 상기 전극들 중 다른 쌍들로부터 감지된 각자의 전기 신호의 SNR에 비해 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 제공하는 2개의 전극을 선택함으로써 상기 2개의 선택된 전극을 선택하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 제2 회로는, 상기 임피던스 측정치들로부터 제1 신호를 추출하고, 상기 제1 신호를 타이밍 기준으로서 이용하여 상기 임피던스 측정치들로부터 제2 신호를 추출함으로써, 상기 사용자의 생리학적 특성을 결정하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  15. 방법으로서,
    적어도 3개의 전극의 세트가 동시에 사용자와 접촉하는 동안, 복수의 임피던스 측정 신호 ―상기 복수의 임피던스 측정 신호 중 하나는 상기 사용자의 한쪽 발에 접촉하는 2개의 전극으로부터 획득되고, 상기 복수의 임피던스 측정 신호 중 다른 적어도 하나는 상기 한쪽 발과 상기 한쪽 발을 포함하지 않는 상기 사용자의 위치 사이에서 획득됨― 를 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호 ―상기 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호는 상기 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 추출되고 상기 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용됨― 를 결정하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계는, 상기 한쪽 발과 상기 위치 사이에서 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계를 포함하고;
    신호 최적화 프로세스의 일부로서, 적어도 2개의 다른 임피던스 측정 신호를 포함하는 상기 임피던스 측정 신호들 각각을 평가함으로써 상기 복수의 펄스 특성 신호를 결정하는 단계, 및 상기 타이밍 기준에 기초하여, 동기 정보를 나타내고 BCG 내의 정보에 대응하는 신호를 획득하는 단계를 더 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전극들 중 선택된 전극들 사이에서 변조된 전류를 운반하는 단계를 더 포함하고,
    복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계는, 상기 변조된 전류에 응답하여 상기 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계를 포함하며,
    상기 사용자의 한쪽 발에 접촉하는 2개의 전극은 베이스 유닛 위의 깍지낀 패턴(inter-digitated pattern)의 위치들로 구성되고 배열되며, 상기 베이스 유닛은 상기 깍지낀 패턴에 통신가능하게 결합된 회로를 포함하고, 상기 회로는, 상기 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하는 단계를 위해 및 상기 한쪽 발 내에서의 IPG 측정을 제공하기 위해 상기 깍지낀 패턴의 위치들을 이용하는, 방법.
  18. 장치로서,
    전극들 각각이 동시에 사용자와 접촉하는 동안 전극 세트를 통해 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하도록 구성되고 배열되는 임피던스 측정 회로 ―상기 전극 세트는 상기 사용자의 한쪽 발에 접촉하도록 구성되고 배열되는 복수의 전극을 포함하고 상기 한쪽 발을 포함하지 않는 위치에서 상기 사용자와 접촉하도록 구성되고 배열되는 적어도 하나의 다른 전극을 포함하며, 상기 임피던스 측정 신호들 중 적어도 하나의 임피던스 측정 신호는 상기 한쪽 발 내에서 획득되는 것을 특징으로 하고, 상기 임피던스 측정 신호들 중 다른 임피던스 측정 신호는 상기 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 획득되는 것을 특징으로 함―; 및
    상기 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 상기 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호를 결정하고 상기 펄스 특성 신호들 중 상기 하나의 펄스 특성 신호를 상기 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용함으로써, 상기 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하도록 구성되고 배열되는 제2 회로
    를 포함하는, 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 회로는 신호 최적화 프로세스의 일부로서 상기 복수의 임피던스 측정 신호를 비교 및 평가함으로써 상기 복수의 펄스 특성 신호를 결정하도록 구성되고 배열되며;
    상기 임피던스 측정 회로는 상기 전극 세트를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 다른 전극은 적어도 2개의 전극을 포함하며;
    상기 임피던스 측정 회로에 의해 획득된 상기 복수의 임피던스 측정 신호는, 상기 한쪽 발 내에서의 발 임피던스 측정 신호, 및 상기 한쪽 발과 다른 위치 사이에서의 적어도 2개의 다른 임피던스 측정 신호를 포함하며;
    상기 제2 회로는, 신호 최적화 프로세스의 일부로서 상기 발 임피던스 측정 신호와 상기 적어도 2개의 다른 임피던스 측정 신호 각각을 평가함으로써 상기 복수의 펄스 특성 신호를 결정하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  20. 장치로서,
    플랫폼 영역을 포함하는 베이스 유닛;
    사용자의 한쪽 발에 접촉하기 위한 상기 플랫폼 영역 위에 구성되고 배열되는 복수의 전극을 포함하고, 상기 한쪽 발을 포함하지 않는 상기 사용자의 하지(lower limb)를 따르는 위치에서 상기 사용자와 접촉하도록 구성되고 배열되는 적어도 하나의 다른 전극을 포함하는 전극 세트; 및
    상기 전극 세트에 통신가능하게 결합되어, 상기 전극 세트와 함께
    상기 전극들 각각이 동시에 상기 사용자와 접촉하는 동안 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하고, 상기 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정 ―상기 임피던스 측정 신호들 중 적어도 하나의 임피던스 측정 신호는 상기 한쪽 발 내에서 획득되는 것을 특징으로 하고, 상기 임피던스 측정 신호들 중 다른 임피던스 측정 신호는 상기 한쪽 발과 다른 위치 사이에서 획득되는 것을 특징으로 함― 하며,
    상기 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 상기 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호를 추출하고, 상기 펄스 특성 신호들 중 상기 추출된 펄스 특성 신호를 상기 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용
    하도록 구성되고 배치되는 펄스 처리 회로
    를 포함하는, 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 베이스 유닛은 상기 펄스 처리 회로를 수용(house)하고, 상기 사용자의 상기 하지 위치는 다른쪽 발에 있고, 상기 펄스 특성 신호는 펄스 도달 시간을 나타내는, 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 전극 세트는 적어도 4개의 전극을 포함하고, 상기 펄스 처리 회로는, 상기 전극들 각각이 동시에 상기 사용자와 접촉하는 동안 적어도 4개의 임피던스 측정 신호를 획득하고, 상기 복수의 임피던스 측정 신호들 중 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 비교하고 상기 비교된 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호를 상기 비교된 임피던스 측정 신호들 중 다른 임피던스 측정 신호에 우선하여(over) 선택함으로써 상기 복수의 펄스 특성 신호를 결정하도록 구성되며,
    상기 펄스 처리 회로는 상기 타이밍 기준에 기초하여 동기 정보를 나타내는 신호를 획득하도록 추가로 구성되는, 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 펄스 처리 회로는 상기 타이밍 기준에 기초하여 동기 정보를 나타내는 신호를 획득하도록 추가로 구성되고, 상기 동기 정보를 포함하거나 나타내는 상기 신호는 BCG 또는 임피던스 심전도(impedance cardiogram) 내의 정보에 대응하는, 장치.
  24. 제20항에 있어서, 상기 펄스 처리 회로와 상기 전극 세트는 주입 임피던스 신호(injection impedance signal)를 상기 사용자에게 도입하고 이에 응답하여 복귀 임피던스 신호(return impedance signal)를 감지하도록 추가로 구성되고 배열되는, 장치.
  25. 제20항에 있어서, 상기 복수의 전극은 상기 펄스 처리 회로와 함께 상기 한쪽 발 내에서의 IPG 측정을 제공하도록 추가로 구성되고 배열되는, 장치.
  26. 제20항에 있어서, 상기 복수의 전극은 상기 플랫폼 상의 깍지낀 패턴의 위치들로 추가로 구성되고 배열되며, 상기 펄스 처리 회로는 상기 깍지낀 패턴의 위치들을 이용하여 상기 한쪽 발 내에서의 IPG 측정을 제공하도록 추가로 구성되고 배열되는, 장치.
  27. 제20항에 있어서,
    복수의 전류 주입 신호를 상기 전극 세트의 각자의 전극들에 제공하도록 구성되고 배열되는 전류 소싱 회로(current-sourcing circuitry)를 더 포함하고, 상기 전류 주입 신호들 중 적어도 하나는 전류 미분(current differentiation)을 위해 변조되며,
    상기 전극 세트 내의 상기 복수의 전류 주입 신호는 2개의 주입 전극을 포함하고, 상기 주입 전극들 각각은, 상기 전류 소싱 회로로부터 상기 사용자에게 전류를 인가하도록 구성되고 배열되며,
    상기 펄스 처리 회로는 상기 사용자의 2개의 별개의 신체 세그먼트에서 상기 복수의 전류 주입 신호를 감지하도록 추가로 구성되고 배열되는, 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 2개의 별개의 신체 세그먼트는, 각각, 상기 사용자의 발 세그먼트 및 상기 사용자의 다리를 포함하는 세그먼트를 포함하고, 상기 펄스 처리 회로는, 상기 전류 주입 신호의 동기 복조에 기초하여 다리 및 발 임피던스 측정치들을 제공하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  29. 제20항에 있어서,
    상기 전극 세트는, 300 ohms/square보다 낮은 저항률(resistivity)을 가지며 상기 한쪽 발에 대한 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴의 형태로 되어 있고, ITO, 스테인레스 강, 알루미늄 및 탄탈 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 패턴 요소를 포함하고, 상기 한쪽 발에 대한 상기 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴은 상기 플랫폼 영역 상의 발 배치에 대한 감도를 완화시키도록 구성되고 배열되며,
    체중계(weighing scale)를 더 포함하고, 상기 베이스 유닛은 상기 체중계와 상기 펄스 처리 회로를 인클로징하도록 구성되고 배열되는 하우징과 일체를 이루며, 상기 베이스 유닛의 플랫폼 영역은, 상기 플랫폼 영역 상에서 상기 사용자가 상기 사용자의 양쪽 발로 서 있기에 충분한 사용자-기립 영역(user-standing area)을 제공하는, 장치.
  30. 제20항에 있어서, 상기 전극 세트는 상기 한쪽 발에 대한 적어도 2개의 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함하고, 상기 켈빈 전극 쌍들은, 상기 플랫폼 영역 상의 발 배치에 대한 감도를 완화하여 상기 사용자의 움직임들에 의해 야기되는 임피던스 측정 간섭을 완화하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  31. 제20항에 있어서, 한쪽 발에 대한 상기 복수의 전극을 정의하는 전극 패턴 요소 및 BCG 감지 회로를 더 포함하고, 상기 펄스 처리 회로는 상기 BCG 감지 회로 및 상기 전극 패턴 요소와 함께 동맥 맥파 속도(arterial pulse wave velocity)를 측정하기 위한 데이터("aPWV 데이터")를 제공하고 이에 응답하여 BCG 감지에 의해 획득된 데이터로 상기 aPWV 데이터를 보강(augment)하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  32. 제20항에 있어서, 상기 하지 위치는 상기 사용자의 다른쪽 발이고, 상기 전극 세트는, 상기 플랫폼 영역 상의 발 배치에 대한 감도를 완화하여 상기 사용자의 움직임들에 의해 야기되는 임피던스 측정 간섭을 완화하도록 구성되고 배열되는 상기 한쪽 발에 대한 적어도 2개의 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함하고, 상기 펄스 처리 회로는, 상기 사용자가 상기 플랫폼 영역 상에 처음 서는 때로부터 60초 이내에 상기 복수의 펄스 특성 신호들을 결정하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  33. 장치로서,
    플랫폼 영역을 포함하는 베이스 유닛;
    사지말단(limb extremity)에서 사용자와 접촉하기 위해 상기 플랫폼 영역 위에 구성되고 배열되는 복수의 전극을 포함하고, 상이한 위치에서 상기 사용자와 접촉하도록 구성되고 배열되는 적어도 하나의 다른 전극을 포함하는 전극 세트; 및
    상기 전극 세트에 통신가능하게 결합되어, 상기 전극 세트와 함께
    상기 전극들 각각이 동시에 상기 사용자와 접촉하는 동안 복수의 임피던스 측정 신호를 획득 ―상기 임피던스 측정 신호들 중 적어도 하나의 임피던스 측정 신호는 상기 사지말단 내에서 획득되는 것을 특징으로 하고, 상기 임피던스 측정 신호들 중 다른 임피던스 측정 신호는 상기 사지말단과 다른 위치 사이에서 획득되는 것을 특징으로 함― 하고,
    상기 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여 복수의 펄스 특성 신호를 결정하며;
    상기 임피던스 측정 신호들 중 하나의 임피던스 측정 신호로부터 상기 펄스 특성 신호들 중 하나의 펄스 특성 신호를 추출하고, 상기 펄스 특성 신호들 중 상기 하나의 펄스 특성 신호를 상기 펄스 특성 신호들 중 다른 펄스 특성 신호를 추출 및 처리하기 위한 타이밍 기준으로서 이용
    하도록 구성되고 배열되는 펄스 처리 회로
    를 포함하는, 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 전극 세트는, 상기 플랫폼 영역 상의 상기 사지말단의 배치에 대한 감도를 완화함으로써 상기 사용자의 움직임들에 의해 야기되는 임피던스 측정 간섭을 완화하도록 구성되고 배열되는 상기 사지말단에 대한 적어도 2개의 인터리빙된 켈빈 전극 쌍의 패턴을 포함하는, 장치.
  35. 제33항에 있어서, 상기 사지말단은 발이고, 상기 다른 위치는 상기 발로부터 원위(distal)이고, 상기 복수의 전극은, 전류 신호를 주입하고 이에 응답하여 상이한 발-대-전극 위치들에 공통되는 상기 발의 세그먼트에 대한 신호를 감지하는 패턴으로 상기 플랫폼 영역 위에 구성되고 배열되며, 상기 상이한 발-대-전극 위치들은 상기 발이 상기 복수의 전극과 접촉하는 상기 플랫폼 영역 위의 상이한 위치들에 대응하는, 장치.
  36. 방법으로서,
    CPU 및 메모리 회로 ― 상기 메모리 회로에는 사용자-대응 데이터가 저장됨― 와, 그 위에 복수의 전극이 인터리빙되고 사용자에 관여(engaging)하도록 구성되고 배열되는 플랫폼을 제공하는 단계;
    상기 복수의 전극이 동시에 상기 사용자의 사지와 접촉하는 동안, 상기 복수의 전극으로부터 복수의 측정 신호를 획득하는 단계;
    상기 복수의 전극으로부터 획득된 상기 복수의 측정 신호에 기초하여, 상기 CPU를 이용하여 상기 메모리 회로에 저장된 상기 사용자-대응 데이터에 액세스함으로써 상기 사용자를 자동으로 인식하는 단계; 및
    상기 사용자와 접촉하는 동안 상기 전극들로부터 획득되는 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여, 상기 사용자에 대응하는 심혈관 타이밍(cardiovascular timings)에 대응하는 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 복수의 전극으로부터의 상기 복수의 측정 신호는, 상기 복수의 임피던스 측정 신호이거나, 상기 복수의 임피던스 측정 신호에 대응하고;
    상기 복수의 전극이 인터리빙되고 상기 사용자에 관여하도록 구성되고 배열되는 상기 플랫폼은, 상기 사용자가 상기 플랫폼 상에 서있는 것을 허용하도록 구성되고 배열되는 회로를 인클로징하는 하우징이며;
    상기 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계는 상기 사용자의 한쪽 발과 상기 사용자의 다른 위치 사이에서 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 인터리빙된 전극은, 상기 저장된 데이터에 의해 표시되고 측정된 생리학적 속성들을 상기 한쪽 발에 대응하는 것으로서 평가하도록 구성되고 배열되는 CPU 회로에 접속되는, 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 복수의 인터리빙된 전극은, 상기 사용자를 표시하거나 상기 사용자에게 공통되는, 발 임피던스, 발 길이 및 장심(arch)의 타입 중 하나 이상을 나타내는 측정 결과들을 제공하도록 구성되는, 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기 복수의 전극이 인터리빙되고 상기 사용자에 관여하도록 구성되고 배열되는 상기 플랫폼은, 상기 사용자가 상기 플랫폼 상에 서 있는 것을 허용하도록 구성되고 배열되는 체중계와 회로를 인클로징하는 하우징이고, 상기 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계는, 상기 사용자의 한쪽 발과 상기 사용자의 다른 위치 사이에서 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 인터리빙된 전극은, 상기 사용자를 표시하거나 상기 사용자에게 공통되는, 발 임피던스, 발 길이 및 장심의 타입 중 하나 이상을 나타내는 측정 결과들을 제공하도록 구성되는, 방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 복수의 인터리빙된 전극으로부터 획득된 타이밍 기준에 기초하여, 상기 사용자로부터 획득된 동기 정보를 나타내며 심탄도(BCG; ballistocardiogram) 내의 정보에 대응하는 신호를 획득하는 단계;
    상기 복수의 전극 중 선택된 전극들 사이에서 변조된 전류를 운반 ―복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계는 상기 변조된 전류에 응답하여 상기 임피던스 측정 신호를 획득하는 단계를 포함함― 하는 단계; 및
    상기 사용자의 한쪽 발이 상기 전극들에 관여하는 동안, 상기 한쪽 발 내에서의 IPG(impedance plethysmography) 측정을 제공하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  41. 장치로서,
    CPU 및 메모리 회로 ―상기 메모리 회로에 사용자-대응 데이터를 저장하도록 구성되고 배열됨―; 및
    상기 CPU 및 메모리 회로와 전기적으로 결합된 플랫폼 ―상기 플랫폼 위에는 복수의 전극이 인터리빙되고 사용자에 관여하도록 구성되고 배치됨―을 포함하고,
    상기 CPU 및 메모리 회로와 상기 복수의 전극은,
    상기 복수의 전극이 상기 사용자의 사지와 동시에 접촉하는 동안 상기 복수의 전극으로부터 복수의 측정 신호를 획득하고, 상기 복수의 측정 신호에 기초하여, 상기 메모리 회로에 저장된 상기 사용자-대응 데이터에 액세스하고, 이로부터 상기 사용자의 인식을 자동으로 표시하며;
    상기 사용자와 접촉하는 동안 상기 복수의 전극들로부터 획득되는 복수의 임피던스 측정 신호에 기초하여, 상기 사용자의 심혈관 타이밍에 대응하는 신호를 생성하도록 구성되고 배열되는, 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 복수의 전극으로부터의 상기 복수의 측정 신호는, 상기 복수의 임피던스 측정 신호이거나, 상기 복수의 임피던스 측정 신호에 대응하고;
    상기 플랫폼은, 상기 사용자가 상기 플랫폼 상에 서 있는 것을 허용하도록 구성되고 배열되는 체중계와 회로를 인클로징하는 하우징이며;
    상기 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 것은 상기 사용자의 한쪽 발과 상기 사용자의 다른 위치 사이에서 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 획득하는 것을 포함하고, 상기 복수의 인터리빙된 전극은, 상기 사용자를 표시하거나 상기 사용자에게 공통되는, 발 임피던스, 발 길이 및 장심의 타입 중 하나 이상을 나타내는 측정 결과들을 제공하도록 구성되는, 장치.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 복수의 임피던스 측정 신호를 획득하는 것은, 상기 사용자의 한쪽 발과 상기 사용자의 다른 위치 사이에서 적어도 2개의 임피던스 측정 신호를 획득하는 것을 포함하고;
    상기 복수의 인터리빙된 전극으로부터 획득된 타이밍 기준에 기초하여, 상기 사용자로부터 획득된 동기 정보를 나타내며 심탄도(BCG) 내의 정보에 대응하는 신호를 획득하는 것을 더 포함하는, 장치.
KR1020177000952A 2014-06-12 2015-06-10 임피던스 측정 장치, 시스템, 및 방법 KR20170028359A (ko)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462011466P 2014-06-12 2014-06-12
US62/011,466 2014-06-12
US14/332,140 US9943241B2 (en) 2014-06-12 2014-07-15 Impedance measurement devices, systems, and methods
US14/332,140 2014-07-15
US14/335,360 2014-07-18
US14/335,360 US9949662B2 (en) 2014-06-12 2014-07-18 Device and method having automatic user recognition and obtaining impedance-measurement signals
US14/338,266 2014-07-22
US14/338,266 US10130273B2 (en) 2014-06-12 2014-07-22 Device and method having automatic user-responsive and user-specific physiological-meter platform
US14/338,261 2014-07-22
US14/338,261 US9549680B2 (en) 2014-06-12 2014-07-22 Impedance measurement devices, systems, and methods
PCT/US2015/035027 WO2015191670A1 (en) 2014-06-12 2015-06-10 Impedance measurement devices, systems, and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170028359A true KR20170028359A (ko) 2017-03-13

Family

ID=58358994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177000952A KR20170028359A (ko) 2014-06-12 2015-06-10 임피던스 측정 장치, 시스템, 및 방법

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3154427A4 (ko)
JP (1) JP2017517373A (ko)
KR (1) KR20170028359A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200001666A (ko) * 2018-06-27 2020-01-07 한국표준과학연구원 족압분포와 심박변이도 측정이 가능한 스마트 체중계
KR20210013742A (ko) * 2019-12-23 2021-02-05 헥사첵 주식회사 심전도 측정 장치
WO2024049973A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-07 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Systems and methods for determination of pulse arrival time with wearable electronic devices

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108652608B (zh) * 2018-04-02 2020-11-24 芯海科技(深圳)股份有限公司 一种心率测量人体秤及方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4317469B2 (ja) * 2004-02-23 2009-08-19 株式会社タニタ インピーダンス測定装置及び体組成測定装置
JP2005296415A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Tanita Corp 体組成測定装置
JP5626049B2 (ja) * 2011-03-15 2014-11-19 オムロンヘルスケア株式会社 生体インピーダンス測定装置
ES2398542B1 (es) * 2011-07-29 2014-03-05 Universitat Politècnica De Catalunya Método y aparato para obtener información cardiovascular en los pies

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200001666A (ko) * 2018-06-27 2020-01-07 한국표준과학연구원 족압분포와 심박변이도 측정이 가능한 스마트 체중계
KR20210013742A (ko) * 2019-12-23 2021-02-05 헥사첵 주식회사 심전도 측정 장치
WO2024049973A1 (en) * 2022-09-02 2024-03-07 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Systems and methods for determination of pulse arrival time with wearable electronic devices

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017517373A (ja) 2017-06-29
EP3154427A1 (en) 2017-04-19
EP3154427A4 (en) 2018-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9549680B2 (en) Impedance measurement devices, systems, and methods
US10130273B2 (en) Device and method having automatic user-responsive and user-specific physiological-meter platform
US9949662B2 (en) Device and method having automatic user recognition and obtaining impedance-measurement signals
US10451473B2 (en) Physiological assessment scale
US10945671B2 (en) Determining physiological parameters using movement detection
US10004407B2 (en) Multi-function fitness scale with display
US9568354B2 (en) Multifunction scale with large-area display
CN103826531B (zh) 通过在两肢体间测量获得心血管信息的方法和装置
US8911379B2 (en) Method and system for non-invasive measurement of cardiac parameters
JP5015588B2 (ja) 血流および血液量を測定するためのシステムおよび装置
US20180199824A1 (en) Device for measuring biological signals
US10923217B2 (en) Condition or treatment assessment methods and platform apparatuses
ES2398542A2 (es) Método y aparato para obtener información cardiovascular en los pies
US9795341B2 (en) Physiological monitoring system featuring floormat and wired handheld sensor
WO2016049425A1 (en) Physiological assessment scale
KR20170028359A (ko) 임피던스 측정 장치, 시스템, 및 방법
CN108498081A (zh) 脉搏波速度测量装置、血压连续测量装置及方法
US10314543B2 (en) Floormat physiological sensor
CN208876506U (zh) 脉搏波速度测量装置以及血压连续测量装置
US20220233080A1 (en) Systems and methods for monitoring one or more physiological parameters using bio-impedance
KR102498057B1 (ko) 체중계형 리액턴스 심박출량 모니터링 장치 및 방법