KR100423675B1 - 생체전기 임피던스 측정 방법 및 신체 조성 측정 장치 - Google Patents

생체전기 임피던스 측정 방법 및 신체 조성 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 생체전기 임피던스 측정방법에서, 제1, 제2 및 제3 생체전기 임피던스 값은 각각 제1, 제2 및 제3 주파수를 갖는 교류를 이용한 측정에 의하여 결정된다. 따라서, 벡터 임피던스 궤적은 제로 주파수 및 무한 주파수에서 생체전기 임피던스값을 결정하기 위해 유도된 제1, 제2 및 제3 생체전기 임피던스 값으로부터 유도된다. 신체 조성도 측정된 값을 기초로 판정된다.
3종류 생체전기 임피던스 값을 측정하기 위해 사용되는 주파수를 제한하는 것은 장치가 간단하게 되어질 수 있게 하고 짧은 측정 시간 및 향상된 측정 정확도를 달성할 뿐만 아니라 저비용으로 제조될 수 있게 한다.

Description

생체전기 임피던스 측정 방법 및 신체 조성 측정 장치{BIOELECTRICAL IMPEDANCE MEASURING METHOD AND BODY COMPOSITION MEASURING APPARATUS}
본 발명은 생체전기 임피던스 측정 방법 및 신체 조성 측정 장치에 관한 것이다.
생체의 전기 임피던스는 통상적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 세포외 유체 저항(Re), 세포내 유체 저항(Ri) 및 세포막 커패시턴스(Cm)를 포함하는 한 묶음으로 된 일정한 등가 회로로 표현된다. 실제적으로, 생체를 이루는 복수의 세포는 각각 그들의 형태 및 특성에 기인하여 상이한 상수를 갖는 개별 회로에 의해 표현된다. 따라서, 이러한 세포의 집합체로서의 생체에서, 그 벡터 임피던스 궤적은 럼프된 일정한 등가회로를 측정하는 경우에 변동은 반원을 나타내지 않지만, 콜-콜(Cole-Cole) 모델에 주어지는 원호(圓弧)를 나타낸다.
따라서, 생체의 전기 임피던스는 일반적으로 도 2에 도시된 원호-형상 궤적으로 일반적으로 표현된다. 도 2에서, x-축은 임피던스의 저항성분을 나타내고, y-축은 임피던스의 리액턴스 성분을 나타낸다. 생체전기 임피던스의 리액턴스 성분은 그 용량 특성으로 인해 네거티브 값을 나타내고, 생체전기 임피던스의 벡터 궤적은 도 2에 도시된 바와 같이 실수 축의 하부에서 도시된 바와 같이 그려진다.
도 3을 참조하면, Ro, Rinf, 및 Zc는 각각 제로 주파수에서의 저항, 무한 주파수에서의 저항 및 주파수 Fc에서의 생체전기 임피던스 값을 지시한다. Ro및 Rinf에 대해, 이것들은 단지 그들의 리액턴스 값이 0이므로 저항성분만을 갖는다. 주파수 Fc에서, 리액턴스 성분의 절대값은 그 최대치에 도달하고, Zc 는 이 주파수에서 생체전기 임피던스 값이다. 본 명세서에서 이용된 바와 같이, 리액턴스 성분의 절대값이 그 최대치에 도달하는 경우의 주파수는 특성 주파수로 참조된다. 체 수분량, 세포내 액량, 세포외 액량, 여지방(餘脂肪)량과 같은 각각의 신체 조성은 상기 값 또는 이와 근사한 값으로부터 유도된다.
복수의 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스에 기초한 생체전기 벡터 임피던스 궤적을 측정하기 위한 종래의 방법에서, 생체전기 임피던스는 먼저 저주파수로부터 고주파수(즉, 수 kHz로부터 약 1MHz까지) 범위에서 측정된다. 그후, 상기한 원호-형상 벡터 궤적이 상기 파라미터를 계산하기 위해 측정된 데이터로부터 유도된다.
일반적으로, 종래 방법으로 측정된 임피던스 벡터는 도 2에서의 실선과 같이 도시된 원호형상으로 제공되지 않으며, 도 2에 점선으로 도시된 바와 같은 커브-형상 궤적으로 표현된다. 이것은 아마 생체전기 임피던스 측정 케이블 및 측정 물체의 길이에 의해 영향을 받은 신호 전송 시스템에서의 시간 지연에 의한 결과이다. 실제적으로, 최소 평방근 근사방법은 그러한 에러를 보정하기 위해 그리고 벡터 임피던스를 원호에 근사하도록 적용될 것이다. 적절한 계산을 행하는 것은 복수의 반복 동작을 필요로 하며 이렇게하여 고속 연산 유닛 및 주변장치를 필요로 한다.
따라서, 종래의 생체전기 임피던스 측정 장치는 고속 연산 유닛 및 이와 연관된 주변장치의 채용이 필요로 된다. 또한, 측정에 오랜 시간이 걸리므로, 피시험자는 오랜 동안 특정 자세를 취할 것이 강요된다. 이것은 피시험자에게 일정한 부담이 되게 한다.
본 발명의 목적은 상기한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는, 개선된 생체전기 임피던스 측정 방법과 신체 조성 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 조직내의 세포와 전기적으로 등가인 회로를 나타낸 도.
도 2는 신체의 생체전기 벡터 임피던스 궤적을 그래프로 나타낸 도.
도 3은 특성 주파수 포인트와 제로 주파수 포인트 및 무한 주파수 포인트간의 관계를 그래프로 나타낸 도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 생체전기 임피던스 측정 방법을 실행하기 위한 신체 조성 측정 장치의 일반적인 구성에 대한 개략적인 블록도.
도 5는 도 4의 장치의 측정 프로시저를 나타내는 흐름도.
도 6은 도 4의 장치의 입력 스크린을 예시하는 도.
도 7은 도 4의 장치의 결과 스크린을 예시하는 도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 생체전기 임피던스 측정 방법을 구현하는 신체 조성 측정 장치의 개략적인 사시도.
도 9는 도 8의 장치의 일반적인 구성을 나타내는 개략적인 블록도.
도 10은 도 8의 장치의 측정 프로시저를 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 한 태양에 따라, 피시험자의 신체에 교류를 인가함으로써 피시험자의 생체전기 임피던스를 측정하기 위한 생체전기 임피던스 측정 방법이 제공되고, 상기 생체전기 임피던스 측정 방법은,
제 1 주파수를 갖는 교류를 사용한 측정에 의해 제 1 생체전기 임피던스 값을 결정하는 단계;
제 2 주파수를 갖는 교류를 사용한 측정에 의해 제 2 생체전기 임피던스 값을 결정하는 단계;
제 3 주파수를 갖는 교류를 사용한 측정에 의해 제 3 생체전기 임피던스 값을 결정하는 단계; 및
단지 제1, 제2 및 제3 생체전기 임피던스 값만으로부터 벡터 임피던스 궤적을 유도하여, 제로 주파수 및 무한 주파수에서의 생체전기 임피던스 값을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제1, 제2 및 제3 주파수는 모두 1kHz 내지 100kHz 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 생체전기 임피던스 방법에 기초하여 피시험자의 신체에 교류를 인가함으로써 피시험자의 생체전기 임피던스를 측정하기 위한 신체 조성 측정 장치가 제공되고, 상기 신체 조성 측정 장치는,
상이한 주파수를 갖춘 적어도 세종류의 교류를 발생시킬 수 있는 교류 발생 디바이스;
교류 발생 디바이스에 의해 발생된 교류중에서 각각 제1 주파수를 갖는 교류, 제2 주파수를 갖는 교류 및 제3 주파수를 갖는 교류를 사용한 측정에 기초하여 제1 생체전기 임피던스 값, 제2 생체전기 임피던스 값 및 제3 생체전기 임피던스 값을 결정하는 측정 디바이스;
결정된 제1, 제2 및 제3 생체전기 임피던스 값으로부터만 벡터 임피던스 궤적을 유도하여 제로 주파수 및 무한 주파수에서의 생체전기 임피던스 값을 결정하는 연산(또는 산술) 디바이스; 및
연산 디바이스에 의해 결정된 생체전기 임피던스 값에 기초하여 피시험자의 신체 조성을 판정하는 판정 디바이스를 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 상기 신체 조성 측정 장치는,
피시험자의 체중을 포함하는 개인 파라미터를 설정하는 입력 디바이스; 및
상기 판정 디바이스에 의해 판정된 신체 조성에 관한 정보를 지시하는 표시(또는 지시) 디바이스를 더 포함하고, 상기 판정 디바이스는 피시험자의 신체 조성을 판정할 때 입력 디바이스에 의해 입력된 개인 파라미터를 고려하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 상기 신체 조성 측정 장치는,
피시험자의 체중을 측정하는 체중 측정 디바이스;
피시험자의 체중 이외의 개인 파라미터를 설정하는 입력 디바이스; 및
상기 판정 디바이스에 의해 판정된 신체 조성에 관한 정보를 지시하는 표시 디바이스를 더 포함하고, 상기 판정 디바이스는 피시험자의 신체 조성을 판정할 때 입력 디바이스에 의해 입력된 개인 파라미터와 체중 측정 장치에 의해 측정된 체중을 고려하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 신체 조성 측정 장치에서, 제1, 제2 및 제3 주파수는 모두 1kHz 내지 100kHz 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 신체 조성 측정 장치에서, 신체 조성은 세포외 액량, 세포내 액량, 체수분량, 여지방량 및 체지방량일 수 있다.
본 발명이 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대해 더욱 상세히 설명된다.
첨부도면, 특히 도4 내지 도10을 참조하여, 본 발명의 태양 및 실시예가 상세히 설명된다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 생체전기 임피던스 측정 방법을 구현하는 신체 조성 측정 장치의 일반적인 구성을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신체 조성 측정 장치는 일반적으로 블록1 및 블록2와 같은 두 개 블록으로 세그먼트된다.
블록1은 주로 측정을 위한 제어, 데이터의 입력/출력 및 연산동작을 수행하도록 구성된다. 블록1은 연산 및 제어 유닛(2); 장치 제어 및 연산 동작을 위한 프로그램 및 상수를 저장하기 위한 ROM(3); 외부 디바이스로부터 판독된 프로그램 및 데이터, 연산결과 및 측정된 데이터를 임시로 저장하기 위한 RAM(4); 데이터, 연산결과 및 측정된 데이터가 저장, 판독 또는 갱신되어질 수 있게 하기 위한 비휘발성 보조 저장장치(5); 동작을 위한 정보, 측정 동안의 조건, 측정된 데이터 및 연산결과를 지시하기 위한 지시기(6); 본 장치에 파라미터 및 제어 정보 또는 제어 프로그램을 입력시키기 위해 측정을 위한 외부 디바이스, 제어 정보 또는 제어 프로그램를 위한 측정에 관한 파라미터를 판독하기 위한 외부 입력/출력 인터페이스(7); 외부 디바이스에 외부 입력/출력 인터페이스(7)를 연결하기 위한 외부 인터페이스 단자(8); 피시험자 또는 측정되어야 할 개인 파라미터 및 장치를 위한 제어 명령을 입력시키기 위한 키 입력 디바이스(9); 측정 시간 및 날짜를 제어하기 위한 시간 정보를 발생시키기 위한 클록 디바이스(10); 본 발명의 각각의 부분에 전기를 공급하기 위한 전원 디바이스(11) 및 외부전원으로부터 전원 디바이스(11)에 전기를 공급하기 위한 전원 단자(12)를 포함한다.
블록(2)은 주로 생체전기 임피던스를 측정하기 위해 구성되고 그 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된다. 블록(2)은 ROM(3) 또는 RAM(4)에 저장된 제어 프로그램에 의해 한정된 주파수로 교류 신호를 발생시키는 교류 신호 발생 디바이스(20); ROM(3) 또는 RAM(4)에 저장된 제어 프로그램에 의해 한정된 유효값으로 교류 신호 발생 디바이스(20)로부터 측정되어야 할 교류 신호를 객체에 인가하기 위한 교류 출력 디바이스(21); 측정되어야 할 객체에 인가된 전류를 검출하고 이것을 기준 전류 검출 신호로서 출력하기 위한 기준 전류 검출기(22); 교류 전류 출력 디바이스(21)로부터 기준 전류 검출기(22)를 통하여 공급된 측정되어야 할 교류를 객체에 인가하기 위해 출력 단자인 교류 출력 단자(30 및 31); 기준 전류 검출기(22)의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기(23); 각각의 전위 측정 단자의 두 지점에서 측정되어야 할 객체로부터 전위 신호를 입력시키기 위한 입력단자들인 전위 측정 단자(32 및 33); 전위 측정 단자(32 및 33) 사이에 전위 신호의 차동 신호를 출력하기 위한 전위 차 검출기(25); 및 전위 차 검출기(25)의 출력인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기(24)를 포함한다.
도 4는 생체전기 임피던스가 측정되어야 할 객체 또는 피시험자의 손 및 발 사이에 측정되는 경우를 도시한다. 측정을 위해 전극이 부착되어야 할 위치에 대해, 공지된 종래 방법이 채용된다. 손에 대해, 측정 전류를 인가하기 위해 측정 케이블(40)을 통해 교류 출력 단자(30)에 연결된 전극(50)은 손가락 관절에 가까운 위치에서 손의 뒷부분에 부착된다. 또한, 측정 케이블(42)을 통해 교류 출력 단자(32)에 연결된 전위 측정 전극(52)은 손목 관절에 가까이 부착된다. 발에 대해, 측정 전류를 인가하기 위해 측정 케이블(41)을 통해 교류 출력 단자(31)에 연결된 전극(51)은 발가락 관절에 가까운 위치에서 발의 안쪽부분에 부착된다. 또한, 측정 케이블(43)을 통해 전위 측정 단자(33)에 연결된 전위 측정 전극(53)은 발목 관절에 가까이 부착된다.
이제 본 발명의 측정 프로시저 및 동작은 도 5에 도시된 흐름도를 참조하여 개괄적으로 설명된다.
장치의 전원 스위치가 단계(S1)에서 턴온될 때, 장치는 초기화되고(단계 S2) 동시에 초기 스크린이 수초 동안 지시기(6)상에서 지시된다(단계 S3). 그후 단계(S4)에서, 도 6에 도시된 개인 파라미터를 입력하기 위한 스크린은 대기상태로 진행하기 위해 지시기(6)에 지시된다. 단계(S5)에서, 측정되어야 할 사람의 식별번호 및 성별, 신장, 체중 및 연령을 포함하는 개인 파라미터는 키 입력 디바이스(9)를 통해 입력된다. 그러나, 본 실시예는 상기 파라미터가 설정되지 않는 경우에도 측정이 행해지도록 구성된다. 개인 파라미터가 설정되지 않을 때, 신체 조성에 대한 연산 동작은 이후에 상기한 바와 같이 실행되지 않는다(단계 S8).
단계(S6)에서, 생체전기 임피던스의 측정 동작은 신체 파라미터가 설정되었는 지에 상관 없이 측정 시작 키가 눌려졌을 때 시작한다. 이것은 물론 측정을 위한 전극이 측정되어야 할 사람에게 부착되어야 하고 측정 시작 이전에 장치에 연결되어야 하는 것이다.
생체전기 임피던스는 다음 프로시저에 따라 측정된다(단계 S7).
출력 신호 주파수는 ROM(3)에서 미리 저장된 측정 제어 파라미터를 기초로 하여 그리고 보조 저장장치(5) 또는 외부 입력/출력 인터페이스(7)를 통하여 RAM(4)에 설정된 측정 제어 파라미터를 기초로 하여 교류 신호 발생 디바이스(20)에 의해 설정된다. 교류 신호 발생 디바이스(20)로부터의 출력신호는 교류 출력 디바이스(21)에 입력된다.
교류 출력 디바이스(21)는 전류 값이 선택적으로 설정되는 일정 전류 출력회로로 이루어 진다. 출력 전류 값이 측정 제어 파라미터에 기초하여 설정될 때, 이로부터의 교류 출력은 기준 전류 검출기(22), 교류 출력 단자(30 및 31), 각각의 단자에 연결된 측정 케이블(40 및 41), 및 측정 전류를 인가하기 위한 전극(50 및 51)을 통해 측정되어야 할 사람에게 인가된다.
이때, 측정되어야 할 사람에게 인가된 전류는 기준 전류 검출기(22)에 의해 검출된다. 아날로그 신호 형태를 취하는 검출된 출력은 A/D 변환기(23)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 결과 신호는 RAM(4)에 저장된다. 동시에, 전위신호는 측정되어야 할 사람에게 부착된 전위 측정 전극(52 및 53), 각각의 전극에 연결된 측정 케이블(42 및 43), 및 각각의 측정 케이블에 연결된 전위 측정 단자(32 및 33)을 통해 전위 차 검출기(25)에 입력된다. 전위 차 검출기(25)는 차례로 전위 차 검출기로의 전위 입력간의 차이에 대응하는 전위 차 신호를 A/D 변환기(24)에 출력한다. A/D 변환기(24)는 입력 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 최종신호는 RAM(4)에 저장된다.
이 프로세스는 각각 제1, 제2 및 제 3주파수를 갖춘 교류의 각각에 측정 제어 파라미터에 기초하여 인가된다. 고 정확도를 달성하기 위해, 제1, 제2 및 제 3주파수는 저항 성분이 그 최대치에 도달하는 주파수, 저항 성분이 그 최소치에 도달하는 주파수 및 리액턴스 성분의 절대값이 거의 최대치에 도달하는 주파수이어야 하는 것이 바람직하다. 아날로그 회로를 단순히 하기 위해 외부 소음 및 표류 용량의 역영향을 억제하기 위해, 제1, 제2 및 제 3주파수에 대해, 바람직하게 이들은 예로서 1kHz 내지 100kHz의 범위에서 가능한한 낮게 선택된다. 예로서, 제1 주파수는 4kHz, 제2 주파수는 16kHz 이고 제3 주파수는 64kHz이다.
그후 벡터 임피던스 궤적 및 이와 연관된 파라미터는 각각의 주파수를 갖춘 교류에 의해 측정된 값을 기초로 하여 계산된다.
유도된 벡터 임피던스 궤적이 원호라는 가정하에, 각각 제1, 제2 및 제 3주파수(이후에 F1,F2 및 F3로 참조됨)에서 측정된 생체전기 임피던스 값(Z1,Z2 및 Z3)은 도 3에 도시된 바와 같이 일정한 원의 원호상에 있다. 여기서, 벡터 임피던스 평면의 실수축(가로축) 및 허수축(세로축)은 X-축 및 Y-축으로 기술된다. 따라서, 이들 3 지점을 갖는 원의 방정식은 다음과 같이 된다.
여기서, "a"는 원의 중심의 X 좌표이고, "b"는 원의 중심의 Y 좌표이고, "r"은 원의 반경이다. "a" ,"b" 및 "r"의 값은 상기 수학식 1에서 주파수(F1, F2 및 F3)에서 생체전기 임피던스 벡터(Z1, Z2 및 Z3)의 측정된 값을 대입함으로써 계산될 수 있다.
X-축 또는 실수 축과 원의 교점은 상기 수학식 1에 의해 다음과 같이 결정된다.
여기서, RoRinf이므로,
Rinf=
따라서, 도1의 등가회로의 Re 및 Ri는 다음과 같이 된다.
Re = Ro
Ri = Ro·Rinf/(Ro- Rinf)
특성 주파수(Fc)에서의 임피던스 벡터(Zc)는 리액턴스 또는 허수 축 성분 지점에 의해 한정되므로, 즉, Y-축 성분의 절대값이므로, 최대값을 취하고, 임피던스 벡터(Zc)의 허수축 성분으로서의 Y좌표 및 실수축 성분으로서의 X 좌표는 다음과 같이 정의된다.
X = a, Y = b-r
따라서 임피던스 벡터(Zc)는,
Zc = Rc + jXc = a+j(b-r)
로 표현되고, 여기서 Rc는 Zc의 저항 성분이고, Xc는 Zc의 리액턴스 성분이다.
종래기술의 설명란에서 기술된 콜-콜 모델에 따라, 주파수(ω)에서의 임피던스 벡터는,
Z(ω) = Rinf+ (Ro- Rinf)/(1+(jωτ)β)
여기서, Z(ω)는 ω에서 임피던스 벡터이고, τ 및 β는 상수이다.
τ = 1/ωc 일때,
Z(ω) = Rinf+ (Ro- Rinf)/(1+(jω/ωc)β)
이고, 여기서 ωc = 2πFc 이다.
Fc 및 β는 원상의 데이터 및 이들 관계에 기초하여 계산될 수 있다.
따라서 세포외 수분(ECW), 세포내 수분(ICW), 세포외 수분 대 세포내 수분의 비율(TBW), 무지방 질량(FFM), 체지방 질량(FM) 및 체지방 비율을 포함하는 신체 조성 값은 벡터 임피던스 궤적과 이와 연관되고 사전에 계산되는 Ro, Rinf, Ri, Zc, Fc등과 같은 파라미터를 기초로 하여 계산된다(단계 S9). 개인 파라미터가 설정되지 않았을 때, 이 프로세스는 상기한 바와 같이 생략된다.
따라서 상기 사항을 기초로 계산된 측정 결과 및 기타 결과치는 지시기(6)에 지시된다(단계 S10). 지시된 예가 도7에 나타나 있다. 또한, 측정 제어 파라미터에 기초하여, 측정된 결과, 연산 결과, 측정등에 관한 파라미터등이 외부 인터페이스(7)를 통하여 외부 디바이스에 전송되거나(단계 S11) 보조 저장 장치(5)에 저장된다(단계 S12).
상기 단계들이 완료된 후, 프로세스는 대기상태로 진행한다(단계 S13). 재측정 키가 눌려졌을 때(단계 S14), 측정이 다시 수행되고, 새로운 측정 키가 눌려졌을 때(단계 S15), 이 프로세스는 개인 파라미터 입력 단계로 복귀하고 대기상태로 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 생체전기 임피던스 측정 방법을 실행하기 위한 신체 조성 측정 장치의 개략 사시도이고, 도 9는 이 장치의 일반적인 구성을 나타내는 블록도이다. 본 발명의 장치는 도 8에 도시된 바와 같이, 내부에 체중계를 통합하는 단순화된 장치이다.
본 발명의 장치(100)의 주요 기능부가 도 9를 참조하여 설명된다.
장치(100)는 CPU, ROM, RAM, 타이머, I/O 포트등과 같은 기능을 갖는 마이크로컴퓨터(102); 측정되어야 할 개인의 개인 파라미터 설정치, 측정결과, 측정 동안의 상태등을 지시하기 위한 지시기부(103); 개인 파라미터를 입력하고, 비휘발성 메모리(106)등에 저장된 개인 파라미터를 선택하기 위한 키 스위치(104); 입력/출력 동작을 외부 디바이스로 수행하기 위한 외부 입력/출력 인터페이스(105); 측정 제어 파라미터, 개인 파라미터등을 저장하기 위한 비휘발성 메모리(106); 마이크로컴퓨터(102)로부터의 신호를 생체에 인가되어야 할 신호로 만드는 필터회로(110); 일정한 유효값으로, 필터회로(110)로부터의 출력을 측정되어야 할 개인에 인가하기 위한 교류 출력 회로(111); 측정되어야 할 개인에 인가된 전류를 검출하기 위해, 교류 출력 회로(111)의 출력부의 단부에 접속된 기준 저항(112); 교류 출력 회로(111)의 하나의 출력 단자에 접속된 기준 저항(112)을 통해 연결된 측정 전류 공급 전극(120); 교류 출력 회로(111)의 다른 출력 단자에 접속된 측정 전류 공급 전극(121); 기준 저항(112)의 단부간의 전위차를 검출하기 위한 차동 증폭기(113); 측정되어야 할 개인의 두 지점에서의 전위를 검출하기 위한 전위 측정 전극(122 및 123); 전위 측정 전극(122 및 123)간의 전위차를 검출하기 위해 전위 측정 전극(122 및 123)에 연결된 차동 증폭기(114); 체중을 검출하기 위한 체중 센서(115); 체중 센서(115)로부터의 신호를 증폭시키기 위한 증폭기(116); 차동 증폭기(113 및 114)로부터의 출력중의 하나와 마이크로컴퓨터(102)의 제어에 기초하여 증폭기(116)로부터의 출력중의 하나를 선택적으로 출력하기 위한 스위칭 유니트(117); 및 마이크로컴퓨터(102)에 출력하기 위해 스위칭 유니트(117)로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기(118)를 포함한다.
따라서 본 발명의 실시예의 동작 및 동작 프로시저는, 본 발명의 실시예의 동작 및 동작 프로시저를 포괄적으로 나타내는 흐름도인 도10을 참조하여 설명된다.
본 발명의 동작은 키 스위치가 눌려짐으로써 시작된다(단계 S101). 본 실시예에 사용된 키 스위치는 개인 파라미터를 설정하는 데 사용되는 3개의 키 스위치 즉, SET 키, UP 키, DOWN 키; No.1 내지 No.4 메모리 번호 키 스위치인 4개의 키 스위치; 및 체중 측정만을 수행하는 하나의 키를 포함한 8개의 키 스위치를 포함한다. 본 발명의 장치는 동작을 개시시키기 위해 눌려지는 키 스위치의 종류에 따라 3가지 방식이 있다.
1. 동작을 시작하기 위해 체중 키가 눌려졌을 때(단계 S102)
체중 측정만이 수행되고(단계 S103), 그 결과가 지시기부(103)에 지시되고(단계 S104), 이 지시는 일정 기간 후에 턴 오프되고, 이 프로세스는 다음 키 입력을 기다리기 위해 대기상태로 간다(단계 S105).
단계 S102에서 체중 키가 눌려지지 않았을 때, 설정키(SET 키, UP 키, DOWN 키)중의 하나가 눌려졌는 지가 판정된다(단계 S106).
어떠한 설정키도 눌려지지 않았을 때, No.1 내지 No.4 메모리 번호 키가 눌려졌는 지가 판정된다(단계 S107). No.1 내지 No.4 메모리 번호 키 스위치도 눌려지지 않았을 때, 이 프로세스는 다음 키 스위치 입력을 기다리기 위해 대기상태로 간다(단계 S108).
2. 동작을 시작하기 위해 메모리 번호 키 스위치가 눌려졌을 때(단계 S109)
이 동작은 파라미터가 설정되었는 지의 여부에 좌우된다.
2-1. 눌려진 메모리 번호에 대응하는 개인 파라미터가 저장되지 않았을 때
다음 항목 3에서 설명되는 것과 동일한 동작이다. "동작을 시작하기 위해 설정 키중의 하나가 눌려졌을 때"의 동작이 수행된다. 이때 개인 파라미터 셋트는 눌려진 메모리 번호를 위한 데이터로서 저장된다.
2-2. 눌려진 메모리 번호에 대응하는 개인 파라미터가 저장되었을 때
비휘발성 메모리(106)에 저장된 눌려진 메모리 번호에 대응하는 개인 파라미터는 일정 주기 동안 지시기부(103)에 지시되고 그후 체중이 측정된다. 이때, 체중을 측정하기 위해, 증폭기(116)로부터의 출력이 A/D 변환기(118)로의 입력으로서 선택될 수 있도록 하기 위해 스위칭 유니트(117)가 마이크로컴퓨터(102)에 의해 제어되고 측정되어야 할 임피던스가 멈춰졌을 때 신호는 마이크로컴퓨터(102)로부터 필터 회로(110)에 공급되어진다.
체중이 측정된 후, 생체전기 임피던스가 측정된다. 이때, 마이크로컴퓨터(102)의 ROM에 사전 기입되는 측정 제어 파라미터에 따라, 마이크로컴퓨터(102)로부터 필터회로(110)로 신호가 공급되고 이로부터의 출력이 교류 출력 회로(111)에 입력된다. 교류 출력 회로(111)로부터의 출력은 교류 출력 회로(111)의 한 단부에 접속된 기준 저항(112)을 통해 측정되어야 할 개인에게 인가된다. 기준 저항(112)의 전위차 신호와 생체의 두 지점간의 전위차는 각각 차동 증폭기(113 및 114)로부터 출력되기 때문에, 이들은 마이크로컴퓨터(102)를 위한 제어신호로 변환되어 마이크로컴퓨터(102)에 출력된다. 상기한 생체전기 임피던스의 측정은 제1, 제2 및 제3 주파수를 포함하는 3개 주파수의 각각을 위해 측정 제어 파라미터에 기초하여 수행된다(단계 S110).
연산 프로세싱이 상기한 실시예를 참조하여 동일한 방식으로 Re 및 Ri를 계산하기 위해 Ro, Rinf및 Zc를 결정하기 위해 측정된 생체전기 임피던스 데이터를 이용하여 수행된다. 세포외 액량, 세포내 액량, 체수분량, 여지방량 및 체지방량은 상기 결과를 기초로 하여 결정된다(단계 S111).
연산 프로세싱의 결과는 지시기부(103)에서 지시되고(단계 S112), 지시는 일정 주기후 턴 오프되며(단계 S113) 프로세스는 다음 키 스위치 입력을 기다리기 위해 대기상태로 된다(단계 S114).
3. 동작을 시작하기 위해 설정키중의 하나가 단계 S106에서 눌려졌을 때
개인 파라미터를 설정하기 위한 지시는 지시기부(103)에서 지시된다(단계 S115). 본 실시예에서, 설정되어야 할 개인 파라미터의 항목은 두 항목 즉 성별 및 신장이다. 개인 파라미터의 각각의 항목은 지시기부(103)상의 지시에 따라 설정되어야 한다. 설정 값이 입력되었을 때, UP 키 및 DOWN 키는 설정되어야 할 값 및 선택 항목을 선택하기 위해 사용된다. 성별 및 신장 값은 각각 입력되었을 때 SET 키를 누름으로써 확인되고 설정된다.
이때, 프로세스가 상기 2-1. "눌려진 메모리 번호에 대응하는 개인 파라미터가 저장되지 않았을 때"로부터 개인 파라미터에 대한 본 설정 단계로 분기하는 경우에, 여기서 설정된 개인 파라미터는 눌려진 메모리 번호를 위한 데이터로서 비휘발성 메모리(106)에 자동으로 저장되고(단계 S118), 지시는 턴 오프되고, 프로세스는 다음 키 스위치 입력을 기다리기 위해 대기상태로 간다(단계 S119).
그밖의 경우에, 프로세스는 일정 주기 동안 키 입력을 기다리기 위해 대기상태로 간다(단계 S116).
메모리 번호 키 스위치가 일정 주기 동안 눌려졌을 때(단계 S117), 여기에 설정된 개인 파라미터는 눌려진 메모리 번호를 위한 데이터로서 비휘발성 메모리에 저장되고(단계 S118), 지시는 일정 주기 후에 턴 오프되고, 프로세스는 다음 키 스위치 입력을 기다리기 위해 대기상태로 간다(단계 S119).
또한, 일정 주기 동안 SET 키가 눌려졌을 때(단계 S120) 또는 다음 키 스위치 입력을 기다리는 대기상태를 종료시키도록 일정 주기가 지나갔을 때(단계 S121), 상기 2. "동작을 시작하기 위해 메모리 번호 키 스위치가 눌려졌을 때"(단계 S110 이하)에서 설명된 동작들이 수행된다.
외부 입력/출력 인터페이스(105)가 주 동작 및 동작 프로시저의 설명에서 언급되지 않았을 지라도, 본 실시예에서, 이 디바이스는 필요로 될 때 부가되고 생체전기 임피던스의 측정 결과와 연산 프로세싱을 통해 유도된 결과를 출력하기 위한 그리고 외부 디바이스로부터 본 장치로 측정 제어 명령 또는 파라미터를 입력하기 위한 기능을 갖는다.
측정에 이용된 주파수의 수는 3개로 제한되기 때문에, 임피던스를 측정하기 위한 아날로그 회로부는 종래의 것에 비해 간단하게 제조될 수 있다.
본 장치는 종래기술에서와 같이 벡터 임피던스 궤적을 구성하기 위해 다수의 반복 동작을 필요로 하지 않으므로, 고속 연산 유니트 및 그 주변 디바이스가 필요치 않다. 또한, 측정을 위한 주기는 짧게 되고, 이것은 사용자(피시험자)가 그것을 편리하게 사용할 수 있게 한다.
본 장치는 종래기술에 비해 전반적으로 간단하므로, 본 장치는 컴팩트하게 제조 될 수 있고 제조비용이 감소될 수 있다.
본 장치의 간명성은 배터리에 의해 구동될 수 있고, 설치하는 데 작은 구역만이 필요하고 이것은 용이하게 운반될 수 있게 한다.
또한, 본 장치는 컴팩트하고 저비용으로 제조될 수 있으므로, 상기 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 단일 주파수 측정 시스템을 갖춘 종래의 것에 비해 체지방에 대한 더욱 정확한 측정을 할 수 있게 하면서 단일 주파수 측정 시스템을 갖춘 종래의 것과 동일한 방식으로 보급될 수 있다.
즉, 본 장치가 내부에 체중 측정부를 통합하도록 구성되어야 할 때, 체지방계를 갖춘 종래의 체중계의 회로부에 대한 약간의 수정을 가할 것만이 필요하다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 의해, 신체 조성을 고속으로 더욱 정확히 측정할 수 있고 저제조비용으로 더욱 컴팩트하게 제조될 수 있다.

Claims (11)

  1. 피시험자의 신체에 교류전류를 인가함으로써 상기 피시험자의 생체전기 임피던스를 측정하기 위한 생체전기 임피던스 측정 방법에 있어서,
    제 1 주파수를 갖는 교류전류를 사용하여 제 1 생체전기 임피던스 값을 구하는 단계;
    제 2 주파수를 갖는 교류전류를 사용하여 제 2 생체전기 임피던스 값을 구하는 단계;
    제 3 주파수를 갖는 교류전류를 사용하여 제 3 생체전기 임피던스 값을 구하는 단계; 및
    벡터 임피던스 궤적이 원호라고 가정하고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 생체전기 임피던스 값을 원의 방정식에 대입하고, 원의 중심의 X 좌표, 원의 중심의 Y 좌표 및 원의 반경에 대한 연립 방정식을 풀음으로써 벡터 임피던스 궤적을 구하여, 제로 주파수 및 무한 주파수에서의 생체전기 임피던스 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제로 주파수에서의 생체전기 임피던스 값(R0)은으로 표시되고, 무한 주파수에서의 생체전기 임피던스 값(Rinf)은 Rinf=으로 표시되고, 여기서 상기 원호를 형성하는 원의 중심의 X 좌표는 a이고, 원의 중심의 Y 좌표는 b이고, 원의 반경은 r인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 주파수 각각의 범위는 1kHz 내지 100kHz인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 주파수는 상기 생체전기 임피던스의 저항 성분이 거의 그 최대치에 도달하는 한 주파수, 상기 생체전기 임피던스의 저항 성분이 거의 그 최소치에 도달하는 한 주파수 및 상기 생체전기 임피던스의 리액턴스 성분의 절대값이 거의 그 최대치에 도달하는 한 주파수인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 피시험자의 신체에 교류전류를 인가함으로써 상기 피시험자의 생체전기 임피던스를 측정하기 위한 신체 조성 측정 장치에 있어서,
    상이한 주파수를 가진 적어도 세종류의 교류전류를 발생하는 교류 발생 디바이스;
    상기 교류 발생 디바이스에 의해 발생된, 제 1 주파수를 갖는 교류전류, 제 2 주파수를 갖는 교류전류 및 제 3 주파수를 갖는 교류전류를 각각 사용하여 측정한 결과에 기초하여 제 1 생체전기 임피던스 값, 제 2 생체전기 임피던스 값 및 제 3 생체전기 임피던스 값을 구하는 측정 디바이스;
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 생체전기 임피던스 값만으로부터 궤적이 원호인 벡터 임피던스 궤적을 유도하여, 제로 주파수 및 무한 주파수에서의 생체전기 임피던스 값을 결정하는 연산 디바이스; 및
    상기 연산 디바이스에 의해 결정된 상기 생체전기 임피던스 값에 기초하여 상기 피시험자의 신체 조성을 판정하는 판정 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 제로 주파수에서의 생체전기 임피던스 값(R0)은으로 표시되고, 무한 주파수에서의 생체전기 임피던스 값(Rinf)은 Rinf=으로 표시되고, 여기서 상기 원호를 형성하는 원의 중심의 X 좌표는 a이고, 원의 중심의 Y 좌표는 b이고, 원의 반경은 r인 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 피시험자의 체중을 포함하는 개인 파라미터를 입력하는 입력 디바이스; 및
    상기 판정 디바이스에 의해 판정된 상기 신체 조성에 관한 정보를 표시하는 표시 디바이스를 더 포함하고,
    상기 판정 디바이스는 상기 피시험자의 상기 신체 조성을 판정할 때 상기 입력 디바이스를 통하여 입력된 상기 개인 파라미터를 고려하는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 피시험자의 체중을 측정하는 체중 측정 디바이스;
    상기 피시험자의 상기 체중 이외의 다른 개인 파라미터를 입력하는 입력 디바이스; 및
    상기 판정 디바이스에 의해 판정된 상기 피시험자의 상기 신체 조성에 관한 정보를 표시하는 표시 디바이스를 더 포함하고,
    상기 판정 디바이스는 상기 피시험자의 상기 신체 조성을 판정할 때 상기 입력 디바이스를 통하여 입력된 상기 개인 파라미터와 상기 체중 측정 장치에 의해 측정된 상기 체중을 고려하는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 주파수 각각의 범위는 1kHz 내지 100kHz인 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
  10. 제 5 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 주파수는 상기 생체전기 임피던스의 저항 성분이 거의 그 최대치에 거의 도달하는 한 주파수, 상기 생체 전기 임피던스의 저항 성분이 거의 그 최소치에 도달하는 한 주파수 및 상기 생체전기 임피던스의 리액턴스 성분의 절대값이 거의 그 최대치에 도달하는 한 주파수인 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
  11. 제 5 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 신체의 조성은 세포외 액량, 세포내 액량, 체수분량, 여지방량 및 체지방량중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정 장치.
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