KR101324704B1 - simulation method to find optimum conditions for measuring visceral fat by bio-electrical impedance analysis and optimum conditions thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체 전기 임피던스로 내장지방 측정을 위한 최적조건을 구하기 위해 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법 및 장치, 그리고 그 최적 조건에 관한 것으로, 상세하게는 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 가장 효과적인 전극 개수 및 배치와 주파수 선정에 있어서 최적의 조건 및 상기 최적 조건을 찾기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션을 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 장치는, 2개의 CT 스캔영상으로부터 2개의 복부 모델을 만드는 제1연산처리부; 상기 제1연산처리부에 의한 2개의 복부 모델에서 복막 경계선을 각기 조작하여 내장지방모델 및 피하지방 모델을 만드는 제2연산처리부; 상기 제2 수단에 의한 내장지방모델 및 피하지방 모델들의 구성 영역들이 하운스필드 유닛(Houns- field Unit, HU)으로 나뉘어지게 하는 제3연산처리부; 제3연산처리부의 출력으로부터 내장 지방/피하지방 비율의 변화, 즉 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)을 검출하는 제4연산처리부; 을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method and apparatus for measuring bioelectrical impedance, which enables simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by the finite element method in order to obtain an optimal condition for measuring visceral fat with bioelectrical impedance, and The present invention relates to the optimum conditions, and in particular, the method for measuring the bioelectrical impedance, which is capable of simulating the optimum conditions and the optimum conditions in selecting the most effective electrode number, placement and frequency in the measurement of fat mass in the human abdomen, and Relates to a device.
The bioelectrical impedance measuring apparatus configured to enable a simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method of the present invention comprises: a first computation processing unit for making two abdominal models from two CT scan images; ; A second arithmetic processor for manipulating peritoneal perimeters in the two abdominal models by the first arithmetic processing unit to produce a visceral fat model and a subcutaneous fat model; A third operation processor configured to divide the constituent regions of the visceral fat model and subcutaneous fat models by the second means into a hounsfield unit (HU); A fourth operation processor for detecting a change in visceral fat / subcutaneous fat ratio, that is, modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS), from the output of the third operation processor; And a control unit.
Description
본 발명은 생체 전기 임피던스로 내장지방 측정을 위한 최적조건을 구하기 위해 유한요소법(finite element method, FEM)에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법 및 장치, 그리고 그 최적 조건에 관한 것으로, 상세하게는 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 가장 효과적인 전극 개수 및 배치와 주파수 선정에 있어서 최적의 조건 및 상기 최적 조건을 찾기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention provides a bioelectrical electrical simulation made to enable easy visualization of the distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by the finite element method (FEM) in order to obtain an optimal condition for measuring visceral fat with bioelectrical impedance. The present invention relates to a method and apparatus for measuring impedance, and an optimum condition thereof, and specifically, to enable the simulation of finding the optimum condition and the optimum condition in selecting the most effective electrode number, placement, and frequency in the measurement of fat mass in the human abdomen. It relates to a bioelectrical impedance measuring method and apparatus.
과다한 복부 내 지방의 축적은 대사증후군을 일으키는 주요한 원인이 되어왔다. 복부 내부의 지방량의 측정은 척추의 요추(Lumber) 4-5번에 해당하는 CT 촬영을 통한 방법이 현존하는 가장 정확한 방법으로 여겨지고 있다. 하지만 그것에는 방사선 노출 및 비용등과 같은 문제가 있어 지속적인 관찰이 필요한 대사증후군 관리용으로 사용되기는 부적합하다. Excessive fat accumulation in the abdomen has been a major cause of metabolic syndrome. The measurement of the amount of fat in the abdomen is considered the most accurate method using CT scan of lumbar spine 4-5 of the spine. However, it is not suitable for the management of metabolic syndrome that requires continuous observation due to problems such as radiation exposure and cost.
그래서 최근에는 내장지방의 면적을 측정하기 위한 생체 전기 임피던스 분석법(Bioelectric Impedance Analysis)이 도입되어 많은 연구가 진행되고 있다. ‘생체전기 임피던스 분석법’은 인체에 미세한 전류를 흘려 저항을 측정하는 기술로서, 인체에 전류를 흘리면 전기는 전도성이 높은 체수분을 따라 흐르며, 수분이 거의 없는 지방이 많을수록 체내 전기저항이 커지는 원리를 이용하여 복부 내부의 지방량을 측정한다. 따라서 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 내부의 지방량 측정에 있어서 전극(electrode)의 개수와 측정 시 전극 배치 등 측정 조건이 매우 중요한 요인이 된다. Therefore, recently, a bioelectric impedance analysis method for measuring the area of visceral fat has been introduced, and many studies have been conducted. 'Bioelectric Impedance Analysis' is a technology that measures the resistance by flowing a small current to the human body.When current flows through the human body, electricity flows through highly conductive body water, and the more electrical fat in the body, the more electrical resistance in the body is used. Measure the amount of fat inside your abdomen. Therefore, in the measurement of fat mass in the human body by the bioelectrical impedance analysis, the measurement conditions such as the number of electrodes and the electrode arrangement during the measurement become very important factors.
또한 전류는 주파수에 따라 세포 투과율이 다르므로, 주파수가 낮으면 세포를 투과하지 못하고 세포 바깥의 수분을 따라 흐르기 때문에 세포 바깥의 수분을 주로 측정한다. 반면에 주파수가 높을수록 세포막을 투과하여 세포 내부의 수분까지 측정이 가능하므로 정확한 인체 복부 내부의 지방량 측정을 위해서는 인체물리량에 대한 다양한 주파수 대역의 특성이 매우 중요한 요소로 작용한다. In addition, since the current has a different cell permeability depending on the frequency, low frequency does not penetrate the cell and flows along the moisture outside the cell, so the moisture outside the cell is mainly measured. On the other hand, the higher the frequency, the more it can measure the moisture inside the cell through the cell membrane, so the characteristics of various frequency bands for the amount of human body physics are very important for accurate fat measurement in the human abdomen.
위와같이 정확한 인체 복부의 지방량 측정을 위해서는 다양한 전극 구성 조건 및 다양한 주파수 대역 조건을 변경한 임상 실험이 필요하고, 이를 위해서는 많은 피험자와 비용 및 시간이 필수적이다. In order to accurately measure the amount of fat in the abdomen of the human body, clinical experiments with various electrode configuration conditions and various frequency band conditions are required. For this, many subjects, cost, and time are essential.
그러므로, 본 발명에서는 유한요소법을 도입하여 정확한 인체 복부 내부의 지방량 측정을 위한 최적의 전극 구성방법 및 주파수 대역등의 실험 조건을 시뮬레이션 할 수 있는 모델을 제공한다. 또한 본 발명에서는 복부 CT영상을 기초로 복부모델을 만들었고, 복부 내부의 물리량(근육량, 지방량, 골격량 등)들을 조절 할 수 있는 복부 시뮬레이션 모델과 이렇게 개발된 복부 모델에 전극구성과 인가 주파수 대역을 변화 시켜감에 따라 복부 내장지방과 피하지방을 분리하여 측정할 수 있는 시뮬레이션 모델을 제공한다.
Therefore, the present invention provides a model capable of simulating experimental conditions such as an optimal electrode configuration method and frequency band for accurately measuring the amount of fat inside the human abdomen by introducing the finite element method. In addition, in the present invention, an abdominal model was created based on the abdominal CT image, and the electrode configuration and the applied frequency band were applied to the abdominal simulation model that can adjust the physical quantity (muscle amount, fat amount, skeletal amount, etc.) inside the abdomen and the developed abdominal model. It provides a simulation model to measure abdominal visceral fat and subcutaneous fat separately according to the change.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하는 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a simulation method for the visualization of the internal physical quantity in the human abdomen to easily visualize the distribution of the physical quantity in the three-dimensional human body calculated by the finite element method.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 가장 효과적인 전극 개수 및 배치, 그리고 인가 주파수 대역 선정에 있어서 최적의 조건을 찾는 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to visualize the internal physical quantity of the human abdomen to find the most effective electrode number and placement in the measurement of fat mass in the human abdomen by the bioelectrical impedance analysis method, and to find the optimal conditions in selecting the frequency band To provide a simulation method.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 전류 전극들이 각 옆구리 측, 즉 배꼽으로부터 허리둘레/4 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전압전극들은 전류전극에서 허리둘레/16 만큼 정면 배꼽주위(umbilicus level)쪽으로 이격된 거리에 위치되는 체임피던스 측정의 전극배열방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to measure the amount of fat in the abdomen inside the human body by the bioelectrical impedance analysis, the current electrodes are located at a distance separated from each side, that is, the waist circumference / 4 from the navel, the voltage electrodes It is to provide an electrode array method for the measurement of the body impedance is located at a distance spaced toward the front umbilicus level by the waist circumference / 16 from the electrode.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 전압전극이 배꼽을 중심으로 양측으로 5cm 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전류 전극은 전압전극으로부터 10cm 만큼 옆구리쪽으로 이격되어 위치되는 체임피던스 측정의 전극배열방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to measure the amount of fat in the abdomen inside the human body by the bioelectrical impedance analysis, the voltage electrode is located at a distance of 5cm to both sides of the navel center, the current electrode is 10cm from the voltage electrode It is to provide an electrode array method of the measurement of the body impedance that is located spaced apart toward the side.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복부 CT영상을 기초로 복부 모델을 만들고, 복부 내부의 물리량(근육량, 지방량, 골격량 등)들을 조절할 수 있는 복부 시뮬레이션 모델과 상기 복부 모델에 전극구성과 인가 주파수 대역을 변화 시켜감에 따라 복부 내장지방과 피하지방을 분리하여 측정할 수 있는 시뮬레이션 모델을 구비하는 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to create an abdominal model based on the abdominal CT image, the abdominal simulation model that can adjust the physical quantity (muscle amount, fat amount, skeletal amount, etc.) in the abdomen and electrode configuration and application to the abdomen model The present invention provides a simulation apparatus and method for visualizing the internal physical quantity of a human abdomen having a simulation model capable of separately measuring abdominal visceral fat and subcutaneous fat as the frequency band is changed.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 실험 프로토콜을 최적화 하기위한 인체 복부 모델을 개발하고, 인체의 복부 내부의 각 부분별(뼈, 근육 및 내장, 피하 및 내장지방) 물성치 값과 그 사이 경계값을 고려하여 실험 조건에 따른 전자기장 해석이 가능한 시뮬레이션 모델을 구비하는 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to develop a human abdominal model for optimizing the experimental protocol, and to measure the values of the physical properties of each part (bone, muscle and visceral, subcutaneous and visceral fat) inside the abdomen of the human body and the boundary values therebetween. In consideration of this, it is to provide a simulation apparatus and method for visualizing an internal physical quantity in a human abdomen having a simulation model capable of electromagnetic field analysis according to experimental conditions.
본 발명의 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 장치는, 2개의 CT 스캔영상으로부터 2개의 복부 모델을 만드는 제1연산처리부; 상기 제1연산처리부에 의한 2개의 복부 모델에서 복막 경계선을 각기 조작하여 내장지방모델 및 피하지방 모델을 만드는 제2연산처리부; 상기 제2 수단에 의한 내장지방모델 및 피하지방 모델들의 구성 영역들이 하운스필드 유닛(Houns- field Unit, HU)으로 나뉘어지게 하는 제3연산처리부; 제3연산처리부의 출력으로부터 내장 지방/피하지방 비율의 변화, 즉 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)을 검출하는 제4연산처리부;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The bioelectrical impedance measuring device configured to enable simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method of the present invention comprises: a first computation processing unit for making two abdominal models from two CT scan images; ; A second arithmetic processor for manipulating peritoneal perimeters in the two abdominal models by the first arithmetic processing unit to produce a visceral fat model and a subcutaneous fat model; A third operation processor configured to divide the constituent regions of the visceral fat model and subcutaneous fat models by the second means into a hounsfield unit (HU); And a fourth operation processor for detecting a change in visceral fat / subcutaneous fat ratio from the output of the third operation processor, that is, a modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS).
상기 제2연산처리부에서, 내장지방모델은 2개의 복부 모델들에서 내장지방을 5% 더 가지도록 이루어지며, 피하지방 모델은 2개의 복부 모델들이 피하지방을 5% 더 가지도록 이루어지며, 상기 내장지방모델 및 상기 피하지방 모델은 유한 요소 모델로서,근육, 지방, 뼈로 구성되어 있다.In the second calculation processing unit, the visceral fat model is made to have 5% more visceral fat in the two abdominal models, the subcutaneous fat model is made so that the two abdominal models have 5% more subcutaneous fat, The fat model and the subcutaneous fat model are finite element models and are composed of muscle, fat, and bone.
상기 제3연산처리부는 상용 소프트웨어 'MIMIC' 프로그램을 구비하여 이루어지며, 도전율(conductivities), 유전율(permittivity)과 같은 주파수 의존 특성은, S Gabriel에 의해 획득되어 되어진, 도전율, 유전율을 포함하는 주파수 의존 특성을 이용한다.The third calculation processing unit is provided with a commercial software 'MIMIC' program, and the frequency dependent characteristics such as conductivity and permittivity are obtained by S Gabriel, including frequency and dielectric constant. Use properties
상기 제4연산처리부는 시뮬레이션 수단을 구비하되 상기 시뮬레이션 수단은 'COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC/DC MODULE'이며, 상기 시뮬레이션 수단은 100 KHz, 400uA의 교류전류 주입하여, 각 다른 전극 배열 구성을 평가하도록 이루어진다.The fourth calculation processing unit includes a simulation means, but the simulation means is' COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC / DC MODULE ', and the simulation means is made to inject alternating current of 100 kHz, 400 uA, to evaluate the different electrode arrangement configurations.
본 발명에서, 복부에 장착된 2개의 전압전극과 2개의 전류전극을 구비하여 임피던스를 검출하는 임피던스 검출부, 상기 임피던스 검출부에서 검출된 임피던스 신호를 증폭하고 전원 노이즈 등의 잡음을 제거하는 신호전처리부, 상기 신호전처리부의 출력신호를 디지탈신호의 임피던스 신호로 변환하는 A/D 변환부, A/D 변환부의 출력신호를 수신하여 인체 부위별 지방량을 산출하는 연산처리부, 상기 연산처리부의 출력신호에 따라 인체 부위별 지방량을 출력하는 출력부를 구비한 생체 전기 임피던스 측정 시스템에 있어서,상기 임피던스 검출부는, 전류 전극들이 각 옆구리 측, 즉 배꼽으로부터 허리둘레/4 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전압전극들은 전류전극에서 허리둘레/16 만큼 정면 배꼽주위(umbilicus level)쪽으로 이격된 거리에 위치되는 허리 비율 방법(waist ratio method)에 의한 전극 배열 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the impedance detection unit for detecting the impedance having two voltage electrodes and two current electrodes mounted on the abdomen, a signal preprocessor for amplifying the impedance signal detected by the impedance detection unit and removes noise such as power supply noise, An A / D converter for converting the output signal of the signal preprocessing unit into an impedance signal of the digital signal, an arithmetic processor for receiving the output signal of the A / D converter, and calculating fat amount for each part of the human body, according to the output signal of the arithmetic processor In the bioelectrical impedance measuring system having an output unit for outputting the amount of fat for each part, The impedance detection unit, the current electrodes are located at a distance separated from each side, that is, the waist circumference / 4 from the navel, the voltage electrodes are current electrodes Of waists at distances away from the front umbilicus level by waist circumference / 16 in It is characterized by having an electrode array configuration by a method (waist ratio method).
본 발명에서, 복부에 장착된 2개의 전압전극과 2개의 전류전극을 구비하여 임피던스를 검출하는 임피던스 검출부, 상기 임피던스 검출부에서 검출된 임피던스 신호를 증폭하고 전원 노이즈 등의 잡음을 제거하는 신호전처리부, 상기 신호전처리부의 출력신호를 디지탈신호의 임피던스 신호로 변환하는 A/D 변환부, A/D 변환부의 출력신호를 수신하여 인체 부위별 지방량을 산출하는 연산처리부, 상기 연산처리부의 출력신호에 따라 인체 부위별 지방량을 출력하는 출력부를 구비한 생체 전기 임피던스 측정 시스템에 있어서, 상기 임피던스 검출부는, 전압전극이 배꼽을 중심으로 양측으로 5cm 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전류 전극은 전압전극으로부터 10cm 옆구쪽으로 이격되어 위치되는 고정 거리 방법(fixed distance method)에 의한 전극 배열 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the impedance detection unit for detecting the impedance having two voltage electrodes and two current electrodes mounted on the abdomen, a signal preprocessor for amplifying the impedance signal detected by the impedance detection unit and removes noise such as power supply noise, An A / D converter for converting the output signal of the signal preprocessing unit into an impedance signal of the digital signal, an arithmetic processor for receiving the output signal of the A / D converter, and calculating fat amount for each part of the human body, according to the output signal of the arithmetic processor In the bioelectrical impedance measuring system having an output unit for outputting the amount of fat for each part, the impedance detection unit, the voltage electrode is located at a distance of 5cm to both sides around the navel, the current electrode toward the 10cm side from the voltage electrode Electrode array configuration by fixed distance method And that is characterized.
상기 생체 전기 임피던스 측정 시스템은 피검자가 앙와위(supine position)인 상태에 적용되며, 전류전극에 주입되는 교류전류의 주파수는 50 kHz이다.The bioelectrical impedance measuring system is applied to a state in which the subject is supine position, and the frequency of the alternating current injected into the current electrode is 50 kHz.
본 발명의 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법에 있어서, 2개의 CT 스캔영상으로부터 메쉬의 수는 각기 39,601와 29,883 으로 하여 2개의 복부 모델을 생성하는 제1연산단계; 상기 제1연산단계의 2개의 복부 모델에서 복막 경계선을 조정하여 내장지방모델 및 피하지방 모델을 생성하는 제2연산단계; 상기 제2연산단계의 내장지방모델 및 피하지방 모델에서 구성 영역들을 하운스필드 단위(Houns- field Unit, HU)로 나누는 제3연산단계; 제3연산단계의 출력으로부터 내장 지방/피하지방 비율의 변화, 즉 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)을 검출하는 제4연산단계;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the bioelectrical impedance measurement method, which enables simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method of the present invention, the number of meshes from two CT scan images is 39,601 and 29,883, respectively. A first operation step of generating two abdominal models; A second operation step of generating a visceral fat model and a subcutaneous fat model by adjusting peritoneal boundary lines in the two abdominal models of the first operation step; A third operation step of dividing the constituent regions into Hounsfield Units (HU) in the visceral fat model and subcutaneous fat model of the second operation step; And a fourth calculation step of detecting a change in visceral fat / subcutaneous fat ratio, that is, modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS), from the output of the third calculation step.
본 발명의 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 장치 및 방법은 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하며, 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 가장 효과적인 전극 개수 및 배치, 그리고 인가 주파수 대역 선정에 있어서 최적의 조건을 찾는다.Simulation apparatus and method for visualizing the internal physical quantity of the abdomen of the present invention easily visualizes the distribution of the physical quantity in the three-dimensional human body calculated by the finite element method, and is most suitable for measuring the amount of fat in the human abdomen by the bioelectrical impedance analysis. Find the optimal conditions for effective number and placement of electrodes and selection of frequency bands.
또한 본 발명의 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 장치 및 방법은 복부 CT영상을 기초로 복부 모델을 만들고, 복부 내부의 물리량(근육량, 지방량, 골격량 등)들을 조절할 수 있는 복부 시뮬레이션 모델과 상기 복부 모델에 전극구성과 인가 주파수 대역을 변화 시켜감에 따라 복부 내장지방과 피하지방을 분리하여 측정할 수 있는 시뮬레이션 모델을 구비한다.In addition, the simulation apparatus and method for the visualization of the internal physical quantity of the human abdomen of the present invention is to create an abdominal model based on the abdominal CT image, the abdominal simulation model that can adjust the internal physical quantity (muscle amount, fat amount, skeletal amount, etc.) and the above The abdominal model is equipped with a simulation model that can measure the abdominal visceral fat and subcutaneous fat separately by changing the electrode configuration and the applied frequency band.
또한 본 발명의 인체 복부 내부 물리량의 가시화를 위한 시뮬레이션 장치 및 방법은 실험 프로토콜을 최적화 하기위한 인체 복부 모델을 개발하고, 인체의 복부 내부의 각 부분별(뼈, 근육 및 내장, 피하 및 내장지방) 물성치 값과 그 사이 경계값을 고려하여 실험 조건에 따른 전자기장 해석이 가능한 시뮬레이션 모델을 구비한다.In addition, the simulation apparatus and method for visualizing the internal volume of the human abdomen of the present invention develops a human abdominal model for optimizing the experimental protocol, and by each part (bone, muscle and internal organs, subcutaneous and visceral fat) of the human abdomen Considering the property values and the boundary values between them, a simulation model capable of electromagnetic analysis according to experimental conditions is provided.
또한 본 발명에 따르면, 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 전류 전극들이 각 옆구리 측, 즉 배꼽으로부터 허리둘레/4 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전압전극들은 전류전극에서 허리둘레/16 만큼 정면 배꼽주위(umbilicus level)쪽으로 이격된 거리에 위치되는 체임피던스의 전극배열방법에 의해 내장지방을 측정할 수 있다.In addition, according to the present invention, in the measurement of fat mass inside the abdomen by the bioelectrical impedance analysis, the current electrodes are located at a distance separated from each side, that is, the waist circumference / 4 of the navel, and the voltage electrodes are located at the waist circumference of the current electrode. Visceral fat can be measured by an electrode array method of chamber impedance located at a distance spaced toward the frontal umbilicus level by / 16.
또한 본 발명에 따르면, 생체전기 임피던스 분석법에 의한 인체 복부 내부의 지방량 측정에 있어서 전압전극이 배꼽을 중심으로 양측으로 5cm 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전류 전극은 전압전극으로부터 10cm 만큼 옆구리쪽으로 이격되어 위치되는 체임피던스의 전극배열방법에 의해 내장지방을 측정할 수 있다.
In addition, according to the present invention, in the measurement of fat mass inside the human abdomen by the bioelectrical impedance analysis, the voltage electrode is positioned at a distance of 5 cm from both sides of the navel, and the current electrode is spaced apart from the side of the voltage electrode by 10 cm. Visceral fat can be measured by the electrode array method of the placed body impedance.
도 1은 일반적인 4극 생체 전기 임피던스 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 4극 생체 전기 임피던스 측정 시스템에서 본 발명이 제안한 허리 비율 방법에 의한 전극배치방법의 예이다.
도 3은 4극 생체 전기 임피던스 측정 시스템에서 본 발명이 제안한 고정 거리 방법에 의한 전극배치방법의 예이다.
도 4는 본 발명에서 2개의 CT 스캔영상으로부터 만들어진 2개의 복부 모델의 예이다.
도 5는 본 발명의 허리 비율 방법에 대한 제1복부모델 및 제2 복부모델이다.
도 6은 도 5의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 피하지방 모델 및 제2 피하지방모델이다.
도 7은 도 5의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 내장지방 모델 및 제2 내장지방모델이다.
도 8는 본 발명의 고정거리 방법에 대한 제1복부모델 및 제2 복부모델이다.
도 9은 도 8의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 피하지방 모델 및 제2 피하지방모델이다.
도 10은 도 8의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 내장지방 모델 및 제2 내장지방모델이다.
도 11은 배꼽 부위에서 평가한 VFA와 각 전극 배열의 체 임피던스의 상관관계를 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram illustrating a general 4-pole bioelectrical impedance measuring system.
2 is an example of the electrode arrangement method according to the waist ratio method proposed by the present invention in a four-pole bioelectrical impedance measuring system.
3 is an example of an electrode arrangement method by a fixed distance method proposed by the present invention in a four-pole bioelectrical impedance measuring system.
4 is an example of two abdominal models made from two CT scan images in the present invention.
5 is a first abdominal model and a second abdominal model for the waist ratio method of the present invention.
FIG. 6 is a first subcutaneous fat model and a second subcutaneous fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 5.
FIG. 7 is a first visceral fat model and a second visceral fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 5.
8 is a first abdominal model and a second abdominal model for the fixed distance method of the present invention.
FIG. 9 is a first subcutaneous fat model and a second subcutaneous fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 8.
FIG. 10 is a first visceral fat model and a second visceral fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 8.
11 is a graph showing the correlation between the VFA evaluated at the navel region and the sieve impedance of each electrode array.
도 1은 일반적인 4극 생체 전기 임피던스 측정 시스템을 설명하기 위한 블럭도로, 임피던스 검출부(10), 신호전처리부(310), A/D 변환부(320), 연산처리부(330), 출력부(340)로 이루어진다FIG. 1 is a block diagram illustrating a general 4-pole bioelectrical impedance measuring system including an
임피던스 검출부(10)는 복부에 장착된 2개의 전압전극과 2개의 전류전극을 구비하여 임피던스를 검출하게 한다. 즉, 임피던스 검출부(10)는 2개의 전류전극으로 복부의 소정 위치에 미세한 전류를 흘리고, 2개의 전압전극으로 복부의 소정 위치의 전압을 검출하여, 흘려진 전류값과 검출된 전압값으로 임피던스를 검출하게 한다.The
2개의 전류전극은 제1전류전극(210)와 제2전류전극(240)으로, 제1전류전극(210)와 제2전류전극(240)을 복부의 소정 위치에 장착하고 미세한 전류를 흘린다.The two current electrodes are the first
2개의 전압전극은 제1전압전극(110)와 제2전압전극(140)으로, 복부의 소정 위치에 장착된 제1전압전극(110)와 제2전압전극(140)으로 부터 전압을 검출하며, 이 검출된 전압이 생체 전기 임피던스 신호(이하 '임피던스 신호'라 함)이다.The two voltage electrodes are the
신호전처리부(310)는 임피던스 검출부(10)에서 검출된 임피던스 신호를 증폭하고, 전원 노이즈 등의 잡음을 제거한다. The
A/D 변환부(320)는 신호전처리부(310)의 출력신호를 디지탈신호의 임피던스 신호로 변환한다.The A /
연산처리부(330)는 A/D 변환부(320)의 출력신호를 수신하여 인체 부위별 지방량을 산출한다.The
출력부(340)는 연산처리부(330)의 출력신호에 따라 인체 부위별 지방량을 출력한다.The
도 2는 4극 생체 전기 임피던스 측정 시스템에서 본 발명이 제안한 허리 비율 방법에 의한 전극배치방법의 예이다. 2 is an example of the electrode arrangement method according to the waist ratio method proposed by the present invention in a four-pole bioelectrical impedance measuring system.
본 발명이 제안한 전극배치방법으로서, 허리 비율 방법(waist ratio method)은 전류 전극들이 각 옆구리 측, 즉 배꼽으로부터 허리둘레/4 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전압전극들은 전류전극에서 허리둘레/16 만큼 정면 배꼽주위(umbilicus level)쪽으로 이격된 거리에 위치된다.In the electrode arrangement method proposed by the present invention, the waist ratio method is a method in which the current electrodes are positioned at a distance separated from each side of the flank, that is, the waist circumference / 4 from the navel, and the voltage electrodes are measured at the waist / 16 at the current electrode. As far away as the umbilicus level.
다시말해, 제1전류전극(210)와 제2전류전극(240)은 옆구리 측, 즉 배꼽으로부터 허리둘레/4 만큼 이격된 거리에 각각 위치되어, 미세한 전류를 흘린다,In other words, the first
제1전압전극(110)와 제2전압전극(140)은 제1전압전극(110)와 제2전압전극(140)의 각각에서 허리둘레/16 만큼 정면 배꼽주위(umbilicus level)쪽으로 이격된 거리에 위치되어, 전압을 검출하며, 이 검출된 전압이 임피던스 신호이다.The distance between the
도 3은 4극 생체 전기 임피던스 측정 시스템에서 본 발명이 제안한 고정 거리 방법에 의한 전극배치방법의 예이다. 3 is an example of an electrode arrangement method by a fixed distance method proposed by the present invention in a four-pole bioelectrical impedance measuring system.
본 발명이 제안한 전극배치방법으로서, 고정 거리 방법(fixed distance method)은 전압전극이 배꼽을 중심으로 양측으로 5cm 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전류 전극은 전압전극으로부터 10cm 옆구쪽으로 이격되어 위치된다.In the electrode arrangement method proposed by the present invention, the fixed distance method (fixed distance method) is a voltage electrode is located at a distance spaced by 5cm to both sides with respect to the navel, the current electrode is located 10cm away from the voltage electrode.
다시말해, 제1전압전극(110)과 제2전압전극(140)이 배꼽을 중심으로 양측으로 5cm 만큼 이격된 거리에 위치되어 전압, 즉 임피던스 신호를 검출한다.In other words, the
제1전류전극(210)와 제2전류전극(240)은 제1전압전극(110)과 제2전압전극(140) 각각으로부터 10cm 옆구리 쪽으로 이격되어 위치되어, 미세한 전류를 흘린다,
The first
4극 체임피던스 측정방법에서 고려되어야 할 측정조건으로, 신체자세, 전류의 주파수, 전극배열이며, 이들 측정조건들은 반복된 측정을 할때 특히 중요한 요인이다. The measurement conditions to be considered in the 4-pole body impedance measurement method are body posture, frequency of current, and electrode arrangement. These measurement conditions are particularly important when making repeated measurements.
본 발명에서는 내장지방의 측정을 위한 적정한 자세는 등을 바닥에 대고 누운자세, 즉, 바로 누운 자세인 앙와위(supine position)로 간주하며, 전류전극 들에 주입되는 교류전류의 주파수를 50 kHz로 선정했으며, 이때 2개의 전극 배열 구성, 즉 허리 비율 방법과 고정 거리 방법을 비교한다.
In the present invention, a proper posture for measuring visceral fat is regarded as a supine position, ie, a supine position, which is a lying posture with the back on the floor, and the frequency of the alternating current injected into the current electrodes is set to 50 kHz. In this case, the two electrode array configurations, that is, the waist ratio method and the fixed distance method are compared.
이하, 본 발명에서 생체 전기 임피던스로 내장지방 측정을 위한 최적조건을 구하기 위해 유한요소법(finite element method, FEM)에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a simulation method for easily visualizing the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method (FEM) in order to obtain an optimal condition for measuring visceral fat with bioelectrical impedance in the present invention. do.
제1연산단계로, 2개의 CT 스캔영상으로부터 2개의 복부 모델을 만들고 메쉬의 수는 각기 39,601와 29,883 으로 한다. 도 4는 본 발명에서 2개의 CT 스캔영상으로부터 만들어진 2개의 복부 모델의 예로, 도 4의 (a)는 2개의 CT 스캔영상이며, (b)는 도 4의 (a)의 CT 스캔영상으로부터 만들어진 복부 모델로, 제1복부모델과 제2복부모델이다.In the first operation, two abdominal models are created from two CT scan images, and the number of meshes is 39,601 and 29,883, respectively. 4 is an example of two abdominal models made from two CT scan images in the present invention, Figure 4 (a) is two CT scan image, (b) is made from the CT scan image of Figure 4 (a) Abdominal model, first abdominal model and second abdominal model.
제2연산단계로, 2개의 복부 모델에서 복막 경계선을 각기 조작하여 내장지방모델 및 피하지방 모델을 만든다. In the second operation step, peritoneal perimeters are manipulated in two abdominal models to produce visceral fat model and subcutaneous fat model.
내장지방모델로 만들기위해서는 2개의 복부 모델들이 내장지방을 5% 더 가지도록 조작하며, 피하지방 모델을 만들기위해서는 2개의 복부 모델들이 피하지방을 5% 더 가지도록 조작한다. 내장지방모델 및 피하지방 모델은 유한 요소 모델로서, 이들 유한 요소 모델은 근육, 지방(복막(peritoneum)에 의해 피하 지방과 내장 지방으로 나눔), 뼈로 단순히 구성되도록 만들어진다. To create a visceral fat model, two abdominal models manipulate 5% more visceral fat. To create a subcutaneous fat model, two abdominal models manipulate 5% more subcutaneous fat. The visceral fat model and subcutaneous fat model are finite element models, which are made to simply consist of muscle, fat (divided into subcutaneous fat and visceral fat by peritoneum) and bone.
제3연산단계로, 상용 소프트웨어의 'MIMIC' 프로그램에 의해 내장지방모델 및 피하지방 모델들의 구성 영역들은 하운스필드 유닛(Houns- field Unit, HU)으로 나뉘어진다. 도전율(conductivities), 유전율(permittivity)과 같은 주파수 의존 특성은, S Gabriel에 의해 획득되어 되어진, 도전율, 유전율을 포함하는 주파수 의존 특성을 사용한다.In the third operation step, the constituent areas of the visceral fat model and subcutaneous fat models are divided into Hounsfield Units (HU) by the 'MIMIC' program of commercial software. Frequency dependent properties, such as conductivity and permittivity, use frequency dependent properties, including conductivity and dielectric constant, obtained by S Gabriel.
제4연산단계로, 전기자기 자극을 시뮬레이션하는 'COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC/DC MODULE'를 사용하여, 신체에 전류를 흘리는 것에 대한 시뮬레이션을 한다.In the fourth operation step, 'COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 Use AC / DC MODULE 'to simulate the flow of current through the body.
신체에 전류를 흘리는 것에서 전기장을 고려해야한다. 그래서, 전기자기 자극의 광범위 범주를 채택한 응용모드의 세트를 포함하는 시뮬레이션을 위해 'COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC/DC MODULE' 을 선택하였다. 구성의 전기적 크기에 의해 준정적 상태(quasi-static state)를 선택한다.In applying current to the body, the electric field must be taken into account. Thus, for simulations involving a set of application modes employing a broader range of electromagnetic stimuli, COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC / DC MODULE 'is selected. The quasi-static state is selected by the electrical size of the configuration.
제5단계로, V/S비율(즉, 내장 지방/피하지방)의 변화를 이용하여 시뮬레이션 수행 평가를 한다. 다시말해, 이 비율은 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S) 이다. 이는 어느 전극 배열 구성이 피하지방의 더 작은 영향을 가지며 내장 지방을 잘 반영한 것인가를 나타낸다. 1개의 전극 배열구성의 비율 값이 다른 것보다 높다면, 이것은 다른 전극 배열 구성보다 내장 지방을 잘 반영하는 것으로 고려되질 수 있다 그러므로, 본 발명에서는 보다 내장 지방을 더 잘 측정하게 하는 것으로, 이 비율은 중요하다. In the fifth step, the simulation performance is evaluated using the change in the V / S ratio (ie visceral fat / subcutaneous fat). In other words, this ratio is modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS). This indicates which electrode arrangement has a smaller effect of subcutaneous fat and reflects visceral fat well. If the ratio value of one electrode array is higher than the other, it can be considered to reflect visceral fat better than the other electrode arrays. Therefore, in the present invention, it is better to measure visceral fat more. Is important.
즉,본 발명에서는, 100 KHz 400uA의 교류전류 주입을 세트하고, 각 다른 전극 배열 구성을 평가한다.
That is, in the present invention, alternating current injection of 100 KHz 400 uA is set, and different electrode array configurations are evaluated.
본 발명의 일실시예에서 각 복부모델과 각 복부모델의 조작모델인 내장지방 모델, 피하지방 모델의 특성을 표 1 및 표 2에서 나타냈다. 표 1은 제1복부모델(Nor), 제1 내장지방 모델(Vis-Fat), 제1 피하지방 모델(Sub-Fat)을 나타내며, 표 2는 제2복부모델(Nor), 제2 내장지방 모델(Vis-Fat), 제2 피하지방 모델(Sub-Fat)을 나타낸다. 또한, 표 1 및 표2는 2개의 복부모델의 내장지방 모델(Vis-Fat) 피하지방 모델(Sub-Fat)에서 근육, 지방, 뼈의 퍼센티지를 나타낸다. In an embodiment of the present invention, the characteristics of each abdominal model, the visceral fat model and the subcutaneous fat model, which are operating models of each abdominal model, are shown in Tables 1 and 2. Table 1 shows the first abdominal model (Nor), the first visceral fat model (Vis-Fat), the first subcutaneous fat model (Sub-Fat), Table 2 shows the second abdominal model (Nor), the second visceral fat A model Vis-Fat and a second subcutaneous fat model Sub-Fat are shown. Tables 1 and 2 also show percentages of muscle, fat, and bone in the visceral fat model (Vis-Fat) and subcutaneous fat model (Sub-Fat) of the two abdominal models.
이들 모델들을 이용하여, 100 KHz 400uA의 교류전류 주입을 세트하고, 각각이 다른 전극 배열 구성을 평가하여, 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)의 결과는 표 3과 있갔다.Using these models, an alternating current injection of 100 KHz 400 uA was set and each different electrode array configuration was evaluated, and the results of modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS) were shown in Table 3.
다음은 본 발명의 시뮬레이션 방법의 검증(평가)에 대해 설명한다.The following describes the verification (evaluation) of the simulation method of the present invention.
본 발명의 시뮬레이션 방법의 검증을 위해서, 8명(4명의 남성과 4명의 여성)의 건강한 피검자로 실험하였으며, 피검자들의 평균 연령, 평균 키, 평균 무게는 37.6세, 165.8㎝, 69.8㎏ 이었으며, 모든 피검자는 실험 순서를 완전하게 숙지하고 실험에 임하였으며, 피검자들은 CT를 촬영하였으며, 생체 임피던스가 2개의 서로다른 전극 배열 방법으로 측정되었다. 표 4는 피검자들의 스펙이다.In order to verify the simulation method of the present invention, the experiment was conducted with 8 healthy subjects (4 males and 4 females), and the average age, average height, and average weight of the subjects were 37.6 years old, 165.8 cm, and 69.8 kg. The subjects were thoroughly familiar with the experimental sequence, and the experiments were performed. The subjects were photographed with CT, and the bioimpedance was measured by two different electrode arrangement methods. Table 4 shows the specifications of the subjects.
모든 피검자는 실험전 24시간 이전부터 물, 알코올을 마시는 것을 금지하였고, 어떤 음식 섭취와 과도한 운동도 금지하였다. 인체 계측 데이터는, 모든 피검자들로부터 예를 들면, 키, 몸무게, 허리둘레, 어덩이 둘레(HIP), 복부 전후 직경(복부 시상 직경, sagittal abdominal diameter), 정면 복부 직경(복부 관상 직경, frontal abdominal diameter)들의 데이터를 모은 것이다. 체질량 지수(Body mass index, BMI), 허리 대 어덩이 비율(Waist-hip ratio, WHR), 허리 대 키 비율(Waist-height ratio, WHtR) 을 계산했다. 체질량 지수(BMI)는 체중을 m(미터)로 환산한 키의 제곱으로 나눔에 의해 계산되었다. 허리 대 어덩이 비율(WHR)은 cm로 나타낸 허리둘레를 cm로 나타낸 어덩이 둘레로 나눔에 의해 계산되어지며, 허리 대 키 비율( WHtR)은 cm로 나타낸 허리둘레를 cm로 나타낸 키로 나눔에 의해 계산되어진다. All subjects were banned from drinking water and alcohol 24 hours prior to the experiment and no food intake and excessive exercise. Anthropometric data is obtained from all subjects, for example, height, weight, waist circumference, hip circumference (HIP), pre-abdominal diameter (sagittal abdominal diameter), frontal abdominal diameter (abdominal coronary diameter, frontal abdominal) data of diameters are collected. Body mass index (BMI), waist-hip ratio (WHR) and waist-height ratio (WHtR) were calculated. Body mass index (BMI) was calculated by dividing body weight by the square of height in meters (meters). The waist-to-ball ratio (WHR) is calculated by dividing the waist circumference in cm by the circumference of the pit in cm, and the waist-to-height ratio (WHtR) is calculated by dividing the waist circumference in cm by the height in cm. Is calculated.
생체 전기 임피던스는 2개의 전극 배열 구성을 가지고 4극 임피던스 측정 방법(tetra-polar impedance)으로 측정되었다. 생체 전기 임피던스 측정을 위해서 EBI 100C (BIOPAC, USA)를 사용하였다. CT스캔 영상은 (GE, USA)을 사용하여 요추 4-5 사이 배꼽주위에서 획득되어졌다.The bioelectrical impedance was measured by a tetra-polar impedance method with a two electrode array configuration. EBI 100C (BIOPAC, USA) was used for bioelectrical impedance measurements. CT scan images were obtained around the navel between the lumbar spine 4-5 using (GE, USA).
본 발명의 시뮬레이션 방법의 검증을 위해, 생체 임피던스와 내장 지방면적(Visceral fat area, VFA)에 대한 상관관계가 단계선택법(stepwise) 다중회귀 분석에 의해서 조사했다. 브랜드 알트만 방법(Bland Altman method)을 이용하여, 생체 임피던스에 의해 추정된 VFA와, CT에 의해 획득한 VFA를 비교하였다. For the verification of the simulation method of the present invention, the correlation between bioimpedance and visceral fat area (VFA) was investigated by stepwise multiple regression analysis. Using the Brand Altman method, the VFA estimated by bioimpedance and the VFA obtained by CT were compared.
방법들 사이의 차이의 95% 이내를 규정하는 일치(agreement)의 상한 및 하안의 범위는 '바이어스(bias)±1.96 표준 편차(S.D.)' 로서 계산되었다. 바이어스(bias)와 일치(agreement)의 상한 및 하한은 95%의 신뢰 구간으로서 보고된다. 0.05 미만의 p 값( value)은 통계학적으로 유의가 있다라고 간주되었다.The upper and lower ranges of agreement, which define within 95% of the differences between the methods, were calculated as 'bias ± 1.96 standard deviation (S.D.)'. The upper and lower limits of bias and agreement are reported as 95% confidence intervals. P values less than 0.05 were considered statistically significant.
정리하면, 본 발명에서는, 2개의 CT스캔으로부터 2개의 복부모델(도 5 내지 도 7 등에서 Normal로 표기)을 만들었으며, 내장 지방 및 피하 지방의 모델을 만들기 위해서, 그 복막 경계선을 조작하였으며, 5%의 각 지방을 더하여, 각각의 지방모델을 생성했다. 본 발명에서 이러한 모델을 만듬에 의해서 각각의 지방 상태를 비교할 수 있으며, 2개의 복부모델의 내장지방 모델(Vis-Fat), 피하지방 모델(Sub-Fat)에서 근육, 지방, 뼈의 퍼센티지를 나타낼 수 있다. 그리고 소정 시뮬레이터에 100 KHz 400uA의 교류전류 주입을 세트하고, 각기 다른 전극 배열 구성을 평가하는데, 2개의 다른 전극 배열구성을 비교하기위해, V/S비율의 변화, 즉 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)을 이용하여 평가를 한다. 이로부터, 어느 전극 배열구성이 피하지방의 더 작은 영향을 가지며 내장 지방을 잘 반영한 것인가를 평가할 수 있다. In summary, in the present invention, two abdominal models (denoted as Normal in FIGS. 5 to 7, etc.) were made from two CT scans, and the peritoneal boundary line was manipulated to create models of visceral fat and subcutaneous fat. Each fat percentage was added to create a separate fat model. In the present invention, each fat state can be compared by making such a model, and the percentages of muscle, fat, and bone in the visceral fat model (Vis-Fat) and subcutaneous fat model (Sub-Fat) of two abdominal models are shown. Can be. In addition, a 100 KHz 400uA AC current injection is set in a given simulator, and different electrode array configurations are evaluated. In order to compare two different electrode array configurations, a change in V / S ratio, that is, a modified visceral fat / strain subcutaneous fat Evaluation is carried out using (ΔV / ΔS). From this, it can be evaluated which electrode arrangement has a smaller effect of subcutaneous fat and reflects visceral fat well.
도 5는 본 발명의 허리 비율 방법에 대한 제1복부모델 및 제2 복부모델이며, 도 6은 도 5의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 피하지방 모델 및 제2 피하지방모델이며, 도 7은 도 5의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 내장지방 모델 및 제2 내장지방모델이다.FIG. 5 is a first abdominal model and a second abdominal model for the waist ratio method of the present invention, and FIG. 6 is a first subcutaneous fat model and a second subcutaneous fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 5. 7 is a first visceral fat model and a second visceral fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 5.
도 8은 본 발명의 고정거리 방법에 대한 제1복부모델 및 제2 복부모델이며, 도 9는 도 8의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 피하지방 모델 및 제2 피하지방모델이며, 도 10은 도 8의 제1복부모델 및 제2 복부모델을 이용한 제1 내장지방 모델 및 제2 내장지방모델이다.FIG. 8 is a first abdominal model and a second abdominal model for the fixed distance method of the present invention, and FIG. 9 is a first subcutaneous fat model and a second subcutaneous fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 8. 10 is a first visceral fat model and a second visceral fat model using the first abdominal model and the second abdominal model of FIG. 8.
표 5에 본 발명의 시뮬레이션 방법의 검증에서 8명의 피검자의 결과가 나타냈다. 표 5는 고정 거리 전극 배열 방법과 허리 비율 전극 배열 방법을 비교한 것이다. Table 5 shows the results of eight subjects in the verification of the simulation method of the present invention. Table 5 compares the fixed distance electrode array method and the waist ratio electrode array method.
도 11은 배꼽 부위에서 평가한 VFA와 각 전극 배열의 체 임피던스의 상관관계를 나타내는 그래프로, 도 11의 a)는 배꼽 부위에서 평가한 VFA와 웨이스트 전극 배열 체 임피던스의 상관관계를 나타낸다. 이 방법은 VFA와 76.3 % 의 상관도를 나타낸다. 여기서의 p값은 0.005이다. 도 11의 b)는 배꼽 부위에서 평가한 VFA와 고정 거리 전극 배열 방법 간의 상관관계를 나타낸다. 이 방법은 VFA와 53.8 % 의 상관도를 나타낸다. 여기서의 p값은 0.038이다.11 is a graph showing the correlation between the VFA evaluated at the navel region and the sieve impedance of each electrode array, and FIG. 11 a) shows the correlation between the VFA and the waste electrode array impedance evaluated at the navel region. This method shows a correlation of 76.3% with VFA. The p value here is 0.005. FIG. 11B shows a correlation between the VFA evaluated at the navel region and the fixed distance electrode array method. This method shows a correlation of 53.8% with VFA. The p value here is 0.038.
본 발명의 측정환경에 있어서, 반듯이 누운 자세에서 전류전극에 주입되는 전류 주파수는 50-100 KHz를 적당한 조건으로 간주한다. 그러나 전극 배열 형태를 임피던스 측정에 있어서 매우 종속된 요소로 중요하다. 본 발명에서는 전극 배열의 서로 다른 두가지 형태를 포함하였다. 검증을 위한 모의 시험에서 웨이스트 비율의 전극 형태가 고정된 거리의 형태에 비해 V/S (V/S 비율의 변화율) 인덱스 만큼 더 나은 동작을 보인다. In the measurement environment of the present invention, the current frequency injected into the current electrode in the lying down position is regarded as a suitable condition of 50-100 KHz. However, the shape of the electrode array is important as a very dependent factor in impedance measurement. In the present invention, two different types of electrode arrays are included. In the simulation for verification, the electrode shape of the waste ratio shows better behavior by the V / S index than the fixed distance type.
본 발명에서는 VFA 측정에 있어서 최적의 환경을 알아내기 위해 FEM(Finite Element Method)을 제시하고, 내장지방의 측정 시스템을 위한 장치를 제안한다. 본 발명에 따라 임피던스 측정 장치의 동작은 유효한 효과가 있고, FEM(Finite Element Method)을 위한 모델을 제안하였다. 이는 두가지의 모델에만 국한되지만, 본 방법은 여러 환경에 따른 시뮬레이션, 모델 환경의 변경, 비용 절감 등과 같은 다양한 이점이 있다. 위 결과들로부터 전극의 배열이 VFA 측정에 있어서 중요한 요소이고, 특히 허리 비율에 따른 전극 배열 형태는 다른 형태들 보다 더 나은 내장 지방 반사를 나타냄을 알 수 있다. 이러한 방법에 의하여 BIA 방법에 의한 내장 비만의 측정에 있어서 최적의 조건을 설정할 수 있다.The present invention proposes a finite element method (FEM) to find out the best environment for VFA measurement, and proposes an apparatus for measuring visceral fat. According to the present invention, the operation of the impedance measuring apparatus has an effective effect, and proposed a model for the finite element method (FEM). This is limited to two models, but the method has various advantages such as simulation according to various environments, change of model environment, and cost reduction. From the above results, it can be seen that the arrangement of electrodes is an important factor in VFA measurement, and in particular, the arrangement of electrodes according to the waist ratio shows better visceral fat reflex than other forms. By this method, optimal conditions can be set in the measurement of visceral obesity by the BIA method.
10: 임피던스 검출부
110: 제1전압전극 140:제2전압전극
210: 제1전류전극 240:제2전류전극
310: 신호전처리부 320: A/D 변환부
330: 연산처리부 340: 출력부10: impedance detection unit
110: first voltage electrode 140: second voltage electrode
210: first current electrode 240: second current electrode
310: signal preprocessor 320: A / D converter
330: arithmetic processing unit 340: output unit
Claims (20)
상기 연산처리부는,
2개의 복부 CT 스캔영상으로부터 2개의 복부 모델을 만드는 제1연산처리부;
상기 제1연산처리부에 의한 2개의 복부 모델에서 복막 경계선을 각기 조작하여 내장지방모델 및 피하지방 모델을 만드는 제2연산처리부;
상기 제2연산처리부에 의한 내장지방모델 및 피하지방 모델들의 구성 영역들이 하운스필드 유닛(Houns- field Unit, HU)으로 나뉘어지게 하는 제3연산처리부;
제3연산처리부의 출력으로부터 내장 지방/피하지방 비율의 변화, 즉 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)을 검출하는 제4연산처리부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.An impedance detection unit for detecting impedance by having two voltage electrodes and two current electrodes mounted on the abdomen; a signal preprocessor for amplifying the impedance signal detected by the impedance detection unit and removing noise such as power supply noise; and the signal preprocessor An A / D converter for converting an output signal into an impedance signal of a digital signal, an arithmetic processing unit for receiving an output signal of the A / D converter, and calculating a fat amount for each human body part; In the bioelectrical impedance measuring system having an output unit for outputting,
Wherein the arithmetic processing unit comprises:
A first operation processor which generates two abdominal models from two abdominal CT scan images;
A second arithmetic processor for manipulating peritoneal perimeters in the two abdominal models by the first arithmetic processing unit to produce a visceral fat model and a subcutaneous fat model;
A third operation processor configured to divide the constituent regions of the visceral fat model and the subcutaneous fat model by the second operation processor into a hounsfield unit (HU);
A fourth operation processor for detecting a change in visceral fat / subcutaneous fat ratio, that is, modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS), from the output of the third operation processor;
A bioelectrical impedance measurement system, comprising: a simulation for easily visualizing a distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by the finite element method.
상기 제2연산처리부에서, 내장지방모델은 2개의 복부 모델들에서 내장지방을 5% 더 가지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
In the second calculation processing unit, the visceral fat model is configured to have 5% more visceral fat in the two abdominal models, to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method Bioelectrical impedance measurement system made possible by simulation.
상기 제2연산처리부에서, 피하지방 모델은 2개의 복부 모델들이 피하지방을 5% 더 가지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
In the second calculation processing unit, the subcutaneous fat model is a simulation for easily visualizing the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method, characterized in that the two abdominal models have 5% more subcutaneous fat. The bioelectrical impedance measuring system is made possible.
상기 내장지방모델 및 상기 피하지방 모델은 유한 요소 모델로서,근육, 지방, 뼈로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
The visceral fat model and the subcutaneous fat model are finite element models, characterized in that composed of muscle, fat, and bone, so that simulation for easily visualizing the distribution of physical quantities calculated in the 3D human body by the finite element method is possible. Bioelectrical impedance measurement system.
상기 제3연산처리부는 상용 소프트웨어 'MIMIC' 프로그램을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
The third computational processor is equipped with a commercial software 'MIMIC' program, characterized in that the bioelectrical impedance measurement system made to enable the simulation to easily visualize the distribution of the physical quantity in the three-dimensional human body calculated by the finite element method .
도전율(conductivities) 및 유전율(permittivity)은 S Gabriel에 의해 획득되어진 도전율 및 유전율을 이용하는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 5,
Conductivities and permittivity are made to enable the simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional body calculated by the finite element method, characterized by using the conductivity and permittivity obtained by S Gabriel. Bioelectrical impedance measurement system.
상기 제4연산처리부는 시뮬레이션 수단을 구비하되 상기 시뮬레이션 수단은 'COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC/DC MODULE'인 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
The fourth calculation processing unit includes a simulation means, but the simulation means is' COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC / DC MODULE ', a bioelectrical impedance measuring system configured to enable a simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by the finite element method.
상기 시뮬레이션 수단은 100 KHz, 400uA의 교류전류 주입하여, 각 다른 전극 배열 구성을 평가하도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 7, wherein
The simulation means can be simulated to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method, characterized in that the injection of 100 kHz, 400uA alternating current to evaluate the different electrode arrangement configuration. And a bioelectrical impedance measurement system.
상기 임피던스 검출부는,
전류 전극들이 각 옆구리 측, 즉 배꼽으로부터 허리둘레/4 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전압전극들은 전류전극에서 허리둘레/16 만큼 정면 배꼽주위(umbilicus level)쪽으로 이격된 거리에 위치되는 허리 비율 방법(waist ratio method)에 의한 전극 배열 구성을 가지는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
The impedance detector,
The method of waist ratio in which the current electrodes are located at the distance from each side, i.e. the waist circumference / 4 away from the navel, and the voltage electrodes are located at the distance from the current electrode toward the front umbilicus level by waist circumference / 16 A bioelectrical impedance measuring system configured to enable a simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by the finite element method, characterized by having an electrode array configuration by a waist ratio method.
상기 임피던스 검출부는,
전압전극이 배꼽을 중심으로 양측으로 5cm 만큼 이격된 거리에 위치되며, 전류 전극은 전압전극으로부터 10cm 옆구쪽으로 이격되어 위치되는 고정 거리 방법(fixed distance method)에 의한 전극 배열 구성을 가지는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method of claim 1,
The impedance detector,
The voltage electrode is located at a distance spaced by 5cm from both sides about the navel, the current electrode has an electrode arrangement configuration by a fixed distance method (fixed distance method) is spaced apart from the voltage electrode toward the 10cm side And a bioelectrical impedance measuring system configured to enable a simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by a finite element method.
상기 생체 전기 임피던스 측정 시스템은 피검자가 앙와위(supine position)인 상태에 적용되는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method according to any one of claims 9 and 10,
The bioelectrical impedance measuring system is applied to a state in which a subject is supine position, wherein the bioelectrical electrical power is configured to enable a simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method. Impedance Measurement System.
전류전극에 주입되는 교류전류의 주파수는 50 kHz인 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 시스템.The method according to any one of claims 9 and 10,
The frequency of the alternating current injected into the current electrode is 50 kHz, the bioelectrical impedance measuring system configured to enable the simulation to easily visualize the distribution of the physical quantity in the three-dimensional human body calculated by the finite element method.
상기 연산처리단계는,
2개의 복부 CT 스캔영상으로부터 메쉬의 수는 각기 39,601와 29,883 으로 하여 2개의 복부 모델을 생성하는 제1연산단계;
상기 제1연산단계의 2개의 복부 모델에서 복막 경계선을 조정하여 내장지방모델 및 피하지방 모델을 생성하는 제2연산단계;
상기 제2연산단계의 내장지방모델 및 피하지방 모델에서 구성 영역들을 하운스필드 단위(Houns- field Unit, HU)로 나누는 제3연산단계;
제3연산단계의 출력으로부터 내장 지방/피하지방 비율의 변화, 즉 변형 내장 지방/변형 피하지방(△V/△S)을 검출하는 제4연산단계;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.An impedance detection step of detecting impedance by having two voltage electrodes and two current electrodes mounted on the abdomen; a signal preprocessing step of amplifying the impedance signal detected in the impedance detection step and removing noise such as power supply noise; A / D conversion step for converting the output signal of the pre-processing step into an impedance signal of the digital signal, an arithmetic processing step of receiving the output signal of the A / D conversion step to calculate the amount of fat per body part, to the output signal of the calculation processing step In the bioelectrical impedance measuring method having an output step of outputting the amount of fat for each body part according to,
The operation processing step,
A first calculation step of generating two abdominal models with the number of meshes from two abdominal CT scan images being 39,601 and 29,883, respectively;
A second operation step of generating a visceral fat model and a subcutaneous fat model by adjusting peritoneal boundary lines in the two abdominal models of the first operation step;
A third operation step of dividing the constituent regions into Hounsfield Units (HU) in the visceral fat model and subcutaneous fat model of the second operation step;
A fourth operation step of detecting a change in visceral fat / subcutaneous fat ratio, that is, modified visceral fat / modified subcutaneous fat (ΔV / ΔS), from the output of the third operation step;
A bioelectrical impedance measurement method, comprising: a simulation for easily visualizing a distribution of physical quantities in a three-dimensional human body calculated by the finite element method.
상기 제2연산단계에서, 내장지방모델은 2개의 복부 모델들에서 내장지방을 5% 더 가지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.The method of claim 13,
In the second operation step, the visceral fat model is configured to have 5% more visceral fat in the two abdominal models, to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method A method for measuring bioelectrical impedances made to be simulated.
상기 제2연산단계에서, 피하지방 모델은 2개의 복부 모델들이 피하지방을 5% 더 가지도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.The method of claim 13,
In the second operation step, the subcutaneous fat model is a simulation for easily visualizing the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method, characterized in that the two abdominal models have 5% more subcutaneous fat The bioelectrical impedance measuring method made possible.
상기 내장지방모델 및 상기 피하지방 모델은 유한 요소 모델로서,근육, 지방, 뼈로 구성되는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.The method of claim 13,
The visceral fat model and the subcutaneous fat model are finite element models, characterized in that composed of muscle, fat, and bone, so that simulation for easily visualizing the distribution of physical quantities calculated in the 3D human body by the finite element method is possible. A method for measuring bioelectrical impedance.
상기 제3연산단계는 상용 소프트웨어 'MIMIC' 프로그램을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.The method of claim 13,
The third operation step comprises a commercial software 'MIMIC' program, characterized in that the bioelectrical impedance measurement method made to enable the simulation to easily visualize the distribution of the physical quantity in the three-dimensional human body calculated by the finite element method .
도전율(conductivities) 및 유전율(permittivity)은 S Gabriel에 의해 획득되어진 도전율 및 유전율을 이용하는 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.18. The method of claim 17,
Conductivities and permittivity are made to enable the simulation to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional body calculated by the finite element method, characterized by using the conductivity and permittivity obtained by S Gabriel. Method for measuring bioelectrical impedance.
상기 제4연산단계는 시뮬레이션 수단을 구비하여 이루어지되 상기 시뮬레이션 수단은 'COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC/DC MODULE'인 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.The method of claim 13,
The fourth operation step is performed with a simulation means, the simulation means is' COMSOL Multi-physics Ver. 3.4 AC / DC MODULE ', bioelectrical impedance measurement method, characterized in that it is possible to simulate to easily visualize the distribution of the physical quantity in the three-dimensional human body calculated by the finite element method.
상기 시뮬레이션 수단은 100 KHz, 400uA의 교류전류 주입하여, 각 다른 전극 배열 구성을 평가하도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 유한요소법에 의해 계산된 3차원 인체 내부의 물리량의 분포를 쉽게 가시화하기 위한 시뮬레이션이 가능하도록 이루어진 생체 전기 임피던스 측정 방법.The method of claim 19, wherein
The simulation means can be simulated to easily visualize the distribution of physical quantities in the three-dimensional human body calculated by the finite element method, characterized in that the injection of 100 kHz, 400uA alternating current to evaluate the different electrode arrangement configuration. A bioelectrical impedance measurement method.
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