KR101870612B1 - 생체 임피던스 측정 장치 및 그 전극 측 보드 - Google Patents

생체 임피던스 측정 장치 및 그 전극 측 보드 Download PDF

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Abstract

신체에 접촉하는 전류 전극이 접속되도록 구성되는 전극 측 보드를 포함하는 생체 임피던스 측정 장치에 있어서, 전류 전극에 전류를 인가하도록 구성되는 전류원이 전극 측 보드에 포함되고, 전극 측 보드가, 케이블을 통해, 전극 측 보드를 통해 획득된 신호를 처리하는 처리 회로부 및/또는 전극 측 보드로 소정의 주파수 신호를 제공하는 주파수 신호 발생부가 배치된 타측 보드에 접속되는, 생체 임피던스 측정 장치가 제공된다.

Description

생체 임피던스 측정 장치 및 그 전극 측 보드{APPARATUS FOR MEASURING BIOIMPEDANCE AND ELECTRODE-SIDE BOARD THEREOF}
실시예들은 생체 임피던스 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 생체 임피던스를 구성하는 전극이 접속되는 전극 측 보드의 구성에 관한 것이다.
최근 체지방 등을 비롯한 신체의 상태나 특징을 분석하기 위해, 생체 임피던스를 측정하기 위한 생체 임피던스 측정 장치가 널리 사용되고 있다. 예컨대, 신체의 근육 및 지방에는 수분 분포의 차이가 존재하므로, 신체의 생체 임피던스를 측정함으로써, 피험자의 체수분량, 근육량, 지방량을 간편하고 신뢰성 있는 방식으로 분석할 수 있게 된다.
생체 임피던스 측정 장치는 피험자의 신체에 전극을 접촉시켜, 전극을 통해 소정의 전류를 인가하고, 인가된 전류 및 해당 전류가 흐르는 경로의 전위차를 측정함으로써 생체 임피던스를 측정한다.
생체 임피던스의 측정을 위해 피험자의 신체에 인가되는 전류는, 다주파수 신호에 응답하여 전류원을 통해 생성되는 것으로서, 케이블을 통해 전극에 인가되어 피험자에게 흐르게 된다. 전류원에 의해 생성된 전류의 고주파 성분은 케이블을 통과할 때 방사될 수 있고, 또한, 실제로 전류 전극으로 인가되는 전류의 크기는 케이블을 통한 전류의 방사 및 손실에 의해 감소될 수 있다.
즉, 실제로 피험자에게 전달되는 전류와 전류원에 의해 생성된 전류가 상이하게 되므로, 전류원에 의해 생성된 전류를 측정하여 피험자의 생체 임피던스를 측정할 경우, 측정된 피험자의 생체 임피던스는 손실 및 방사된 전류에서 기인하는 오차를 포함하게 된다.
따라서, 전류원에 의해 생성된 전류의 케이블에 의한 방사 및 손실을 고려할 필요 없이, 정확하게 피험자의 생체 임피던스를 측정할 수 있도록 하는 생체 임피던스 측정 장치의 개발이 요구된다.
상기에서 설명된 정보는 단지 이해를 돕기 위한 것이며, 종래 기술의 일부를 형성하지 않는 내용을 포함할 수 있으며, 종래 기술이 통상의 기술자에게 제시할 수 있는 것을 포함하지 않을 수 있다.
KR 2003-0066709 A
신체에 접촉하는 전류 전극에 전류를 인가하도록 구성되는 전류원을 전극 측 보드에 배치함으로써, 전류 전극에 인가되는 전류의 외부로의 방사 및 손실을 최소화할 수 있는 생체 임피던스 측정 장치를 제공한다.
전류 전극에 전류를 인가하는 전류원이 포함된 전극 측 보드와, 전극 측 보드를 통해 획득된 신호를 처리하는 처리 회로부 및 전극 측 보드로 다주파수 신호를 제공하는 주파수 신호 발생부가 포함된 타측 보드(아날로그 보드)가 쉴드 케이블을 통해 서로 접속됨으로써, 전극 측 보드와 타측 보드 간의 신호 전달에 있어서 신호의 방사 및 손실이 최소화될 수 있는 생체 임피던스 측정 장치를 제공한다.
전류 전극에 전류를 인가하도록 구성되는 전류원과 전류원에 생성된 전류를 검출하기 위한 전류 검출 회로부가 전극 측 보드에 배치됨으로써, 전류 전극에 인가되는 전류의 외부로의 방사 및 손실을 고려할 필요 없이 피험자의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 생체 임피던스 측정 장치를 제공한다.
일 측면에 있어서, 생체 임피던스 측정 장치에 있어서, 신체에 접촉하는 적어도 하나의 전극이 접속되도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 전극 중 전류 전극에 전류를 인가하도록 구성되는 전류원을 포함하는 전극 측 보드를 포함하는, 생체 임피던스 측정 장치가 제공된다.
상기 생체 임피던스 측정 장치는 상기 전류원에 의해 생성된 전류를 검출하도록 구성되는 전류 검출 회로부를 더 포함할 수 있다.
상기 전류 검출 회로부는 상기 전극 측 보드에 배치될 수 있다.
상기 전류원은 전류 인가용 드라이버 IC를 포함할 수 있다.
상기 전류원은 수신된 주파수 신호에 응답하여 상기 전류 전극에 인가되는 전류를 생성할 수 있다.
상기 생체 임피던스 측정 장치는 상기 전류 전극과 상기 전류원 사이에 접속되는 릴레이를 더 포함할 수 있다.
상기 릴레이는 상기 전류 전극으로 상기 전류원에 의해 전류가 인가되지 않을 때 오픈되도록 구성될 수 있다.
상기 전극 측 보드는, 상기 전극 측 보드를 통해 획득된 신호를 처리하는 처리 회로부 및 상기 전극 측 보드로 소정의 주파수 신호를 제공하는 주파수 신호 발생부 중 적어도 하나가 배치된 타측 보드에 접속될 수 있다.
상기 생체 임피던스 측정 장치는 상기 전극 측 보드와 상기 타측 보드 간을 전기적으로 접속하는 송수신 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 처리 회로부와 상기 전극 측 보드 간의 접속 및 상기 주파수 신호 발생부와 상기 전극 측 보드 간의 접속 중 적어도 하나의 접속은 상기 송수신 장치를 통해 이루어질 수 있다.
상기 생체 임피던스 측정 장치는 상기 신체에 접촉하고 상기 신체의 전압을 측정하기 위한 전압 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 전압 전극을 통해 획득된 신호는 상기 타측 보드로 전달되어 처리될 수 있다.
상기 송수신 장치에 의한 접속 및 상기 전압 전극과 상기 타측 보드 간의 접속 중 적어도 하나의 접속은 쉴드 케이블을 통해 이루어질 수 있다.
상기 생체 임피던스 측정 장치는 상기 쉴드 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부를 더 포함할 수 있다.
상기 임피던스 매칭 회로부는 능동 소자, 저항 및 캐패시터를 포함할 수 있다.
상기 임피던스 매칭 회로부는 상기 쉴드 케이블의 양단에 배치될 수 있다.
전류 전극에 전류를 인가하도록 구성되는 전류원이 아날로그 보드 측이 아닌 전극 측 보드에 배치됨으로써, 전류원에 의해 생성된 전류가 손실 없이 전류 전극으로 인가될 수 있고, 전류 측정을 통한 생체 임피던스 결정의 정확도를 높일 수 있는 생체 임피던스 측정 장치가 제공될 수 있다.
전극 측 보드와 아날로그 보드 간의 접속에 있어서, 다주파수(다중 주파수) 신호 인가용 케이블, 전류 센싱 신호용 케이블 및 전압 센싱 신호용 케이블로서 쉴드 케이블이 사용됨으로써, 전극 측 보드와 타측 보드 간의 신호 전달에 있어서 신호의 방사 및 손실이 최소화될 수 있고, 따라서, 생체 임피던스 결정의 정확도를 높일 수 있는 생체 임피던스 측정 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 생체 임피던스를 측정하기 위해 전극 측 보드에 접속된 전류 전극을 통해 피험자에게 전류를 인가함에 있어서, 일 실시예에 따른 생체 임피던스 측정 장치 및 전류원이 아날로그 보드 상에 존재하는 생체 임피던스 측정 장치 간의 전류 인가 방법을 비교한 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 임피던스 측정 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 일 예에 따른 생체 임피던스 측정 장치에 포함된 임피던스 매칭 회로부를 나타낸다.
도 4는 일 예에 따른 생체 임피던스 측정 장치에 사용되는 쉴드 케이블을 포함하는 케이블 구조를 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 생체 임피던스를 측정하기 위해 전극 측 보드에 접속된 전류 전극을 통해 피험자에게 전류를 인가함에 있어서, 일 실시예에 따른 생체 임피던스 측정 장치 및 전류원이 아날로그 보드 상에 존재하는 생체 임피던스 측정 장치 간의 전류 인가 방법을 비교한 것이다.
도 1에서는 생체 임피던스 측정 장치를 사용하여 피험자의 생체 임피던스를 측정함에 있어서, 피험자의 신체로 전류를 인가하는 방법이 도시되었다.
생체 임피던스 측정 장치는, 전류 전극 및 전압 전극을 포함할 수 있고, 전류 전극을 통해 신체로 전류를 인가하기 위한 전류원을 포함할 수 있다. 또한, 생체 임피던스 측정 장치는 전류원에 의해 인가되는 전류를 검출(측정)하기 위한 전류 검출 회로부를 포함할 수 있다. 생체 임피던스 측정 장치는 전류 전극을 통해 피험자의 신체에 인가되는 전류, 및 전압 전극에 의해 측정되는 피험자의 신체의 전압을 측정할 수 있고, 이에 기반하여 생체 임피던스를 계산할 수 있다. 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치는 전류원에 의해 생성된 고주파 전류를 피험자의 신체의 한 점으로부터 다른 한 점으로 인가할 수 있고, 상기 인가되는 전류(신체를 흐르게 되는 전류) 및 전류가 흐르는 경로 내의 두 개의 지점 사이의 전위차를 측정하는 것에 기반하여 피험자의 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 1에서 <a>는 피험자에게 전류를 인가하기 위한 전류원이 아날로그 보드 상에 존재하는 생체 임피던스 측정 장치의 전류 인가 방법을 나타낸다. 전류원에 의해 생성되는 전류는 I(Ia+ Ib)로 가정되었다. 전류 I는 다주파수로 합성된 다주파수 신호에 응답하여 생성된 전류로서 상대적으로 고주파의 전류 Ia 및 상대적으로 저주파의 전류 Ib를 포함할 수 있다. <a>에서, 전류원에 의해 생성된 전류 I는 케이블 및 전극 측 보드를 거쳐, 전극 측 보드에 접속된 전류 전극을 통해 피험자에게 인가된다. 전류 I가 케이블을 통과할 때, 고주파의 전류 Ia는 케이블 밖으로 방사될 수 있다. 이 때, 전극 측 보드를 거쳐, 전극 측 보드에 접속된 전류 전극을 통해 피험자에게 인가되는 실제 전류는 Ib가 된다. 또한, 케이블을 통해 방사 및 손실되는 전류에 의해, 전류 전극을 통해 피험자에게 인가되는 크기가 감소될 수 있다. 따라서, 생체 임피던스 측정 장치가 전류 I를 검출하고, 이를 기준으로 피험자의 생체 임피던스를 측정할 경우, 측정된 생체 임피던스는 방사된(손실된) 전류에 의한 오차를 포함하게 될 수 있다.
한편, 도 1에서 <b>는 피험자에게 전류를 인가하기 위한 전류원이 아날로그 보드가 아닌 전극 측 보드에 배치된, 일 실시예에 따른 생체 임피던스 측정 장치의 전류 인가 방법을 나타낸다. 전류원에 의해 인가되는 전류는 I로서, <a>에서의 그것과 동일한 것으로 가정될 수 있다. <b>에서, 전류원에 의해 생성된 전류 I는 케이블을 거치지 않고, 전극 측 보드에 접속된 전류 전극을 통해 피험자에게 인가된다. 따라서, <a>에서와 같은 케이블에 의한 전류 Ia의 손실이 발생하지 않을 수 있고, 전류의 크기의 감소도 발생하지 않으므로, 따라서, 정확한 생체 임피던스의 측정이 달성될 수 있다. 또한, 실시예에서는 전극 측 보드와 타측 보드 간을 일반적인 케이블이 아닌 쉴드 케이블을 통해 접속함으로써, 아날로그 보드로부터 쉴드 케이블을 통해 전류원에 입력되는 다주파수 신호의 손실 역시 최소화될 수 있다.
피험자에게 전류를 인가하기 위한 전류원(즉, 전류 전극에 전류를 인가하기 위한 전류원)이 아날로그 보드가 아닌 전극 측 보드에 배치되는 실시예에 따른 생체 임피던스 측정 장치에 대해서는 후술될 도 2 내지 도 4를 참조하여 더 자세하게 설명된다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 임피던스 측정 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도시된 생체 임피던스 측정 장치(100)는 도 1을 참조하여 전술된 피험자에게 전류를 인가하기 위한 전류원이 전극 측 보드에 배치되는 생체 임피던스 측정 장치에 대응할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 피험자의 신체에 접촉되는 적어도 하나의 전극이 접속되도록 구성되는 전극 측 보드(110) 및 전극 측 보드(110)와 전기적으로 접속되는 타측 보드(예컨대, 아날로그 보드)(120)를 포함할 수 있다. 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)는 별개의 장치로서 서로 이격되어 있을 수 있고(즉, 타측 보드(120)는 전극 측 보드(110)에 대해 외부 장치로서 존재할 수 있음), 송수신 장치를 통해 서로 전기적으로 접속될 수 있다.
송수신 장치는 전극 전극 측 보드(110) 및/또는 타측 보드(120)에 배치되는 구성으로서, 무선 및/또는 유선으로의 전극 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)간의 통신(예컨대, 데이터 및 신호의 송수신)을 가능하게 하기 위한 장치일 수 있다. 예컨대, 송수신 장치는 무선 통신부로서 신호의 송수신을 위한 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다. 송수신 장치의 무선 통신부는, 예컨대, 인터넷 등과 같은 네트워크를 사용하는 무선 통신을 구현하기 위한 모듈 또는 블루투스(Bluetooth) 기술을 사용하는 무선 통신을 구현하기 위한 모듈 등을 포함할 수 있으며, 여기에 제한되지 않고, 여하한 방식의 무선 통신을 구현하기 위한 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
또는, 송수신 장치는 유선 통신부로서 케이블을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 1, 도 2 및 후술될 도 3에서는 송수신 장치가 케이블을 포함하는 예시적인 실시예 만을 도시하였으나, 전술한 것처럼, 송수신 장치는 극 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)간의 무선 통신을 가능하게 하는 무선 통신부를 포함할 수도 있다. 말하자면, 본 문서에서 송수신 장치를 나타내는 케이블 또는 쉴드 케이블은 무선 통신부로 대체될 수도 있다.
송수신 장치가 유선 통신부를 포함하는 경우에 있어서, 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)는 예컨대, 케이블을 통해 접속됨으로써 서로 통신할 수 있다. 케이블은 일례로서, 쉴드 케이블 또는 차폐 케이블일 수 있다.
송수신 장치는, 도시된 것과는 달리 전압 전극(150-2)이 전극 측 보드(110)의 외부에 배치되는 경우에 있어서, 전압 전극(150-2)과 타측 보드(120) 간을 접속하는 구성을 포괄할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 또한, 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)에 전원을 공급하기 위한 전원부(130)를 포함할 수 있다. 전원부(130)는 도시된 것처럼, 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120) 양측 모두에 존재할 수 있으며, 도시된 것과는 달리 전극 측 보드(110) 또는 타측 보드(120)의 어느 일 측에만 존재하거나, 전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)의 외부에 별개로 존재할 수도 있다.
전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)는 전자회로 소자 및 모듈 및 장치가 실장될 수 있는 전자 장치일 수 있다.
전극 측 보드(110)는 적어도 하나의 전류 전극(150-1) 및/또는 적어도 하나의 전압 전극(150-2)을 포함하거나, 전류 전극(150-1) 및 전압 전극(150-2)이 접속 가능하도록 구성되는 접속부(140-1, 140-2)를 포함할 수 있다. 도시된 것과는 달리, 전압 전극(150-2) 및 전압 전극을 위한 접속부(140-2)는 전극 측 보드(110)가 아닌 다른 보드 또는 장치 내에 배치될 수도 있다.
타측 보드(120)는 전극 측 보드(110)를 통해 획득된 신호를 처리하는 처리 회로부(240) 및 전극 측 보드(110)로 소정의 주파수 신호를 제공하는 주파수 신호 발생부(210)를 포함할 수 있다. 도시된 것과는 달리, 타측 보드(120)에는 처리 회로부(240) 및 제공하는 주파수 신호 발생부(210) 중 어느 하나만 배치될 수도 있다.
전극 측 보드(110)는 전류 전극(150-1)에 전류를 인가하도록 구성되는 전류원(220)을 포함할 수 있다. 전류원(220)은, 전류 드라이버로서, 전류 전극(150-1)을 통해 피험자의 신체에 인가될 전류를 생성하는 구성일 수 있다. 전류원(220)에 의해 전류 전극(150-1)으로 인가되는 전류는 검출되어, 피험자의 생체 임피던스를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 전류원(220)은 전류 인가용 드라이버 IC(Integrated Circuit)을 포함할 수 있다. 전류 인가용 드라이버 IC는 고출력 임피던스 드라이버일 수 있다.
전류원(220) 및 주파수 신호 발생부(210)는 케이블, 예컨대, 쉴드 케이블을 통해 서로 접속될 수 있다. 예컨대, 도시된 것처럼, 주파수 신호 발생부(210)는 주파수 신호 발생 장치(212) 및 다주파수 합성부(214)를 포함할 수 있고, 전류원(220)은 쉴드 케이블을 통해 다주파수 합성부(214)에 접속될 수 있다. 주파수 신호 발생부(210)는 소정의 주파수 신호를 제공(생성)할 수 있다. 주파수 신호 발생부(210)에 의해 생성된 소정의 주파수 신호는, 예컨대, 1kHz 이상 10MHz 이하의 범위의 주파수를 갖는 다주파수 신호일 수 있다.
전류원(220)은 주파수 신호 발생부(210)로부터, 쉴드 케이블을 통해 수신되는, 소정의 주파수 신호에 응답하여, 전류 전극(150-1)에 인가될 전류를 생성할 수 있다. 예컨대, 주파수 신호 발생 장치(212)는, 1kHz 이상 10MHz 이하의 주파수를 갖는 신호를 생성할 수 있고, 주파수 신호 발생 장치(212)에 의해 생성된 신호는 다주파수 합성부(214)에 의해 다주파수 신호로서 합성될 수 있다. 합성된 다주파수 신호는 소정의 주파수 신호로서 쉴드 케이블을 통해 전류원(220)에 입력될 수 있고, 전류원은 입력된 다주파수 신호에 응답하여 전류 전극(150-1)에 인가될 전류를 생성할 수 있다.
주파수 신호 발생부(210)로부터의 소정의 주파수 신호에 응답하여 전류원(220)에 의해 생성된 전류는 소정의 주파수 신호의 주파수 특성을 가질 수 있다. 예컨대, 생성된 전류는 소정의 주파수 신호와 마찬가지로 다주파수의 특성을 가질 수 있다.
전극 측 보드(110)는 전류원(220)에 의해 생성된 전류를 검출하도록 구성되는 전류 검출 회로부(230)를 더 포함할 수 있다. 전류 검출 회로부(230)는 전류원(220)으로부터의 검출된 전류에 기반하여 전류와 연관된 신호를 생성할 수 있다. 전류 검출 회로부(230)는 케이블, 예컨대, 쉴드 케이블을 통해, 타측 보드(120)에 접속될 수 있고 쉴드 케이블을 통해 전류원(220)에 의해 생성된 전류를 검출한 결과를 상기 전류와 연관된 신호로서 타측 보드(120)에 전송할 수 있다.
예컨대, 전류 검출 회로부(230)는 쉴드 케이블을 통해, 타측 보드(120)의 처리 회로부(240)에 접속될 수 있다. 처리 회로부(240)는 쉴드 케이블을 통해 수신된, 전류 검출 회로부(230)에 의해 검출된 전류와 연관된 신호를 처리할 수 있다. 처리 회로부(240)는 A/D(Analog/Digital) 변환부(242)를 포함할 수 있다. A/D 변환부(242)는 수신된 전류 검출 회로부(230)에 의해 검출된 전류와 연관된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 말하자면, 상기 전류와 연관된 신호의 처리는 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변환을 포함할 수 있다.
전류 검출 회로부(230)의 동작을 하기에서 더 자세하게 설명한다. 도시된 것처럼, 전류원(220)(전류 인가용 드라이버 IC)과 전류 전극(150-1) 사이에는 전류 센싱 저항(225)이 접속될 수 있다. 예컨대, 전류 검출 회로부(230)는 차동 증폭기를 포함할 수 있으며, 차동 증폭기는 전류 센싱 저항(225)의 양단에 접속될 수 있다. 차동 증폭기에 의해 전류 센싱 저항의 양단에 흐르는 전류(전류 신호)가 증폭될 수 있고, 증폭된 신호가 상기 전류원(220)에 의해 인가된 전류와 연관된 신호로서, 처리 회로부(240)로 전송되어 처리될 수 있다. 차동 증폭기의 각 입력단에는 고입력 임피던스 버퍼가 접속될 수 있다. 차동 증폭기의 각 입력단에 접속된 고입력 임피던스 버퍼에 의해 차동 증폭기로의 전류 신호의 누설이 최소화될 수 있다.
또한, 전극 측 보드(110)는 전류 전극(150-1)과 전류원(220) 사이에 접속되는 ESD(Electro Static Discharge) 보호 회로(260-1)를 더 포함할 수 있다. ESD 보호 회로(260-1)는 정전기 보호 회로로서, 소정의 캐패시턴스, 예컨대, 1pF 이하의 캐패시턴스를 갖도록 설계될 수 있다. ESD 보호 회로(260-1)는 전류원(220)에 의해 인가된 전류의 누설을 방지할 수 있다.
또한, 전극 측 보드(110)는 전류 전극(150-1)과 전류원(220) 사이에 접속되는 릴레이(270)를 더 포함할 수 있다. 릴레이(270)는 도시된 것처럼, ESD 보호 회로(260-1)와 전류 전극(150-1) 사이에 배치될 수도 있다. 릴레이(270)는 전류 전극(150-1) 측에 최대한 가깝게 배치될 수 있다.
릴레이(270)는 전류 전극(150-1)으로 전류원(220)에 의해 전류가 인가되지 않을 때 오픈되도록 구성될 수 있다. 릴레이(270)는 오픈 상태로 제어될 수 있는 스위치를 포함하거나, 이러한 스위치로 대체될 수도 있다.
예컨대, 복수의 전류 전극들(150-1)이 전극 측 보드(110)에 접속되는 경우 전극 측 보드(110)의 전류 전극(150-1) 측 각각에 릴레이(270)가 접속될 수 있고, 복수의 전류 전극들(150-1) 중 전류원(220)에 의해 전류가 인가되지 않는 전류 전극(150-1) 측에 배치된 릴레이가 오픈될 수 있다. 따라서, 전류원(220)에 의해 전류가 인가되지 않는 전류 전극(150-1)으로의 전류의 누설이 방지될 수 있다.
릴레이(270)는 소정의 캐패시턴스, 예컨대, 1pF 이하의 캐패시턴스를 갖도록 설계될 수 있다.
전술한 것처럼, 전극 측 보드(110)는, 전류 전극(150-1) 뿐만 아니라, 신체에 접촉하고 신체의 전압을 측정하기 위한 전압 전극(150-2)이 접속되도록 구성될 수 있다. 전류 전극(150-1)이 접속되는 전극 측 보드(110)의 측과 마찬가지로, 전압 전극(150-2)이 접속되는 전극 측 보드(110)의 측에도 ESD 보호 회로(260-2)가 배치될 수 있다. ESD 보호 회로(260-2)에 대해서는 전술된 ESD 보호 회로(260-1)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있는 바 자세한 설명은 생략한다.
전압 전극(150-2)을 통해 획득된(측정된) 신호는 타측 보드(120)로 전달되어 처리될 수 있다. 예컨대, 전압 전극(150-2)을 통해 획득된 신호는, 전극 측 보드(110)의 전압 전극(150-2) 측과 쉴드 케이블을 통해 접속되는, 타측 보드(120)의 처리 회로부(240)에 의해 처리될 수 있다. 또한, 처리 회로부(240)는 차동 증폭기(246) 및 A/D 변환부(244)를 포함할 수 있고, 쉴드 케이블을 통해 전압 전극(150-2)으로부터 처리 회로부(240)로 입력된 신호는 차동 증폭기(246)에 의해 증폭된 후 A/D 변환부(244)에 의해 디지털 신호로 변환될 수 있다. A/D 변환부(244)는 전술된 A/D 변환부(242)와 통합된 구성일 수 있으며, 별개의 구성으로서 존재할 수도 있다.
도시되지는 않았으나, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 전극 측 보드(110)로부터 획득되어 처리된 신호들에 기반하여 피험자의 생체 임피던스를 결정하기 위한 연산을 수행하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 프로세서는, AD 변환부(242, 244)에 의해 디지털 신호로 변환된 전류 신호 및 전압 신호에 기반하여 피험자의 생체 임피던스를 결정할 수 있다.
또한, 프로세서는 전극 측 보드(110)에 포함된 생체 임피던스 측정 장치(100)의 구성들 및 타측 보드(120)에 포함된 생체 임피던스 측정 장치(100)의 구성들을 제어할 수 있다(예컨대, 릴레이의 동작 등).
프로세서는, 예컨대, 타측 보드(120) 측에 배치될 수 있고, 이 때, 전극 측 보드(110)에 포함된 생체 임피던스 측정 장치(100)의 구성들을 제어하기 위한 제어 신호는 도시되지 않은 제어선을 통해 타측 보드(120)로부터 전극 측 보드(110)의 구성들에게 송신될 수 있다.
또한, 생체 임피던스 측정 장치(100)는, 전술된 타측 보드(120) 및 전극 측 보드(110)를 접속하는 쉴드 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부(250-1 내지 250-3)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 회로부(250-1 내지 250-3)는 능동 소자, 저항 및 캐패시터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 회로부(250-1 내지 250-3)는 쉴드 케이블의 적어도 일 단에 배치될 수 있다. 임피던스 매칭 회로부(250-1 내지 250-3)는 도시된 것처럼, 케이블(쉴드 케이블)에 대한 6:1 임피던스 매칭 회로를 구성할 수 있다. 임피던스 매칭 회로부들(250-1 내지 250-3) 각각은 접속되는 쉴드 케이블의 명세 및 쉴드 케이블과 접속되는 타측 보드(120) 및 전극 측 보드(110)의 구성에 따라 상이한 소자들로(또는 상이한 소자 값으로) 구성될 수 있다. 편의상 도 2에서는 임피던스 매칭 회로부들(250-1 내지 250-3)에 쉴드 케이블이 포함되는 것으로 도시되었으나, 임피던스 매칭 회로부들(250-1 내지 250-3)은 쉴드 케이블에 대한 임피던스 매칭을 위한 구성으로서 쉴드 케이블을 포함하지 않는다.
임피던스 매칭 회로부(250-1 내지 250-3)에 대해서는 후술될 도 3을 참조하여 더 자세하게 설명된다.
앞서 도 1을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 3은 일 예에 따른 생체 임피던스 측정 장치에 포함된 임피던스 매칭 회로부를 나타낸다.
도 3에서는 도 2를 참조하여 전술된, 다주파수 신호 인가를 위한 쉴딩 케이블에 대한, 임피던스 매칭 회로부(250-1)가 더 자세하게 설명된다.
도시된 것처럼, 임피던스 매칭 회로부(250-1)는, 예컨대, OPAMP와 같은 능동 소자, 저항 및 캐패시터를 포함할 수 있고, 임피던스 매칭 회로부(즉, 능동 소자, 저항 및 캐패시터)는 쉴드 케이블의 양단에 배치될 수 있다.
임피던스 매칭 회로부(250-1)를 구성하는 능동 소자는 OPAMP일 수 있다. 임피던스 매칭 회로부(250-1)에서 저항 및 캐패시터는 서로 병렬로 연결될 수 있다.
예컨대, 도시된 것처럼, 임피던스 매칭 회로부(250-1)는 소정의 주파수 신호(예컨대, 100MHz 이하의 주파수를 갖는 주파수 신호 또는 다주파수 신호)에 대해 동일한 이득을 얻기 위해 N:1의 비율로 신호 크기를 감쇄시키는 회로로서 구성될 수 있다. 여기서 N은 1 이상의 실수일 수 있다.
도시된 것처럼 쉴드 케이블의 캐패시턴스 값은 Cb로 가정될 수 있다. 주파수 신호 발생부(210)에 의해 생성된 신호는 제1 OPAMP로 입력되어 출력되고, 제1 임피던스 매칭 회로부(N*Ra//Ca)를 거쳐 쉴드케이블(Cb)을 통과하고 제2 임피던스 매칭 회로부(Rb//Cc)를 거쳐 제2 OPAMP로 입력되어 출력된 후 전류원(220)으로 입력될 수 있다. 도시된 예시에서, 제1 OPAMP 및 제1 임피던스 매칭 회로가 쉴드 케이블의 주파수 신호 발생부(210) 측 단부에 배치되었고, 제2 OPAMP 및 제2 임피던스 매칭 회로가 쉴드 케이블의 전류원(220) 측 단부에 배치되었다. 기호 "//"는 소자 간의 병렬 연결을 의미할 수 있다.
제1 임피던스 매칭 회로 및 제2 임피던스 매칭 회로의 소자들의 값들과 쉴드 케이블의 캐패시턴스는 Cb -는 하기 수학식 1을 만족하도록 구성될 수 있다.
Figure 112016071407808-pat00001
예컨대, 제1 임피던스 매칭 회로 및 제2 임피던스 매칭 회로는 1MΩ과 같은, 상대적으로 큰 저항과 10pF 단위의 상대적으로 작은 캐패시턴스를 갖는 캐패시터가 병렬로 연결된 회로를 포함할 수 있다.
쉴드 케이블은 소정의의 길이를 갖는 편조 케이블일 수 있다.
일반적으로, 쉴드 케이블의 캐피시턴스 값(Cb)은 70pF 내지 100pF 정도인 바, 10MHz 이상의 신호를 누설 및 감쇄 없이 전달하는 것이 불가능하다. 그러나, 도 3에서 도시된 바와 같이 쉴딩 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부(250-1)를 구성함으로써 신호 출력단에서의 쉴드 케이블의 캐피시턴스를 20pF 미만이 되도록 설계할 수 있다. 말하자면, 쉴드 케이블 입력단 및 출력단에 능동소자(OPAMP)와 수백KΩ~수MΩ 저항과 20pF 미만의 캐피시터의 병렬 연결 회로를 배치함으로써, 100MHz까지의 입력 신호가 1/6 신호 크기로 출력되도록 할 수 있으며, 모든 주파수 영역에서 1/6 비율의 동일한 이득이 얻어지도록 할 수 있다. 또한, 상기와 같은 소자 배치에 의해서는 OPAMP의 출력 부하가 감소될 수 있으므로, OPAMP의 발열 문제가 개선될 수 있다.
전술된 임피던스 매칭 회로부(250-1)에 대한 설명은, 전류 센싱 신호 인가를 위한 쉴딩 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부(250-2) 및 전압 센싱 신호 인가를 위한 쉴딩 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부(250-3)에도 적용될 수 있는 바 중복되는 설명은 생략한다.
앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 4는 일 예에 따른 생체 임피던스 측정 장치에 사용되는 쉴드 케이블을 포함하는 케이블 구조를 나타낸다.
도시된 케이블 구조(400)는 도 1 내지 3을 참조하여 전술된 생체 임피던스 측정 장치(100)에서 사용되는 케이블(예컨대, 쉴드 케이블)을 포함하는 케이블 구조에 대응될 수 있다.
전술한 바와 같이, 생체 임피던스 측정 장치(100)에 있어서, 다주파수 신호 인가용 케이블, 전류 센싱 신호용 케이블 및 전압 센싱 신호용 케이블은 쉴드 케이블이 사용될 수 있다. 쉴드 케이블을 사용함으로써, 외부로부터의 EMI(Electro Magnetic Interference) 노이즈(전자기 간섭 노이즈)가 케이블 측으로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
실시예에서는, 전류 센싱 및 전압 센싱 신호용 케이블들 뿐만아니라, 다주파수 신호 인가용 케이블에도 쉴드 케이블을 사용함으로써, 다주파수 신호의 인가에 있어서 외부로부터의 EMI 노이즈가 차단될 수 있으며, 다주파수 신호가 케이블 밖으로 방사되는 것 역시 방지될 수 있다. 또한, 케이블이 인체 또는 금속 물체에 걸쳐 있거나 교차되어 있을 때에도, 케이블 피복을 통해 다주파수 신호가 외부로 방사되거나 누설되지 않을 수 있다.
일 실시예에서, 전압 센싱 신호용 쉴드 케이블, 전류 센싱 신호용 쉴드 케이블, 전원 및 제어선(전극 측 보드(110) 및 타측 보드(120)의 구성에 전원을 공급하고, 제어 신호를 전달하는 케이블), 및 다주파수 신호 인가용 쉴드 케이블은 도시된 구조와 같이 하나의 케이블(400)로 통합되어 사용될 수 있다.
앞서 도 1 내지 3을 참조하여 설명된 기술적 내용들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
이상에서 설명된 장치(특히, 생체 임피던스 측정 장치의 프로세서)는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
실시예의 생체 임피던스 측정 장치의 동작 및/또는 기능을 제어하기 위해 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치일 수 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (13)

  1. 생체 임피던스 측정 장치에 있어서,
    적어도 하나의 전류 전극, 적어도 하나의 전압 전극 및 전류 드라이버로서 피험자의 신체에 인가될 전류를 생성하고, 상기 전류 전극에 상기 전류를 인가하도록 구성되는 전류원이 하나의 장치로서 실장되는 전극 측 보드; 및
    소정의 주파수 신호를 생성하는 주파수 신호 발생부를 포함하는 타측 보드
    를 포함하고,
    상기 전류원은 상기 소정의 주파수 신호에 응답하여 상기 전류 전극에 인가되는 고주파 전류를 생성하고,
    상기 주파수 신호 발생부는 1kHz 이상 10MHz 이하의 범위를 갖는 소정의 주파수 신호를 생성하고, 상기 전류원은 상기 1kHz 이상 10MHz 이하의 범위의 소정의 주파수 신호에 응답하여 상기 전류 전극에 인가되는 고주파 전류를 생성하는
    생체 임피던스 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류원에 의해 생성된 전류를 검출하도록 구성되는 전류 검출 회로부
    를 더 포함하고,
    상기 전류 검출 회로부는 상기 전극 측 보드에 배치되는, 생체 임피던스 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전류원은 전류 인가용 드라이버 IC를 포함하는 생체 임피던스 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 전극과 상기 전류원 사이에 접속되는 릴레이
    를 더 포함하고,
    상기 릴레이는 상기 전류 전극으로 상기 전류원에 의해 전류가 인가되지 않을 때 오픈되도록 구성되는, 생체 임피던스 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 측 보드는,
    상기 전극 측 보드를 통해 획득된 신호를 처리하는 처리 회로부 및 상기 전극 측 보드로 소정의 주파수 신호를 제공하는 주파수 신호 발생부 중 적어도 하나가 배치된 타측 보드에 접속되는, 생체 임피던스 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극 측 보드와 상기 타측 보드 간을 전기적으로 접속하는 송수신 장치
    를 더 포함하는 생체 임피던스 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 신체에 접촉하고 상기 신체의 전압을 측정하기 위한 전압 전극을 더 포함하고,
    상기 전압 전극을 통해 획득된 신호는 상기 타측 보드로 전달되어 처리되는, 생체 임피던스 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 송수신 장치에 의한 접속은 쉴드 케이블을 통해 이루어지는, 생체 임피던스 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전압 전극과 상기 타측 보드 간의 접속은 쉴드 케이블을 통해 이루어지는, 생체 임피던스 측정 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 쉴드 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부를 더 포함하고,
    상기 임피던스 매칭 회로부는 상기 쉴드 케이블의 양단에 배치되는, 생체 임피던스 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 쉴드 케이블에 대한 임피던스 매칭 회로부를 더 포함하고,
    상기 임피던스 매칭 회로부는 상기 쉴드 케이블의 양단에 배치되는, 생체 임피던스 측정 장치.
  12. 삭제
  13. 생체 임피던스 측정 장치에 있어서,
    전류 전극 및 전압 전극이 접속 가능하도록 구성되는 접속부, 및 전류 드라이버로서 피험자의 신체에 인가될 전류를 생성하고, 상기 전류 전극에 상기 전류를 인가하도록 구성되는 전류원을 포함하는 전극 측 보드; 및
    소정의 주파수 신호를 생성하는 주파수 신호 발생부를 포함하는 타측 보드
    를 포함하고,
    상기 전류원은 소정의 주파수 신호에 응답하여 상기 전류 전극에 인가되는 전류를 생성하고,
    상기 주파수 신호 발생부는, 소정의 주파수 신호를 생성하는 주파수 신호 발생 장치 및 생성된 신호를 다주파수 신호로서 합성하는 다주파수 합성부를 포함하고, 쉴드 케이블을 통해 상기 전류원에 합성된 다주파수 신호를 제공하고,
    상기 전류원은 수신된 다주파수 신호에 응답하여 상기 전류 전극에 인가되는 전류를 생성하고,
    상기 주파수 신호 발생부는 1kHz 이상 10MHz 이하의 범위를 갖는 소정의 주파수 신호를 생성하고, 상기 전류원은 상기 1kHz 이상 10MHz 이하의 범위의 소정의 주파수 신호에 응답하여 상기 전류 전극에 인가되는 고주파 전류를 생성하는
    생체 임피던스 측정 장치.
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