KR102055730B1 - 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체 임피던스 측정 장치에 관한 발명이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치는, 제1 전극, 제1 전극에 정전류를 공급하도록 구성된 교류 전류원, 제1 전극과 상이한 제2 전극으로서, 제1 전극과 제2 전극은 인체 임피던스를 측정하도록 배열된, 제2 전극, 제2 전극의 출력 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부, 제1 전극과 인접하여 위치한 제3 전극 및 제2 전극과 인접하여 위치한 제4 전극 사이에 인가되는 주전압을 측정하도록 구성된 전압 측정부 및 전류 측정부가 측정한 제2 전극의 출력 전류와 전압 측정부가 측정한 주전압의 전압-전류비에 의하여 인체 임피던스를 산출하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다. 이에, 실제 인체 임피던스와 산출된 인체 임피던스와의 차이를 감소시킬 수 있다.

Description

인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치 {METHOD FOR MEASURING HUMAN BODY IMPEDANCE AND APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치에 관한 것이다.

최근 인체내의 임피던스를 측정하기 위한 기술로서 전기 임피던스 단층촬영법(Electrical Impedance Tomography, EIT)이 각광을 받고 있다. 전기 임피던스 단층촬영법은 인체에 수미리 암페어의 전류를 흘려보낸 후 인체 조직의 저항을 측정하는 방식으로, 인체 단면의 전기적 특성을 파악하는 방법이다. 전기 임피던스 단층촬영법에 의하연, 여러 개의 전극을 인체의 각 부위에 접착한 후 순차적으로 전류를 흘려 보내고 저항을 측정한다 (일본 공개특허공보 특개 2012-213458호).

인체 임피던스 측정 장치의 전극과 인체의 일부 부위가 접촉되는 접촉면에는 접촉 저항이 발생될 수 있다. 인체와 인체에 접촉된 전극 사이에는 공기층이나 수분과 같은 물질이 존재할 수 있어, 인체와 전극은 전기적으로 완벽하게 접촉될 수 없다. 이러한 접촉 저항에 의하여 인체 임피던스 측정 장치가 측정한 인체 임피던스에는 오차가 존재할 수 있으며, 접촉 저항의 크기에 따라 오차는 달라질 수 있어 문제된다.

본 발명의 발명자들은 인체 임피던스를 측정함에 있어, 인체 임피던스의 양단에 인가되는 전압의 위상차이를 제거함에 따라, 실제 인체 임피던스와 측정된 인체 임피던스와의 차이를 줄일 수 있다는 점을 인지하였다.

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인체 임피던스에 인가되는 전압을 직류 전압으로 정류함에 따라, 더욱 정확하게 인체 임피던스를 측정할 수 있는 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 인체를 흐르고 난 후 인체로부터 출력된 전류를 이용하여, 인체에 공급되는 전류의 크기를 조절함에 따라, 더욱 정확하게 인체 임피던스를 측정할 수 있는 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공하는 것이다

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 인체를 흐르고 난 후 인체로부터 출력된 전류를 이용하여, 측정된 인체 임피던스를 보정하며, 이에, 실제 임피던스와 가까운 임피던스를 산출할 수 있는 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치는, 제1 전극, 제1 전극에 정전류를 공급하도록 구성된 교류 전류원, 제1 전극과 상이한 제2 전극으로서, 제1 전극과 제2 전극은 인체 임피던스를 측정하도록 배열된, 제2 전극, 제1 전극과 인접하여 위치한 제3 전극 및 제2 전극과 인접하여 위치한 제4 전극 사이에 인가되는 주전압을 측정하도록 구성되며, 제3 전극에 접속된 제1 직류 정류기 및 제4 전극에 접속된 제2 직류 정류기를 포함하는, 전압 측정부, 정전류와 전압 측정부가 측정한 주전압의 전압-전류비에 의하여 인체 임피던스를 산출하도록 구성된 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 전압 측정부는, 제1 직류 정류기의 출력단 및 제2 직류 정류기의 출력단에 접속하며, 주전압을 증폭시키도록 구성된 제1 차동 증폭기를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전압 측정부는, 제3 전극과 제1 직류 정류기 사이에 차례로 접속된 제1 전압 팔로워(Voltage Follower)와 제2 차동 증폭기, 및 제4 전극과 제2 직류 정류기 사이에 차례로 접속된 제2 전압 팔로워와 제3 차동 증폭기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 전극의 출력 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부를 더 포함하며, 제어부는, 인체 임피던스를 산출하는데 있어, 전류 측정부가 측정한 제2 전극의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 의하여 인체 임피던스를 산출하도록 더 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전류 측정부는, 제2 전극과 접지단 사이에 접속된 센싱 저항 및 제2 전극과 접지단 사이에 접속된 제3 직류 정류기를 더 포함하며, 센싱 저항에 인가되는 전압에 기초하여 제2 전극의 출력 전류를 측정하도록 더 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전류 측정부는, 제2 전극과 제3 직류 정류기 사이에 차례로 접속된 제3 전압 팔로워 및 제4 차동 증폭기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제어부는, 전류 측정부가 측정한 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류보다 낮을 경우, 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류와 같게 되도록 교류 전류원에서 공급하는 정전류를 증가시키도록 더 구성되며, 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 제2 전극의 출력 전류일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제어부는, 제2 전극의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 의하여 산출된 인체 임피던스에 기준 전류와 제2 전극의 출력 전류의 비를 곱하여 인체 임피던스를 산출하도록 더 구성되며, 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 제2 전극의 출력 전류일 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법은 교류 전류원과 연결된 제1 전극, 제1 전극과 상이한 제2 전극, 제1 전극과 인접하여 위치하고 전압 측정부가 포함하는 제1 직류 정류기와 접속된 제3 전극, 제2 전극과 인접하여 위치하고 전압 측정부가 포함하는 제2 직류 정류기와 접속된 제4 전극을 포함하는 인체 임피던스 측정 장치에 있어, 교류 전류원으로부터 제1 전극에 정전류를 공급하는 단계, 전압 측정부를 이용하여 제3 전극 및 제4 전극 사이에 인가되는 주전압을 측정하는 단계, 교류 전류원이 공급한 정전류와 측정된 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스를 산출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 주전압을 측정하는 단계는, 제1 직류 정류기 및 제2 직류 정류기에 의하여 제3 전극에 인가되는 전압 및 제4 전극에 인가되는 전압 사이의 위상차를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 인체 임피던스 측정 장치는, 제2 전극과 연결된 전류 측정부를 더 포함하며, 방법은, 제1 전극에 정전류를 공급하는 단계 후, 주전압을 측정하는 단계 전에, 전류 측정부를 이용하여 제2 전극의 출력 전류를 측정하는 단계를 더 포함하며, 인체 임피던스를 산출하는 단계는, 제2 전극의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스를 산출하는 단계일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제2 전극의 출력 전류를 측정하는 단계 후, 주전압을 측정하는 단계 전에, 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류보다 낮을 경우, 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류와 같게 되도록 정전류를 증가시키는 단계를 더 포함하며, 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 제2 전극의 출력 전류일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 인체 임피던스를 산출하는 단계는, 제2 전극의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 기초하여 산출된 인체 임피던스에, 기준 전류와 제2 전극의 출력 전류의 비를 곱하여 인체 임피던스를 산출하는 단계이며, 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 제2 전극의 출력 전류일 수 있다.

본 발명은 인체 임피던스에 인가되는 전압을 직류 전압으로 정류함으로써, 실제 인체 임피던스와 산출된 인체 임피던스와의 차이를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 인체를 흐르고 난 후 출력되는 전류의 크기에 따라 인체에 공급하는 전류의 크기를 조절함으로써, 더욱 정확하게 인체 임피던스를 측정할 수 있다.

본 발명은 인체를 흐르고 난 후 출력되는 전류를 이용하여 인체 임피던스를 보정함으로써, 실제 인체 임피던스와 산출된 인체 임피던스와의 차이를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 인체와 접촉되는 전극 중 인체에 전류를 공급하는 전극과 상이한 전극의 출력 전류를 이용하여, 인체에 공급되는 전류의 크기를 조절함에 따라, 더욱 정확하게 인체 임피던스를 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 전극의 개략적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

별도로 명시하지 않는 한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 전극의 개략적인 구성을 도시한 개략도이다. 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 회로도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 인체 임피던스 측정 장치(100)는 인체의 각 부위와 접촉할 수 있다. 인체 임피던스 측정 장치(100)는 인체의 임피던스를 측정하기 위한 장치로서 복수의 전극을 포함할 수 있다. 복수의 전극은 인체 임피던스 측정 장치(100)의 표면에 위치하며, 인체의 일부 부분과 접촉되어 인체에 전류를 공급하거나 전압을 측정하는데 이용되는 전극이다. 예를 들면, 복수의 전극은 손과 발 등의 인체의 일부 부분에 접촉될 수 있다. 구체적으로, 복수의 전극과 접촉되는 인체의 일부 부분은 오른손의 손가락, 오른손의 손바닥, 왼손의 손가락, 왼손의 손바닥, 오른발의 발가락, 오른발의 발바닥, 왼발의 발가락 및 왼발의 발바닥일 수 있다. 전극이 접촉되는 인체의 일부 부분은 위의 예시에 한정되지 않으며, 전극은 인체 임피던스를 측정하는데 필요한 인체의 일부 부분이라면 이에 접촉될 수 있다.

복수의 전극 중 일부 전극은 인체의 일부 부분 중 인접하는 부분에 접촉될 수 있다. 예를 들어, 오른손의 손가락 및 오른손의 손바닥은 인체의 인접하는 일부 부분일 수 있다. 또한, 왼손의 손가락 및 왼손의 손바닥은 인체의 인접하는 일부 부분일 수 있다. 즉, 이하에서는 인체의 인접하는 부분들은 인체의 하나의 손이나 발에서 구분되는 일부분들을 지칭하는 것으로 해석될 수 있다. 복수의 전극 중 일부 전극은 오른손의 손가락 및 오른손의 손바닥에 접촉될 수 있으며, 왼손의 손가락 및 왼손의 손바닥에 접촉될 수 있다. 인체의 일부 부분 중 인접하는 부분은 위의 예시에 국한되지 않으며, 예를 들면, 오른발의 발가락 및 오른발의 발바닥도 이에 해당될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 인체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 전극(E1), 제2 전극(E2), 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4)의 네 개의 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극(E1), 제2 전극(E2), 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4)은 인체 임피던스 측정 장치(100)의 표면에 위치할 수 있으며, 사용자(200)의 피부와 접촉될 수 있게 배치될 수 있다. 즉, 인체 임피던스 측정 장치(100)는 두 개의 그립부를 포함할 수 있으며, 그립부의 표면에는 손의 형상에 대응하도록 제1 전극(E1) 내지 제4 전극(E4)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(E1) 및 제3 전극(E3)은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 전극(E2) 및 제4 전극(E4)은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이 제1 전극(E1) 내지 제4 전극(E4)은 인체의 손가락 및 손바닥과 접촉될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(E1) 및 제3 전극(E3)은 인체 임피던스 측정 장치(100)에서 서로 인접하게 배치되며, 오른손 또는 왼손의 손가락과 손바닥에 접촉될 수 있다. 또한, 제2 전극(E2) 및 제4 전극(E4)은 인체 임피던스 측정 장치(100)에서 서로 인접하게 배치되며, 제1 전극(E1) 및 제3 전극(E3)이 접촉되는 손과 대응되는 손의 손가락과 손바닥에 접촉될 수 있다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(E1)은 왼손의 손가락에 접촉되고, 제3 전극(E3)은 왼손의 손바닥과 접촉되며, 제2 전극(E2)은 오른손의 손가락에 접촉되며, 그리고, 제4 전극(E4)은 왼손의 손바닥과 접촉될 수 있다.

인체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 전극(E1) 내지 제4 전극(E4)의 네 개의 전극만을 포함하는 것에 한정되지 않으며, 더 많은 수의 전극을 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극(E1)과 제3 전극(E3) 및 제2 전극(E2)과 제4 전극(E4)은 오른손과 왼손에 접촉되는 것에 국한되지 않으며, 제1 전극(E1)과 제3 전극(E3)이 인접한 인체의 일부 부분에 접촉되고 제2 전극(E2)과 제4 전극(E4)이 인접한 인체의 일부 부분에 접촉된다는 가정을 만족하는 범위 내에서, 오른손, 왼손, 오른발, 왼발 등의 인체의 일부 부분에 접촉될 수 있다. 이하에서는 제1 전극(E1) 및 제3 전극(E3)이 왼손의 손가락 및 왼손의 손바닥에 접촉되고, 제2 전극(E2) 및 제3 전극(E3)이 오른손의 손가락 및 오른손의 손바닥에 접촉되는 경우를 가정하여 설명한다.

도 2b를 참조하면, 인체 임피던스 측정 장치(100)는 교류 전류원(110), 전압 측정부(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다. 교류 전류원(110) 및 전압 측정부(130)는 인체와 전기적으로 연결될 수 있고, 제어부(140)는 교류 전류원(110) 및 전압 측정부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3은 도 2b의 개략적인 인체 임피던스 측정 장치(100)의 블록도를 구체화한 회로도로서, 제어부(140)는 생략되어 도시되었다.

교류 전류원(110)은, 인체에 접촉된 복수의 전극 중 하나의 전극에 교류 정전류를 공급할 수 있다. 도 3을 참조하면, 교류 전류원(110)은 제1 전극(E1) 내지 제4 전극(E4) 중 제1 전극(E1)에 연결될 수 있으며, 이때, 제1 전극(E1)은 인체의 일부 부위 중 왼손의 손가락과 접촉될 수 있다. 교류 전류원(110)은 1kHz 내지 1MHz의 주파수를 갖는 정전류를 제1 전극(E1)에 공급할 수 있다. 다만, 교류 전류원(110이 공급하는 정전류의 주파수는 이에 제한되지 않는다. 제1 전극(E1)에 공급된 정전류는 제1 전극(E1)에 접촉된 인체의 일부 부위에 인가되어 인체로 흐를 수 있다.

전압 측정부(130)는, 복수의 전극 중 교류 전류원(110)이 연결되지 않은 두개의 전극에 연결되어 두개의 전극에 인가되는 주전압을 측정할 수 있다. 주전압은 인체 임피던스(Rbody)를 직접적으로 산출하기 위해 필요한 전압을 의미한다. 이때, 전압 측정부(130)의 일단에 연결된 전극과 접촉된 인체의 일부 부분은 교류 전류원(110)이 연결된 전극과 접촉된 인체의 일부 부분과 인접할 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(130)의 일단은 제3 전극(E3)과 연결되고, 타단은 제4 전극(E4)에 연결될 수 있다. 이때, 제3 전극(E3)은 제1 전극(E1)과 인접하여 위치할 수 있고, 제4 전극(E4)은 제2 전극(E2)과 인접하여 위치할 수 있다.

먼저, 전압 측정부(130)는 제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b), 및 제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b)를 포함한다.

제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b)는 출력 전압을 증폭기의 입력 단자에 피드백으로서 접속한 장치이다. 제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b) 각각의 입력 단자에 인가되는 전압과 동일한 크기의 전압이 제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b) 각각의 출력 단자에 인가될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(100)는, 제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b)를 포함함으로써, 제3 전극(E3)에 인가되는 전압 및 제4 전극(E4)에 인가되는 전압의 노이즈(noise)를 감소시킬 수 있다.

제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b)는 제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b) 각각의 입력 신호를 증폭하여 출력 신호로 출력하는 장치이다. 제1 전압 팔로워(133a)의 출력 신호는 제2 차동 증폭기(134a)에 입력되며, 제2 차동 증폭기(134a)는 이 신호를 증폭하여 출력시킬 수 있다. 또한, 제2 전압 팔로워(133b)의 출력 신호는 제3 차동 증폭기(134b)에 입력되며, 제3 차동 증폭기(134b)는 이 신호를 증폭하여 출력시킬 수 있다. 따라서, 제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b) 각각을 통과한 전압은 본래의 전압보다 증폭될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(100)는, 전압 측정부(130)가 제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b)를 포함함으로써, 증폭된 전압으로 주전압을 측정하여, 주전압이 보다 정확하게 측정될 수 있다.

도 3의 인체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b), 및 제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b)를 포함하는 것으로 도시되었으나 이에 제한되지 않고, 제1 및 제2 전압 팔로워(133a, 133b), 및 제2 및 제3 차동 증폭기(134a, 134b)를 포함하지 않을 수도 있다.

그리고, 전압 측정부(130)는 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b), 및 제1 차동 증폭기(132)를 포함한다.

제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b)는 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b) 각각의 입력 신호를 직류 신호로 정류하는 장치이다. 구체적으로, 교류 전류원(110)에 의하여 제1 전극(E1)에 공급되는 정전류는 교류 전류이다. 따라서, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4)에 인가되는 전압, 및 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b) 각각의 입력단에 인가되는 전압은 교류 전압일 수 있다. 제1 직류 정류기(131a)는 제1 직류 정류기(131a)의 입력 신호로 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류할 수 있다. 제2 직류 정류기(131b)는 제2 직류 정류기(131b)의 입력 신호로 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류할 수 있다.

제1 차동 증폭기(132)는 주전압을 증폭시키는 장치이다. 제1 차동 증폭기(132)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이의 전압을 증폭하여 출력할 수 있다. 제3 노드(N3)는 제1 직류 정류기(131a)의 출력단으로서, 제3 노드(N3)에는 직류 전압이 인가될 수 있다. 또한, 제4 노드(N4)는 제2 직류 정류기(131b)의 출력단으로서, 제4 노드(N4)에는 직류 전압이 인가될 수 있다. 제1 차동 증폭기(132)는 제3 노드(N3)와 제4 노드(N4) 사이에 인가되는 직류 전압을 증폭하여 출력할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(100)는, 전압 측정부(130)가 제1 차동 증폭기(132)를 포함함으로써, 증폭된 주전압을 이용하여 인체 임피던스(Rbody)를 산출함으로써 더욱 정밀하게 인체 임피던스(Rbody)를 산출할 수 있다.

이때, 전압 측정부(130)의 제1 차동 증폭기(132)의 높은 내부 저항에 의하여 제3 접촉 저항(R3) 및 제4 접촉 저항(R4)에는 거의 전류가 흐르지 않을 수 있다. 이에, 제3 접촉 저항(R3)에 인가되는 전압 및 제4 접촉 저항(R4)에 인가되는 전압은 아주 작을 수 있다. 따라서, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 전압은 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압과 거의 같은 크기일 수 있다. 따라서, 전압 측정부(130)가 측정하는 주전압은 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 연결된 인체 임피던스(Rbody)에 인가되는 전압일 수 있다.

제어부(140)는, 인체 임피던스(Rbody)를 산출하는 구성 요소이다. 구체적으로, 제어부(140)는 교류 전류원(110)으로부터 제1 전극(E1)에 공급된 정전류에 대한 데이터를 전달받고, 전압 측정부(130)로부터 주전압에 대한 데이터를 전달 받을 수 있다. 또한, 제어부(140)는 교류 전류원(110)이 공급하는 정전류와 전압 측정부(130)가 측정한 주전압의 전압-전류비에 의하여 인체 임피던스를 산출할 수 있다. 예를 들면, 인체 임피던스는 주전압의 크기를 교류 전류원(110)이 공급하는 정전류의 크기로 나눈 값일 수 있다.

도 2a 및 도 3을 참조하면, 전극과 전극에 접촉된 인체의 일부 부위 사이에는 접촉 저항이 존재할 수 있다. 접촉 저항은 앞서 설명한 바와 같이, 전극과 인체의 일부 부위가 전기적으로 완벽하게 연결되지 못하는 원인으로 발생하는 저항으로서, 인체의 일부 부위와 이에 접촉되는 전극 사이에 존재할 수 있는 공기층 및 수분 등으로 인하여 발생될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(E1)과 왼손의 손가락이 접촉되는 제1 접촉면(T1)에는 제1 접촉 저항(R1)이 존재할 수 있으며, 제2 전극(E2)과 오른손의 손가락이 접촉되는 제2 접촉면(T2)에는 제2 접촉 저항(R2)이 존재할 수 있다. 또한, 제3 전극(E3)과 왼손의 손바닥이 접촉되는 제3 접촉면(T3)에는 제3 접촉 저항(R3)이 존재할 수 있으며, 제4 전극(E4)과 오른손의 손바닥이 접촉되는 제4 접촉면(T4)에는 제4 접촉 저항(R4)이 존재할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 교류 전류원으로부터 제1 전극에 정전류가 공급된다(S400). 교류 전류원(110)은 정전류를 제1 전극(E1)에 공급할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 전압 측정부(130)의 높은 내부 저항으로 인하여 제3 접촉 저항(R3) 및 제4 접촉 저항(R4)에는 전류가 거의 흐르지 않을 수 있다. 따라서, 정전류는 제1 전극(E1)을 통하여 제1 접촉 저항(R1), 인체 임피던스(Rbody), 제2 접촉 저항(R2) 및 제2 전극(E2)으로 흐를 수 있다. 이때, 교류 전류원(110)은 일정한 크기의 정전류를 공급할 수 있으며, 이와 달리 작은 오차범위 내에서 변화되는 정전류를 공급할 수도 있다.

이어서, 전압 측정부를 이용하여 제3 전극 및 제4 전극 사이에 인가되는 주전압이 측정된다(S410). 전압 측정부(130)의 일단은 제3 전극(E3)에 접속되며, 전압 측정부(130)의 타단은 제4 전극(E4)에 접속될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 전압 측정부(130)의 높은 내부 저항에 의하여 제3 접촉 저항(R3) 및 제4 접촉 저항(R4)에는 극히 작은 크기의 전류가 흐를 수 있고, 제3 접촉 저항(R3)의 양단에 인가되는 전압의 크기 및 제4 접촉 저항(R4)의 양단에 인가되는 전압의 크기는 극히 작을 수 있다. 이에, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압은 인체 임피던스(Rbody)의 양단에 인가되는 전압과 동일하게 여겨질 수 있다.

이때, 전압 측정부(130)의 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b) 각각에 의하여 제3 전극(E3)에 인가되는 교류 전압 및 제4 전극(E4)에 인가되는 교류 전압 각각이 직류 전압으로 정류될 수 있다. 구체적으로, 제1 직류 정류기(131a)는 제1 직류 정류기(131a)의 입력단에 인가되는 전압, 즉, 제3 전극(E3)에 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 출력할 수 있다. 또한, 제2 직류 정류기(131b)는 제2 직류 정류기(131b)의 입력단에 인가되는 전압, 즉, 제4 전극(E4)에 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 출력할 수 있다. 따라서, 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4)에는 직류 전압이 인가될 수 있다. 이에, 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 각각에 인가되는 전압 사이의 위상차는 존재하지 않을 수 있다.

또한, 전압 측정부(130)의 제1 차동 증폭기(132)는 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 인가되는 전압을 증폭하여 출력할 수 있다.

이어서, 교류 전류원이 공급하는 정전류와 전압 측정부가 측정한 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스가 산출된다(S430). 인체 임피던스 측정 장치(100)의 제어부(140)는 교류 전류원(110)으로부터 정전류에 대한 데이터를 전달받을 수 있고, 전압 측정부(130)로부터 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압에 대한 데이터를 전달받을 수 있다. 제어부(140)는 주전압을 정전류로 나누어 인체 임피던스(Rbody)를 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치(100)는, 전압 측정부(130)가 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b)를 포함함으로써, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 각각에 인가되는 전압 사이의 위상차는 제거될 수 있다. 구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 전압 측정부(130)의 높은 내부 저항으로 인하여 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압의 크기, 즉, 인체 임피던스(Rbody)에 인가되는 전압의 크기와 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 전압의 크기간의 차이는 미비할 수 있다. 따라서, 전압 측정부(130)은 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 전압을 측정하여 인체 임피던스(Rbody)에 인가되는 전압인 주전압을 측정할 수 있다.

그러나, 제3 접촉 저항(R3) 및 제4 접촉 저항(R4)이 커지거나 그 차이가 커질수록, 제3 전극(E3)에 인가되는 전압과 제4 전극(E4)에 인가되는 전압 사이의 위상차는 증가될 수 있다. 구체적으로, 제1 노드(N1)에 인가되는 전압과 제2 노드(N2)에 인가되는 전압의 위상차는 작을 수 있다. 그러나, 제3 접촉 저항(R3)이 커짐에 따라 제1 노드(N1)에 인가되는 전압과 제3 전극(E3)에 인가되는 전압의 위상차가 커질 수 있고, 제4 접촉 저항(R4)이 커짐에 따라 제2 노드(N2)에 인가되는 전압과 제4 전극(E4)에 인가되는 전압의 위상차가 커질 수 있다. 따라서, 제3 접촉 저항(R3) 및 제4 접촉 저항(R4)이 커지거나 각각의 저항간의 차이가 커질수록, 제3 전극(E3)에 인가되는 전압과 제4 전극(E4)에 인가되는 전압의 위상차이는 커질 수 있다. 따라서, 제3 전극(E3)에 인가되는 전압과 제4 전극(E4)에 인가되는 전압의 위상차에 의하여, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 전압의 크기는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2)에 인가되는 전압의 크기와 상이할 수 있다. 따라서, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 전압의 크기를 기초로 인체 임피던스(Rbody)를 측정할 경우, 실제 인체 임피던스와 차이가 나는 결과값이 산출될 수 있다.

이때, 전압 측정부(130)의 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b) 각각은 입력단으로 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하여 출력할 수 있다. 이에, 제3 노드(N3)에 인가되는 전압과 제4 노드(N4)에 인가되는 전압 사이의 위상차는 존재하지 않을 수 있다. 이에, 제3 노드(N3) 및 제4 노드(N4) 사이에 인가되는 전압의 크기는 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 사이에 인가되는 전압의 크기, 즉, 주전압의 크기와 상응될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치(100)는 전압 측정부(130)가 제1 및 제2 직류 정류기(131a, 131b)를 포함함으로써, 보다 정확하게 주전압을 측정할 수 있다. 이에, 인체 임피던스(Rbody)는 보다 정확하게 측정될 수 있다.

도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치의 개략적인 구성을 도시한 회로도이다. 도 5a 내지 도 5b의 인체 임피던스 측정 장치(500)은 도 1 내지 도 4의 인체 임피던스 측정 장치(100)와 비교하여 전류 측정부(520)를 포함한다는 것을 제외하면 실질적으로 동일한 바, 중복 설명은 생략한다. 구체적으로, 도 5a 내지 도 5b의 교류 전류원(510), 전압 측정부(530) 및 제어부(540)는 도 1 내지 도 4의 교류 전류원(110), 전압 측정부(530) 및 제어부(140)과 실질적으로 동일하다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 인체 임피던스 측정 장치(500)는 전류 측정부(520)를 포함한다. 전류 측정부(520)는 인체와 전기적으로 연결될 수 있고, 제어부(540)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전류 측정부(520)는, 복수의 전극 중 전류 측정부(520)가 연결된 전극의 출력 전류를 측정할 수 있다. 이때, 전류 측정부(520)가 연결된 전극과 교류 전류원(510)이 연결된 전극은 상이한 전극일 수 있다. 교류 전류원(510)이 인가한 전류는 교류 전류원(510)이 연결된 전극에서 전류 측정부(520)가 연결된 전극으로 흐를 수 있다. 전류 측정부(520)는 전류 측정부(520)가 연결된 전극으로 흐르는 전류를 측정할 수 있다.

전류 측정부(520)가 연결된 제3 전극(E3)에 접촉된 인체의 일부 부분은 오른손의 손가락일 수 있다. 교류 전류원(510)이 공급한 정전류는 인체를 흐르며, 전류 측정부(520)는 전류 측정부(520)가 연결된 전극에서 전류를 측정할 수 있다. 교류 전류원(510)이 연결된 전극에 접촉된 인체의 일부 부분과 전류 측정부(520)가 연결된 전극에 접촉된 인체의 일부 부분이 물리적으로 인접하지 않음으로써, 전류 측정부(520)는 교류 전류원(510)에서 인가되어 전류 측정부(520)에 연결된 전극으로 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 즉, 제1 전극(E1)이 왼손의 손가락에 접촉되고, 제2 전극(E2)은 오른손의 손가락에 접촉됨으로써, 제1 전극(E1)을 통하여 공급된 정전류는 인체 임피던스(Rbody)를 지나며, 전류 측정부(520)는 제2 전극(E2)에 연결되어 인체 임피던스(Rbody)를 지난 뒤의 전류인 제2 전극(E2)의 출력 전류를 측정할 수 있다.

전류 측정부(520)는 제2 전극(E2)과 접지단 사이에 접속된 센싱 저항(Rs) 및 제2 전극(E2)과 접지단 사이에 접속된 제3 직류 정류기(521)를 더 포함할 수 있다.

센싱 저항(Rs)은 제2 전극(E2)의 출력 전류를 측정하기 위한 저항을 의미한다. 전류 측정부(520)는 센싱 저항(Rs)에 인가되는 전압을 측정하여 제2 전극(E2)의 출력 전류를 측정할 수 있다.

제3 직류 정류기(521)는 센싱 저항(Rs)에 인가되는 전압을 직류 전압으로 정류하는 장치이다. 교류 전류원(510)은 제1 전극(E1)에 교류 전류를 공급한다. 따라서, 센싱 저항(Rs)에 인가되는 전압은 교류 전압일 수 있다. 이에, 제3 직류 정류기(521)는 센싱 저항(Rs)에 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류할 수 있다. 이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(500)는 제3 직류 정류기(521)를 이용하여 교류 전압을 직류 전압으로 정류함으로써, 센싱 저항(Rs)에 인가되는 전압의 크기를 효과적으로 측정할 수 있다. 제어부(540)가 포함할 수 있는 MCU(Micro Controller Unit)은 직류 회로일 수 있으며, 이에, 센싱 저항(Rs)에 인가되는 전압은 직류 전압으로 전환될 필요가 있다. 또한, 교류 전압의 경우, 전압의 크기가 주기적으로 변하기 때문에, 직류 전압으로 정류하여 전압을 측정할 경우, 전압의 크기가 더욱 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 제3 직류 정류기(521)는 센싱 저항(Rs)에 인가되는 교류 전압을 직류 전압으로 정류하고, 전류 측정부(520)는 센싱 저항(Rs)에 인가되는 전압에 기초하여 제2 전극(E2)의 출력 전류를 측정할 수 있다.

전류 측정부(520)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 전극(E2)과 제3 직류 정류기(521) 사이에 차례로 접속된 제3 전압 팔로워(Voltage Follower)(522) 및 제4 차동 증폭기(523)를 더 포함할 수 있다.

제3 전압 팔로워(522)는 출력 전압을 증폭기의 입력 단자에 피드백으로서 접속한 장치이다. 이때, 제3 전압 팔로워(522)의 또 다른 입력 단자에 인가되는 전압과 동일한 전압이 제3 전압 팔로워(522)의 출력 단자에서 인가될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(500)는, 제3 전압 팔로워(522)를 포함함으로써, 제2 전극(E2)에 인가되는 전압의 노이즈(noise)를 감소시킬 수 있다.

제4 차동 증폭기(523)는 입력 신호를 증폭하여 출력하는 장치로서, 제4 차동 증폭기(523)의 입력단으로 입력되는 전압을 증폭하여 출력단으로 출력시킬 수 있다. 따라서, 제4 차동 증폭기(523)를 통과한 전압은 본래의 전압보다 증폭될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(500)는, 전류 측정부(520)가 제4 차동 증폭기(523)를 포함함으로써, 증폭된 전압으로 제2 전극(E2)의 출력 전류의 세기를 측정하여, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 보다 정확하게 측정될 수 있다.

한편, 제어부(540)는, 전류 측정부(520)로부터 측정된 제2 전극(E2)의 출력 전류를 전달받을 수 있다. 제어부(540)는 제2 전극(E2)의 출력 전류와 전압 측정부(530)가 측정한 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스를 산출할 수 있다.

또한, 제어부(540)는 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류보다 낮을 경우, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류와 같게 되도록 교류 전류원(510)으로부터 제2 전극(E2)에 공급되는 정전류를 증가시킬 수 있다. 이때, 기준 전류는 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 직렬로 연결된 접촉 저항 및 인체 임피던스(Rbody) 중 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 제2 전극(E2)의 출력 전류일 수 있다. 또한, 제어부(540)는 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류에 기초하여 인체 임피던스(Rbody)를 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(540)는, 제2 전극(E2)의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 의한 임피던스에 제2 전극(E2)의 출력 전류와 기준 전류의 비를 곱하여 인체 임피던스(Rbody)를 산출할 수 있다.

그리고, 접촉 저항의 크기는 상황에 따라 가변적일 수 있으며, 접촉 저항의 크기가 커질수록 전류 측정부(520)가 측정하는 제2 전극(E2)의 출력 전류와 교류 전류원(510)으로부터 제1 전극(E1)에 공급되는 정전류 사이의 차이는 커질 수 있다. 구체적으로, 교류 전류원(510)에서 공급한 정전류는 전류 측정부(520)까지 흐르며 누설될 수 있고, 누설 전류의 크기는 접촉 저항의 크기가 커질수록 증가할 수 있다. 즉, 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)이 커질수록 제1 접촉면(T1) 및 제2 접촉면(T2)에서 누설되는 누설 전류의 크기는 커질 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 교류 전류원으로부터 제1 전극에 정전류가 공급된다(S600). 교류 전류원(510)으로부터 제1 전극(E1)에 정전류가 공급되는 단계(S600)는 도 4에서 설명한 단계(S400)과 실질적으로 동일한 바, 설명은 생략한다.

이어서, 전류 측정부를 이용하여 제2 전극의 출력 전류가 측정된다(S610). 앞서 설명한 바와 같이, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4)에 접속된 전압 측정부(530)의 높은 내부 저항에 의하여, 정전류는 제1 노드(N1)에 연결된 제3 접촉 저항(R3) 및 제2 노드(N2)에 연결된 제4 접촉 저항(R4)으로 흐르지 못할 수 있다. 이상적으로, 교류 전류원(510)에서 공급하는 정전류는 제1 전극(E1)에서 인체를 통하여 제2 전극(E2)으로 흐르며 누설되지 않는다. 그러나, 실제로는 교류 전류원(510)이 이상적이지 않기에 전류의 누설이 발생될 수 있다. 따라서, 전류 측정부(520)에서 측정한 제2 전극(E2)의 출력 전류는 교류 전류원(510)으로부터 공급된 정전류보다 작은 전류값일 수 있다. 이때, 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)의 저항값이 증가할수록 정전류로부터 누설되는 누설 전류의 크기는 커질 수 있으며, 교류 전류원(510)으로부터 공급된 정전류의 전류량도 감소될 수 있다. 이에, 제2 전극(E2)의 출력 전류와 정전류와의 차이는 커질 수 있다.

이어서, 전압 측정부를 이용하여 제3 전극 및 제4 전극 사이에 인가되는 주전압이 측정된다(S620). 전압 측정부(530)이 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 전압인 주전압을 측정하는 단계(S620)는 도 4에서 설명한 단계(S410)와 실질적으로 동일한 바, 중복 설명은 생략한다.

이어서, 제2 전극의 출력 전류와 전압 측정부가 측정한 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스가 산출된다(S630). 인체 임피던스 측정 장치(500)의 제어부(540)는 전류 측정부(520)으로부터 제2 전극(E2)의 출력 전류에 대한 데이터를 전달받을 수 있고, 전압 측정부(530)로부터 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압에 대한 데이터를 전달받을 수 있다. 제어부(540)는 주전압을 제2 전극(E2)의 출력 전류로 나누어 인체 임피던스(Rbody)를 산출할 수 있다.

이때, 전류 측정부(520)를 이용한 제2 전극(E2)의 출력 전류가 측정되는 단계(S610) 및 전압 측정부(530)를 이용한 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압이 측정되는 단계(S620)는 동시에 수행될 수 있다. 즉, 전류 측정부(520)가 제2 전극(E2)의 출력 전류를 측정하는 동안, 전압 측정부(530)는 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압을 측정할 수 있다.

또한, 전압 측정부(530)를 이용한 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압이 측정되는 단계(S620)는 전류 측정부(520)를 이용한 제2 전극(E2)의 출력 전류가 측정되는 단계(S610) 이전에 수행될 수도 있다. 즉, 전압 측정부(530)가 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4) 사이에 인가되는 주전압을 측정한 후에 전류 측정부(520)가 제2 전극(E2)의 출력 전류를 측정할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(500)는, 전류 측정부(520)를 이용함으로써, 더욱 정확한 인체 임피던스를 산출할 수 있다. 구체적으로, 전극과 인체가 접촉되는 접촉면에 존재하는 수분 및 공기층에 의하여 접촉 저항이 발생될 수 있으며, 교류 전류원(510)에 의하여 인체에 인가되는 정전류는 접촉면에 의하여 누설될 수 있다. 또한, 접촉 저항의 값이 증가할수록 정전류의 누설은 증가될 수 있고, 따라서, 교류 전류원(510)이 공급한 정전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류의 차이는 커질 수 있다. 또한, 교류 전류원(510)은 증폭기를 포함할 수 있고, 증폭기가 포함하는 기생 캐퍼시터의 커패시턴스에 의하여 교류 전류원(510)이 공급하는 정전류에 위상차가 발생할 수 있다. 위상차로 인하여 교류 전류원(510)은 일정한 정전류를 공급하지 못할 수 있다.

위와 같은 접촉 저항과 위상차가 발생된 정전류로 인하여, 교류 전류원(510)이 공급하는 정전류를 이용하여 인체 임피던스가 산출될 경우, 인체에 흐르는 전류가 접촉 저항이 증가됨에 따라 감소될 수 있는 특성이 반영되지 못할 수 있다. 즉, 인체에 흐르는 전류보다 큰 정전류를 이용하여 인체 임피던스가 산출될 경우, 실제 인체 임피던스보다 작은 임피던스가 산출될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 장치(500)는, 전류 측정부(520)가 측정한 제2 전극(E2)의 출력 전류를 이용하여 인체 임피던스를 산출함으로써, 접촉 저항이 커짐에 따라 인체에 흐르는 전류가 감소되는 특성을 반영하여 인체 임피던스를 더욱 정확하게 산출할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 설명의 편의를 위해 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 교류 전류원으로부터 제1 전극에 정전류가 공급된다(S700). 이어서, 전류 측정부를 이용하여 제2 전극의 출력 전류가 측정된다(S710). 설명한 단계들(S700, S710)은 도 6에서 설명한 단계들(S600, S610)과 실질적으로 동일한 바, 중복 설명은 생략한다.

이어서, 인체 임피던스 측정 장치의 제어부는 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류보다 낮은지 결정한다(S720). 기준 전류는 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 직렬로 연결된 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 제2 전극(E2)의 출력 전류를 의미한다. 구체적으로, 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)은 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 직렬로 연결된다. 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)의 저항값이 각각 0Ω일 경우, 교류 전류원(510)으로부터 제1 전극(E1)으로 공급된 정전류는 인체 임피던스(Rbody)만을 지나며, 전류 측정부(520)에 의하여 측정된 제2 전극(E2)의 출력 전류는 기준 전류일 수 있다. 즉, 기준 전류는 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)의 인체와의 접촉면에서 발생되는 누설 전류가 존재하지 않다는 가정하에 측정된 제2 전극(E2)의 출력 전류일 수 있다.

제어부(540)는 전류 측정부(520)로부터 전달 받은 제2 전극(E2)의 출력 전류와 기준 전류를 비교할 수 있다. 또한, 제어부(540)는 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류보다 낮다고 결정할 수 있으며, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류보다 낮지 않다고 결정할 수도 있다.

한편, 기준 전류는 실제 인체를 통과하지 않고, 인체 임피던스 측정 장치(500) 내에 존재하는 칼리브레이션(calibration) 저항에 흐르는 전류일 수 있다. 칼리브레이션 저항은 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 연결된 기준 전류를 측정하기 위한 저항을 의미한다. 인체 임피던스(Rbody)는 특정값이라고 가정될 수 있고, 칼리브레이션 저항의 저항값은 이 특정값과 같을 수 있다. 예를 들면, 인체 임피던스(Rbody)는 300Ω 내지 700Ω의 저항값을 가질 수 있고, 특정값은 500Ω으로 지정될 수 있으며, 이에, 칼리브레이션 저항은 500Ω일 수 있다. 칼리브레이션 저항은 인체 임피던스 측정 장치(500) 내에 배치되며, 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)에 연결될 수 있다. 기준 전류는 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)의 저항값이 각각 0Ω이라고 가정하여, 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)에 인체 임피던스(Rbody)만 연결되었다는 가정하에 측정된 제2 전극(E2)의 출력 전류이다. 따라서, 기준 전류는 교류 전류원(510)으로부터 정전류를 제1 전극(E1)에 인가하고, 칼리브레이션 저항을 통과한 전류를 제2 전극(E2)의 출력 전류로서 측정함으로써 측정될 수도 있다.

이어서, 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류보다 낮다고 결정된 경우, 교류 전류원은 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류와 같게 되도록 정전류를 증가시킨다(S730). 구체적으로, 제어부(540)가 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류보다 낮다고 결정한 경우, 제어부(540)는 교류 전류원(510)에 정전류를 증가시키라는 신호를 전달할 수 있다. 교류 전류원(510)은 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류와 동일할 때까지 정전류를 증가시킬 수 있다.

이어서, 전압 측정부를 이용하여 제3 전극 및 제4 전극 사이에 인가되는 주전압이 측정된다(S740). 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류보다 낮은지 결정하는 단계(S520)에서 제어부(540)가 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류보다 낮지 않다고 결정한 경우, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류와 같게 되도록 정전류를 증가시키는 단계(S530)가 수행되지 않으며, 곧바로 전압 측정부(530)를 이용한 주전압의 측정 단계(S520)가 수행될 수 있다. 이어서, 제어부(540)는 제2 전극(E2)의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스를 산출한다(S550). 설명한 단계들(S540, S550)은 도 4에서 설명한 단계들(S420, S430)와 실질적으로 동일한 바, 중복 설명은 생략한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치는, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 기준 전류와 같게 되도록 정전류를 증가시킴으로써 접촉 저항의 변동에도 인체 임피던스를 정확하게 산출할 수 있다. 구체적으로, 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)의 저항값이 커질 경우, 누설 전류의 증가로 정전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류의 차이가 커질 수 있다. 즉, 정전류와 비교하여 더 낮은 전류가 인체 임피던스(Rbody)로 흐를 수 있다. 따라서, 인체 임피던스 측정 장치(500)가 산출한 인체 임피던스의 값은 실제 인체 임피던스의 값보다 작아질 수 있다. 또한, 산출된 인체 임피던스와 실제 인체 임피던스 차이는 접촉 저항이 커질수록 증가될 수 있다. 이때, 제2 전극(E2)의 출력 전류를 기준 전류와 같게 유지시킬 경우, 산출된 인체 임피던스의 값은 접촉 저항이 커질수록 실제 인체 임피던스보다 감소되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치는, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 감소될 경우, 정전류를 증가시킴으로서 제2 전극(E2)의 출력 전류를 기준 전류와 같게 상향 조정할 수 있다. 이에, 제어부(540)가 산출하는 인체 임피던스와 실제 인체 임피던스의 차이는 감소될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

먼저, 교류 전류원으로부터 제1 전극에 정전류가 공급될 수 있다(S800). 이어서, 전류 측정부를 이용하여 제2 전극의 출력 전류가 측정될 수 있다(S810). 이어서, 전압 측정부를 이용하여 제3 전극 및 제4 전극에 인가되는 주전압이 측정될 수 있다(S620). 설명한 단계들(S800, S810, S820)은 도 6에서 설명한 단계들(S600, S610, S620)과 실질적으로 동일하므로, 중복 설명은 생략한다. 이때, 제2 전극(E2)의 출력 전류가 측정되는 단계(S810) 및 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4)에 인가되는 주전압이 측정되는 단계(S820)은 위의 순서에 제한되어 수행되지 않으며, 동시에 수행될 수도 있다. 또한, 제3 전극(E3) 및 제4 전극(E4)에 인가되는 주전압이 측정되는 단계(S820)가 제2 전극(E2)의 출력 전류가 측정되는 단계(S810) 이전에 먼저 수행될 수도 있다.

이어서, 기준 전류와 제2 전극의 출력 전류를 이용하며, 제2 전극의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스가 산출될 수 있다(S830). 구체적으로, 제어부(540)는 제2 전극(E2)의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 기초하여 임피던스를 산출하고, 산출한 임피던스에 기초하며 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류를 이용하여 인체 임피던스를 산출할 수 있다.

예를 들면, 제어부(540)는 제2 전극(E2)의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 의한 임피던스를 산출할 수 있다. 이어서, 제2 전극(E2)의 출력 전류와 주전압의 전압-전류비에 의한 임피던스에 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류의 비를 곱하여 인체 임피던스를 산출할 수 있다. 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류의 비는 기준 전류를 제2 전극(E2)의 출력 전류로 나눈 값일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치는, 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류를 이용하여 인체 임피던스를 산출함으로써, 더욱 정확하게 인체 임피던스를 산출할 수 있다. 구체적으로, 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)이 증가할수록 교류 전류원(510)에서 공급되는 정전류에서 누설되는 전류는 증가하며, 따라서, 제2 전극(E2)의 출력 전류는 감소할 수 있다. 이에, 감소된 제2 전극(E2)의 출력 전류에 의하여 인체 임피던스는 실제 인체 임피던스와 비교하여 감소된 저항값으로 산출될 수 있다. 따라서 실제 인체 임피던스와 비교하여 감소되어 산출된 인체 임피던스를 보정할 필요성이 존재한다. 이때 감소되어 산출된 인체 임피던스에 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류의 비를 곱하여 감소되어 산출된 인체 임피던스를 보정할 수 있다. 제1 접촉 저항(R1) 및 제2 접촉 저항(R2)의 저항값에 의하여 기준 전류에 비해 제2 전극(E2)의 측정 전류는 감소된다. 이에, 감소되어 산출된 인체 임피던스에 기준 전류를 제2 전극(E2)의 측정 전류로 나눈 값을 곱할 경우, 감소되어 산출된 인체 임피던스를 증가되며 보정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 인체 임피던스 측정 방법 및 이를 이용하는 장치는, 감소되어 산출된 인체 임피던스를 기준 전류와 제2 전극(E2)의 출력 전류의 비를 곱하여 보정함으로써, 보다 정확한 인체 임피던스를 산출할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 500: 인체 임피던스 측정 장치
110, 510: 교류 전류원
130, 530: 전압 측정부
131a, 531a: 제1 직류 정류기
131b, 531b: 제2 직류 정류기
132, 532: 제1 차동 증폭기
133a, 533a: 제1 전압 팔로워
133b, 533b: 제2 전압 팔로워
134a, 534a: 제2 차동 증폭기
134b, 534b: 제3 차동 증폭기
140, 540: 제어부
200: 사용자
520: 전류 측정부
521: 제3 직류 정류기
522: 제3 전압 팔로워
523: 제4 차동 증폭기

Claims (13)

1. 제1 전극;
   상기 제1 전극에 정전류를 공급하도록 구성된 교류 전류원;
   상기 제1 전극과 상이한 제2 전극으로서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 인체 임피던스를 측정하도록 배열된, 상기 제2 전극;
   상기 제1 전극과 인접하여 위치한 제3 전극 및 상기 제2 전극과 인접하여 위치한 제4 전극 사이에 인가되는 주전압을 측정하도록 구성되며, 상기 제3 전극에 접속된 제1 직류 정류기 및 상기 제4 전극에 접속된 제2 직류 정류기를 포함하는, 전압 측정부; 및
   상기 정전류와 상기 전압 측정부가 측정한 주전압의 전압-전류비에 의하여 상기 인체 임피던스를 산출하도록 구성된 제어부를 포함하며,
   상기 제1 직류 정류기 및 상기 제2 직류 정류기는 상기 제3 전극에 인가되는 전압 및 상기 제4 전극에 인가되는 전압 사이의 위상차를 제거하는, 인체 임피던스 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전압 측정부는,
   상기 제1 직류 정류기의 출력단 및 상기 제2 직류 정류기의 출력단에 접속하며, 상기 주전압을 증폭시키도록 구성된 제1 차동 증폭기를 포함하는, 인체 임피던스 측정 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전압 측정부는,
   상기 제3 전극과 상기 제1 직류 정류기 사이에 차례로 접속된 제1 전압 팔로워(Voltage Follower)와 제2 차동 증폭기, 및 상기 제4 전극과 상기 제2 직류 정류기 사이에 차례로 접속된 제2 전압 팔로워와 제3 차동 증폭기를 더 포함하는, 인체 임피던스 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 전극의 출력 전류를 측정하도록 구성된 전류 측정부를 더 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 인체 임피던스를 산출하는데 있어, 상기 전류 측정부가 측정한 상기 제2 전극의 출력 전류와 상기 주전압의 전압-전류비에 의하여 상기 인체 임피던스를 산출하도록 더 구성된, 인체 임피던스 측정 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 전류 측정부는,
   상기 제2 전극과 접지단 사이에 접속된 센싱 저항; 및
   상기 제2 전극과 상기 접지단 사이에 접속된 제3 직류 정류기를 더 포함하며,
   상기 센싱 저항에 인가되는 전압에 기초하여 상기 제2 전극의 출력 전류를 측정하도록 더 구성된, 인체 임피던스 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전류 측정부는,
   상기 제2 전극과 상기 제3 직류 정류기 사이에 차례로 접속된 제3 전압 팔로워 및 제4 차동 증폭기를 더 포함하는, 인체 임피던스 측정 장치.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 전류 측정부가 측정한 상기 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류보다 낮을 경우, 상기 제2 전극의 출력 전류가 상기 기준 전류와 같게 되도록 상기 교류 전류원에서 공급하는 상기 정전류를 증가시키도록 더 구성되며,
   상기 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 상기 제2 전극의 출력 전류인, 인체 임피던스 측정 장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 제2 전극의 출력 전류와 상기 주전압의 전압-전류비에 의하여 산출된 상기 인체 임피던스에 기준 전류와 상기 제2 전극의 출력 전류의 비를 곱하여 상기 인체 임피던스를 산출하도록 더 구성되며,
   상기 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 상기 제2 전극의 출력 전류인, 인체 임피던스 측정 장치.
9. 교류 전류원과 연결된 제1 전극, 상기 제1 전극과 상이한 제2 전극, 상기 제1 전극과 인접하여 위치하고 전압 측정부가 포함하는 제1 직류 정류기와 접속된 제3 전극, 상기 제2 전극과 인접하여 위치하고 상기 전압 측정부가 포함하는 제2 직류 정류기와 접속된 제4 전극을 포함하는 인체 임피던스 측정 장치에 있어,
   상기 교류 전류원으로부터 상기 제1 전극에 정전류를 공급하는 단계;
   상기 제1 직류 정류기 및 상기 제2 직류 정류기가 상기 제3 전극에 인가되는 전압 및 상기 제4 전극에 인가되는 전압 사이의 위상차를 제거하는 단계;
   상기 전압 측정부를 이용하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 인가되는 주전압을 측정하는 단계; 및
   상기 교류 전류원이 공급한 상기 정전류와 측정된 상기 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스를 산출하는 단계를 포함하는, 인체 임피던스 측정 방법.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,
    상기 인체 임피던스 측정 장치는, 상기 제2 전극과 연결된 전류 측정부를 더 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 제1 전극에 정전류를 공급하는 단계 후, 상기 주전압을 측정하는 단계 전에,
    상기 전류 측정부를 이용하여 상기 제2 전극의 출력 전류를 측정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 인체 임피던스를 산출하는 단계는, 상기 제2 전극의 출력 전류와 상기 주전압의 전압-전류비에 기초하여 인체 임피던스를 산출하는 단계인, 인체 임피던스 측정 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 전극의 출력 전류를 측정하는 단계 후, 상기 주전압을 측정하는 단계 전에,
    상기 제2 전극의 출력 전류가 기준 전류보다 낮을 경우, 상기 제2 전극의 출력 전류가 상기 기준 전류와 같게 되도록 상기 정전류를 증가시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 상기 제2 전극의 출력 전류인, 인체 임피던스 측정 방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 인체 임피던스를 산출하는 단계는,
    상기 제2 전극의 출력 전류와 상기 주전압의 전압-전류비에 기초하여 산출된 인체 임피던스에, 기준 전류와 상기 제2 전극의 출력 전류의 비를 곱하여 인체 임피던스를 산출하는 단계이며,
    상기 기준 전류는 접촉 저항의 저항값이 0Ω일때의 상기 제2 전극의 출력 전류인, 인체 임피던스 측정 방법.
    

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