KR20010106959A - 체지방 측정용 손목시계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항상 휴대하는 손목시계에 체지방 측정용 장치를 장착하여 보통때는 손목시계로 사용하되, 필요시에 체지방을 측정하여 표시할 수 있도록 하는 체지방 측정용 손목시계에 관한 것으로서, 시계모드와 체지방 측정모드를 선택하기 위한 모드선택 스위치(140)와, 사용자의 신장, 체중, 나이, 성별 등의 입력 및 시계설정을 위한 입력기(150)와, 제 1내지 제 2손목전극(102,104)과 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)으로 인체의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정부(100)와, 임피던스 측정부(100)의 출력값을 증폭하는 앰프(110)와, 앰프(110)의 출력값을 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D변환기(120)와, 모드선택 스위치(140)의 선택에 따라 시계기능을 수행하며 임피던스 측정부(100)를 제어하고 A/D변환기(120)의 값과 입력기(150)의 값을 입력받아 체지방을 분석하는 마이컴(130)과, 마이컴(130)의 출력값을 표시하는 표시부(160)로 이루어져 장소에 구애받지 않고 언제든지 간편하게 체지방을 측정할 수 있는 이점이 있다.

Description

체지방 측정용 손목시계{WATCH WITH BODY FAT ANALYZER}
본 발명은 체지방 측정용 손목시계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항상휴대하는 손목시계에 체지방 측정용 장치를 장착하여 보통때는 손목시계로 사용하되, 필요시에 체지방을 측정하여 표시할 수 있도록 하는 체지방 측정용 손목시계에 관한 것이다.
전자응용기술과 반도체칩 제조기술의 향상으로 인간 문화생활에 필요한 산업제품이 나날이 발전해 가는 요즈음에 있어서, 가장 저렴하면서도 보편적으로 많은 사람들이 사용하고 있는 것이 바로 손목시계일 것이다.
손목시계는 태엽에 의해 작동되던 아날로그 시계에서 전자응용 기술의 발달로 디지털화 되어 단순히 시간을 표시하는 기능을 넘어서 전화번호 등을 기억시키는 메모장 기능과 전자계산기의 기능 등을 구비하고 있다.
최근에는 급격한 산업화와 생활수준의 향상으로 비만 및 성인병에 많은 관심을 갖고 있어 항상 자신의 인체 구성 요소의 변화를 파악하여 기초적인 검진 자료로 사용하려고 한다.
체성분 분석이라고 하는 것은 인체를 이루는 수분, 단백질, 뼈 및 지방 등의 개별 성분을 정량적으로 측정하는 것을 말하며, 이를 측정하는 기기를 체성분 측정기라고도 한다.
체내 지방량은 비만을 판단하는 주요 지표로 사용될 뿐만 아니라 성인병의 발병 원인이 되기도 한다. 그리고, 수분의 양은 근육의 양과 밀접한 관계가 있으며, 근육량은 몸의 중요한 구성요소이고 에너지를 내는 주요 성분이 되며, 체내의 근육량은 개인의 영양 상태를 나타내는 지표로 넓은 의학적 응용 범위가 있다.
따라서, 다이어트나 인체의 균형을 잡기 위한 일상 생활에서 병원과 같이 전문 클리닉에 가서 전문적인 진단을 받기 전에 간단히 체성분의 변화 상황을 모니터링 할 필요성이 높아지고 있다.
위와 같은 체성분을 분석하는 방법으로는 가격이 저렴하고 인체에 무해한 생체 전기 임피던스(Bioelectrical Impedance Analysis)를 이용한 방법이 널리 쓰이고 있다. 생체 전기 임피던스법은 인체 내로 약한 전류를 보내어 인체의 전기 저항 또는 전기 임피던스를 측정한 값과 사용자의 신장, 체중, 연령, 성별 등의 정보를 이용하여 체액의 양, 근육량, 체지방량 등을 산출하는 방법이다.
도 1은 종래의 생체 전기 임피던스법을 이용한 체성분 측정 장치 및 방법을 나타낸 도면이다.
여기에 도시된 바와 같이 인체의 오른쪽 손(10)과 발(20)에 전극(31,32,33,34)을 부착시키고 사용자의 연령, 체중, 신장을 키보드(50)로 이용해 입력시키면 체성분 측정부(40)에서 체성분을 분석한 후 결과값을 표시화면(60) 및 프린터(70)를 통해 출력시킨다. 이와 같은 측정 방법에서는 사용자의 인체에 전극을 부착하는 별도의 과정이 필요하고 측정을 위하여 사용자가 누워야 하는 불편함과 공간이 필요하기 때문에 장소의 제약을 받는다는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 생체 전기 임피던스법을 이용한 다른 체성분 측정장치 및 방법을 나타낸 도면이다.
여기에 도시된 바와 같이 양손(12,14)을 이용한 터치식으로 이루어진 전극(81,82,83,84)을 이용하여 인체와의 전기적인 연결을 꾀하고 있다. 이 방법에서는 별도의 전극을 부착하지 않고 선 자세에서 임피던스를 측정할 수 있는 편리성을 가지고 있으나 휴대하면서 사용하기 불편하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 휴대의 불편함을 없애고 장소에 구애받음이 없이 보통때는 시계로 사용하며, 필요시 체지방을 간편하게 측정할 수 있도록 하는 체지방 측정용 손목시계를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 생체 전기 임피던스법을 이용한 체성분 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 생체 전기 임피던스법을 이용한 다른 체성분 측정장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계를 나타낸 블록구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계의 입력기의 형태를 달리한 예시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계의 전극의 위치를 달리한 예시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계의 손목시계 몸체를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계의 작동순서를 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 의한 임피던스 모델 및 전극의 접촉위치를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 임피던스 모델의 등가회로도이다.
도 11은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계의 사용상태를 나타낸 사용상태도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 : 임피던스 측정부
102,104 : 제 1내지 제 2손목전극
106,108 : 제 1내지 제 2손가락전극
110 : 앰프 120 : A/D변환기
130 : 마이컴 140 : 모드선택 스위치
150 : 입력기 152 : 메뉴버튼
154 : 올림버튼 156 : 내림버튼
160 : 표시부 170 : 손목시계줄
180 : 손목시계 몸체
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 시계모드와 체지방 측정모드를 선택하기 위한 모드선택 스위치와, 사용자의 신장, 체중, 나이, 성별 등의 입력 및 시계설정을 위한 입력기와, 제 1내지 제 2손목전극과 제 1내지 제 2손가락전극으로 인체의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정부와, 임피던스 측정부의 출력값을 증폭하는 앰프와, 앰프의 출력값을 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D변환기와, 모드선택 스위치의 상태에 따라 시계기능을 수행하며 임피던스 측정부를 제어하고 A/D변환기의 값과 입력기의 값을 입력받아 체지방을 분석하는 마이컴과, 마이컴의 출력값을 표시하는 표시부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
위에서 임피던스 측정부의 제 1내지 제 2손목전극은 손목시계줄 내측에 형성되고, 제 1내지 제 2손가락전극은 제 1내지 제 2손목전극에 각각 대향되도록 손목시계줄 외측에 형성되도록 하여 측정을 위해 제 1내지 제 2손가락전극에 손가락을댈 때 제 1내지 제 2손목전극이 손목 피부에 밀착되도록 구성함으로써 접촉성을 높일 수 있도록 한다.
위와 같이 이루어진 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.
사용자가 손목시계를 착용한 상태에서 모드선택 스위치를 통해 체지방 측정모드를 선택하고 입력기를 통해 체지방 분석에 필요한 신장, 체중, 나이, 성별 등을 입력한 후 임피던스 측정부의 제 1내지 제 2손가락 전극에 손가락을 대고 누르면 제 1내지 제 2손목전극이 사용자의 손목에 밀착되면서 인체의 임피던스를 측정한 후 입력된 데이터를 종합하여 체지방을 측정한 후 표시부를 통해 표시되도록 작동된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.
도 3은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계를 나타낸 블록구성도이다.
여기에 도시된 바와 같이 보통때는 시계모드를 선택하여 시계기능으로 사용하고, 체지방을 측정하기 위해서는 체지방 측정모드를 선택하여 체지방을 측정할 수 있도록 하는 모드선택 스위치(140)와, 사용자가 체지방을 측정할 때 사용자의 신장, 체중, 나이, 성별 등을 입력하거나, 시계기능으로 사용할 때 시계설정을 위한 값을 입력하기 위한 입력기(150)와, 제 1내지 제 2손목전극(102,104)과 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)을 통해 제 1손목전극(102)과 제 1손가락전극(106)을통해 교류전류를 인가한 후 제 2손목전극(104)과 제 2손가락전극(108)으로 전압을 측정하는 인체의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정부(100)와, 임피던스 측정부(100)의 출력값을 증폭하는 앰프(110)와, 앰프(110)의 출력값을 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D변환기(120)와, 모드선택 스위치(140)의 선택에 따라 시계기능을 수행하며 임피던스 측정부(100)를 제어하고 A/D변환기(120)의 값과 입력기(150)의 값을 입력받아 체지방을 분석하는 마이컴(130)과, 마이컴(130)의 출력값인 시,분,초 등을 표시하거나 체지방값을 표시하는 표시부(160)로 이루어진다.
그리고, 도 4는 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계를 나타낸 도면이다.
여기에 도시된 바와 같이 임피던스 측정부(100)의 제 1내지 제 2손목전극(102,104)은 손목시계줄(170) 내측에 형성되고, 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)은 제 1내지 제 2손목전극(102,104)에 각각 대향되도록 손목시계줄(170) 외측에 형성되도록 하여 체지방을 측정할 때 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)에 손가락을 대면서 제 1내지 제 2손목전극(102,104)이 손목 피부에 밀착되도록 구성하였다.
또한, 손목시계 몸체(180)의 외부에는 입력기(150)와, 표시부(160)와, 모드선택 스위치(140)가 설치되고 손목시계 몸체(180)의 내부에는 임피던스 측정부(100)와, 앰프(110)와, A/D변환기(120)와, 마이컴(130)이 설치된다.
이때 입력기(150) 및 모드선택 스위치(140)를 버튼식으로 형성하여 도 5에 도시된 바와 같이 손목시계 몸체(180)의 측벽에 형성하여 모드선택 스위치(140)의 버튼을 형성하고, 신장, 체중, 나이, 성별의 입력을 위한 입력기(150)는메뉴버튼(152)과 올림버튼(154), 내림버튼(156)으로 구성하여 입력하고자 하는 신장, 체중, 나이, 성별을 메뉴버튼(152)으로 선택한 후 기준값에서부터 올림버튼(154)과 내림버튼(156)으로 변경하여 선택할 수 있도록 구성한다.
그리고, 제 1내지 제 2손목전극(102,104)과 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)을 손목시계줄(170)에 형성하지 않고 도 6에 도시된 바와 같이 손목시계 몸체(180)에 형성하여 손목시계줄(170)의 자유로운 교환이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 제 1내지 제 2손목전극(102,104)과 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 손목시계 몸체(180)의 내측에 제 1내지 제 2손목전극(102,104)을 형성하고, 외측에 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)을 형성할 수도 있으며, (b)에 도시된 바와 같이 제 1내지 제 2손목전극(102,104)은 손목시계 몸체(180)의 내측에 형성하고, 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)은 손목시계 몸체(180)의 측벽에 설치할 수도 있다.
위와 같이 이루어진 본 실시예의 작동을 도 8에 도시된 체지방 측정용 손목시계의 작동순서를 도시한 흐름도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자가 생체전기 임피던스법에 의해 체지방을 측정하기 위한 체지방 측정모드를 선택하였는가 아니면 시계기능을 위한 시계모드를 선택하였는가 판단한다(S10). 이때 시계모드를 선택하였을 경우에는 시계기능을 수행하고 모드선택 스위치(140)의 선택을 판단하는 단계(S10)로 리턴된다(S120). 그러나, 체지방 측정모드를 선택했을 경우에는 입력기(150)를 통해 사용자의 신장, 체중, 나이, 성별을입력하게 된다(S30).
이때 입력기(150)의 타입에 따라 메뉴버튼(152)에 의해 선택하면서 올림버튼(154)과 내림버튼(156)을 조작하여 입력할 수도 있고, 직접 해당값을 입력할 수도 있다.
이렇게 사용자의 신장, 체중, 나이, 성별이 입력되면 제 1내지 제 2손목전극(102,104)과 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)에 사용자가 손목 및 손가락을 모두 접촉했는가 측정자세를 판단하게 된다(S40). 측정자세의 판단은 임피던스 측정부(100)에서 제 1내지 제 2손목전극(102,104)과 제 1내지 제2손가락전극(106,108)에 의한 폐회로가 구성되었는가 측정하여 판단한다. 위와 같은 방법에 의해 측정자세가 확인되면 제 1내지 제 2손목전극(102,104) 중 어느 하나의 손목전극과 인체를 통해 연결된 제 1내지 제 2손가락전극(106,108) 중 어느 하나의 손가락전극에 의해 형성된 폐회로에 정현파 교류전류를 인가하면서, 제 1내지 제 2손목전극(102,104) 중 다른 하나의 손목전극과 인체를 통해 연결된 제 1내지 제 2손가락전극(106,108) 중 다른 하나의 손가락전극 사이의 전압차를 측정하여 인체의 임피던스를 측정한다(S50).
그런다음, 측정된 임피던스 값과 입력된 신장, 체중, 나이, 성별로써 체수분량, 체지방량, 체지방율을 계산한다(S60). 그런다음 표시부(160)를 통해 사용자의 체수분량, 체지방량, 체지방율을 표시하고 모드선택 스위치(140)의 상태를 감지하는 단계(S10)로 리턴된다(S70).
위에서 임피던스 측정부(100)에서 측정하는 생체전기 임피던스법에 의한 체지방 측정방법을 도 9를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 4극 전극법으로 왼손목에서부터 오른손목까지의 전체 임피던스(Zaa)를 구하기 위한 방법으로써 왼손목에 제 1내지 제 2손목전극(102,104)을 접촉하고, 왼손가락에 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)을 접촉하여 측정하게 된다.
이때 제 1손가락전극(106)과 오른손목간에 Ra저항이 발생하고, 제 2손가락전극(108)과 오른손목간에 Rb저항이 발생한다. 그리고, 제 1손목전극(102)과 왼손목간에 Rc저항이 발생하고, 제 2손목전극(104)과 왼손목간에 Rd저항이 발생한다.
이와 같이 제 1내지 제 2손목전극(102,104)을 왼손목에 접촉시키고 오른손의 엄지손가락으로 제 1손가락전극(106)을 잡고 오른손의 검지손가락으로 제 2손가락전극(108)을 잡은 상태에서 제 1손가락전극(106)과 제 1손목전극(102)으로 폐회로를 구성하고 정현파 교류전류를 인가하면서, 제 2손가락전극(108)과 제 2손목전극(104)간에 전압을 측정하여 인가된 전류값과 측정된 전압값으로부터 인체의 전체 임피던스(Zaa)를 계산하게 된다.
즉, 도 10의 임피던스 모델의 등가회로도와 같이 Ra, Zaa, Rc로 이루어진 폐회로에 정현파 교류전류를 인가하고, Rb, Zaa, Rd사이의 전압을 측정하게 되는데 전압계측에서 볼 때 전류가 흐르는 부분은 Zaa부분으로써 임피던스를 측정할 때 Ra, Rb, Rc, Rd는 영향을 미치지 않게 된다. 즉, 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)과 손목간에 발생되는 Ra, Rb저항과, 손목과 제 1내지 제 2손목전극(102,104)간에 발생하는 Rc, Rd저항은 전체 임피던스(Zaa)를 측정하는데 영향을 주지 않게 된다.
이렇게 측정된 임피던스와 입력된 신장(Ht), 체중(Wt), 나이 및 성별로부터 체수분양(Total body water:TBW), 체지방(FAT), 체지방율(% FAT)을 계산하고 계산된 값을 표시부(160)를 통해 표시하게 된다.
이때 인체 성분인 체수분양(TBW), 체지방(FAT), 체지방율(% FAT)는 측정된 임피던스(Zaa)와, 신장(Ht) 및 체중(Wt)의 함수로부터 아래와 같이 계산된다.
인체에 포함되어 있는 수분의 양은 Ht2/Zaa에 비례하게 되어 있는데 이때, Zaa는 인체의 임피던스 값이다. 일반인의 경우, 부위별 체수분 분포는 거의 비례적인 관계를 가지므로 팔의 임피던스로부터 몸 전체의 체액의 양을 계산할 수 있다.
즉, 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
TBW = C ·Ht2/ Zaa
여기서 C는 수학식 1을 최대한 만족시키는 상수로 회기분석법 등으로 결정된다.
수학식 1의 체수분양의 정확도를 높이기 위해 체중, 나이, 성별 등의 요소를 같이 사용하여 회기 분석법 등으로 몸 전체의 체수분양을 계산할 수 있다.
인체의 구성성분 중에 체지방(FAT)은 수분의 함량이 극히 적기 때문에 체지방 내에 존재하는 수분의 양은 무시하며 지방 이외의 성분은(FFM;Fat Free Mass)은약 73% 수분을 포함하기 때문에 FFM은 다음 수학식 2로 표시된다.
FFM = TBW / 0.73
체지방양(FAT)은 체중(Wt)에서 지방 이외의 성분(FFM)을 뺀 값으로 수학식 3으로 표시되며 체지방율(Percent Body Fat:% BF)은 수학식 4과 같이 구할 수 있다.
FAT = Wt - FFM
% BF = ( FAT / Wt) × 100
위와 같이 측정된 인체의 임피던스(Zaa)와, 입력된 신장(Ht), 체중(Wt), 나이, 성별 등으로부터 수학식 1에 의해 체수분량(TBW)을 계산하고, 수학식 3에 의해 체지방량(FAT)을 계산하고, 수학식 4에 의해 체지방율(% BF)을 계산한 후 표시부를 통해 표시하게 된다.
도 11은 본 발명에 의한 체지방 측정용 손목시계의 사용상태를 나타낸 사용상태도이다.
여기에서 보는 바와 같이 사용자의 팔목에 체지방 측정용 손목시계를 착용한 상태에서 체지방을 측정하고자 할 때 모드선택 스위치(140)를 체지방 측정모드로 선택한 후 자신의 신장(Ht), 체중(Wt), 나이, 성별을 입력하고 오른손가락으로 제 1내지 제 2손가락전극(106,108)을 잡음으로써 체지방을 측정하여 즉시 체지방을 분석계산한 후 표시부(160)를 통해 출력하여 항상 휴대하면서 자신의 체지방을 측정할 수 있도록 한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 항상 휴대하는 손목시계에 체지방을 측정하기 위한 체지방 측정기를 포함하여 구성함으로써 휴대가 간편하며 장소에 구애받지 않고 언제든지 간편하게 체지방을 측정할 수 있는 이점있다.

Claims (5)

  1. 시계모드와 체지방 측정모드를 선택하기 위한 모드선택 스위치와,
    사용자의 신장, 체중, 나이, 성별 등의 입력 및 시계설정을 위한 입력기와,
    제 1내지 제 2손목전극과 제 1내지 제 2손가락전극으로 인체의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정부와,
    상기 임피던스 측정부의 출력값을 증폭하는 앰프와,
    상기 앰프의 출력값을 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D변환기와,
    상기 모드선택 스위치의 상태에 따라 시계기능을 수행하며 상기 임피던스 측정부를 제어하고 상기 A/D변환기의 값과 상기 입력기의 값을 입력받아 체지방을 분석하는 마이컴과,
    상기 마이컴의 출력값을 표시하는 표시부
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 체지방 측정용 손목시계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1내지 제 2손목전극은 손목시계줄 내측에 형성되고, 상기 제 1내지 제 2손가락전극은 상기 제 1내지 제 2손목전극에 각각 대향되도록 손목시계줄 외측 형성된 것을 특징으로 하는 체지방 측정용 손목시계.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1내지 제 2손목전극 손목시계 몸체의 내측에 형성하고, 상기 제 1내지 제 2손가락전극은 손목시계 몸체의 외측에 형성된 것을 특징으로 하는 체지방 측정용 손목시계.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1내지 제 2손목전극은 손목시계 몸체의 내측에 형성하고, 상기 제 1내지 제 2손가락전극은 손목시계 몸체의 측벽에 형성된 것을 특징으로 하는 체지방 측정용 손목시계.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 입력기는
    신장, 체중, 나이, 성별을 선택하는 메뉴버튼과,
    해당 값을 올리기 위한 올림버튼과,
    해당 값을 내리기 위한 내림버튼
    으로 이루어진 것을 특징으로 하는 체지방 측정용 손목시계.
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