KR20020091488A - 생체전기 임피던스 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체전기 임피던스 측정장치에 관한 것으로서, 인체의 임피던스를 측정하기 위한 장치에서 인체와 접촉되는 각각의 전극 내에 전자스위치를 설치하여 전극에서 생체전기 임피던스 측정장치로 흐르는 전류패스를 미리 차단함으로써 생체전기 임피던스 측정장치의 케이블을 통해 누설되는 누설전류에 의한 측정오차를 줄여 정확한 임피던스를 측정하여 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다.

Description

생체전기 임피던스 측정장치{BIOELECTRICAL IMPEDANCE ANALYZER}

본 발명은 생체전기 임피던스 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 임피던스를 측정하기 위한 장치에서 인체와 접촉되는 각각의 전극 내에 전자스위치를 설치하여 전극에서 생체전기 임피던스 측정장치로 흐르는 전류패스를 미리 차단함으로써 생체전기 임피던스 측정장치의 케이블을 통해 누설되는 누설전류에 의한 측정오차를 줄일 수 있도록 한 생체전기 임피던스 측정장치에 관한 것이다.

최근에는 급격한 산업화와 생활수준의 향상으로 비만 및 성인병에 많은 관심을 갖고 있어 항상 자신의 인체 구성 요소의 변화를 파악하여 기초적인 검진 자료로 사용하려고 하기도 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.

생체전기 임피던스법은 안전하고 저렴하며 신속하게 인체의 전기저항 또는 전기 전도도를 측정할 수 있는 방법으로 한쌍의 전류전극과 한쌍의 전압전극으로 인체에 접촉시킨 후 한쌍의 전류전극으로 약 1KHz내지 1MHz의 주파수를 갖는 0.1내지 2.0mA 크기의 교류전류를 보내주고 한쌍의 전압전극에서 전압을 측정한 후 인체의 임피던스를 산출하는 방법이다.

이와 같은 생체전기 임피던스법은 인체를 이루는 수분, 단백질, 뼈 및 지방 등의 체성분의 정량에 따라 인체 저항이 다르기 때문에 인체 저항을 정밀하게 측정할 경우 체성분을 분석할 수 있어 체지방 분석에 널리 사용되고 있다. 즉, 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 산출하게 된다.

본 출원의 발명자는 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석장치 및그 분석방법에 대해 특허 출원하여 대한민국 특허 123408호(1997.9.12)와 대한민국 특허 161602호(1998.8.25)로 특허를 획득한 바 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석장치의 회로구성도이다.

여기에 도시된 회로구성도는 특허 123408호에 개시된바 있는 회로구성도이다.

여기에 도시된 바와 같이 생체전기 임피던스법을 이용한 체성분 분석기는 종래의 체중계와 같이 피측정자의 체중을 측정하도록 하중측정센서(18)가 설치되어 측정된 체중이 마이크로 프로세서(14)에 입력되고, 신장, 나이, 성별 등은 키보드(15)를 통하여 입력되고 마이크로 프로세서(14)에 의하여 체액의 양(TBW), 지방이외의 성분(FFM),체지방율(%BF)등의 인체성분을 산출한다.

즉, 우측 손바닥, 우측엄지, 좌측 손바닥, 좌측 엄지, 우측 앞발바닥, 우측 뒤발바닥, 좌측 앞발바닥 및 좌측 뒤발바닥을 각각 접촉하기 위한 전극(E1∼E8)이 설치된다. 그리고, 이 전극의 어느 두 전극 사이에 교류 전류를 흘려 보내고 다른 두 전극 사이에서의 전압차를 읽어 전압-전류비로 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정기(11)와, 전극(E1∼E8)과 임피던스 측정기(11)의 전기적 연결을 선택하기 위하여 마이크로 프로세서(11)에 의하여 제어되는 전자스위치(10)와, 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(18)와, 피측정자의 신장, 나이, 성별 등을 입력시키기 위한 키보드(15)와, 임피던스 측정기(11) 및 하중측정센서(18)를 마이크로 프로세서(14)에 인터페이스 시키기 위한 앰프(12,19)와 A/D 변환기(13)와, 측정기(11)와 키보드(15)로부터 입수된 데이터를 처리하고 전자스위치(10)를 제어하는 마이크로 프로세서(14) 및 마이크로 프로세서(14)에서 처리된 데이터를 표시하기 위한 표시화면(16)과, 상기 마이크로 프로세서(14)에 의하여 처리된 데이터를 프린트할 수 있는 프린터(17)로 구성된다.

위에서 임피던스 측정기(11)는 8개의 전극(E1∼E8)에 연결되며, 이 8개의 전극(E1∼E8)은 전류 전극과 전압전극의 역할을 한다. 전극 E1과 E2는 서로 다른 전극을 갖도록 마이크로 프로세서(14)에 의하여 스위치(10)가 연결된다. 예를 들어 전극 E1이 전류 전극에 연결되면 전극 E2는 전압전극에 연결되며, 전극 E2가 전류전극에 연결되면 전극 E1은 전압전극에 연결된다. 전극 E3과 E4도 마찬가지로 서로 다른 전극을 갖도록 연결되며, 전극 E5와 E6도 동일하다. 그리고 전극 E7과 E8도 위와 동일하다.

즉, 각각의 전극(E1∼E8)이 전류전극 또는 전압전극의 역할을 한다. 그래서 도 1에 도시된 바와 같이, 단자 E1, E3, E5 및 E7이 전류전극으로 사용되면, 단자 E2, E4, E6 및 E8은 전압전극으로 사용되며, 단자 E2, E4, E6 및 E8이 전류전극으로 사용되면, 단자 E1, E3, E5 및 E7은 전압전극으로 사용된다.

인체 부위별 임피던스를 측정하기 위하여, 전극(E1∼E8)과 임피던스 측정기(11) 사이에서 전기적 연결을 예정된 순서에 따라 여러 번 교환하여야 하며, 이를 자동화하기 위하여 마이크로 프로세서(14)에 의하여 그 개폐가 제어되는 전자스위치(10)를 사용한다.

그래서, 도 2에 도시된 바와 같이 전자스위치를 조절하여 전극 E2와 E4에 전류를 인가하고 전극 E1과 E5간의 전압을 측정하여 저항 R1을 측정하게 된다.

그런데 이와 같이 체성분 분석기의 본체 내부에 위치한 전자스위치(10)에서 전극 E2와 E4에 전류를 인가하도록 절환하고 전극 E1과 E5간에서 전압을 측정하도록 전자스위치를 절환하여 인가하는 전류와 전압을 측정하여 임피던스를 측정하게 된다.

이때, 기본적인 전제조건은 전류가 임피던스 측정기(11)에서 전자스위치(10)의 절환에 의해 측정자의 손전극인 전극 E2로 인가되어 오른손 엄지손가락(Rb) - 오른팔(R1) - 왼팔(R2) - 왼손 엄지손가락(Rb)통해 전극 E4와 전자스위치를 경유하여 임피던스 측정기(11)로 흐른다는 전제조건이 내포되어 있다.

그러나, 실제적으로 인체의 각 부위를 따라 전극 E1과 E5만을 경유하여 흘러야 됨에도 불구하고 인체에 접촉된 다른 전극(E2, E3, E4, E6, E7, E8)을 통해 케이블을 따라 체성분 분석기 내부로 입력되어 케이블을 따라 전류가 흐르면서 누설되는 누설전류에 의해 정확한 임피던스 측정이 이루어지지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 인체의 임피던스를 측정하기 위한 장치에서 인체와 접촉되는 각각의 전극 내에 전자스위치를 설치하여 전극에서 생체전기 임피던스 측정장치로 흐르는 전류패스를 미리 차단함으로써 생체전기 임피던스 측정장치의 케이블을 통해 누설되는 누설전류에 의한 측정오차를 줄일 수 있도록 한 생체전기 임피던스 측정장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석장치의 회로구성도이다.

도 2는 종래 기술에 의해 인체 부위별 임피던스 측정을 위한 전기적회로를 개략적으로 나타낸 회로도이다.

도 3은 본 발명에 의한 생체전기 임피던스 측정장치의 회로구성도이다.

도 4는 본 발명에 의한 생체전기 임피던스 측정장치에 의해 인체 부위별 임피던스 측정을 위한 전기적 회로를 개략적으로 나타낸 회로도이다.

도 5는 측정부위별 임피던스 모델을 종래기술과 본 발명의 기술에 의해 측정한 결과를 나타낸 테이블이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 전자 스위치 11 : 임피던스 측정기

12 : 앰프 13 : A/D 변환기

14 : 마이크로 프로세서 15 : 키보드

16 : 표시화면 17 : 프린터

18 : 하중측정센서 19 : 앰프

100 : 제 2전자스위치

상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명은 인체에 각각 접촉하기 위한 다수개의 전극과, 상기 전극 중 어느 두 개의 전극 사이에 교류전류를 흘려보내고 상기 전극 중 다른 어느 두 개의 전극 사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비에 의하여 인체 부위별의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정기와, 마이크로 프로세서와, 상기 전극과 상기 임피던스 측정기의 전기적 연결을 선택하기 위하여 측정장치 본체 내에 설치되어 상기 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 제 1전자스위치를 포함하여 이루어진 생체전기 임피던스 측정장치에 있어서; 상기 다수개의 전극 내에 상기 마이크로 프로세서에 의해 교류전류가 흘려 보내질 때와 전압차를 읽을 때에만 온오프되도록 제어되는 제 2전자스위치를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 인체에 각각 접촉하기 위한 다수개의 전극과, 상기 전극 중 어느 두 개의 전극 사이에 교류전류를 흘려보내고 상기 전극 중 다른 어느 두 개의 전극 사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비에 의하여 인체 부위별의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정기와, 마이크로 프로세서와, 상기 전극과 상기 임피던스 측정기의 전기적 연결을 선택하기 위하여 측정장치 본체 내에 설치되어 상기 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 전자스위치를 포함하여 이루어진 생체전기 임피던스 측정장치에 있어서; 상기 전자스위치를 상기 다수개의 전극 내에 설치하여 상기 마이크로 프로세서에 의해 교류전류가 흘려 보내질 때와 전압차를 읽을 때에만 온오프되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

위에서 다수개의 전극이 접촉되는 위치는 오른손, 왼손, 오른발, 왼발의 각각 2개씩인 우측손바닥, 우측엄지, 좌측손바닥, 좌측엄지, 우측 앞발바닥, 우측 뒤발바닥, 좌측 앞발바닥 및 좌측 뒤발바닥인 것을 특징으로 한다.

위와 같이 이루어진 본 발명은 인체와 접촉되는 다수개의 전극이 항상 접촉되어 체성분 분석기 내부의 전자스위치까지 패스가 형성되어 있지 않고 전류를 인가할 때와 전압차를 측정할 때에만 접촉되도록 전극 내에 설치된 전자스위치에 의해서 온오프 단속을 함에 따라 측정하고 있지 않을 때에는 체성분 분석기와의 전류패스가 형성되지 않기 때문에 체성분 분석기의 케이블에 의한 누설전류의 발생을 방지하게 된다.

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 체성분 분석기의 회로구성도이다.

여기에 도시된 바와 같이 우측손바닥, 우측엄지, 좌측손바닥, 좌측엄지, 우측 앞발바닥, 우측 뒤발바닥, 좌측 앞발바닥 및 좌측 뒤발바닥을 각각 접촉하기 위한 8개의 전극(E1∼E8)이 설치된다. 그리고, 이 전극(E1∼E8) 중에서 임의의 두 개의 전극 사이에 교류전류를 흘려보내고 전극(E1∼E8) 중에서 위에서 선택된 임의의두 개의 전극을 제외한 나머지에서 임의의 다른 두 개의 전극 사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비에 의하여 인체 부위별의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정기(11)가 설치된다. 전극(E1∼E8)과 임피던스 측정기(11)의 전기적 연결을 선택하기 위하여 마이크로 프로세서(14)에 의하여 제어되는 제 1전자스위치(10)가 체성분 분석기 내부에 설치된다.

그리고, 피측정자가 올라서는 발판에 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(18)가 설치되고, 피측정자의 신장, 성별 및 나이를 입력시키기 위한 키보드(15)와, 임피던스 측정기(11)와 하중측정센서(18)를 마이크로프로세서(14)에 인터페이스 시키기 위한 앰프(12,19)와 A/D 변환기(13)가 설치된다.

또한, 임피던스 분석기(11)와 키보드(15)로부터 입수된 데이터를 처리하고, 제 1전자스위치(10)를 제어하는 마이크로 프로세서(14)가 설치된다.

한편, 상기 우측손바닥, 우측엄지, 좌측손바닥, 좌측엄지, 우측 앞발바닥, 우측 뒤발바닥, 좌측 앞발바닥 및 좌측 뒤발바닥을 각각 접촉하기 위한 전극(E1∼E8) 내에 제 2전자스위치(100)를 설치하여 마이크로 프로세서(14)에 의해 교류전류가 흘려 보내질 때와 전압차를 읽을 때에만 온오프되도록 제어하여 체성분 분석기의 케이블을 통한 누설전류의 발생을 차단하게 된다.

그리고, 마이크로 프로세서(14)에 의하여 처리된 데이터를 표시하기 위한 표시화면(16)과, 상기 마이크로 프로세서(14)에 의하여 처리된 데이터를 프린트하기 위한 프린터(17)가 설치된다.

위와 같이 이루어진 본 발명의 작동을 도 4에 도시된 본 발명에 의한 체성분분석기를 통해 인체 부위별 임피던스 측정을 위한 회로구성도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

여기에 도시된 바와 같이 체성분 분석기 내부에 설치된 제 1전자스위치(100)를 조절하여 전극 E2와 E4를 통해 전류가 흐르도록 절환하고, 전극 E1과 E5간에 전압을 측정할 수 있도록 절환하여 저항 R1을 측정하게 된다.

따라서, 전극 E2, E4, E1, E5 내에 설치된 제 2전자스위치(102, 104, 101, 105)는 온시키고, 그 외의 전극 E3, E6, E7, E8 내에 설치된 제 2전자스위치(103, 106, 107, 108)는 오프시켜 인체에 인가된 전류가 측정하고자 하는 전극 외에 다른 전극을 통해 체성분 분석기 내부로 흐르지 못하도록 함으로써 전극을 위한 케이블을 통해 누설되는 누설전류를 차단하게 되어 정확한 임피던스를 측정할 수 있도록 한다.

도 5는 측정부위별 임피던스 모델을 종래기술과 본 발명의 기술에 의해 측정한 결과를 나타낸 테이블이다.

여기에 나타낸 바와 같이 예를들어, 오른팔의 임피던스를 300Ω으로 모델링하여 실제저항값을 측정할 결과로써 종래기술에서는 최대 5.3%의 오차를 보이고 있으나 본 발명의 기술로 측정했을 경우에는 최대 0.1%의 오차를 보이고 있어 정확하게 측정되고 있음을 알 수 있다.

그 외의 부분에서도 종래기술에서는 최대 5.8%까지의 오차를 보이고 있으나, 본 발명의 기술에서는 최대 0.1%로 거의 오차없이 정확하게 측정되고 있음을 알 수 있다.

한편, 별도의 제 2전자스위치를 전극 내에 설치하지 않고 체성분 분석기의 내부에 위치한 제 1전자스위치를 다수개의 전극 내에 설치하여 마이크로 프로세서에 의해 교류전류가 흘려 보내질 때와 전압차를 읽을 때에만 온오프되도록 제어할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 체성분 분석기를 예로 들어 설명하였으나, 인체와 전극을 통해 접촉하여 전류 및 전압을 측정하는 경락진단기, 맥진기 등에서도 동일하게 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명은 인체의 임피던스를 측정하기 위한 장치에서 인체와 접촉되는 각각의 전극 내에 전자스위치를 설치하여 전극에서 생체전기 임피던스 측정장치로 흐르는 전류패스를 미리 차단함으로써 생체전기 임피던스 측정장치의 케이블을 통해 누설되는 누설전류에 의한 측정오차를 줄여 정확한 임피던스를 측정하여 정확도를 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 인체에 각각 접촉하기 위한 다수개의 전극과, 상기 전극 중 어느 두 개의 전극 사이에 교류전류를 흘려보내고 상기 전극 중 다른 어느 두 개의 전극 사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비에 의하여 인체 부위별의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정기와, 마이크로 프로세서와, 상기 전극과 상기 임피던스 측정기의 전기적 연결을 선택하기 위하여 측정장치 본체 내에 설치되어 상기 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 제 1전자스위치를 포함하여 이루어진 생체전기 임피던스 측정장치에 있어서;

   상기 다수개의 전극 내에 설치되어 상기 마이크로 프로세서에 의해 교류전류가 흘려 보내질 때와 전압차를 읽을 때에만 온오프되도록 제어되는 제 2전자스위치

   를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체전기 임피던스 측정장치.
2. 인체에 각각 접촉하기 위한 다수개의 전극과, 상기 전극 중 어느 두 개의 전극 사이에 교류전류를 흘려보내고 상기 전극 중 다른 어느 두 개의 전극 사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비에 의하여 인체 부위별의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정기와, 마이크로 프로세서와, 상기 전극과 상기 임피던스 측정기의 전기적 연결을 선택하기 위하여 측정장치 본체 내에 설치되어 상기 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 전자스위치를 포함하여 이루어진 생체전기 임피던스 측정장치에 있어서;

   상기 전자스위치를 상기 다수개의 전극 내에 설치하여 상기 마이크로 프로세서에 의해 교류전류가 흘려 보내질 때와 전압차를 읽을 때에만 온오프되도록 제어하는 것

   을 특징으로 생체전기 임피던스 측정장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 다수개의 전극이 접촉되는 위치는

   오른손, 왼손, 오른발, 왼발에 각각 2개씩 위치하는 것

   을 특징으로 하는 생체전기 임피던스 측정장치.