KR20030076321A - 체지방 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체전기 임피던스 분석법(Bioelectrical Impedance Analysis : BIA)을 이용하여 인체의 체지방을 측정하기 위한 체지방 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명은 생체전기 임피던스 분석법을 이용한 체지방 측정 장치로서, 전류 공급회로, 전압 측정 회로, 임피던스 측정을 위해 인체의 특정 부위와 접촉시키기 위한 전도성 전극판, 측정된 전압 신호를 마이크로 프로세스에 전달하기 위한 A/D 변환회로, 상기 측정값에 기초하여 체지방을 계산하기 위한 마이크로 프로세서, 상기 계산된 결과를 표시하는 화면표시장치, 및 개인의 체중, 신장, 성별을 입력받기 위한 입력부를 포함하는 체지방 측정 장치에 있어서, 상기 전류 공급 회로는 인체에 일정한 전류를 공급하기 위한 정전류 발생회로; 상기 정전류 발생회로와 별도로 정현파의 교류 신호를 발생하기 위한 교류 발생회로; 및 상기 발생된 정전류와 정현파의 교류 신호를 혼합하여 인체 내부 저항을 측정하기 위한 교류파형으로 상기 정전류를 변환시키기 위한 신호 혼합회로를 포함하고, 상기 전압 측정 회로는 전압 팔로우(voltage follower)회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

체지방 측정 장치{BODY FAT MEASURING EQUIPMENT}

본 발명은 생체전기 임피던스 분석법(Bioelectrical Impedance Analysis : BIA)을 이용하여 인체의 체지방을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.

의학적으로 비만 여부는 단순히 몸무게의 많고 적음을 말하는 것이 아니라 체내 지방량의 많고 적음에 따라 판단된다.

비만 상태를 측정하기 위한 방법으로는 표준체중법, 신체질량지수법, 수중체밀도법, 피부주름두께 측정법 등 다양한 방법이 개시되어 있으나, 현재 가장 신뢰받는 방법은 생체전기 임피던스 분석법이다.

생체전기 임피던스 분석법은 흔히 BIA(Bioelectrical Impedance Analysis)라 하는데, 1969년 Hoffer에 의해 체수분량이 신체의 전기 저항과 반비례 관계가 있다는 것이 보고되면서, 1980년대부터 많은 의사, 영양학자, 체육학자 등에 의해 꾸준히 그 신뢰도가 연구되었으며, 현재 그 정확도를 인정받고 있다.

생체전기 임피던스 분석법은 체수분을 전기적인 방법을 이용하여 측정하는 기술이다. 즉, 인체에 약한 교류 전류를 인가하면 전류는 인체의 체수분을 따라 흐르게 되므로 체수분의 많고 적음은 전류가 흐르는 통로의 넓고 좁음을 결정하게 되고, 이의 정도를 임피던스라는 변수로 측정하는 것이다.

생체전기 임피던스 분석법은 신체의 외부에 돌출되어 있는 부분에 전극을 접촉시켜 측정함으로 측정이 용이하고, 정확도가 우수하여 일반인이 편리하게 접근할 수 있는 장점이 있다.

신체를 구성하는 주요 성분은 수분, 단백질, 체지방, 무기질의 4가지 성분으로 대별할 수 있다. 단백질과 체수분은 근육을 형성하는 주성분으로 이들은 상호비례적인 관계를 가지고 있으며, 건강한 근육은 약 73%가 수분으로 되어 있고 나머지 27%는 단백질인 것으로 알려져 있다. 또한 무기질은 주로 뼈를 형성하고 뼈의 무게는 근육량과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다.

전류는 수분을 통하여 흐르며 지방을 통해서는 흐리지 않기 때문에 임피던스를 측정하여 체수분량을 구하고, 인체의 나머지 구성 성분인 단백질, 체지방, 무기질량은 인체 구성성분 상호간의 상관관계를 이용하여 구하게 된다. 따라서 체수분을 측정하여 체지방을 측정한다는 의미는 인체의 4개의 성분을 모두 계산한다는 의미이다.

한편, 종래의 임피던스를 이용한 인체 성분 측정 방법은 8단자 방식, 4단자 방식, 2단자 방식으로 구별된다.

8단자 방식은 각 손과 발에 전류 공급 단자 및 전압측정 단자 2개의 사용하여 총 8개의 전극으로 체지방을 측정하며, 발 부분에 양측의 체중을 나누어 측정하여 자세의 기울어짐도 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다. 하지만 8개의 단자를 이용하는 8단자 측정법은 체지방의 분포를 확인하기는 용이하나 장비의 크기가 커서 휴대용으로 적용하기 힘든 방식이다.

4단자 방식은 전류공급단과 전압측정단을 각각 하나의 전극으로 구성하여 총 4개의 단자를 인체의 손과 발에 부착시켜 측정하는 방식으로 이 또한 장비의 소형화를 이루기에는 장치가 복잡하고 전류를 공급하는 단자와 측정단자가 분리되어 있어서 단자간의 오차간의 간격에 의한 오차가 항상 발생하는 문제점을 안고 있다.

이러한 문제점의 인식에 따라 최근에는 2단자 방식이 연구되고 있지만 전류공급단과 전압측정단을 일체화하는 경우 공급단에서 발생하는 전류가 전압측정단으로 누설되는 문제점이 발생하는 문제점으로 인하여 현재 보편화되고 있지 못하다.

한편 종래의 체지방 측정 장치는 전류측정단과 전압측정단이 별도로 존재함으로써 회로가 복잡해지고 2개의 측정단에 의하여 입력 임피던스가 감소하여 에러유발의 가능성이 항상 존재하였다.

또한, 종래의 체지방 측정 장치는 인체의 임피던스에 따라 인체에 공급되는 전류가 일정하지 않아 정확한 측정에 한계가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 우선 인체의 임피던스 변화에 무관하게 안정적으로 교류 정전류를 발생하는 회로를 구비한 체지방 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 전류 공급원으로 정전류 회로를 사용함으로써 별도의 전류측정단을 요구하지 않는 체지방 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 일반인이 휴대하기 용이하게 소형화된 체지방 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 일반인이 사용상의 특별한 지식이 없어도 간단하게 사용할 수 있는 동작이 간소화된 체지방 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 체지방 측정 장치의 회로도.

도 2 는 본 발명의 일실시예로서 전신용 체지방 측정 장치의 개략적인 사시도.

도 3 은 도 2 의 전신용 체지방 측정 장치를 사용하는 일실시예의 실제 사용 모습을 도시하는 도면.

도 4 는 본 발명의 일실시예로서 상체용 체지방 측정 장치의 개략적인 사시도.

도 5 는 도 4 의 상체용 체지방 측정 장치를 사용하는 일실시예의 실제 사용 모습을 도시하는 도면.

도 6 은 본 발명의 일실시예로서 엄지접지 체지방 측정 장치의 개략적인 사시도.

도 7 은 도 6 의 엄지접지 체지방 측정 장치를 사용하는 일실시예의 실제 사용 모습을 도시하는 도면.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 생체전기 임피던스 분석법을 이용한 체지방 측정 장치로서, 전류 공급회로, 전압 측정 회로, 임피던스 측정을 위해 인체의 특정 부위와 접촉시키기 위한 전도성 전극판, 측정된 전압 신호를 마이크로 프로세스에 전달하기 위한 A/D 변환회로, 측정값에 기초하여 체지방을 계산하기 위한 마이크로 프로세서, 상기 계산된 결과를 표시하는 화면표시장치, 개인의 체중, 신장, 성별을 입력받기 위한 입력부를 포함하는 체지방 측정 장치에 있어서,

상기 전류 공급 회로는

인체에 일정한 전류를 공급하기 위한 정전류 발생회로;

상기 정전류 발생회로와 별도로 정현파의 교류 신호를 발생하기 위한 교류 발생회로; 및

상기 발생된 정전류와 정현파의 교류 신호를 혼합하여 인체 내부 저항을 측정하기 위한 교류파형으로 상기 정전류를 변환시키기 위한 신호 혼합회로를 포함하고,

상기 전압 측정 회로는 전압 팔로우(voltage follower)회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 체지방 측정 장치는 상기 정전류 발생 회로와 교류 발생회로를 신호 혼합회로에서 합한 전류 공급단자와 상기 전압 측정 회로의 단자를 상기 장치 내부에서 공유하여 두개의 전극만으로 전극판을 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 체지방 측정 장치의 하나의 전극은 장치 본체에 있으며 다른 하나의 전극을 케이블에 의하여 연결하여, 하나의 전극은 손에 접촉되고 하나의 전극은 발에 접촉하도록 하여 전신의 체지방 분포를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 2단자 체지방 측정 장치는 2개의 전극이 케이스의 외부에 힌지 및 케이블로 부착되어 있어서 2개의 전극이 양 손바닥에 접촉되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 2단자 체지방 측정 장치는 2개의 전극이 케이스의 전면에 부착되어 있어서 2개의 전극을 양손의 엄지손가락에 접촉되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 체지방 측정 장치의 회로도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 체지방 측정 장치는 바람직하게는 2단자 방식으로 구성되어 있다. 하지만, 본 발명의 구성적 특정은 상기 2단자 방식뿐만 아니라 4단자 방식에서도 채용될 수 있음은 당연하다.

본 발명에 따른 체지방 측정 장치는 정전류 발생회로(102), 교류신호 발생회로(103), 신호 혼합회로(101), 및 전압 측정회로(106)로 구성된다.

정전류원을 사용하여 전류 측정 등의 부가 회로 없이 임피던스를 측정할 수 있도록 상기 정전류 발생회로(102)는 DC 정전류 소스를 사용한다.

또한, 상기 정전류 발생회로(102)는 정전류(Is)를 발생시켜 인체에 공급되는 전류를 일정하게 유지하기 위한 회로이며, 이때 전류원은 인체에 무해한 수준인10mA 이하의 정전류를 공급한다. 정전류원을 사용함에 따라 인체에 과도한 전류가 공급되는 문제도 발생하지 않고 전극의 접지 면적을 중이면서도 정확한 신뢰도를 유지하는 장점이 있다.

상기 교류신호 발생회로(103)는 정현파의 전압(Vs)을 발생함으로써 인체의 피부저항을 통과하여 내부의 저항 측정이 가능하도록 한다. 따라서 상기 교류신호 발생회로(103)는 일반적인 정현파 신호 발생회로를 사용하여 구현할 수 있다.

상기 신호 혼합회로(101)는 출력저항이 낮은 증폭기 회로를 사용하여 구현되며, 바람직하게는 CMOS 회로를 사용한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 신호 혼합회로(101)는 교류 전압 소스로의 누설전류 없이 단자 A(104)를 통하여 인체에 교류 전류가 인가되도록 한다. 상기 신호 혼합회로(101)는 DC 정전류 소스의 교류신호로의 변환과 아울러 전류의 누설 방지의 기능을 수행한다. 즉, 상기 신호 혼합회로(101)는 상기 정전류 발생회로(102)에서 공급되는 정전류(Is)와 상기 교류신호 발생회로(103)에서 출력된 교류 파형의 전압(Vs)를 혼합하여 일정한 교류 파형을 유지하도록 한다.

바람직하게는 인체접지 전극(104, 105)은 전류 공급단과 전압측정단을 일체화하여 2개의 전극만을 갖는 측정단으로 구성된다.

상기 정전류 발생회로(102), 신호 혼합회로(103), 및 교류신호 발생회로(101)의 결합 구조에 대한 본 발명의 특징적 구조가 본 명세서에서는 2단자 체지방 측정 장치에 대한 구조로 설명되지만, 이러한 구성들이 4단자 체지방 측정 장치에서도 적용될 수 있음은 당업자라면 누구나 이해할 수 있을 것이다.

2개의 전극으로 구성된 상기 인체접지 전극(104, 105)은 정전류에서 나온 전류가 모두 인체에 인가되고 전류가 공급된 위치에서 바로 전압을 측정함으로써 측정시 위치 오차에 의한 전압강하 문제를 발생시키지 않는다.

상기 전압 측정회로(106)는 입력버퍼(106)로 구성되는데, 상기 입력버퍼(106)는 정전류가 전류 공급단과 전압측정단이 일체된 상기 인체접지단에서 전류 공급단에서 발생된 전류가 모두 인체 내로 인가되도록 입력 저항이 큰 OP-AMP를 사용하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 OP-AMP는 10M ohm 이상이 되는 것을 사용하고 회로 구성에서도 voltage follower 회로를 사용하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 신호 증폭 회로(107)는 상기 전압측정 회로(106)에서 측정된 전압을 전압 증폭기를 사용하여 A/D 변환이 용이하도록 신호를 레벨 시프트하고 증폭한다.

또한 본 발명에 따른 체지방 측정 장치는 A/D 컨버터, 및 측정 장치(109)를 포함한다. 상기 측정 장치(109)는 메모리, 마이크로 프로세서, 입력장치, 출력장치를 포함한다.

A/D 변환회로는 측정되어 증폭된 전압값을 A/D 컨버터에 의해 디지털화 시킨다.

마이크로프로세서는 디지털화된 값을 연산처리하여 체성분에 대한 값을 산출한다.

메모리는 폰트(글자), 개인의 특성, 측정이력을 저장한다. 따라서 한번 개인의 특성을 저장한 후에 그 이후부터는 별도의 입력없이 측정만 하면 된다.

출력장치는 측정결과를 디스플레이 하기 위한 화면 표시부이다. 일 실시예로 사용자가 육안으로 확인 가능하도록 체지방율, 체지방량 및 비만정도를 액정화면 디스플레이어에 표시하도록 함이 바람직하다.

입력장치는 바람직하게는 키보드를 사용하여 사용자의 개인 이력을 입력받는 수단이며, 측정 및 확인등을 위한 명령을 입력 받는 버튼을 포함한다.

전원장치(도면에 도시되지 않음)는 전선을 이용하여 외부 전원을 이용하도록 구성되거나 휴대용인 경우 내부에 장착되는 건전지로부터 전원을 입력받도록 구성된다.

이하 본 발명에 따른 체지방 측정 장치의 작용을 설명한다.

본 발명의 구체적인 원리는 인체저항(Z)에 비하여 전압 측정 회로의 입력저항이 매우 높아 정전류 Is 가 모두 인체로 들어 간다고 가정하는 경우 Is 는 옴의 공식에 따라 Vo = Is * Z 이다. 따라서 Is 가 일정한 경우 Vo = k * Z 가 된다(k 는 전류에 관련된 상수이며 장비에 따라 고유값이 다를수 있다).

인체의 임피던스인 Z 는 측정전압(Vo)을 상수 k 로 나누어 계산한다. 이상적으로 피부에 의한 임피던스가 0 라고 가정하면 Z = Ri 이다. 따라서 전압측정단(Vo)를 통하여 구하고자 하는 인체의 내부 저항(Ri)을 구할 수 있다.

실제적으로 피부의 임피던스 값은 피부의 용량성분(Cs) 에 의한 Zc = 1/2πfC 이며 Rc 와 병렬로 Zc 가 연결된 값이다. 이 피부에 의한 임피던스 값은 고려되어야 하며 피부의 임피던스를 최소로 하기 위해서는 Cs의 값을 크게 해야 하며, Cs의 값을 크게 하기 위해서는 단자의 넓이를 넓게 해야 한다. 따라서 가능한 단자의 접촉면을 넓게 하는 것이 오차를 줄일 수 있다.

인체의 임피던스를 구한 후에는 종래의 알려진 것처럼 임의의 상수를 곱하여 계산하고, 이것에 따라 나머지 단백질과 무기질을 인체의 기본 구성비율에 따라 계산한다. 그리고 입력된 체중에서 수분, 단백질, 무기질을 빼서 체지방을 계산한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 일실시예인 2개의 단자에 의한 체지방 측정 장치로서 전신의 체지방을 측정하기 위한 장비의 본체구조(도 2)와 적용방법(도 3)을 도시한 것이다. 체지방 측정 장치(21)는 손에 접촉하기 위한 전극(22), 발에 접촉하기 위한 전극(23), 개인의 체중, 신장, 성별 등을 입력하기 위한 데이터입력장치 (24), 발 전극과 본체와 연결하기 위한 케이블(25), 측정결과를 확인하기 위한 화면표시장치(26)로 구성된다.

체지방 측정 장치(21)의 사용방법은 데이터입력장치(24)에 의하여 체중, 신장, 성별 등 개인정보를 입력한 후, 한 손을 간편하게 잡도록 양쪽에 배치한 전극(22)에 접촉하고, 다른 하나의 전극(23)은 케이블(25)을 당겨서 길게 만든 후 발에 접촉하여 측정하며, 결과는 화면표시장치(26)를 통하여 확인한다. 이 경우 왼손, 오른손, 왼발, 오른발을 지시에 따라 바꾸면서 체지방의 불균형한 분포도 확인할 수 있는 특징이 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 또 다른 일실시예인 2개의 단자에 의한 체지방 측정 장치로서 전신의 체지방을 측정하기 위한 장비의 본체구조(도 4)와 적용방법(도 5)을 도시한 것이다. 도 4는 사용 방법에 따라 2가지의 형상의 구체예를 도시하였다.

체지방 측정 장치(41)는 왼손에 접촉하기 위한 전극(42), 오른손에 접촉하기 위한 전극(43), 개인의 체중, 신장, 성별 등을 입력하기 위한 데이터입력장치(44), 측정결과를 확인하기 위한 화면표시장치(45), 전극과 본체를 연결하기 위한 힌지(46) 및 케이블(47)로 구성된다.

이 장비는 소형이면서 전극의 면적을 넓게 하여 손바닥을 전극 접촉면으로 하여 측정오차를 줄인 것이 특징이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 또 다른 일실시예인 2개의 단자에 의한 체지방 측정 장치로서 전신의 체지방을 측정하기 위한 장비 본체구조(도 6)와 적용방법(도 7)을 도시한 것이다.

체지방 측정 장치(61)는 왼손의 엄지손가락에 접촉하기 위한 전극(62), 오른손의 엄지손가락에 접촉하기 위한 전극(63), 개인의 체중, 신장, 성별 등을 입력하기 위한 데이터입력장치(64), 측정결과를 확인하기 위한 화면표시장치(65)로 구성된다.

이 장비는 초소형으로 구성이 가능하며 양손의 엄지 손가락을 사용함으로 신호의 입력후 바로 옆의 단자에 엄지손가락을 놓음으로서 사용이 편리한 것이 특징이다.

이상의 본 발명에 따른 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였고 해당 업계의 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범주에서 벗어나지않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 인체의 임피던스 변화에 무관하게 안정적으로 교류 정전류를 발생하는 회로를 구비한 체지방 측정 장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전류 공급원으로 정전류 회로를 사용함으로써 별도의 전류측정단을 요구하지 않는 체지방 측정 장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 일시예에 따른 체지방 전류 공급 회로를 2단자 체지방 측정 장치에 적용할 경우 일반인이 휴대하기 용이하게 소형화된 체지방 측정 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 일반인이 사용상의 특별한 지식이 없어도 간단하게 사용할 수 있는 동작이 간소화된 체지방 측정 장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 생체전기 임피던스 분석법을 이용한 체지방 측정 장치로서, 전류 공급회로, 전압 측정 회로, 임피던스 측정을 위해 인체의 특정 부위와 접촉시키기 위한 전도성 전극판, 측정된 전압 신호를 마이크로 프로세스에 전달하기 위한 A/D 변환회로, 측정값에 기초하여 체지방을 계산하기 위한 마이크로 프로세서, 상기 계산된 결과를 표시하는 화면표시장치, 개인의 체중, 신장, 성별을 입력받기 위한 입력부를 포함하는 체지방 측정 장치에 있어서,

   상기 전류 공급 회로는

   인체에 일정한 전류를 공급하기 위한 정전류 발생회로;

   상기 정전류 발생회로와 별도로 정현파의 교류 신호를 발생하기 위한 교류 발생회로; 및

   상기 발생된 정전류와 정현파의 교류 신호를 혼합하여 인체 내부 저항을 측정하기 위한 교류파형으로 상기 정전류를 변환시키기 위한 신호 혼합회로를 포함하고,

   상기 전압 측정 회로는 전압 팔로우(voltage follower)회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전도성 전극판은 상기 정전류 발생 회로와 교류 발생회로를 신호 혼합회로에서 합한 전류 공급단자와 상기 전압 측정 회로의 단자를 상기 장치 내부에서 공유하여 두개의 전극만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   하나의 전극은 장치 본체에 있으며 다른 하나의 전극을 케이블에 의하여 연결하여, 하나의 전극은 손에 접촉되고 하나의 전극은 발에 접촉하도록 하여 전신의 체지방 분포를 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   2개의 전극이 케이스의 외부에 힌지 및 케이블로 부착되어 있어서 2개의 전극이 양 손바닥에 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   2개의 전극이 케이스의 전면에 부착되어 있어서 2개의 전극을 양손의 엄지손가락에 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 신호 혼합 회로는 CMOS 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 체지방 측정 장치.