KR20040077558A

KR20040077558A - 신체 조성 측정장치

Info

Publication number: KR20040077558A
Application number: KR1020040013545A
Authority: KR
Inventors: 다케하라가츠미
Original assignee: 가부시키가이샤 타니타
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-09-04
Also published as: US20060229527A1; TW200427431A; EP1452133A1; US20040171963A1; KR100664674B1; CN1537511A; DE602004024934D1; CN1294874C; JP2004255120A; EP1452133B1; TWI270365B

Abstract

주어진 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터값 또는 다른 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터값에 포함되는 세포내/외액 비를 나타내는 파라미터의 사용에 의해, 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터가 보정되며, 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터값을 기초로 신체 조성 등이 추정된다. 더 나아가, 생체전기 임피던스에 관한 보정될 파라미터는 생체전기 임피던스의 절대값, 생체전기 임피던스 벡터값 또는 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분값이다.

Description

신체 조성 측정장치{BODY COMPOSITION MEASURING APPARATUS}

본 발명은 생체전기 임피던스 측정법의 정확도의 향상 및 생체전기 임피던스측정법에 기초한 신체 조성 측정장치에 관한 것이다.

생체전기 임피던스 측정법은 다음 원리에 근거하여 신체 조성을 추정한다.

전류가 쉽게 흐르는 생체 중의 부분은 도 1에 보여진 원통형 도전체로 나타내는 것으로 가정한다. 또, 도전체의 길이, 단면적, 저항율 및 체적은 도 1에 보여진 것처럼 각각 L, S, ρ 및 V로 나타내며, 도전체의 상단면과 하단면 사이의 저항 R 및 체적 V는 다음과 같이 표현된다.

R = αL/S

V = SL

그러나, 단면적 S가

S = V/L

로 표현되므로, 저항 R은 다음과 같이 표현된다.

R = ρL²/V

따라서, 체적 V는

V = ρL²/R

로 표현된다.

더 나아가, 이들 식으로부터

로 나타낸 관계가 성립된다는 것이 이해된다.

상기 설명된 것처럼, 다양한 신체 조성이 생체 중의 도전체의 체적, 즉 생체중에서 전류가 쉽게 흐르는 물의 체적 V를 추정함으로써 추정된다.

상기 모델에서 생체는 원통이며, 수분은 생체내에 균일하게 존재한다고 가정한다. 그러나, 실제 생체에서 그 중에 존재하는 수분은 두 종류의 구획, 즉 세포간질액 및 혈장을 포함하는 세포외액을 가지는 구획과 세포막에 의해 둘러싸인 세포내액을 가지는 구획을 포함한다. 더 나아가, 세포내액을 가진 후자의 구획을 둘러싼 세포막은 매우 얇은 절연체라고 생각된다. 이들 두 종류의 수분 구획을 가지는 생체 모델을 컴파트먼트 모델(compartment model)이라고 칭한다. 이 모델에 기초하여, 생체는 도 2에 보여진 등가 회로로 표시된다고 가정되며, 여기에서 Re는 세포외액 저항이고, Ri는 세포내액 저항이며, Cm은 세포막 용량이다.

그러나, 실제 생체는 다양한 세포들의 집합체이며, 도 2에 보여진 집중 정수 등가 회로에 의해서만 생체를 나타내는 것이 어렵기 때문에, 생체의 전기적 특성들을 나타내기 위해서 Cole-Cole 원호 법칙이 도입된다.

생체의 임피던스 벡터 궤적이 Cole-Cole 원호 법칙을 따른다고 가정하면, 주어진 주파수에서 생체전기 임피던스 벡터 Z는 다음과 같이 표현될 수 있다.

Z(ω) = R_∞+ (R₀-R_∞)/(1+(jωτ)^β)

여기에서, ω는 측정각 주파수( = 2πf, f: 측정 주파수)를 나타내고, τ는 Cole-Cole 원호 법칙의 중심완화정수를 나타내며, β는 완화 시간의 분포를 나타내는 파라미터이고, R0는 주파수 0Hz에서의 저항값을 나타내며, R∞은 주파수 ∞Hz에서의 저항값을 나타낸다.

도 2에 보여진 R0과 R∞ 그리고 Re와 Ri 사이의 관계에 관해서, 주파수 0Hz에서의 임피던스값인 R0은 도 2의 등가 회로에 의해 나타낸 것처럼 단지 저항값에 불과하다.

더 나아가, 주파수 ∞Hz에서의 임피던스값인 R∞도 상기 사례와 마찬가지로 단지 저항값이다.

주파수가 0Hz일 때 전류는 세포내액 구획을 흐르지 않고 세포외액 구획을 흐른다. 따라서, 주파수 0Hz에서 측정된 생체전기 임피던스 벡터값은 세포외액에 기초한 값이다.

반면에, 주파수 ∞Hz에서 측정된 생체전기 임피던스 벡터값은 세포외액 구획과 세포내액 구획을 모두 흐르므로, 전체 신체에 있는 수분량, 즉 총체수분량을 나타낸다고 말할 수 있다.

결국, 세포외액량(ECW) 또는 총체수분량(TBW)은 측정 전류의 주파수가 0Hz일 때의 저항값인 R0 및 주파수가 ∞Hz일 때의 저항값인 R∞를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

마찬가지로, 그들은 또 도 2의 Re 및 Ri를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

더 나아가, 세포내액(ICW)은 체수분량에서 세포외액량을 뺌으로써 얻어진다. 따라서, 그것은 다음과 같이 표현될 수 있다.

ICW = TBW - ECW

상기 설명된 것처럼, 세포외액량, 총체수분량 및 세포내액량은 2 컴파트먼트 모델 및 Cole-Cole 원호 법칙을 사용하여 추정될 수 있다.

더 나아가, 제지방량, 근육량, 체지방량, 및 체중에서의 세포외액량, 총체수분량 및 세포내액량의 비율이 세포외액량, 총체수분량 및 세포내액량의 항과 그 역수, 그리고 체중, 신장, 나이 및 성별과 같은 다양한 파라미터로부터 또한 추정될 수 있다.

전술한 원리와 다주파수의 측정 전류를 사용하여 생체전기 임피던스를 측정함으로써 얻어진 주파수 0Hz와 주파수 ∞Hz에서의 R0 및 R∞ 값을 기초로 체지방량 및 체수분량을 산출하는 장치가 제안된다(예를 들어, 특허문헌 1).

더 나아가, 사람의 체세포량, 제지방량 및 총체수분량을 추정하는데서 리액턴스값을 포함한 임피던스값을 사용하는 방법이 개시된다(예를 들어, 특허문헌 2).

특허문헌 1 : 일본특허공개공보 No. 9-51884

특허문헌 2 : 일본특허 No. 3330951 명세서

생체전기 임피던스의 측정시에 생체를 흐르는 전류는 주로 전해질 성분을 가지며 저항율이 낮은 세포외액 구획과 세포내액 구획을 통해 흐른다. 그러나, 세포내액 구획은 매우 얇은 절연막이라고 생각되는 세포막에 의해 둘러싸여 있다. 이 절연막은 도 2의 등가 회로에서 콘덴서(Cm)로서 나타낸다. 직류 전류는 절연막을 통해 흐르지 못하며, 그것의 임피던스는 주파수에 반비례하여 변화한다. 그러므로, 세포내액 구획을 흐르는 전류의 값은 흐르는 전류의 주파수에 의존한다.

반면에, 세포외액 구획을 흐르는 전류의 값은 흐르는 전류의 주파수에 의존하지 않으며, 도 2의 등가 회로에서 세포외액 저항(Re)으로 표시된 것처럼 일정한 저항값을 나타낸다.

단일 주파수를 사용하여 체수분이나 신체 조성을 측정하는 현재 대중적인 방법은 주파수가 50Hz 근처인 전류를 사용하며, 이것은 Cole-Cole 원호 법칙에 의한 특성 주파수(1/2πτ) 근처의 주파수이다. 이 주파수 범위에서, 측정 전류는 세포외액 구획을 통해 충분히 흐르지만, 세포막 임피던스의 영향으로 인해 세포내액 구획에는 ∞ 주파수에서 흐르는 전류의 약 1/n(예를 들어 n은 2 내지 9) 만이 흐른다. 그러나, 생체의 그러한 전기적 특성들을 십분 고려하여 체수분 및 신체 조성을 평가하는 것이 가능하다. 그러나, 생체전기 임피던스에 대한 세포내액 구획의 영향은 세포외액 구획의 영향보다 적기 때문에 다양한 문제가 발생한다. 이후, 그 문제들의 예가 설명될 것이다.

일반적으로 말해서, 생체외액은 혈장, 림프액, 세포간질액 등으로 구성되고, 중력 등의 영향으로 인해 비교적 쉽게 이동하지만, 세포내액은 세포막을 통해 이동하기 때문에 이동하는데 비교적 긴 시간이 필요하다. 이것은 생체전기 임피던스의 측정시에 단지 생체외액의 분포만이 측정될 신체부위나 피험자의 자세에 따라서 단시간내에 비교적 쉽게 변화할 가능성이 있다는 것을 의미한다. 상기 설명된 것처럼, 생체전기 임피던스에 대한 세포외액 구획의 영향이 세포내액 구획의 영향보다 더 크므로, 세포외액 분포에서 그러한 변화는 생체전기 임피던스의 측정값에서 매우 큰 변화로서 나타나며, 체수분이나 신체 조성의 추정에서 오차를 야기한다.

더 나아가, 피험자의 세포외액과 세포내액의 비율이 정상적인 사람의 비율과 상당히 다를 때 조차도 체수분 또는 신체 조성의 추정에서도 오차를 야기할 수 있다. 예를 들어, 일반인보다 근육량이 상당히 더 많은 운동선수는 근육의 발달 정도에 따라서 일반인보다 더 큰 세포내액 구획을 가진다고 가정된다. 따라서, 운동선수는 일반인보다 체수분 중에서 세포내액의 비율이 더 클 것이라고 가정된다. 그러나, 상기 이유로 인해 세포내액 구획이 과소평가된다. 결국, 세포내액이 과소평가되고, 총체수분량이 또한 과소평가된다.

그러한 문제는 특성 주파수 근처에서의 측정에서 뿐만 아니라, 세포외액 구획과 세포내액 구획이 균등하게 평가되지 않는 유한 주파수에서의 생체전기 임피던스 측정에 의한 체수분 또는 신체 조성의 추정에서도 발생할 수 있다.

상기 일본특허공개공보 No. 9-51884에 설명된 장치는 다주파수의 측정 신호들을 사용하여 0과 ∞의 주파수에서 저항값을 산출한 후, 이들 값으로부터 특정한 생체전기 임피던스를 산출한다. 이 산출 과정은 임피던스의 원호 궤적이 결정되어야 하기 때문에 시간이 걸린다. 상기 산출된 값은 측정 주파수 50kHz에서의 저항값이다. 이 값이 피험자의 생체전기 임피던스값으로서 산출된다. 이 발명은 생체전기 임피던스를 측정하는데서 호흡의 영향을 줄이고자 하는 것이며, 세포내액과 세포외액의 변화를 억제하려는 의도는 없다.

반면에, 상기 일본특허 No. 3330951의 명세서에 설명된 방법은 생체전기 임피던스에 의해 사람의 신체 조성을 추정하는데 리액턴스값을 사용한다. 이 방법은 체세포량(BCM)을 산출하는 회귀식 및 리액턴스값 Xcp를 사용한다. 즉, 이 방법은 산출될 인체 조성의 회귀식에 리액턴스값을 직접 대입한다. 더 나아가, 이 방법은 어떤 것이 세포외액 및 체세포량의 병렬전기회로로서 생체전기 임피던스에 의해 측정될 수 있는지를 다루며, 세포외액 구획과 세포내액 구획을 평가하지는 않는다.

본 발명은 그러한 문제들을 고려하여 착안되었다. 본 발명의 목적은 세포내외액의 이동에 의해 야기되는 생체전기 임피던스의 변화를 억제하도록 측정된 생체전기 임피던스를 보정하고, 생체전기 임피던스의 측정에 의한 체수분, 신체 조성 등의 추정시에 이 보정된 값을 사용하여 체수분, 신체 조성 등을 추정함으로써 체수분, 신체 조성 등을 더욱 정확하게 추정할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 인체를 원통으로 가정한 때의 모식도이다.

도 2는 조직내 세포의 전기적 등가 회로를 나타내는 모식도이다.

도 3은 인체의 생체전기 임피던스의 벡터 궤적을 나타내는 모식도이다.

도 4는 본 발명의 생체전기 임피던스 보정식으로 보정했을 때와 보정하지 않았을 때 일반인의 제지방량의 산출 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 본 발명의 생체전기 임피던스 보정식으로 보정했을 때와 보정하지 않았을 때 운동선수의 제지방량의 산출 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 생체전기 임피던스 보정식으로 보정했을 때와 보정하지 않았을 때 생체전기 임피던스의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 예인 신체 조성 측정장치의 외관 투시도이다.

도 8은 본 발명의 예인 신체 조성 측정장치의 내부 블럭도이다.

도 9는 본 발명의 예인 신체 조성 측정장치의 순서도이다.

발명의 개요

본 발명의 신체 조성 추정법은 주어진 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스의 파라미터값에 포함되는 세포내외액 비를 나타내는 파라미터를 사용하여 측정된 생체전기 임피던스의 파라미터값을 보정하는 단계, 및 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터값을 기초로 신체 조성 등을 추정하는 단계를 포함한다. 이로써,비교적 단시간내에 발생하는 생체외액 분포 변화의 영향이 감소되고, 체수분, 신체 조성 등이 더욱 정확하게 추정된다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 주어진 주파수는 신체 조성의 추정을 위해 생체에 인가된 전류의 주파수이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 주어진 주파수는 신체 조성의 추정을 위해 생체에 인가된 전류의 주파수와 다른 주파수이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 생체전기 임피던스의 보정될 파라미터는 신체 조성 추정에 지금까지 사용되었던 생체전기 임피던스의 절대값, 생체전기 임피던스 벡터값 또는 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분값 중 어느 것이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 의해 보정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 P'는 다음과 같이 산출된다.

P' = f(P,α) = K·P^A·α^B+ C

여기에서, f(P,α)는 파라미터 P 및 α로 표시된 보정 함수이고, P'는 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터이며, P는 생체전기 임피던스에 관한 측정된 파라미터이고, α는 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, A, B, C 및 K는 정수이다.

본 발명의 신체 조성 추정법은 상기 식에 따라서 산출된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터를 기초로 체수분, 신체 조성 등의 더욱 정확한 추정을 행한다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서 사용되며, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 생체전기 임피던스의 측정시에 생체에 인가된 교류 전류 파형과 측정된 전압 파형 사이의 위상차 φ를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

α = 1/φ

α = 1/tan(φ)

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 포함되거나, 또는 다른 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 포함된 파라미터를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

α = R/X

여기에서, R은 생체전기 임피던스의 저항성분이고, X는 생체전기 임피던스의 리액턴스 성분이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 측정 주파수보다 더 높은 주파수 및 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이거나, 또는 그 중 어느 하나가 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스의 절대값 또는 생체전기 임피던스의 저항성분값을 사용하여 다음과 같이 표현된다.

α = P_high/P_low

α = P_low/(P_low-P_high)

α = P_high/(P_low-P_high)

여기에서, P_high는 더 높은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, P_low는 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 복수의 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스값으로부터 결정되는 주파수 0Hz에서의 생체전기 임피던스값 R0 및 무한대 주파수에서의 생체전기 임피던스값 Rinf에 의해 다음과 같이 표현된다.

α = Rinf/R0

대안으로, 파라미터 α는 세포외액 저항값 Re 및 세포내액 저항값 Ri에 의해 다음과 같이 표현된다.

α = Ri/Re

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치는

전류인가장치,

전압측정장치,

생체전기 임피던스 산출장치,

보정장치, 및

신체 조성 산출장치

를 포함하며, 여기에서

전류인가장치는 생체에 전류를 인가하고,

전압측정장치는 전압을 측정하고,

생체전기 임피던스 산출장치는 인가된 전류 및 측정된 전압으로부터 측정 신체부위의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터를 산출하고,

보정장치는 주어진 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스의 파라미터값에 포함된 세포내외액 비를 나타내는 파라미터를 사용하여 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터값을 보정하고,

신체 조성 산출장치는 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터값을 기초로 하여 신체 조성에 관한 지수를 연산한다. 이로써, 비교적 단시간내에 발생하는 생체외액 분포 변화의 영향이 감소되며, 체수분, 신체 조성 등이 더욱 정확하게 추정된다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 주어진 주파수는 신체 조성의 추정을 위해 생체에 인가된 전류의 주파수이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 주어진 주파수는 신체 조성의 추정을 위해 생체에 인가된 전류의 주파수와 다른 주파수이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 보정장치에 의해 보정되는 생체전기 임피던스의 파라미터는 신체 조성 추정에 지금까지 사용되었던 생체전기 임피던스의 절대값, 생체전기 임피던스 벡터값 또는 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분값 중 어느 것이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 세포내외액 비를 나타내는생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 의해 보정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터가 P'일 때, 보정장치에서 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 보정은 다음 보정식에 따라서 행해진다.

P' = f(P,α) = K·P^A·α^B+ C

여기에서, f(P,α)는 파라미터 P 및 α로 표시된 보정 함수이고, P'는 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터이며, P는 생체전기 임피던스에 관한 측정된 파라미터이고, α는 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, A, B, C 및 K는 정수이다. 본 발명의 신체 조성 측정장치는 생체전기 임피던스에 관한 산출된 파라미터를 기초로 체수분, 신체 조성 등의 더욱 정확한 추정을 행한다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서 사용되며, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 생체전기 임피던스의 측정시에 생체에 인가된 교류 전류 파형과 측정된 전압 파형 사이의 위상차 φ를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

α = 1/φ

α = 1/tan(φ)

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 포함되거나, 또는 다른 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 포함된 파라미터를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

α = R/X

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 측정 주파수보다 더 높은 주파수 및 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이거나, 또는 그 중 어느 하나가 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스의 절대값 또는 생체전기 임피던스의 저항성분값을 사용하여 다음과 같이 표현된다.

α = P_high/P_low

α = P_low/(P_low-P_high)

α = P_high/(P_low-P_high)

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 측정장치에서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 복수의 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스값으로부터 결정되는 주파수 0Hz에서의 생체전기 임피던스값 R0 및 무한대 주파수에서의 생체전기 임피던스값 Rinf에 의해 다음과 같이 표현된다.

α = Rinf/R0

α = Ri/Re

바람직한 구체예의 상세한 설명

생체전기 임피던스 Z를 사용하여 신체 조성을 추정하기 위해, 일반적으로 피험자의 신장, 생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜ 및 체중, 성별 및 나이와 같은 파라미터를 회귀식에 대입함으로써 연산을 행한다. 다음은 회귀식의 중요한 항이다.

L²/｜Z｜ .... (1)

여기에서, L은 피험자의 신장 또는 측정될 신체부위의 길이이고, ｜Z｜는 측정된 생체전기 임피던스의 절대값을 나타낸다.

더 나아가, 이 항을 임피던스 지수라고 칭한다.

반면에, 측정된 생체전기 임피던스 벡터 Z(ω)는 상기 Cole-Cole 모델에 따라서 다음과 같이 표현된다.

Z(ω) = R_∞+ (R₀-R_∞)/{1+(jωτ)^β}

= R_∞+ (R₀-R_∞)/[1+(ωτ)^βx {cos(πβ/2) + jsin(πβ/2)}]

여기에서, ω는 측정각 주파수( = 2πf, f: 측정 주파수)를 나타내고, τ는 원호 법칙의 중심완화정수를 나타내며, β는 완화 시간의 분포를 나타내는 파라미터이고, R0은 주파수 0Hz에서의 저항값을 나타내며, R∞는 주파수 ∞Hz에서의 저항값을 나타낸다.

Cole-Cole 모델에 의해 나타낸 것처럼, 주파수를 스웹하면서 측정한 생체전기 임피던스 벡터가 실수성분인 저항성분 R을 표시하는 횡축과 허수성분인 용량성분 X를 표시하는 종축을 가지는 평면 상에 플롯될 때, 그것의 벡터 궤적은 도 3에 나타낸 것처럼 원호를 형성한다. 이 경우, 허축성분은 용량-기준이기 때문에 음의 값이지만, 편의를 위해 이후 양수로서 다뤄질 것이다.

도 3에서, O는 원점을 나타내고, A 및 B는 벡터 궤적과 실축 사이의 교점을 나타내며, C는 원호의 정점을 나타내고, D는 원의 중심을 나타내고, E는 선분 CD와 실축 사이의 교점을 나타낸다. 이 경우, 점 A는 주파수 ∞에서의 생체전기 임피던스값을 나타내고, 점 B는 주파수 0Hz에서의 생체전기 임피던스값을 나타내며, 점 A와 B는 모두 허수성분 없이 실수성분인 저항값 만을 가진다. 생체전기 임피던스값이 원호의 정점 C에 도달하는 주파수를 특성 주파수라고 칭하며, 이 때의 각주파수는 다음과 같이 표현된다.

ω = 1/τ

생체전기 임피던스값이 실축성분(저항성분) R 및 허축성분(리액턴스 성분) X로 분해된 경우, R 및 X는 다음과 같이 표현된다.

R = R_∞+ [(R₀-R_∞) x {1+(ωτ)^βx cos(πβ/2)}]/g(ω,τ,β)

X = [(R₀-R_∞) x {(ωτ)^βx sin(πβ/2)}]/g(ω,τ,β)

여기에서,

g(ω,τ,β) = 1 + 2(ωτ)^βx cos(πβ/2) + {(ωτ)^2β}

1/τ의 측정각 주파수 ω, 즉 특성 주파수가 고려된 경우, 상기 R 및 X는 다음과 같이 표현된다.

R = (R₀+R_∞)/2

X = {(R₀-R_∞)/2} x [sin(πβ/2)/{1 + cos(πβ/2)}]

= {(R₀-R_∞)/2} x tan(πβ/4)

이 경우, R 및 X의 값은 도 3에 각각 나타낸 원점과 점 E 사이의 거리 및 점 E와 C 사이의 거리를 나타낸다.

생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜ 및 그것의 실축성분인 저항성분 R은 상이한 파라미터들을 포함하지만, 그들로부터 체수분, 신체 조성 등이 추정될 수 있다는 것이 상기 설명으로부터 이해된다.

따라서, 상기 임피던스 지수:

L²/｜Z｜ .... (1)

에 더하여, 체수분, 신체 조성 등은

L²/ R .... (1)'

에 의해 추정될 수 있다.

이후, 이 항을 저항지수라고 칭할 것이다.

이들 임피던스 지수 및 저항지수는 생체 중의 체수분, 제지방량, 근육량 등과 상당한 관계를 가지며, 그들은 이들 정보를 추정하는데 중요한 항이다. 더 나아가, 이들 지수는 또한 지방량, 지방 퍼센트 등을 추정하는데 중요한 항이다.

그러나, 이들 경우에, 특성 주파수 근처 주파수에서의 생체전기 임피던스 측정에서는, 상기 세포내액 구획 과소평가 및 상기 세포외액 분포 변화의 영향이 발생한다. 더 나아가, 그들 영향은 또한 유한 주파수에서의 다른 생체전기 임피던스 측정에서도 일어날 수 있다.

더 나아가, 이 오차는 전체 신체의 신체 조성이 생체의 특정 부위의 저항성분으로부터 추정될 때 특히 상당한 영향을 야기한다.

본 발명은 생체전기 임피던스의 측정에 의해 얻어진 생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜ 또는 저항성분 R에 반영되지 않는 요소, 즉 과소평가된 세포내액 구획의 정보를 사용하여 측정된 생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜ 또는 측정된 저항성분 R을 보정하는 단계, 및 보정된 생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜' 또는 보정된 저항성분 R'를 사용한 임피던스 지수 또는 저항지수를 사용하여 체수분, 신체 조성 등을 추정하는 단계를 포함하는 방법; 및 보정된 생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜' 또는 보정된 저항성분 R'를 사용하여 체수분, 신체 조성 등을 추정하는 장치를 제공한다.

이후, 본 발명은 생체전기 임피던스 벡터의 실축 성분인 저항성분 R에 의한 저항지수를 사용하여 설명될 것이다.

일반적으로, 임피던스 벡터 z(ω)는 저항성분 r 및 리액턴스 성분 x를 사용하여 다음과 같이 표현된다.

z(ω) = r + jx(ω)

더 나아가, 임피던스 벡터의 절대값 ｜z(ω)｜ 및 위상각 φ를 사용하면 다음의 관계가 존재한다.

r = ｜z(ω)｜cosφ

x = ｜z(ω)｜sinφ

tan(φ) = x/r

더 나아가, 상기 설명된 것처럼, 저항성분 R 및 리액턴스 성분 X는 다음과 같이 표현된다.

R = (R₀+R_∞)/2

X = {(R₀-R_∞)/2} x tan(πβ/4)

따라서, 다음 식이 성립한다.

X/R = tan(πβ/4) x (R₀-R_∞)/(R₀+R_∞)

다음 식들:

R0 = Re

R∞ = ReRi/(Re+Ri)

이 성립하므로, X/R은 또한 다음과 같이 표현될 수 있다.

X/R = tan(πβ/4) x R_e/(R_e+2R_i)

= tan(πβ/4)/(1+2R_i/R_e)

따라서, 다음 식이 성립한다.

R/X = (1+2R_i/R_e)cot(πβ/4)

이 식에서, Ri/Re는 세포내액과 세포외액 구획의 상대적인 정보를 나타낸다. 이후, 이 Ri/Re를 세포내외액 구획비라고 칭할 것이다.

이 세포내외액 구획비에는 생체전기 임피던스가 측정되는 신체부위에서의 두 구획의 크기가 반영된다. 잘 발달된 근육을 가진 운동선수의 경우에, 세포내액 구획이 클 때는 세포내외액 구획비가 작다. 한편, 세포내액 구획이 더 적으면 세포내외액 구획비는 더 커진다. 반면에, 세포외액 구획이 클 때는 세포내외액 구획비가 크고, 세포외액 구획이 작을 때는 세포내외액 구획비가 작다.

그러나, 생체의 세포내액 구획은 일반적인 환경 하에서 단시간내에 변화한다고 생각할 수 없다. 세포내액 구획은 훈련, 노화 등에 의해 오랜 시간에 걸쳐 점진적으로 변화한다고 생각된다. 그러므로, 세포내액 구획은 제한된 시간 기간내에는 변하지 않은 채로 남아 있다고 가정될 수 있다. 그러나, 세포외액 구획에 관해서는, 상기 설명된 것처럼 매우 단시간내에 세포외액의 균일한 분포에 변화가 발생할 수 있으므로, 세포외액 구획은 극적으로 변화할 수 있다.

본 발명에서, 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스의 절대값 또는 생체전기 임피던스의 저항성분은 다음 식에 따라서 상기 세포내외액 구획비를 포함하는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터를 사용하여 보정된다.이후, 세포내외액 구획비 및 세포내액과 세포외액의 비는 서로 같은 의미로 사용될 것이며, 차별을 두지 않을 것이다.

P' = f(P,α) = K·P^A·α^B+ C

여기에서, f(P,α)는 파라미터 P 및 α로 표시된 보정 함수이고, P'는 보정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이며, P는 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, α는 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, A, B, C 및 K는 정수이다.

더 나아가, 보정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터값을 사용하여, 상기 임피던스 지수 또는 저항지수가 산출되고, 이 산출된 지수를 기초로 체수분 및 신체 조성이 추정된다.

생체전기 임피던스에 관한 파라미터를 보정하기 위한 세포내외액 구획비를 가지는 파라미터는 생체전기 임피던스의 위상각이 φ일 때 다음과 같이 표현된다.

R/X = cot(φ)

생체전기 임피던스의 위상각이 일반적으로 10°보다 작다는 것을 고려하면, 다음 식이 성립한다는 것을 생각할 수 있다.

cot(φ) ≒ 1/φ

따라서, cot(φ) 및 1/φ.

다주파수에서의 생체전기 임피던스 측정 결과로부터 산출된 세포외액 저항값 Re 및 세포내액 저항값 Ri는 다음의 관계를 가진다.

Ri/Re

다주파수에서의 생체전기 임피던스 측정 결과로부터 산출된 주파수 0Hz에서의 생체전기 임피던스 R0 및 주파수 ∞에서의 생체전기 임피던스 R∞는 다음 관계를 가진다.

보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 측정 주파수보다 더 높은 주파수 및 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이거나, 또는 그 중 어느 하나가 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스 벡터의 절대값 ｜Z｜ 또는 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분 R을 사용하여 상기 R0 및 Rinf 중 어느 하나 또는 둘 모두가 근사된 경우, 다음 식이 성립한다.

P_high/P_low

P_low/(P_low-P_high)

P_high/(P_low-P_high)

실시예

이후, 본 발명에 따르는 생체전기 임피던스 측정법의 유효성 및 본 발명에 따르는 생체전기 임피던스 측정장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명할 것이다.

본 발명에 따르는 생체전기 임피던스 측정법의 유효성을 검증하기 위해, 본 발명자는 생체전기 임피던스를 사용하여 본 발명의 생체전기 임피던스 측정법에 의해 행해진 보정 전후의 결과의 차이를 검증하기 위한 실험을 수행했다. 측정 전류로서 특성 주파수 근처인 50kHz의 교류 전류 신호를 채용했다. 생체전기 임피던스 측정용 전류를 양쪽 발 사이에 흘렸고, 전위차를 두 발 사이에서 검지했다.

이 검증 실험은 신체 조성의 추정에서 가장 중요한 요소인 임피던스 지수인 식 (1)에 측정된 임피던스값의 절대값을 단순히 대입한 결과와, 측정된 생체전기 임피던스의 절대값을 하기 식 (2)를 사용하여 보정하고, 그 보정값을 임피던스 지수인 식 (1)에 대입한 결과를 보여준다. 이 경우, 전자를 보정전 값으로 정의하고, 후자를 보정후 값으로 정의한다.

세포내외액 비를 나타내는 파라미터로서 R/X를 사용하여, 측정된 생체전기 임피던스의 절대값 P를 다음 식에 의해 보정했다.

P' = f(P,R,X) = K₁(P)^A ₁(R/X)^B ₁+ C₁.... (2)

여기에서, R은 생체전기 임피던스의 실축성분(저항성분)이고, X는 생체전기 임피던스의 허축성분(리액턴스 성분)이며, A₁, B₁, C₁및 K₁은 정수이다.

도 4 및 도 5에서, 이중 에너지 X-선 흡수측정(DXA)에 의해 얻어진 제지방량이 횡축에 표시되고, 임피던스 지수에 의해 얻어지고, 그들의 대응 최대값으로 정규화된 보정전 값 및 보정후 값이 종축에 표시된다. "○"는 보정전 값을 나타내고, "×"는 보정후 값을 나타낸다. 더 나아가, 도 4는 일반인의 보정전 값 및 보정후 값을 나타내고, 도 5는 운동선수의 보정전 값 및 보정후 값을 나타낸다.

도 4에서 일반인의 정보에 관하여, 보정전 값과 보정후 값을 비교했을 때 차이가 거의 없다. 이것은 보정식의 파라미터가 일반인의 정보에 따라서 작성되기 때문이다. 보정전 정보와 보정후 정보에 차이가 없는 것은 본 발명이 일반적인 세포내외액 구획비를 가지는 불특정 다수의 피험자에게 적용될 수 있다는 것을 나타낸다.

도 5에서 운동선수의 정보에 관해서, 그들을 도 4의 일반인에 대한 결과와 교했을 때는 분명한 차이가 있는데, 보정 전의 생체전기 임피던스의 절대값에 의해 산출된 값이 전체적으로 낮으며, 제지방량이 과소평가된 것으로 이해된다. DEXA에 의해 측정된 제지방량이 더 클수록 이 경향은 더욱 뚜렷해진다. 이것은 세포외액 구획 및 세포내액 구획이 측정된 생체전기 임피던스값에 상이한 정도로 기여한다는 전술한 사실 때문이다. 본 발명에 따라서 보정을 행함으로써, 운동선수에 대한 제지방량의 과소평가 경향이 개선되고, 본래의 제지방량에 가까운 값이 산출된다는 것이 이해된다. 따라서, 본 발명에 따르는 보정은 세포내외액 구획비가 일반인과 상당히 다를 때 조차도 본래 값에 더 가까운 값으로 추정할 수 있게 한다.

이상은 피험자가 정상적인 상태이거나 또는 정상적인 상태에 가까운 상태일때 본 발명의 적용을 검증한 결과이다.

다음에, 피험자의 세포외액 구획이 변화할 때에 대한 검증을 행한다. 이것은 세포외액의 분포가 비교적 단시간내에 변화하는 전술한 사례에 해당한다. 도 6은 피험자의 생체전기 임피던스의 변화를 4일에 걸쳐 1일 당 수회 측정함에 의해, 본 발명에 따르는 보정을 행하기 전과 보정후의 값으로부터 산출된 정보를를 시간순으로 나타낸 그래프이다.

횡축은 시간을 나타내고, 종축은 보정전과 보정후의 최초값이 100일 때의 변화율을 나타낸다. 더 나아가, "○"는 보정전 값을 나타내고, "×"는 보정후 값을 나타낸다.

보정전 값의 그래프에서 그 변화는 하루 동안 측정된 생체전기 임피던스값이 변화한다는 것을 의미한다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 피험자는 그때까지 계속 누워있었기 때문에 피험자가 기상한 후 곧바로는 수분 분포가 균일하고, 다리는 적은 수분 함량을 가지므로, 측정된 생체전기 임피던스는 높게 된다. 그러나, 피험자가 기상한 후 일상 생활을 시작했을 때, 중력의 영향으로 인해 세포외액의 이동이 일어나며, 그로써 이 검증 실험에서는 생체전기 임피던스가 측정되는 신체 부위인 다리에서 세포외액이 증가하고, 그래서 낮은 생체전기 임피던스값이 얻어진다. 앞서의 검증 시험과 마찬가지로, 임피던스 지수에 생체전기 임피던스의 보정전 절대값을 대입한 결과가 보정전 값의 그래프에서의 변화에 상응한다. 반면에, 보정전 값의 그래프가 검증된 경우, 세포외액의 이동에 의해 야기될 것으로 가정된 변화는 거의 없었다. 따라서, 측정된 생체전기 임피던스의 절대값에 본 발명에 설명된 보정을 수행하고, 이 보정값을 기초로 신체 조성을 추정함으로써, 세포외액 이동의 영향을 줄일 수 있으며, "일내 변동"(circadian rhythm)"이라고 하는 하루 중에 산출된 체수분 및 신체 조성의 변화가 매우 적게 유지될 수 있다.

다음에, 본 발명에 따르는 생체전기 임피던스 측정법을 사용하는 신체 조성 측정장치의 예가 설명될 것이다.

도 7은 신체 조성 측정장치의 외관도이고, 도 8은 이 장치의 전기 접속을 예시하는 블럭도이다.

도 7은 본 발명의 예인 신체 조성 측정장치의 외관도이다. 측정장치(1)는 거의 L-형상이다. 그것의 하부에 체중계(2)를 설치한다. 체중계(2)는 공지 장치이며, 피험자가 올라서서 체중을 측정하는 제대면(2a)에 전극부(3 및 4)를 가진다. 전극부(3 및 4)는 피험자의 좌우 발의 저면과 접촉된다. 전극부(3 및 4)는 전류를 공급하는 전류공급전극(3a 및 4a)과 전압을 측정하는 전압측정전극(3b 및 4b)을 포함한다.

더 나아가, 측정장치(1)는 그것의 상면에 조작상자(5)를 가진다. 이 조작상자(5)는 각종 신체 정보를 입력하는 입력수단인 입력장치(6)를 포함하며, 전원 스위치와 숫자키를 포함하는 복수개의 키, 측정 결과를 나타내는 LCD를 포함하는 표시수단인 표시장치(7), 및 종이에 측정 결과를 인쇄하고 그 종이를 배출하는 인쇄장치(8)를 포함한다.

더 나아가, 조작상자(5)에는 손용 전극그립(13 및 14)이 코드(15 및 16)를 통해 접속된다. 전극그립(13 및 14)은 전류를 공급하는 전류공급전극(13a 및 14a)및 전압을 측정하는 전압측정전극(13b 및 14b)을 포함한다. 전극그립(13 및 14)은 측정에 사용할 때를 제외하면 조장상자(5)의 좌우 양측에 제공되는 후크(17)에 걸려 있다.

도 8은 측정장치(1)의 내부 전기적 블럭도이다. 전류공급수단 및 전압측정수단인 8개의 전극, 즉 좌우 손발과 접촉되는 전극(3a, 3b, 4a, 4b, 13a, 13b, 14a 및 14b)이 전극교체장치(20)에 접속된다. 전극교체장치(20)는 전류공급장치(21) 및 전압측정장치(22)를 통해 제어수단인 연산제어장치(23)에 접속된다. 연산제어장치(23)는 마이크로컴퓨터(CPU)를 가지며, 인가 전류와 측정 전압으로부터 생체전기 임피던스를 산출하는 생체전기 임피던스 산출수단일 뿐만 아니라, 산출된 생체전기 임피던스를 보정하는 보정수단이기도 하다. 더 나아가, 그것은 생체 조성에 관련된 지수를 산출하는 신체 조성 산출수단이며, 각종 연산 및 제어를 수행한다. 각종 정보를 기억하는 기억수단으로서 메모리나 레지스터를 포함하는 기억장치(24)와 피험자의 체중을 측정하는 체중측정장치(26)가 연산제어장치(23)에 접속된다. 더 나아가, 입력장치(6), 표시장치(7) 및 인쇄장치(8)가 연산제어장치(23)에 접속된다. 전원장치(28)가 연산제어장치(23) 및 다른 장치에 전력을 공급한다.

다음에, 신체 조성 측정장치의 동작을 설명한다.

도 9는 신체 조성 측정장치(1)의 동작을 보여주는 순서도이다.

입력장치(6)의 전원 스위치를 누르면(단계 S1) 장치가 초기화된다(단계 S2). 이로써, 장치는 스위치에 의한 다음번 입력을 받아들일 수 있는 대기상태로 된다(단계 S3). 다음에, 입력장치(6)의 숫자키를 누르면(단계 S4), 개인 파라미터에 대한 정보가 해당 숫자에 기초하여 기억장치(24) 내의 메모리 영역에 기억되는지가 체크된다(단계 S5).

개인 파라미터가 기억된 경우, 개인 파라미터는 기억장치(24)로부터 판독되고, 표시장치(7)에 표시되며, 그 후 변경키가 눌러졌는지가 체크된다(단계 S6).

단계 S4에서 개인 파라미터가 기억되지 않거나 단계 S5에서 변경키가 눌러지지 않은 경우에, 장치는 개인 파라미터의 입력을 기다리는 상태로 된다. 사용자가 입력장치(6)의 숫자키를 사용하여 신장, 나이 및 성별과 같은 개인 파라미터를 입력한다(단계 S7).

개인 파라미터가 입력되면 체중이 측정된다(단계 S8). 사용자가 체중계(2)에 올라서고, 체중측정장치(26)가 하중을 검지하여 사용자의 중량을 측정한다.

다음에, 생체전기 임피던스가 측정된다(단계 S9).

양 손 사이에서 생체전기 임피던스가 측정된다. 전극교체장치(20)가 연산제어장치(23)로부터의 신호에 의해 교체됨으로써, 전류공급장치(21)로부터 전극(13a)과 전극(14a) 사이에 교류 전류가 공급되고, 전압측정장치(22)에 의해 전극(13b 및 14b)에서 전압이 측정된다. 이 때, 인가 전류를 기준저항에 흘렸을 때 생긴 전압 파형과 생체의 측정 신체부위에서 측정된 전압의 교류 파형으로부터 위상차가 결정되고, 생체전기 임피던스값이 이 위상차와 측정된 생체전기 임피던스의 절대값 P에 의해 보정된다. 도 2에 나타낸 것처럼, 위상차는 생체내의 세포막이 용량성분을 가지기 때문에 발생하며, 그것의 크기는 생체모델의 등가 회로가 세포외액 저항 및 세포내액 저항의 병렬 회로로서 표시될 수 있다는 사실로부터 이해될 수 있는 것처럼 세포내외액 비에 따라 다양하다. 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 산출에 관해서, 생체전기 임피던스의 보정값 P'는 다음 식에 따라서 세포내외액 비의 파라미터로서 1/φ을 사용하여 산출된다.

P' = f(P,φ) = K₂(P)^A ₂(1/φ)^B ₂+ C₂.... (3)

여기에서, φ는 위상차이고, A₂, B₂, C₂및 K는 정수이다(단계 S10).

다음에, 양 발 사이에서 생체전기 임피던스가 측정된다. 전극들(3a 및 4a) 사이에 전류를 흘리고, 전극들(3b 및 4b) 사이에서 전압을 측정한다.

다음에, 몸통을 통한 생체전기 임피던스가 측정된다. 전극들(14a 및 4a) 사이에 전류를 흘리고, 전극들(13b 및 3b) 사이에서 전압을 측정한다.

각 신체부위에서 생체전기 임피던스의 측정을 완료한 후, 피험자의 신체 조성이 산출된다. 신체 조성은 보정된 생체전기 임피던스값 P'를 사용하여 산출된다.

신체 조성은 보정된 생체전기 임피던스값, 설정·기억된 개인 파라미터 및 측정된 체중값을 사용하여 산출된다(단계 S11). 산출될 체지방 퍼센트, 체수분량 및 근육량과 같은 신체 조성이 생체전기 임피던스값과 신장 및 체중과 같은 신체 파라미터로부터 추정될 수 있으며, 그들의 산출에 대한 설명은 그들의 산출이 종래 공지된 기술이므로 생략한다.

산출한 신체 조성의 결과가 표시장치(7)에 표시된다(단계 S12). 그 후, 장치는 단계 S3의 키-입력 대기상태로 돌아간다.

개인 키가 단계 S4에서 눌러지지 않았을 때, 전원 스위치가 눌러졌는지가 판단된다(단계 S13). 전원 스위치가 눌러졌다고 판단된 때, 전원이 꺼지고, 장치의 동작이 완전히 종결된다(단계 S14).

양 손을 포함한 상체, 양 발을 포함한 하체 및 몸통이 이 장치에서 생체전기 임피던스가 측정되는 신체부위로서 설명되었지만, 본 발명의 생체전기 임피던스 측정법은 특정한 신체부위에서의 측정에 제한되지 않고, 생체 중 어느 신체부위에서의 생체전기 임피던스의 측정에도 적용될 수 있다.

상기 실시예에서는 위상차에 관한 파라미터가 사용된다. 이후, 다른 파라미터에 관한 실시예가 설명될 것이다.

두 측정 주파수, 즉 f_high 및 f_high 보다 충분히 더 낮은 f_low가 고려된다. f_high가 세포내외액을 흐르는 충분히 높은 주파수일 때, 그것의 저항성분인 Rf_high는 총체수분을 추정하기 위한 파라미터일 수 있다. 더 나아가, f_high 보다 충분히 더 낮은 f_low는 세포외액을 f_high 보다 훨씬 더 크게 추정한다. 따라서, Rf_high로부터 볼 경우, Rf_low는 세포외액을 추정하기 위한 파라미터로 고려될 수 있다.

결국, 해당 주파수의 저항성분 Rf_high/Rf_low는 세포외액과 총체수분의 비를 나타내는 생물학적 파라미터일 수 있다.

이 파라미터의 어느 정도의 변화가 운동선수 및 일반인에 대해 고려된다.

운동선수:

더 많은 근육 → 더 낮은 세포외액량/체수분량 → 더 낮은 Rf_high/Rf_low

일반인:

더 적은 근육 → 더 높은 세포외액량/체수분량 → 더 높은 Rf_high/Rf_low

따라서, 저항성분 R에 이 파라미터를 곱하는 것은 총체수분량 중에서 세포외액량의 비율이 더 적은 사람들에 대해 저항성분 R을 더 적게 만든다. 즉, 근육이 더 많은 사람들은 체수분도 더 많은 것으로 판단된다.

더 나아가, 세포내액은 변화하지 않는다는 가정하에 개인의 세포외액의 변화가 고려될 때, 다음을 생각할 수 있다.

세포외액 감소(저항성분 R 증가) → 더 낮은 세포외액량/체수분량 →

Rf_high/Rf_low 감소

세포외액 증가(저항성분 R 감소) → 더 높은 세포외액량/체수분량 →

Rf_high/Rf_low 증가

따라서, 이 파라미터 Rf_high/Rf_low는 세포외액의 증가/감소에 의한 저항성분 R의 증가/감소와 역방향으로 작용하는 파라미터이다. 상기 설명은 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분을 사용하여 주어졌지만, 상기 저항성분이 생체전기 임피던스의 절대값 ｜Z｜를 포함하는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 P로 치환된 때는, 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 P'가 다음과 같이 정의될 수 있다.

P' = K₃(P)^A ₃(P_{f_high})/P_{f_low})^B ₃+ C₃

여기에서, P_high는 더 높은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, P_low는 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이며,A₃, B₃, C₃및 K₃은 정수이다.

다음에, 개인의 세포내외액 비를 반영하는 다른 생물학적 파라미터가 설명될 것이다.

다주파수법에 기초한 Cole-Cole 모델에 따라서, 세포외액을 나타내는 Re, 체수분을 나타내는 Rinf 및 Re와 Rinf에 의해 세포외액을 나타내는 Ri와 같은 생체의 수분량에 관련된 저항값이 결정될 수 있다. 다주파수 측정 신호에 의해 저항값 R0 및 Rinf을 산출하는 것에 대한 설명은 그들이 상기 일본특허공개공보 No. 9-51884에 설명되어 있으므로 생략한다.

이들 저항값이 세포외액량, 총체수분량 및 세포내액량을 나타내므로, 상기 실시예에 관해 말한 것과 동일한 것을 말할 수 있다.

따라서, Rinf/Re 및 Ri/Re는 상기 실시예에서의 것들과 동일한 방식으로 작용하는 파라미터이다. 따라서, 다음 식에 따라서 보정이 행해진다 해도, 상기 사례에서와 마찬가지로 생체전기 임피던스 측정 정확도의 향상이 기대될 수 있다고 생각된다.

P' = K₄(P)^A ₄(R_inf)/R_e)^B ₄+ C₄

P' = K₅(P)^A ₅(R_i)/R_e)^B ₅+ C₅

여기에서, An, Bn, Cn 및 Kn은 정수이다.

본 발명의 상기 실시예들에서 설명된 것처럼, 본 발명은 측정된 생체전기 임피던스에서 세포내외액 비의 변화에 따라서 변화하는 부분을 그들에 관한 파라미터를 사용하여 보정한다. 파라미터는 상기 설명된 것들에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다수의 상기 보정 파라미터를 조합하여 사용할 수 있으며, 다음의 보정이 또한 가능하다.

P' = f(P,α,β ... ) = K1·P^A·α^B·β^C... + K3

또는

P' = f(P,α,β ... ) = K1·P^A·(K11α^B+ K12β^C+ ... + K2) + K3

여기에서, f(P,α,β ...)는 파라미터 P, α 및 β로 표시된 보정 함수이고, P'는 보정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이며, P는 보정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, α, β ... 는 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, A, B 및 C는 생체에 부합하는 파라미터(정수)이며, K1, K2 및 K3는 정수이고, K11, K12 ... 도 정수이다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법 및 신체 조성 측정장치에 대한 상기 설명에서, 생체전기 임피던스 벡터의 절대값 ｜Z｜ 또는 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분 R이 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터로서 사용된다. 그러나, 생체전기 임피던스에 관한 파라미터가 절대값 ｜Z｜나 저항성분 R이 아니라 해도, 세포내외액 구획비를 가지는 파라미터를 사용하여 보정을 행하는 본 발명이 여전히 적용될 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법 및 신체 조성 측정장치에 대한 상기설명에서, 양쪽 손 사이, 양쪽 발 사이 및 몸통을 통한 생체전기 임피던스에 관한 파라미터는 양쪽 손의 전극 및 양쪽 발의 전극을 사용하여 보정된다. 본 발명은 이런 특정한 구성에 제한되지 않는다. 또한, 본 발명은 손, 발, 우반신 또는 좌반신 같은 특정 신체부위에서 생체전기 임피던스가 측정되고, 이 생체전기 임피던스에 관한 파라미터가 보정되도록 구성될 수 있으며, 생체전기 임피던스가 측정되는 신체부위는 제한되지 않는다.

본 발명의 신체 조성 추정법 및 신체 조성 측정장치는 세포내외액 비를 나타내는 파라미터를 사용하여 생체전기 임피던스에 관한 파라미터를 보정한다. 이로써, 어떤 체수분 분포 상태가 표준으로서 채택된 경우, 세포외액의 변화에 기인한 임피던스의 변화가 억제될 수 있다. 이것은 "일내 변동"이라고 칭하는 생체전기 임피던스의 변화가 제어될 수 있다는 것을 의미한다. 산출될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 값은 세포내외액 변화의 영향을 받지 않는 값으로 되며, 신체 조성은 이 파라미터를 기초로 더욱 정확하게 산출된다.

더 나아가, 본 발명의 신체 조성 추정법 및 신체 조성 측정장치는 세포내외액 비를 나타내는 파라미터로서 위상차가 사용된 경우, 인가되는 전류의 파형 및 측정된 전압의 파형으로부터 위상차를 쉽게 산출할 수 있으며, 생체전기 임피던스를 쉽게 보정할 수 있다.

Claims

전류인가장치,

전압측정장치,

생체전기 임피던스 산출장치,

보정장치, 및

신체 조성 산출장치를 포함하는 신체 조성 측정장치로서,

전류인가장치는 생체에 전류를 인가하고,

전압측정장치는 전압을 측정하고,

생체전기 임피던스 산출장치는 인가된 전류 및 측정된 전압으로부터 측정 신체부위의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터를 산출하고,

보정장치는 주어진 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스의 파라미터값에 포함된 세포내외액 비를 나타내는 파라미터를 사용하여 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터값을 보정하고,

신체 조성 산출장치는 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터값를 기초로 하여 신체 조성에 관한 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 주어진 주파수는 신체 조성의 추정을 위해 생체에 인가된 전류의 주파수인 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 주어진 주파수는 신체 조성의 추정을 위해 생체에 인가된 전류의 주파수와 다른 주파수인 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 보정장치에 의해 보정되는 생체전기 임피던스의 파라미터는 생체전기 임피던스의 절대값, 생체전기 임피던스 벡터값 또는 생체전기 임피던스 벡터의 저항성분값 중 어느 것인 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.
제 1 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 의해 보정되는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터가 P'일 때, 보정장치에서 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 보정은 다음 보정식에 따라서 행해지는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

P' = f(P,α) = K·P^A·α^B+ C

(여기에서, f(P,α)는 파라미터 P 및 α로 표시된 보정 함수이고, P'는 생체전기 임피던스에 관한 보정된 파라미터이며, P는 생체전기 임피던스에 관한 측정된 파라미터이고, α는 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, A, B, C 및 K는 정수이다)
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 생체전기 임피던스의 측정시에 전류인가수단으로부터 생체에 인가된 교류 전류의 파형과 전압측정수단에 의해 측정된 전압의 파형 사이의 위상차 φ를 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = 1/φ
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 생체전기 임피던스의 측정시에 전류인가수단으로부터 생체에 인가된 교류 전류의 파형과 전압측정수단에 의해 측정된 전압의 파형 사이의 위상차 φ를 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = 1/tan(φ)
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 포함되거나, 또는 다른 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스에 관한 파라미터에 포함된 파라미터를 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = R/X

(여기에서, R은 생체전기 임피던스의 저항성분이고, X는 생체전기 임피던스의 리액턴스 성분이다)
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 측정 주파수보다 더 높은 주파수 및 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이거나, 또는 그 중 어느 하나가 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스의 절대값 또는 생체전기 임피던스의 저항성분값을 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = P_high/P_low

(여기에서, P_high는 더 높은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, P_low는 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이다)
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 측정 주파수보다 더 높은 주파수 및 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이거나, 또는 그 중 어느 하나가 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스의 절대값 또는 생체전기 임피던스의 저항성분값을 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = P_low/(P_low-P_high)

(여기에서, P_high는 더 높은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, P_low는 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이다)
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터의 측정 주파수보다 더 높은 주파수 및 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이거나, 또는 그 중 어느 하나가 보정될 생체전기 임피던스에 관한 파라미터인 생체전기 임피던스의 절대값 또는 생체전기 임피던스의 저항성분값을 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = P_high/(P_low-P_high)

(여기에서, P_high는 더 높은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이고, P_low는 더 낮은 주파수에서의 생체전기 임피던스에 관한 파라미터이다)
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 복수 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스값으로부터 결정되는 주파수 0Hz에서의 생체전기 임피던스값 R0 및 무한대 주파수에서의 생체전기 임피던스값 Rinf에 의해 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = Rinf/R0
제 5 항에 있어서, 세포내외액 비를 나타내는 생체전기 임피던스에 관한 파라미터 α는 복수 주파수에서 측정된 생체전기 임피던스값으로부터 결정되는 주파수 0Hz에서의 생체전기 임피던스값 R0 및 무한대 주파수에서의 생체전기 임피던스값 Rinf을 기초로 하여 산출되는 세포내액 저항값 Ri 및 세포외액 저항값 Re를 사용하여 다음과 같이 표현되는 것을 특징으로 하는 신체 조성 측정장치.

α = Ri/Re