KR20090038530A - 스캔형 피하지방 두께 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 광원과 수광부를 사용하여 피하지방의 두께를 스캔방식으로 측정하는 피하지방 두께 측정 장치에 대한 것으로서, 근적외선을 발광하는 복수의 광원, 상기 복수의 광원 각각에 대응되는 복수의 수광부, 상기 복수의 광원과 상기 복수의 수광부가 일측에 배치된 띠 및 상기 복수의 광원을 제어하고, 상기 복수의 수광부로부터 신호를 받아 분석하여 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 광원은 대상물의 표면에 근적외선광을 입사시키고, 상기 수광부는 상기 대상물의 내부를 거쳐 다시 표면으로 되돌아 나오는 상기 근적외선을 수광하여 신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

근적외선, 피하지방, 스캔, 두께 측정

Description

스캔형 피하지방 두께 측정 장치{Scanning type device for measuring thickness of subcutaneous fat}

본 발명은 빛의 흡수(absorption)와 산란(scattering), 확산반사(diffuse reflectance)를 이용하여 피하지방의 두께를 측정하는 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복수의 광원과 수광부를 사용하여 스캔방식으로 측정하는 피하지방 두께 측정 장치에 대한 것이다.

인체를 비롯한 포유류의 몸속에 있는 지방을 축적된 곳에 따라 분류하면 장기 사이사이에 위치하는 내장지방과 피부 밑에 쌓이는 피하지방으로 나눌 수 있다. 이 중에서 내장지방이라 함은 체내의 각종 내장 부위에 분포하는 지방으로서, 당뇨병, 고혈압, 고지혈증 등 각종 성인병과 같은 건강상의 문제를 일으키는 지방이다. 이에 반해, 피하지방은 피부 바로 밑에 있는 지방층으로서, 표피 및 진피로의 영양공급, 체형결정, 체온유지, 외부적인 충격흡수 및 피하지방하 세포보호 등의 역할을 맡고 있다.

이러한 피하지방은 대사적으로는 큰 문제를 일으키지는 않지만, 현대사회에 들어서 외모를 중시하는 사회 분위기와 더불어 미용적으로 큰 관심의 대상이 되고 있으며, 비만 체중을 가지고 있는 남녀노소 모두가 다이어트를 하여 주로 빼려고 하는 부위이기도 하다. 피하지방의 축적은 일반적으로 여성이 남성에 비해 고루 많이 침착되고 남녀 모두 중년이 되면 피하지방이 많아진다. 기후가 추운 북쪽 나라 사람들에게서 지방 침착이 많은 편이며, 영양섭취가 지나치면 지방의 축적이 늘어 비대해진다. 사람의 신체에서 손등, 눈꺼풀, 음경, 음낭, 항문 주위에는 비교적 적게 분포되고 있고, 아랫배, 볼기 등에 많이 침착되며 팔다리에도 많이 분포되어 있다.

종래부터 인체의 체지방을 포함하여 지방을 측정하는 방법은 다음과 같이 매우 다양하게 공지되어 있다. 먼저, 캘리퍼를 이용하여 피하지방까지 잡은 후 그 두께를 측정하는 캘리퍼스(Calipers, Skinfold measurement)법이 있고, 사람이 수조 속에 들어간 후 비중을 측정하여 몸무게와 비교하는 수중체밀도(Hydro-densitometry, Underwater weighing)법이 있으며, 몸에 약한 전류를 흘려 전류가 물이 있으면 잘 흐르고 물이 없는 부분(예를 들어 체지방부위)에서는 전기저항값이 커진다는 원리를 이용하여 체내의 지방량을 측정하는 생체전기저항 분석(Bioelectrical Impedance:BIA)법이 있다. 또한, 피부에 근적외선을 대고 반사광을 측정하는 근적외선(Near-infrared Interactance:NIR)법과 미량의 X 선을 사용하여, 인체의 골량을 측정하는데 이 경우에 지방과 제지방을 분류하여 측정하는 DEXA(Dual Energy X-ray Absorptiometry:DEXA)법 및 인체에 해가 없는 고주파를 이 용하여 몸속에 있는 수소원자핵의 분포를 그림으로 나타내는 의료장비를 이용하는 자기공명영상법(Magnetic Resonance Imaging:MRI)이 있다.

위에 열거한 방법 이외에도 CT(Computerized Tomography), 초음파측정법 등의 여러 방법이 있다. 이 중에서 종래부터 인체의 지방 특히, 몸 전체에 분포되어 있는 체지방을 측정하기 위한 방법으로는 생체전기저항 분석(BIA)법을 이용하는 지방 측정법이 전체의 90% 이상을 자치할 정도로 일반적이다. 그러나, 생체전기저항 분석(BIA)법에 의한 임피던스로는 몸 전체의 지방 분포량을 측정할 수는 있을지언정, 자기가 원하는 부위의 피하지방 두께를 측정하기에는 기술적인 한계가 있다.

상기한 방법들 중에서 지금까지 국부적인 부위의 피하지방의 두께를 직접 측정할 수 있는 방법으로 사용될 수 있는 것은 캘리퍼스법, DEXA법, 자기공명영상법, CT법, 초음파측정법, 근적외선법 등이다. 그러나, DEXA법, 자기공명영상법, CT법, 초음파측정법은 지정된 곳에서 고가의 장비를 전문가가 조작하여 측정을 해야 하므로 번거롭고 경비가 많이 든다. 그리고, 방사선을 이용하는 방법은 정확도는 있으나 경비가 많이 들고 방사선조사의 위험이 따른다. 초음파 측정 장치는 측정 시 환자와 의사에게 거의 부담을 주지 않으며 최근에는 우수한 해상력을 가진 초음파가 계속 개발되고 있으나, 이 역시 장비의 가격이 고가이며 측정자의 숙련도에 따라 결과가 다르게 나올 수 있는 단점이 있다. 그리고 캘리퍼스법은 부정확하고, 이를 사용하기에 부적절한 부위도 있으므로 그 이용에 한계가 있다.

한편 종래의 근적외선 측정법을 이용한 지방 측정기는 주로 938 nm 내지 948 nm 파장의 근적외선을 몸 속으로 침투시켜 그 빛의 흡수 및 반사를 측정하여 몸 전 체에 퍼져 있는 체지방율을 가늠하는 기기이다. 측정 방법은 이두박근의 가운데 부분을 측정하는데 그 곳은 표준화된 방법과 가장 높은 일치도를 갖는 부위라는 연구(Conway and Norris, 1986, Elia et. al., 1990; Gullstrand)결과에 기초하였다.

그러나, 복부에 지방이 많이 축적되는 남성과 허벅지에 많이 축적되는 여성 등 개개인의 특징에 따라 지방이 축적되는 양상이 각기 다르므로 한 곳을 측정하여 몸 전체의 체지방을 가늠한다는 것은 많은 오차를 동반할 수 밖에 없다는 한계점이 있다. 그리고, 상기한 파장대의 근적외선을 감지하는 검출기로는 주로 규소(Si, 실리콘) 반도체 소자를 이용하는데, 이는 상기 반도체 재료의 특성상 측정에 사용되는 파장에 둔감한 반응을 보인다. 이와 같은 이유로, 종래의 근적외선을 이용하는 체지방 측정기는 그 정확도가 심히 떨어지고, 또한 현재 미용상의 이유로 부분적인 몸매 교정을 하는 경우에는 부분적인 피하지방의 분포를 측정하는 것이 아니라 전체적인 지방의 함량을 측정하는 것이므로 더욱 적합치 않다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은 근적외선 광원을 사용하여 피하지방을 비침습적으로 측정하는 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 광원과 복수의 수광부를 스캔 방식으로 동작시켜 피하지방의 단면적 분포를 제공할 수 있는 피하지방 두께 측정 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위 스캔 방식의 동작을 반복하여 인체의 피하지방의 입체적 분포를 제공할 수 있는 피하지방 두께 측정 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 목적은 근적외선을 발광하는 복수의 광원, 상기 복수의 광원 각각에 대응되는 복수의 수광부, 상기 복수의 광원과 상기 복수의 수광부가 일측에 배치된 띠 및 상기 복수의 광원을 제어하고, 상기 복수의 수광부로부터 신호를 받아 분석하여 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 광원은 대상물의 표면에 근적외선광을 입사시키고, 상기 수광부는 상기 대상물의 내부를 거쳐 다시 표면으로 되돌아 나오는 상기 근적외선을 수광하여 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 피하지방 두께 측정 장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치에서 상기 복수의 광원은 상기 띠의 상부에 상기 복수의 수광부는 상기 띠의 하부에 서로 대응되도록 배치되는 것이 바 람직하다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치에서 상기 복수의 광원과 상기 복수의 수광부는 상기 띠 상에 적어도 하나 이상의 열로서 서로 교대로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치에서 상기 수광부는 리니어 이미지 센서이고, 상기 광원은 상기 리니어 이미지 센서의 일측에 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치에서 상기 제어부는 상기 복수의 광원을 순차적으로 점멸하고, 상기 복수의 광원 중 어느 하나만을 점등할 때 상기 복수의 수광부로부터 수신된 신호 중 상기 점멸된 광원에 대응되는 수광부의 신호만을 수신하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치에서 상기 제어부는 상기 복수의 광원을 순차적으로 점멸한 후 상기 복수의 광원으로부터 수신된 복수의 신호를 분석한 결과를 하나의 이미지 데이터로서 출력하는 것이 바람직하며, 상기 띠의 위치를 옮기면서 측정을 행할 경우 상기 제어부는 상기 이미지 데이터를 서로 연결하여 하나의 입체 이미지 데이터를 출력하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치에서 상기 근적외선의 파장은 800 내지 1700 nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 800 내지 1350 nm 또는 1500 내지 1700 nm의 파장범위를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치는 인체에 부담이 없는 비침습적 방식을 사용하며, 근적외선 광원을 사용함으로써 피부의 상태나 색상에 관계없이 정확한 측정데이터를 구할 수 있는 이점이 있다.

특히, 본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치는 복수의 광원과 복수의 수광부를 하나의 띠에 배치하고, 스캔 방식으로 측정함으로써 매우 간단한 동작으로 용이하게 피하지방의 단면적 분포를 제공할 수 있는 장점이 있다.

아울러 본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치는 측정 부위를 옮기면서 스캔 동작을 반복하여 인체의 피하지방의 입체적 분포를 용이하게 제공할 수 있는 이점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피하지방 두께 측정 장치의 개념도이다.

본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치는 복부에 존재하는 피하지방을 측정하기 위한 것으로서, 근적외선을 입사시키는 광원(101)을 포함한다. 이때, 피부에 입사되는 근적외선이 피부 표면상의 수 내지 수십 ㎛ 지름을 가지는 영역 내에 수직으로 입사될 수 있도록 광원(101)을 구성하는 것이 바람직하다. 이는 생체 광학에서 관찰할 수 있는 단일 역산란을 최소화할 수 있게 되어 측정의 정밀도를 높일 수 있도록 한다.

그리고, 본 발명에서 사용된 근적외선은 800㎚ 내지 1500㎚의 파장을 가지는 것으로서 피부 내에 존재하는 멜라닌의 영향을 가장 적게 받으므로 피부상태(피부 색 등)에 따른 오차의 발생을 최소화하면서도 측정을 용이하게 한다. 특히 800 내지 1350 nm 또는 1500 내지 1700 nm의 극적외선을 사용한다면 수분에 의한 파장흡수를 최소화하여 정확한 데이터 측정이 가능하다. 이러한 파장대역의 빛을 발산하기 위해 광원은 그 전면에 필터를 사용하여 구성될 수도 있다. 한편, 피부표면과 근적외선과의 거리는 0.7 ∼ 3 ㎝로 이격되도록 구성하여 피부에 가해지는 손상을 최소화하는 것이 바람직하다.

광원(101)으로부터 방사되어, 피부에 입사된 근적외선은 각 피부조직(표피, 진피, 피하지방)을 통과하거나, 물리적 특성이 비슷한 층을 따라 흐르거나, 각각의 조직을 거쳐 다시 외부로 방출될 수 있다. 즉, 근적외선은 피부의 각 조직을 계속 적으로 통과할 수도 있으나, 입사된 근적외선이 일부 상부층만을 통과하고 중간층을 따라서 흐르다가 다시 상부층을 통과하여 외부로 방출될 수 있는 것이다. 이렇게 피부의 중간층을 거쳐 나오는 근적외선의 세기는 근적외선이 입사된 지점으로부터 일정 거리의 영역에서 높아지며, 이러한 일정 거리는 중간층의 두께에 따라 달라진다.

따라서, 피부의 외부에서 보았을 경우, 근적외선이 입사되는 지점을 중심으로하여 둥근 동심원 무늬가 생기는 것을 관찰할 수 있게 되는데, 이러한 동심원 무늬를 이용하여 피하지방의 두께를 측정하는 것이다.

본 발명에서 적용된 수광부(102)는 도 2에 도시된 바와 같이 광원(101)으로부터 피부에 입사된 근적외선에 피부 내부에서 확산되고 다시 외부로 방출되는 것을 측정하는 센서로서, 근적외선의 입사지점을 중심으로부터 그 주변 피부의 근적외선의 세기에 의한 무늬를 촬영한다. 이러한 수광부(102)는 이차원 이미지센서로 구성될 수 있으나, 도 2와 같이 구성이 간단한 리니어 이미지 센서(202)로 적용하는 것이 바람직하다. 리니어 이미지 센서(202)를 이용할 경우 광원(101)은 리니어 이미지 센서(202)의 일측부에 위치하는 것이 바람직하다. 아울러 이미지 센서는 적외선 대역에 대한 감도를 높이기 위해 적절한 화합물 반도체 소자를 사용한 것이 바람직하다.

이차원 이미지 센서를 사용할 경우 수광부(102)로부터 신호를 받은 제어부(104)는 수광부(102)를 통하여 촬영된 둥근 동심원 무늬 중 피하지방층에 해당하는 동심원 무늬간의 거리를 구하여야 한다. 리니어 이미지 센서(202)를 사용하게 되면 거리에 대응되는 신호의 피크값 중 피하지방층 두께에 해당되는 신호만을 선택할 수 있어 제어부(104)의 연산이 간편하고 빠르게 된다. 이후, 미리 저장된 신호의 세기, 측정 거리 대 피하지방층 두께 테이블을 이용하여 피하지방층 두께를 얻을 수 있으며, 이를 디스플레이 등에 표시하거나 다른 연산에 적용될 수 있게 된다.

본 발명에 따른 광원(101)과 수광부(102)는 각각 복수 개가 유연한 띠(103)의 일측면에 부착된다. 띠(103)는 그 양단 또는 일단에 단추나 벨크로와 같은 탈부착 수단이나 다른 수단에 의해 인체의 몸통 등을 감은 후 고정시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

복수개의 광원(101)과 복수개의 수광부(102)는 각각 일대일 대응되도록 하는 한도 내에서 띠(103)의 일측면상에 자유롭게 배치할 수 있다. 가장 바람직한 예로는 광원(101)이 띠(103)의 상부에 위치하고, 수광부(102)가 띠(103)의 하부에 위치하도록 하여 열을 따라 배치되는 것이 될 수 있으며, 다른 예로는 광원(101)과 수광부(102)가 서로 엇갈려서 하나의 열로 배치될 수도 있다. 경우에 따라서는 하나의 띠에 위와 같은 광원(101) 및 수광부(102) 열이 여러 개가 되도록 하여 측정이 용이하게 되도록 할 수도 있다.

제어부(104)는 광원의 동작을 제어하고, 수광부(102)로부터의 신호를 받아 처리하여 출력하는 기능을 수행한다.

광원(101)의 동작 제어는 복수의 광원(101)을 순차적으로 점멸시키는 방식으로 이루어지며, 단순히 하나의 광원(101)만이 점멸될 수 있도록 하는 것만이 아니 라 여러 개의 광원(101)이 동시에 순차적으로 점멸될 수 있도록 할 수 있다. 점멸된 광원(101)에 대응되는 수광부(102)에서 빛을 받아 신호를 발생하게 되며, 그 신호는 제어부(104)로 보내진다. 이와 같은 동작은 측정을 위해 스캔이 이루어진다고도 할 수 있다. 스캔시 하나의 광원(101)에서 점멸이 일어날 때 그 광원(101)에 대응되는 수광부(102)에서 대상물에서 산란된 빛을 수광할 뿐만 아니라 그 주변의 수광부(102)에서도 약한 빛을 수광할 수도 있다. 따라서 제어부(104)에서는 점멸시킨 광원(101)에 대응되는 수광부(102)로부터의 신호만을 분석하고, 다른 수광부(102)로부터의 신호는 무시하도록 구성되는 것이 바람직하다.

광원(101)의 점멸동작을 하여 수광부(102)에서 신호를 발생하면 제어부(104)는 그 신호를 바탕으로 피하지방의 두께를 산출하며, 스캔이 이루어짐에 따라 그 두께 데이터를 축적한 후 도 3에 도시된 바와 같은 그래프화 혹은 데이터 테이블화하여 출력할 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 피하지방분포(401)에 대한 인체 단면 이미지 형상으로 출력할 수도 있다.

정해진 규칙에 따른 위치로 띠(103)를 옮겨가면서 스캔을 행할 경우 제어부(104)는 그 위치에 대응되도록 위 단면 이미지 형상을 서로 연결하여 입체적인 피하지방분포이미지를 출력할 수 있다.

한편, 제어부에서 산출된 피하지방의 두께 데이터는 부피로 산출하고 이로 인하여 피하지방량을 용이하게 획득하도록 할 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피하지방 두께 측정 장치의 개념도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 피하지방 두께 측정 장치의 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치를 사용한 피하지방 두께 측정 결과의 한 형태를 나타내는 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 피하지방 두께 측정 장치를 사용한 피하지방 두께 측정 결과의 다른 형태를 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피하지방 두께 측정 장치의 다른 사용 방법을 나타내는 개념도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

101: 광원 102: 수광부

103: 띠 104: 제어부

202: 리니어 이미지 센서 401: 피하지방

Claims (9)

1. 근적외선을 발광하는 복수의 광원;

   상기 복수의 광원 각각에 대응되는 복수의 수광부;

   상기 복수의 광원과 상기 복수의 수광부가 일측에 배치된 띠; 및

   상기 복수의 광원을 제어하고, 상기 복수의 수광부로부터 신호를 받아 분석하여 출력하는 제어부

   를 포함하고, 상기 광원은 대상물의 표면에 근적외선광을 입사시키고, 상기 수광부는 상기 대상물의 내부를 거쳐 다시 표면으로 되돌아 나오는 상기 근적외선을 수광하여 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 피하지방 두께 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 광원은 상기 띠의 상부에 상기 복수의 수광부는 상기 띠의 하부에 서로 대응되도록 배치된 피하지방 두께 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 광원과 상기 복수의 수광부는 상기 띠 상에 적어도 하나 이상의 열로서 서로 교대로 배치된 피하지방 두께 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 수광부는 리니어 이미지 센서이고, 상기 광원은 상기 리니어 이미지 센서의 일측에 위치하는 피하지방 두께 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 복수의 광원을 순차적으로 점멸하고, 상기 복수의 광원 중 어느 하나만을 점등할 때 상기 복수의 수광부로부터 수신된 신호 중 상기 점멸된 광원에 대응되는 수광부의 신호만을 수신하는 피하지방 두께 측정 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 복수의 광원을 순차적으로 점멸한 후 상기 복수의 광원으로부터 수신된 복수의 신호를 분석한 결과를 하나의 이미지 데이터로서 출력하는 피하지방 두께 측정 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 띠의 위치를 옮기면서 측정을 행할 경우 상기 제어부는 상기 이미지 데이터를 서로 연결하여 하나의 입체 이미지 데이터를 출력하는 피하지방 두께 측정 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 근적외선의 파장은 800 내지 1700 nm인 피하지방 두께 측정 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 근적외선의 파장은 800 내지 1350 nm 또는 1500 내지 1700 nm인 피하지방 두께 측정 장치.

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