KR20160094219A - 체성분 측정 장치 및 방법 - Google Patents

체성분 측정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20160094219A
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남궁각
엄근선
이열호
조성호
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삼성전자주식회사
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Abstract

체성분 측정 장치와 방법이 개시된다. 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스는 체성분에 따라 다르다. 전기 회로의 정상상태 임피던스와 이보다 작은 임피던스를 결정하고, 이들을 분석하여 피부 수분율을 획득한다. 정상상태 임피던스로부터 체지방률을 획득한다.

Description

체성분 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring body composition}
체성분을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
의학 발달 및 평균 수명의 연장과 함께 건강 관리에 대한 관심이 증가하고 있다. 이와 관련해서, 의료기기에 대한 관심도 높아지고 있다. 이는 병원이나 검사 기관에서 사용되는 다양한 의료기기뿐 아니라, 공공기관 등에 비치되는 중소형 의료기기나, 개인이 소장 또는 휴대할 수 있는 소형 의료기기 및 헬스 케어(health care) 장치까지 그 범위가 확대되고 있다.
헬스 케어 장치의 일종인 체성분 측정 장치는 생체 전기저항 분석법(Bio electrical Impedance Analysis, BIA)을 이용하여 체성분을 측정한다. 생체 전기저항분석법은 신체를 임피던스의 조합으로 간주하여 신체에 일정한 전류를 입력하고, 생체 임피던스에 의하여 발생되는 전압을 측정하여, 이 전류와 전압으로부터 생체의 임피던스를 측정한다.
생체 임피던스를 이용하여 체성분을 측정하는 경우에는, 신체의 일부에 직접 전극을 접촉시켜 측정을 수행하기 때문에, 전극과 신체와의 접촉에 따른 접촉 저항이 생체 임피던스의 측정에 영향을 미칠 수 있다.
전극과 신체와의 접촉 저항을 이용하여 피부 수분율을 측정할 수 있는 체성분 측정 장치 및 방법을 제공한다.
피부 수분율과 체성분을 측정할 수 있는 체성분 측정 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따른 체성분 측정 장치는, 사용자의 신체와 접촉되는 전극부; 상기 전극부와 연결되며, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 임피던스로부터 상기 전기 회로의 정상상태 임피던스와 상기 정상상태 임피던스의 n%에 해당되는 비교 임피던스에 근거하여 피부 수분율을 획득하는 제1결정부;를 포함한다.
상기 제1결정부는, 상기 정상상태 임피던스와 상기 비교 임피던스를 결정하는 파형 검출부; 상기 정상상태 임피던스와 상기 비교 임피던스에 근거하여 피부 수분율을 결정하는 피부수분율 획득부;를 포함할 수 있다.
상기 파형 검출부는 측정된 임피던스와 측정 시간을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 정상상태 임피던스에 대응되는 측정 시간과 상기 비교 임피던스에 대응되는 측정 시간의 차이를 결정하며, 상기 피부 수분율 획득부는 상기 차이에 근거하여 상기 피부 수분율을 결정할 수 있다.
상기 n은 95~98일 수 있다.
상기 장치는, 상기 임피던스에 기초하여 체지방률을 획득하는 제2결정부;를 더 구비할 수 있다.
상기 전극부는 피부 수분율 측정을 위한 제1전극부와, 체지방률 측정을 위한 제2전극부를 포함하며, 상기 체성분 측정 장치는, 상기 제1, 제2전극부를 상기 임피던스 측정부와 선택적으로 연결시키는 전극 전환부;를 더 포함할 수 있다.
상기 임피던스 측정부는 4-포인트 측정 방식에 의한 제1임피던스와 2-포인트 측정 방식에 의한 제2임피던스를 측정하며, 상기 제2결정부는, 상기 제1 임피던스와 제2 임피던스를 이용하여 사용자의 생체 임피던스를 획득하는 생체 임피던스 획득부; 상기 생체 임피던스 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 사용자의 체지방률을 획득하는 체지방률 획득부;를 포함할 수 있다.
상기 장치는, 상기 전극부를 4-포인트 측정 모드와 2-포인트 측정 모드로 선택적으로 상기 임피던스 측정부와 연결시키는 측정방식 전환부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전극부는 4-포인트 측정을 위한 4-포인트 측정 전극부와, 2-포인트 측정을 위한 2-포인트 측정 전극부를 포함하며, 상기 임피던스 측정부는 상기 4-포인트 측정 전극부와 연결되어 상기 제1임피던스를 측정하는 제1임피던스 측정부와, 상기 2-포인트 측정 전극부와 연결되어 상기 제2임피던스를 측정하는 제1임피던스 측정부를 포함할 수 있다.
상기 전극부는 피부 수분율 측정을 위한 제1전극부를 더 포함하며, 상기 체성분 측정 장치는, 상기 제1전극부를 상기 제1, 제2 임피던스 측정부 중 하나와 선택적으로 연결시키는 전극 전환부;를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 체성분 측정 방법은, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정하는 단계; 상기 전기 회로의 정상상태 임피던스를 결정하는 단계; 상기 정상상태 임피던스의 n%에 해당되는 비교 임피던스를 결정하는 단계; 상기 정상상태 임피던스와 상기 비교 임피던스에 근거하여 피부 수분율을 결정하는 단계;를 포함한다.
임피던스를 측정하는 단계는, 측정된 임피던스와 측정 시간을 저장하는 단계;를 포함하며, 상기 피부 수분율을 결정하는 단계는, 상기 정상상태 임피던스에 대응되는 측정 시간과 상기 비교 임피던스에 대응되는 측정 시간의 차이를 결정하는 단계; 상기 차이에 근거하여 상기 피부 수분율을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 n은 95~98일 수 있다.
상기 방법은, 상기 임피던스에 기초하여 체지방률을 획득하는 단계;를 더 구비할 수 있다.
상기 체지방률을 획득하는 단계는, 상기 정상상태 임피던스를 이용하여 체지방률을 획득할 수 있다.
상기 임피던스를 측정하는 단계는, 피부 수분율을 측정하기 위한 제1전극부와 체지방률 측정을 위한 제2전극부를 임피던스 측정부와 선택적으로 연결시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 임피던스를 측정하는 단계는, 4-포인트 측정 방식을 이용하여 제1임피던스를 측정하는 단계; 2-포인트 측정 방식을 이용하여 제2임피던스를 측정하는 단계;를 포함하며, 체지방률을 획득하는 단계는, 상기 제1 임피던스와 상기 제2 임피던스를 이용하여 상기 사용자의 생체 임피던스를 획득하는 단계; 상기 생체 임피던스 및 상기 사용자의 신체 정보를 이용하여 상기 사용자의 체지방률을 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 임피던스를 측정하는 단계는, 전극부와 임피던스 측정부와의 연결 모드를 4-포인트 측정 모드와 2-포인트 측정 모드로 선택적으로 전환시키는 단계;를 포함할 수 있다.
전술한 체성분 측정 방법 및 장치의 실시예들에 따르면, 피부 수분율 측정이 가능하다.
전술한 체성분 측정 방법 및 장치의 실시예들에 따르면, 피부 수분율과 체지방의 측정이 가능하다.
도 1은 체성분 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 2는 체성분 측정 장치의 일 실시예의 회로도이다.
도 3은 4 개의 전극을 사용하는 4-포인트 측정 방식이 채용된 임피던스 측정부의 일 실시예의 회로도이다.
도 4는 피부의 건조도에 따른 임피던스의 측정 파형의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 4에서 1500 단위 시간에서의 임피던스의 98%에 해당되는 임피던스가 측정된 시간과 1500 단위 시간 간의 시간 차이와 피부 수분율과의 관계의 일 예를 보여주는 그래프이다.
도 6과 도 7은 체성분 측정 장치의 일 구현예를 보여주는 사시도들이다.
도 8a은 피부 수분율 측정 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 8b는 피부 수분율 측정 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도이다.
도 9는 피부 수분율과 체지방률 측정이 가능한 체성분 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 10은 임피던스 측정부의 일 실시예의 회로도이다.
도 11은 측정방식 전환부에 의하여 임피던스 측정부가 4-포인트 측정 방식으로 전환된 상태의 회로도이다.
도 12는 측정방식 전환부에 의하여 임피던스 측정부가 2-포인트 측정 방식으로 전환된 상태의 회로도이다.
도 13은 체성분 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 구성도이다.
도 14는 전극 전환부가 도 10에 도시된 체성분 측정 장치의 일 실시예에 적용된 예를 보여준다.
도 15는 전극 전환부가 도 10에 도시된 체성분 측정 장치의 일 실시예에 적용된 예를 보여준다.
도 16은 전극 전환부가 도 11에 도시된 체성분 측정 장치의 일 실시예에 적용된 예를 보여준다.
도 17은 도 10에 도시된 체성분 측정 장치의 일 구현예를 보여주는 사시도이다.
도 18은 도 11에 도시된 체성분 측정 장치의 일 구현예를 보여주는 사시도이다.
도 19a와 도 19b는 체성분 측정 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도들이다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 체성분 측정 장치(100)의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 2는 체성분 측정 장치(100)의 일 실시예의 회로도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 체성분 측정 장치(100)는 전극부(110), 임피던스 측정부(120), 파형 검출부(130) 및 피부 수분율 획득부(140)를 포함할 수 있다.
전극부(110)는 둘 이상의 전극, 예를 들어 두 개의 전극(111)(112)을 포함할 수 있다. 체성분 측정 장치(100)가 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스인 경우, 전극(111)(112)은 사용자가 웨어러블 디바이스를 착용했을 때 사용자의 신체와 접촉될 수 있다. 전극(111)(112) 중 하나는 사용자가 웨어러블 디바이스를 착용했을 때에 신체와 접촉되고 나머지 하나는 사용자의 동작에 의하여 신체에 접촉될 수도 있다. 전극(111)(112)은 사용자의 동작에 의하여 신체에 접촉될 수도 있다.
임피던스 측정부(120)는 BIA(Bio Impedance Analyzer) 방식을 사용하여 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정한다. 임피던스 측정부(120)는 전극(111)(112)을 통해 전류를 인가하고, 전압을 측정하여 임피던스를 측정한다.
일 예로서, 두 개의 전극(111)(112)을 채용한 2-포인트 측정 방식의 임피던스 측정부(120)는 도 2에 도시된 회로도에 의하여 구현될 수 있다. Zc는 전극(111)(112)과 신체와의 접촉 임피던스이다. Zm은 사용자 신체의 생체 임피던스이다. Zi는 AFE(Analog Front End)의 임피던스를 나타내고, AFE는 아날로그 회로를 나타낸다. 전류원(122)은 전극(111)(112)을 통해 신체로 정전류를 인가한다. 전압계(121)에 의하여 측정되는 전압은 ADC(123)로 출력된다. ADC(123)는 아날로그 신호로 입력된 전압을 디지털 신호로 변환한다. 전류의 크기가 고정되어 있으므로, 임피던스 측정부(120)에 의하여 측정된 전압(Vi)은 임피던스(Z2P)에 비례하며, 임피던스(Z2P)는 전압(Vi)를 전류 값으로 나눔으로써 구할 수 있다. 임피던스(Z2P)는 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure pat00001
전극부(110)에 마련되는 전극의 수는 두 개에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전극은 4개일 수도 있다. 도 3은 4 개의 전극을 사용하는 4-포인트 측정 방식이 채용된 임피던스 측정부(120)의 일 실시예의 회로도이다. 도 3을 참조하면, 두 개의 전극(113)(114)에 전류원(122)이 연결되고, 전압계(121)는 다른 두 개의 전극(111)(112) 사이의 전압을 측정한다. 전압계(121)에 의하여 측정되는 전압은 ADC(123)로 출력된다. ADC(123)는 아날로그 신호로 입력된 전압을 디지털 신호로 변환한다. 전류의 크기가 고정되어 있으므로, 임피던스 측정부(120)에 의하여 측정된 전압(Vi)은 임피던스(Z4P)에 비례며, 임피던스(Z4P)는 전압(Vi)를 전류 값으로 나눔으로써 구할 수 있다. 임피던스(Z4P)는 수학식 2로 표시될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1과 수학식 2를 보면, Z2P와 Z4P는 Zm, Zc, Zi에 의하여 결정되는데, Zi는 AFE의 특성에 따라 결정되는 값이다. 따라서, Z2P와 Z4P는 Zm과 Zc에 영향을 받는다. Zm은 생체 임피던스로서 사용자의 체성분에 따라 결정되는 값이므로, 사용자가 동일하면 고정된 값이다. 신체를 예를 들어 손가락을 전극(111)(112)에 접촉하여 측정값이 안정화된 정상 상태에서는 전극(111)(112)으로 흘러들어가는 전류가 매우 작으므로 손가락과 전극(111)(112) 사이에 걸리는 전압이 "0"에 가깝다. 그러나, 측정 개시 시점에서 손가락과 전극을 접촉하는 경우, 전극(111)(112)에 걸리는 전압이 순간적으로 변화하며 그 전압의 일부가 신체와 전극(111)(112) 사이에 걸리게 된다. 이를 과도 상태라 한다. 과도 상태에서 임피던스 측정부(120)에서 측정되는 전압은 시간이 경과됨에 따라 변하며, 정상 상태가 되면 전압이 포화되어 안정화된다.
손가락을 전극(111)(112)에 접촉시킨 순간의 손가락과 전극(111)(112)에 걸리는 전압을 V0, 접촉 임피던스(Zc)의 저항 성분을 R, 접촉 임피던스(Zc)의 정전용량성분을 C, 손가락을 전극(111)(112)에 접촉시킨 순간부터의 경과시간을 t라 하면, 시간(t)에서 손가락과 전극(111)(112) 사이에 걸리는 전압을 V는 아래의 수학식 3으로 표시될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 3으로부터 과도 상태로부터 정상 상태로 전환되는 데에 소요되는 시간(t)은 접촉 임피던스(Zc)의 저항 성분(R)과 정전용량성분(C)과 관계됨을 알 수 있다. 피부 수분율이 변할 경우 피부의 저항 성분(R)과 정전용량성분(C)이 변하므로, 정상 상태로 전환되는 시간을 측정함으로써 피부 수분율을 알 수 있다. 피부가 건조한 경우 정상 상태로 전환되는 시간이 길어지며, 피부가 습한 경우 정상 상태로 전환되는 시간이 짧아진다.
도 4는 피부의 건조도에 따른 임피던스의 측정 파형의 일 예를 보여주는 그래프이다. A1, A2, A3는 각각 피부(손가락)의 수분율이 34%, 46%, 65%인 경우의 측정된 임피던스를 나타낸다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 피부 수분율이 낮을수록 임피던스가 포화(saturation)되어 정상 상태가 되는 시간이 길어진다.
도 5는 도 4에서 1500 단위 시간에서의 임피던스의 98%에 해당되는 임피던스가 측정된 시간과 1500 단위 시간 간의 시간 차이와 피부 수분율과의 관계의 일 예를 보여주는 그래프이다. 도 5를 보면, 피부 수분율이 낮을수록 임피던스의 변화율이 커지므로 임피던스가 2% 변화하는데 짧은 시간이 걸리며, 피부 수분율이 높을수록 임피던스의 기울기가 작아지므로 임피던스가 2% 변화하는데 긴 시간이 소요된다.
따라서, 측정 시간과 측정 전압(또는 측정 전압에 대응되는 측정 임피던스)를 메모리에 저장하고, 측정 전압(또는 측정 임피던스)이 일정한 비율로 변화하는 데에 걸린 시간을 구함으로써 피부 수분율을 얻을 수 있다. 예를 들어, 정상 상태의 측정 임피던스, 즉 정상상태 임피던스와 정상상태 임피던스의 n%에 대응되는 비교 임피던스를 결정하고, 비교 임피던스로부터 정상상태 임피던스로 변화하는데 소요되는 경과시간을 구함으로써 피부 수분율을 얻을 수 있다. 정상상태 임피던스는 시간에 대한 측정 임피던스의 기울기(ΔZ/ΔT)가 예를 들어 2Ω/초 이하가 되는 때의 측정 임피던스 값일 수 있다. 비교 임피던스를 결정하는 n값은 예를 들어 95~98% 정도일 수 있다.
피부 수분율 측정이 시작되면, 임피던스 측정부(120)는 신체를 포함하는 전기 회로에 정전류를 공급하여 전기 회로의 임피던스에 대응되는 측정 전압(Vi)을 파형 검출부(130)로 출력한다.
파형 검출부(130)는 측정 시간과 측정 전압(Vi)을 메모리(131)에 저장한다. 물론, 파형 검출부(130)는 측정 전압(Vi)를 공급된 전류값으로 나눈 측정 임피던스를 메모리(131)에 저장할 수도 있다. 파형 검출부(130)는 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)이 포화되면, 이를 정상상태 전압(임피던스)으로 결정한다. 그런 다음, 정상상태 전압(임피던스)의 예를 들어 98%에 해당되는 비교 전압(임피던스)을 결정하고, 비교 전압(임피던스)으로부터 정상상태 전압(임피던스)으로 변하기까지의 경과시간(TSH)을 피부 수분율 획득부(140)로 출력한다. 피부 수분율 획득부(140)는 경과시간(TSH)을 이용하여 피부 수분율을 결정한다. 예를 들어, 피부 수분율 획득부(140)는 룩업 테이블(look-up table)(141)을 이용하여 경과시간(TSH)에 대한 피부 수분율을 획득할 수 있다. 룩업 테이블(141)에는 경과시간(TSH)에 따라 계산된 피부 수분율의 값들이 미리 저장된다. 룩업 테이블(141)은 경과시간(TSH)을 입력받고 피부 수분율을 출력한다. 피부 수분율 획득부(140)는 미리 설정된 계산식에 의하여 경과시간(TSH)을 이용하여 피부 수분율을 계산할 수도 있다.
전술한 체성분 측정 장치(100)의 실시예들에 따르면, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정함으로써 피부 수분율을 측정할 수 있다.
도 6과 도 7은 체성분 측정 장치(100)의 일 구현예를 보여주는 사시도들이다. 도 6과 도 7을 참조하면, 체성분 측정 장치(100)는 손목에 착용할 수 있는 스마트 위처, 또는 손가락에 착용할 수 있는 스마트 반지 등의 웨어러블 기기의 형태로 구현될 수 있다. 2-포인트 측정 방식의 경우, 전극(111)(112)는 각각 체성분 측정 장치(100)의 내측과 외측에 위치되어, 사용자가 체성분 측정 장치(100)를 손목에 착용하면, 전극(111)은 손목 부위의 피부에 접촉되고, 전극(112)은 도 6과 같이 사용자가 손가락으로 접촉할 수 있다. 4-포인트 측정 방식의 경우, 전극(111)(113)과 전극(112)(114)는 각각 체성분 측정 장치(100)의 내측과 외측에 위치되어, 사용자가 체성분 측정 장치(100)를 손목에 착용하면, 전극(111)(113)은 손목 부위의 피부에 접촉되고, 전극(112)(114)은 도 6과 같이 사용자가 손가락으로 접촉할 수 있다.
도 8a와 도 8b는 피부 수분율 측정 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도들이다. 도 1 내지 도 8a 및 도 8b를 참조하면서 피부 수분율 측정 방법의 실시예를 설명한다.
단계 S11에서, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스가 측정된다. 체성분 측정 장치(100)를 예를 들어 손목에 착용하고 도시되지 않은 버튼 등을 누름으로써 피부 수분율 측정을 위한 임피던스 측정이 개시될 수 있다. 일 예로서, 체성분 측정 장치(100)를 예를 들어 왼손의 손목에 착용함으로써 전극(111) 또는 전극(111)(113)이 신체에 접촉되고, 오른손으로 도시되지 않은 버튼 등을 눌러 측정 개시 명령을 체성분 측정 장치(100)에 입력하고 오른손의 손가락을 전극(112) 또는 전극(112)(114)에 접촉시킬 수 있다. 임피던스 측정부(120)는 신체를 포함하는 전기 회로에 정전류를 공급하고 전극(111)(112) 사이의 전압을 측정함으로써 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스에 대응되는 측정 전압(Vi)을 파형 검출부(130)로 출력한다.
단계 S12에서, 파형 검출부(130)는 정상상태 임피던스를 결정한다. 예를 들어, 측정 시간에 대한 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)의 기울기가 소정의 값 이하가 되면, 이때의 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)이 정상상태 전압(임피던스)으로 결정될 수 있다. 또한, 측정이 개시된 후 소정 시간이 경과된 후의 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)이 정상상태 전압(임피던스)으로 결정될 수도 있다.
단계 S13에서, 정상상태 전압(임피던스)의 n%에 해당되는 비교 전압(임피던스)이 결정된다.
단계 S14에서, 정상상태 전압(임피던스)과 비교 전압(인피던스)에 근거하여 피부 수분율이 결정된다.
일 예로서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 단계 11-2에서 측정 전압(Vi)(또는 측정 전압(Vi)을 공급된 전류값으로 나눈 측정 임피던스)와 측정 시간을 메모리(131)에 저장될 수 있다. 또한, 단계 S13-2에서 비교 전압(임피던스)로부터 정상상태 전압(임피던스)로 변하기까지의 경과시간(TSH)이 산출될 수 있다. 경과시간(TSH)은 정상상태 전압(임피던스)의 측정 시간과 비교 전압(임피던스)의 측정 시간의 차이이다. 단계 S14에서, 피부 수분율은 경과시간(TSH)으로부터 미리 설정된 계산식에 의하여, 또는 룩업 테이블(141)에 의하여 결정될 수 있다.
결정된 피부 수분율은 예를 들어 디스플레이를 통하여 시각적인 정보로 사용자에게 제공될 수 있다.
도 9는 피부 수분율과 체지방률 측정이 가능한 체성분 측정 장치(200)의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 9를 참조하면, 체성분 측정 장치(200)는 전극부(110a), 임피던스 측정부(120a), 피부 수분율을 획득하는 제1결정부(170), 체지방률을 획득하는 제2결정부(180)를 포함할 수 있다. 제1결정부(170)는 파형 검출부(130)와 피부 수분율 획득부(140)를 포함할 수 있다. 제2결정부(180)는 생체 임피던스 획득부(150)와 체지방률 획득부(160)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 전극부(110a)는 피부 수분율 측정 및 체지방률 측정에 사용된다. 파형 검출부(130)와 피부 수분율 획득부(140)의 구성과 작용은 도 1 내지 도 3에서 설명하는 바와 동일하다.
임피던스 측정부(120a)는 도 2 또는 도 3에 예시된 임피던스 측정부(120)와 동일할 수 있다.
파형 검출부(130)는 과도 상태 동안의 측정 임피던스로부터 정상상태 임피던스와 비교 임피던스를 결정하고, 피부 수분율 획득부(140)는 비교 임피던스로부터 정상상태 임피던스로 변하는 데에 소요되는 경과 시간에 근거하여, 피부 수분율을 결정할 수 있다.
생체 임피던스 획득부(150)는 측정 임피던스가 포화된 후의 임피던스 값, Z4P 또는 Z2P로부터 생체 임피던스(Zm)를 획득한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 생체 임피던스(Zm)는 Zc에 영향을 받지만, Zm에 비하여 Zc가 매우 작다면 수학식 1 및 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이 Zc를 "0"으로 가정할 수 있다. 따라서, Zm을 계산할 수 있다. 또한, 생체 임피던스 획득부(150)는 Z4P 또는 Z2P에 대응되는 Zm값이 미리 저장된 룩업 테이블로부터 Zm을 획득할 수도 있다.
Z4P 또는 Z2P는 수 회의 측정값의 평균값일 수 있으며, 정상 상태 동안에 서로 다른 시간에 샘플링된 다수의 측정값의 평균값일 수 있다.
또한, 생체 임피던스(Zm)를 획득하기 전에 Z4P 또는 Z2P의 유효성을 판별하는 과정이 수행될 수 있다. 임피던스를 측정하는 중, 신체와 전극의 접촉이 이루어지지 않고 측정된 임피던스는 유효하지 않다. 따라서, 체성분 측정 장치(200)는 임피던스를 측정하는 중 발생하는 상태를 점검하여 측정된 임피던스의 유효성을 판별할 수 있다. 다른 예로서, 측정된 임피던스의 크기에 따라 임피던스의 유효성을 판별할 수도 있다. 즉, 측정된 임피던스가 사람의 신체로부터 측정 가능한 임피던스의 범위 이내인지 여부를 통해 임피던스의 유효성을 판별할 수 있다.
생체 임피던스(Zm)는 체지방률을 계산하기 위해 필요한 임피던스이고, 신체의 특성에 따라 달라진다. 체지방률 획득부(140)는 생체 임피던스(Zm) 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 상기 사용자의 체지방률을 획득한다. 사용자의 신체 정보는 사용자로부터 수신받는다. 사용자의 신체 정보는 사용자의 나이, 키, 몸무게 등과 같은 정보이다.
이와 같은 구성에 따르면, 과도 상태 동안에 측정된 임피던스로부터 피부 수분율을 획득할 수 있으며, 정상 상태 동안에 측정된 임피던스로부터 체지방률을 결정할 수 있다. 피부 수분율과 체지방률이 공통의 인피던스 측정부(120a)에서 측정된 임피던스에 근거하여 결정되므로, 피부 수분율과 체지방률을 측정할 수 있는 소형화된 체성분 측정 장치(200)의 구현이 가능하다. 또한, 체성분 측정 장치(200)는 소형화가 가능하여 웨어러블 기기의 형태로 또는 스마트 워치 등의 웨어러블 기기에 통합되는 형태로 구현될 수 있다.
도 10은 임피던스 측정부(120a)의 일 실시예의 회로도이다. 본 실시예의 전극부(110a)는 4-포인트 측정 전극부(4P)와 2-포인트 측정 전극부(2P)를 포함한다. 4-포인트 측정 전극부(4P)는 전류 전극(113)(114)과 전압 전극(111)(112)을 구비할 수 있다.
임피던스 측정부(120a)는 2-포인트 측정방식과 4-포인트 측정방식으로 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스에 대응되는 전압을 측정함으로써 제1, 제2임피던스(Z4P)(Z2P)를 측정한다. 임피던스 측정부(120a)는 4개의 전극(111~114)을 이용하여 4-포인트 측정 방식으로 제1임피던스(Z4P)를 측정하는 제1임피던스 측정부(120a-1)와 두 개의 전극(115)(116)을 이용하여 2-포인트 측정 방식으로 제2임피던스(Z2P)를 측정하는 제2임피던스 측정부(120a-2)를 구비할 수 있다.
제1임피던스 측정부(120a-1)는 4-포인트 측정 방식을 이용하여 신체를 포함하는 전기 회로에 대한 제1 임피던스(Z4P)를 측정한다. 제1임피던스 측정부(120a-1)는 도 3에 도시된 임피던스 측정부(120)의 회로도와 동일하다. 제1임피던스 측정부(120a-1)는 전극(113)(114)을 통해 정전류를 인가하고, 전극(111)(112)을 통해 제1 임피던스(Z4P)를 측정한다. 제1임피던스 측정부(120a-1)는 전극(111)(112)에 걸리는 전압(Vi)을 측정한다. 전압(Vi)는 제1임피던스(Z4P)에 비례한다. 전압(Vi)를 공급된 전류 값으로 나누어서 제1임피던스(Z4P)를 얻을 수 있다. 제1임피던스(Z4P)는 전술한 수학식 2(제1관계식)로 표시될 수 있다.
제2임피던스 측정부(120a-2)는 2-포인트 측정 방식을 이용하여 신체를 포함하는 전기 회로에 대한 제2 임피던스(Z2P)를 측정한다. 제2임피던스 측정부(120a-2)는 도 2에 도시된 임피던스 측정부(120)의 회로도와 동일하다. 제2임피던스 측정부(120a-2)는 전극(115)(116)을 이용하여 2-포인트 측정 방식을 이용하여 제2 임피던스(Z2P)를 측정한다. 2-포인트 측정 방식은 도 3에서 설명한 바와 동일하다. 제2임피던스 측정부(120a-2)는 전극(115)(116)을 통해 정전류를 인가하고, 전극(115)(116)을 통해 제2 임피던스(Z2P)를 측정한다. 제2임피던스 측정부(120a-2)는 전극(115)(116)에 걸리는 전압(Vi)을 측정한다. 전압(Vi)는 제2임피던스(Z2P)에 비례한다. 전압(Vi)를 공급된 전류 값으로 나누어서 제2임피던스(Z2P)를 얻을 수 있다. 제2임피던스(Z2P)는 전술한 수학식 1(제2관계식)로 표시될 수 있다.
파형 검출부(130)와 피부 수분율 획득부(140)의 작용은 전술한 바와 동일하다. 즉, 파형 검출부(130)는 제1임피던스 측정부(120a-1) 또는 제2임피던스 측정부(120a-2)로부터 출력되는 측정 전압(또는 측정 임피던스)과 측정 시간을 메모리(131)에 저장하고, 정상상태 전압(임피던스)과 정상상태 전압(임피던스)의 n%에 해당되는 비교 전압(임피던스)을 결정하고, 비교 전압(임피던스)으로부터 정상상태 전압(임피던스)으로 변하기까지의 경과시간(TSH)을 피부 수분율 획득부(140)로 출력한다. 피부 수분율 획득부(140)는 경과시간(TSH)을 이용하여 피부 수분율을 결정한다.
생체 임피던스 획득부(150)는 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)가 측정되면, 측정된 제1 및 제2 임피던스(Z4P)(Z2P)에 따라 결정되는 생체 임피던스(Zm)를 획득한다.
제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)는 측정이 안정화된 정상 상태에서의 임피던스 값이다. 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)는 수 회의 측정값의 평균값일 수 있다. 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)는 정상 상태에서 서로 다른 시간에 샘플링된 다수의 측정값의 평균값일 수 있다.
생체 임피던스 획득부(150)는 제1 관계식 및 제2 관계식을 통해 접촉 임피던스(Zc)에 관계없이 생체 임피던스(Zm)를 계산할 수 있다. 즉, 수학식 2 및 수학식 1을 살펴보면, Z4P, Z2P는 측정된 전압(Vi)을 공급된 전류로 나눈 값이고, Zi는 AFE의 특성에 따라 결정되는 값이다. 따라서, 수학식 2 및 수학식 1을 연립하여, Zm과 Zc를 계산할 수 있다. 즉, Zc를 소거함으로써 Zc의 값을 알지 못하거나 계산하지 못하더라도, Zm을 계산할 수 있다.
생체 임피던스 획득부(150)는 룩업 테이블(153)을 이용하여 생체 임피던스(Zm)를 획득할 수도 있다. 생체 임피던스 획득부(150)는 2개의 스위치(SW), 레지스터(151)(152) 및 룩업 테이블(153)을 포함한다. 2개의 스위치(SW)는 측정 방식에 따라 연결 여부가 결정된다. 예를 들어, 4-포인트 측정 방식의 경우 위쪽 스위치가 닫히고, 아래쪽 스위치가 열릴 수 있다. 2-포인트 측정 방식의 경우 위쪽 스위치가 열리고, 아래쪽 스위치가 닫힐 수 있다. 4-포인트 측정 방식의 경우 위쪽 레지스터(151)에 측정 전압(임피던스)이 저장되고, 2-포인트 측정 방식의 경우 아래쪽 레지스터(152)에 측정 전압(임피던스)이 저장될 수 있다.
룩업 테이블(153)은 레지스터(151)(152)들에 저장된 측정 전압(임피던스)의 값을 입력으로 받고, 생체 임피던스(Zm)를 출력한다. 룩업 테이블(153)은 2개의 측정 전압(임피던스)의 값들이 입력되면, 그에 대응되는 값을 결정한다. 결정된 값은 생체 임피던스(Zm)를 나타낸다. 예를 들어, 룩업 테이블(153)은 2개의 전압(임피던스)의 값들에 대한 2 X 2 테이블을 저장하고 있을 수 있다. 가로축은 제1임피던스(Z4P) 또는 이에 대응되는 측정 전압이고, 세로축은 제2임피던스(Z2P) 또는 이에 대응되는 측정 전압일 수 있다. 따라서, 룩업 테이블(153)은 가로축의 값 및 세로축의 값이 결정되면, 가로축의 값 및 세로축의 값에 대응하는 생체 임피던스(Zm)를 결정할 수 있다. 룩업 테이블(153)은 결정된 값을 체지방률 획득부(160)로 출력한다.
생체 임피던스(Zm)는 체지방률을 계산하기 위해 필요한 임피던스이고, 신체의 특성에 따라 달라진다. 체지방률 획득부(140)는 생체 임피던스(Zm) 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 상기 사용자의 체지방률을 획득한다. 사용자의 신체 정보는 사용자로부터 수신받는다. 사용자의 신체 정보는 사용자의 나이, 키, 몸무게 등과 같은 정보이다.
도 11은 임피던스 측정부(120a)의 일 실시예의 회로도이다. 도 11을 참조하면, 전극부(110b)는 4개의 전극(111~114)을 구비한다. 임피던스 측정부(120a)는 4-포인트 측정 방식을 이용하여 사용자에 대한 제1 임피던스(Z4P)와 2-포인트 측정 방식을 이용하여 사용자에 대한 제2 임피던스(Z2P)를 측정한다. 이를 위하여, 측정방식 전환부(191)가 마련된다. 측정방식 전환부(191)는 4개의 전극(111~114)를 4-포인트 측정 방식과 2-포인트 측정 방식으로 전환하여 임피던스 측정부(120a)와 연결한다.
도 11은 측정방식 전환부(191)에 의하여 임피던스 측정부(120a)가 4-포인트 측정 방식으로 전환된 상태의 회로도이다. 임피던스 측정부(120a)는 전극(113)(114)을 통해 정전류를 인가하고, 전극(111)(112)을 통해 상기 제1 임피던스(Z4P)를 측정한다. 임피던스 측정부(120a)는 전극(111)(112)에 걸리는 전압(Vi)을 측정한다. 전압(Vi)는 제1임피던스(Z4P)에 비례한다. 전압(Vi)를 공급된 전압으로 나누어서 제1임피던스(Z4P)를 얻을 수 있다. 제1임피던스(Z4P)는 전술한 수학식 2(제1관계식)로 표시될 수 있다.
제2 임피던스(Z2P)를 측정하기 위하여 측정방식 전환부(191)는 전류 전극(113)(114)과 전압 전극(111)(112)을 서로 연결한다. 즉, 측정방식 전환부(191)는 전극(113)(111), 및 전극(112)(114)를 서로 연결한다. 전류 전극(113)(114)은 4-포인트 측정 방식에서 정전류가 인가되는 전극이고, 전압 전극(111)(112)은 4-포인트 측정 방식에서 전압기(121)와 연결되는 전극이다. 연결된 전극(113)(111)과 전극(114)(112)는 각각 하나의 전극이 된다. 임피던스 측정부(120a)는 연결된 전극(113)(111)과 전극(114)(112)을 이용하여 2-포인트 측정 방식을 이용하여 제2 임피던스(Z2P)를 측정한다. 도 12는 측정방식 전환부(191)에 의하여 임피던스 측정부(120a)가 2-포인트 측정 방식으로 전환된 상태의 회로도이다. 도 9에 도시된 회로도에 따른 제2임피던스(Z2P)는 아래의 수학식 4(제2관계식)로 표시될 수 있다.
Figure pat00004
파형 검출부(130)와 피부 수분율 획득부(140)의 작용은 전술한 바와 동일하다.
생체 임피던스 획득부(150)와 체지방률 획득부(160)의 작용은 전술한 바와 동일하다. 생체 임피던스 획득부(150)는 제1 관계식 및 제2 관계식을 통해 접촉 임피던스(Zc)에 관계없이 생체 임피던스(Zm)를 계산하거나 룩업 테이블(153)을 이용하여 생체 임피던스(Zm)를 획득할 수 있다.
도 13은 체성분 측정 장치(200)의 일 실시예의 개략적인 구성도이다. 도 13을 참조하면, 전극부(110c)는 피부 수분율을 측정하기 위한 제1전극부(110c-1)와 체지방률을 측정하기 위한 제2전극부(110c-2)를 구비한다. 피부 수분율과 체지방률은 임피던스를 이용하여 측정하므로, 임피던스 측정부(120a)는 공통으로 사용된다. 이를 위하여, 전극 전환부(192)가 마련된다. 전극 전환부(192)는 전극부(110c)와 임피던스 측정부(120a) 사이에 위치되어 제1, 제2전극부(110c-1)(110c-2)를 선택적으로 임피던스 측정부(120a)와 연결한다. 이에 따르면, 각각 피부 수분율 측정과 체지방률 측정에 적합한 형태의 제1, 제2전극부(100c-1)(100c-2)를 적용할 수 있어서, 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 14는 전극 전환부(192)가 도 10에 도시된 체성분 측정 장치의 일 실시예에 적용된 예를 보여준다. 도 14를 참조하면, 제1전극부(110c-1)는 전극(117)(118)을 포함한다. 제1전극부(110a-1)는 전극 전환부(192)에 의하여 제2임피던스 측정부(120a-2)에 선택적으로 접속된다. 예를 들어, 두 개의 스위치(SW)는 전극(115)(116)을 제2임피던스 측정부(120a-2)와 연결시키는 위치(실선으로 도시)와, 전극(117)(118)을 제2임피던스 측정부(120a-2)와 연결시키는 위치(점선으로 도시)로 전환될 수 있다.
도 15는 전극 전환부(192)가 도 10에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 일 실시예에 적용된 예를 보여준다. 도 15를 참조하면, 제1전극부(110c-1)는 전극 전환부(192)에 의하여 제1임피던스 측정부(120a-1)에 선택적으로 접속된다. 예를 들어, 두 개의 스위치(SW)는 전극(111)(113) 및 전극(112)(114)를 제1임피던스 측정부(120a-1)와 연결시키는 위치(실선으로 도시)와, 전극(117)(118)을 제1임피던스 측정부(120a-1)와 연결시키는 위치(점선으로 도시)로 전환될 수 있다.
도 16은 전극 전환부(192)가 도 11에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 일 실시예에 적용된 예를 보여준다. 도 16을 참조하면, 제1전극부(110c-1)는 전극 전환부(192)에 의하여 임피던스 측정부(120a)에 선택적으로 접속된다. 예를 들어, 두 개의 스위치(SW)는 전극(111)(113) 및 전극(112)(114)를 임피던스 측정부(120a)와 연결시키는 위치(실선으로 도시)와, 전극(117)(118)을 임피던스 측정부(120a)와 연결시키는 위치(점선으로 도시)로 전환될 수 있다. 제2전극부(110c-2)는 도 11에 도시된 전극부(110b)와 동일하다.
도 17은 도 10에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 일 구현예를 보여주는 사시도이다. 도 17을 참조하면, 체성분 측정 장치(200)는 손목에 착용할 수 있는 스마트 위처, 또는 손가락에 착용할 수 있는 스마트 반지 등의 웨어러블 기기의 형태로 구현될 수 있다. 2-포인트 측정 전극부(110a-2P)의 전극(115)는 체성분 측정 장치(200)의 내측에 위치되어 사용자가 체성분 측정 장치(200)를 손목에 착용하면, 전극(115)은 손목 부위의 피부에 접촉되고, 전극(116)은 체성분 측정 장치(200)의 외측에 위치되어 사용자가 손가락으로 접촉할 수 있다. 4-포인트 측정 전극부(110a-4P)의 전극(111)(113)은 체성분 측정 장치(200)의 내측에 위치되어 사용자가 체성분 측정 장치(200)를 손목에 착용하면 손목 부위의 피부에 접촉되고, 전극(112)(114)은 체성분 측정 장치(200)의 외측에 위치되어 사용자가 손가락으로 접촉할 수 있다. 도 14와 도 15에 도시된 바와 같이 피부 수분율 측정을 위한 제1전극부(110c-1)가 더 구비되는 경우, 전극(117)과 전극(118)은 각각 체성분 측정 장치(200)의 내측과 외측에 위치될 수 있다.
도 18은 도 11에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 일 구현예를 보여주는 사시도이다. 도 18을 참조하면, 전극(111)(113)은 체성분 측정 장치(200)의 내측에 위치되어 사용자가 체성분 측정 장치(200)를 손목에 착용하면 손목 부위의 피부에 접촉되고, 전극(112)(114)은 체성분 측정 장치(200)의 외측에 위치되어 사용자가 손가락으로 접촉할 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이 피부 수분율 측정을 위한 제1전극부(110c-1)가 더 구비되는 경우, 전극(117)과 전극(118)은 각각 체성분 측정 장치(200)의 내측과 외측에 위치될 수 있다.
전술한 체성분 측정 장치(200)의 실시예들에 따르면, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부가 피부수분율 측정과 체지방률 측정에 공용으로 사용될 수 있다. 그러므로, 피부수분율과 체지방률 측정이 가능한 간단한 구성의 체성분 측정 장치(200)가 구현될 수 있다.
도 19a와 도 19b는 체성분 측정 방법의 일 실시예를 보여주는 흐름도이다. 도 18a, 도 18b 및 도 19를 참조하면, 체성분 측정 장치(200)를 예를 들어 손목에 착용하고 도시되지 않은 버튼 등을 누름으로써 체성분 측정이 개시될 수 있다.
단계 S21에서 측정 항목이 결정된다. 측정 항목은 사용자가 체성분 측정 장치(200)를 착용하고 예를 들어 버튼 등을 통하여 측정 항목을 입력함으로써 결정될 수 있다.
다음으로, 피부 수분율을 결정하는 S10 단계가 수행된다. S10 단계는 전술한 도 8a 및 도 8b의 흐름도를 따라 수행될 수 있다.
단계 S11에서, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스가 측정된다.
일 예로서, 도 10에 도시된 체성분 측정 장치(200)를 예를 들어 왼손의 손목에 착용함으로써 전극(111)(113)과 전극(115)이 신체에 접촉된다. 피부 수분율을 측정하기 위한 임피던스 측정 방식에 따라 전극(112)(114) 또는 전극(115)에 오른론의 손가락을 접촉시킴으로서 임피던스를 측정할 수 있다. 피부 수분율을 측정하기 위한 임피던스 측정 방식은 체성분 측정 장치(200)에 미리 설정될 수 있다. 사용자가 측정 방식을 선택할 수도 있다.
일 예로서, 도 14에 도시된 체성분 측정 장치(200)를 예를 들어 왼손의 손목에 착용함으로써 전극(111)(113), 전극(115), 및 전극(117)이 신체에 접촉된다. 전극 전환부(192)는 제1전극부(110c-1)를 제2임피던스 측정부(120a-2)와 연결시킨다. 오른손의 손가락을 전극(118)에 접촉시킴으로써 임피던스를 측정할 수 있다.
일 예로서, 도 15에 도시된 체성분 측정 장치(200)를 예를 들어 왼손의 손목에 착용함으로써 전극(111)(113), 전극(115), 및 전극(117)이 신체에 접촉된다. 전극 전환부(192)는 제1전극부(110c-1)를 제1임피던스 측정부(120a-1)와 연결시킨다. 오른손의 손가락을 전극(118)에 접촉시킴으로써 임피던스를 측정할 수 있다.
일 예로서, 도 11에 도시된 체성분 측정 장치(200)를 예를 들어 왼손의 손목에 착용함으로써 전극(111)(113)이 신체에 접촉된다. 피부 수분율을 측정하기 위한 임피던스 측정 방식에 따라 측정 방식 전환부(191)는 2-포인트 측정 모드 또는 4-포인트 측정 모드로 전환된다. 피부 수분율을 측정하기 위한 임피던스 측정 방식은 체성분 측정 장치(200)에 미리 설정될 수 있다. 또한,사용자가 측정 방식을 선택할 수 있다. 이 경우, 측정 방식 전환부(191)는 사용자의 선택에 따라서 2-포인트 측정 모드 또는 4-포인트 측정 모드로 전환된다. 오른손의 손가락을 전극(112)(114)에 접촉시킴으로써 4-포인트 측정 방식 또는 2-포인트 측정 방식으로 임피던스를 측정할 수 있다.
일 예로서, 도 16에 도시된 체성분 측정 장치(200)를 예를 들어 왼손의 손목에 착용함으로써 전극(111)(113) 및 전극(117)이 신체에 접촉된다. 전극 전환부(192)는 제1전극부(110c-1)를 제1임피던스 측정부(120a-1)와 연결시킨다. 오른손의 손가락을 전극(118)에 접촉시킴으로써 임피던스를 측정할 수 있다.
단계 S12에서, 파형 검출부(130)는 정상상태 임피던스를 결정한다. 예를 들어, 측정 시간에 대한 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)의 기울기가 소정의 값 이하가 되면, 이때의 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)이 정상상태 전압(임피던스)으로 결정될 수 있다. 또한, 측정이 개시된 후 소정 시간이 경과된 후의 측정 전압(Vi)(또는 측정 임피던스)이 정상상태 전압(임피던스)으로 결정될 수도 있다.
단계 S13에서, 정상상태 전압(임피던스)의 n%에 해당되는 비교 전압(임피던스)이 결정된다.
단계 S14에서, 정상상태 전압(임피던스)과 비교 전압(인피던스)에 근거하여 피부 수분율이 결정된다.
일 예로서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 단계 11-2에서 측정 전압(Vi)(또는 측정 전압(Vi)을 공급된 전류값으로 나눈 측정 임피던스)와 측정 시간을 메모리(131)에 저장될 수 있다. 또한, 단계 S13-2에서 비교 전압(임피던스)로부터 정상상태 전압(임피던스)로 변하기까지의 경과시간(TSH)이 산출될 수 있다. 단계 S14에서, 피부 수분율은 경과시간(TSH)으로부터 미리 설정된 계산식에 의하여, 또는 룩업 테이블(141)에 의하여 결정될 수 있다.
결정된 피부 수분율은 예를 들어 디스플레이를 통하여 시각적인 정보로 사용자에게 제공될 수 있다.
단계 S21에서 측정항목으로서 피부 수분율만이 선택된 경우 측정이 종료된다. 단계 21에서 측정 항목으로서 체지방률만이 선택된 경우 체지방률 측정을 위하여 단계 S31로 진행된다. 단계 21에서 측정 항목으로서 피부 수분율과 체지방률이 함께 선택된 경우 단계 S11~ S14까지 수행된 후에 단계 S22에서 체지방률 측정을 위하여 단계 S41로 진행될 수 있다.
단계 S41에서, 피부 수분율 측정을 위한 임피던스 측정 단계(S11)에서 측정된 정상 상태의 임피던스로부터 체지방률 측정을 위한 임피던스가 결정된다. 체지방률 측정을 위한 임피던스는 정상 상태에서 서로 다른 시간에 샘플링된 다수의 임피던스 값의 평균값일 수 있다. 또한, 체지방률 측정을 위한 임피던스는 수 회의 임피던스 측정 단계(S11)에서 측정된 정상상태 임피던스 값의 평균값일 수도 있다.
단계 S42에서, 결정된 임피던스의 유효성을 판단한다. 임피던스를 측정하는 중, 신체와 전극의 접촉이 이루어지지 않고 측정된 임피던스는 유효하지 않다. 따라서, 체성분 측정 장치(200)는 임피던스를 측정하는 중 발생하는 상태를 점검하여 측정된 임피던스의 유효성을 판별할 수 있다. 다른 예로서, 측정된 임피던스의 크기에 따라 임피던스의 유효성을 판별할 수도 있다. 즉, 측정된 임피던스가 사람의 신체로부터 측정 가능한 임피던스의 범위 이내인지 여부를 통해 임피던스의 유효성을 판별할 수 있다.
단계 S43에서, 결정된 임피던스로부터 생체 임피던스(Zm)를 획득한다. 예를 들어, 생체 임피던스(Zm)는 Zc를 "0"으로 가정하고, 수학식 1 또는 수학식 2로부터 계산될 수 있다. 또한, 평균적인 Zc값이 미리 저장된 경우, 평균적인 Zc값을 적용하여 수학식 1 또는 수학식 2로부터 생체 임피던스(Zm)가 계산될 수도 있다. 또한, 결정된 임피던스에 대응되는 Zm값이 미리 저장된 룩업 테이블로부터 Zm을 획득할 수도 있다.
생체 임피던스(Zm)는 체지방률을 계산하기 위해 필요한 임피던스이고, 신체의 특성에 따라 달라진다. 체지방률 획득부(140)는 생체 임피던스(Zm) 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 상기 사용자의 체지방률을 획득한다. 사용자의 신체 정보는 사용자로부터 수신받는다. 사용자의 신체 정보는 사용자의 나이, 키, 몸무게 등과 같은 정보이다.
결정된 체지방률은 예를 들어 디스플레이를 통하여 시각적인 정보로 사용자에게 제공될 수 있다.
도 19b를 참조하여, 체지방률을 획득하는 추가적인 실시예를 설명한다.
일 예로서, 도 10에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 경우, 단계 S31에서 제1 임피던스 측정부(120a-1)는 4-포인트 측정 전극부(4P)에 정전류를 공급하고 제1임피던스(Z4P)를 측정한다. 그리고, 단계 32에서 제2 임피던스 측정부(120a-2)는 2-포인트 측정 전극부(2P)에 정전류를 공급하고 제2임피던스(Z2P)를 측정한다.
일 예로서, 도 14에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 경우, 단계 S31에서 제1 임피던스 측정부(120a-1)는 4-포인트 측정 전극부(4P)에 정전류를 공급하고 제1임피던스(Z4P)를 측정한다. 그리고, 전극 전환부(192)를 이용하여 2-포인트 측정 전극부(2P)를 제2 임피던스 측정부(120a-2)와 연결시킨다. 단계 32에서 제2 임피던스 측정부(120a-2)는 2-포인트 측정 전극부(2P)에 정전류를 공급하고 제2임피던스(Z2P)를 측정한다.
일 예로서, 도 15에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 경우, 전극 전환부(192)를 이용하여 4-포인트 측정 전극부(4P)를 제1 임피던스 측정부(120a-1)와 연결시킨다. 단계 S31에서 제1 임피던스 측정부(120a-1)는 4-포인트 측정 전극부(4P)에 정전류를 공급하고 제1임피던스(Z4P)를 측정한다. 그리고, 단계 32에서 제2 임피던스 측정부(120a-2)는 2-포인트 측정 전극부(2P)에 정전류를 공급하고 제2임피던스(Z2P)를 측정한다.
일 예로서, 도 11에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 경우, 단계 S31에서, 측정 방식 전환부(191)는 전극부(110b)와 임피던스 측정부(120a)의 연결 상태를 4-포인트 측정 모드로 전환하며, 임피던스 측정부(120a)는 전극부(110b)에 정전류를 공급하고 제1임피던스(Z4P)를 측정한다. 그리고, 단계 32에서, 측정 방식 전환부(191)는 전극부(110b)와 임피던스 측정부(120a)의 연결 상태를 2-포인트 측정 모드로 전환하며, 임피던스 측정부(120a)는 전극부(110b)에 정전류를 공급하고 제2임피던스(Z2P)를 측정한다.
일 예로서, 도 16에 도시된 체성분 측정 장치(200)의 경우, 전극 전환부(192)는 제2전극부(110c-2)를 임피던스 측정부(120a)와 연결시킨다. 그런 다음, 단계 S31에서, 측정 방식 전환부(191)는 제2전부(110c-2)와 임피던스 측정부(120a)의 연결 상태를 4-포인트 측정 모드로 전환하며, 임피던스 측정부(120a)는 제2전극부(110c-2)에 정전류를 공급하고 제1임피던스(Z4P)를 측정한다. 그리고, 단계 32에서, 측정 방식 전환부(191)는 제2전극부(110c-2)와 임피던스 측정부(120a)의 연결 상태를 2-포인트 측정 모드로 전환하며, 임피던스 측정부(120a)는 제2전극부(110c-2)에 정전류를 공급하고 제2임피던스(Z2P)를 측정한다.
단계 S31과 단계 S32는 수 회 수행될 수 있으며, 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)는 수 회의 측정값의 평균값일 수 있다. 단계 S31과 단계 S32는 각각 일 회씩 수행될 수 있으며, 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)는 정상 상태에서 서로 다른 시간에 샘플링된 다수의 측정값의 평균값일 수 있다.
단계 S33에서, 체성분 측정 장치(200)는 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)의 유효성을 판별한다. 예를 들어, 체성분 측정 장치(200)는 접촉 상태에 따라 제1 임피던스(Z4P) 및 제2 임피던스(Z2P)의 유효성을 판별할 수 있다. 임피던스를 측정하는 중, 신체와 전극의 접촉이 이루어지지 않고 측정된 임피던스는 유효하지 않다. 따라서, 체성분 측정 장치(200)는 임피던스를 측정하는 중 발생하는 상태를 점검하여 측정된 임피던스의 유효성을 판별할 수 있다. 다른 예로서, 측정된 임피던스의 크기에 따라 임피던스의 유효성을 판별할 수도 있다. 즉, 측정된 임피던스가 사람의 신체로부터 측정 가능한 임피던스의 범위 이내인지 여부를 통해 임피던스의 유효성을 판별할 수 있다.
단계 S34에서, 생체 임피던스 획득부(150)는 제1 임피던스(Z4P)와 제2 임피던스(Z2P) 및 제1관계식과 제2관계식를 이용하여 생체 임피던스(Zm)를 계산한다. 물론, 생체 임피던스 획득부(150)는 룩업 테이블(153)로부터 제1 임피던스(Z4P)와 제2 임피던스(Z2P)를 이용하여 생체 임피던스(Zm)를 획득할 수도 있다.
단계 S35에서, 체지방률 획득부(160)는 생체 임피던스(Zm) 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 사용자의 체지방률을 획득한다. 예를 들어, 사용자의 나이, 키, 몸무게 등의 입력된 사용자에 관한 정보와 생체 임피던스에 기초하여 체지방률이 결정될 수 있다.
결정된 체지방률은 예를 들어 디스플레이를 통하여 시각적인 정보로 사용자에게 제공될 수 있다.
전술한 실시 예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
100, 200: 체성분 측정 장치 110, 110a, 110b, 110c...전극부
111~118...전극 4P...4-포인트 측정 전극부
2P...2-포인트 측정 전극부 110c-1...제1전극부
110c-2...제2전극부 120, 120a...임피던스 측정부
120a-1...제1임피던스 측정부 120a-2...제2임피던스 측정부
130...파형 검출부 140...피부 수분율 획득부
150...생체 임피던스 획득부 160...체지방률 획득부
170...제1결정부 180...제2결정부
191...측정방식 전환부 192...전극 전환부
Zc...접촉 임피던스 Zm...생체 임피던스

Claims (18)

  1. 사용자의 신체와 접촉되는 전극부;
    상기 전극부와 연결되며, 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부;
    임피던스로부터 상기 전기 회로의 정상상태 임피던스와 상기 정상상태 임피던스의 n%에 해당되는 비교 임피던스에 근거하여 피부 수분율을 획득하는 제1결정부;를 포함하는 체성분 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1결정부는,
    상기 정상상태 임피던스와 상기 비교 임피던스를 결정하는 파형 검출부;
    상기 정상상태 임피던스와 상기 비교 임피던스에 근거하여 피부 수분율을 결정하는 피부수분율 획득부;를 포함하는 체성분 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파형 검출부는 측정된 임피던스와 측정 시간을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 정상상태 임피던스에 대응되는 측정 시간과 상기 비교 임피던스에 대응되는 측정 시간의 차이를 결정하며,
    상기 피부 수분율 획득부는 상기 차이에 근거하여 상기 피부 수분율을 결정하는 체성분 측정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 n은 95~98인 체성분 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임피던스에 기초하여 체지방률을 획득하는 제2결정부;를 더 구비하는 체성분 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극부는 피부 수분율 측정을 위한 제1전극부와, 체지방률 측정을 위한 제2전극부를 포함하며,
    상기 체성분 측정 장치는, 상기 제1, 제2전극부를 상기 임피던스 측정부와 선택적으로 연결시키는 전극 전환부;를 더 포함하는 체성분 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 임피던스 측정부는 4-포인트 측정 방식에 의한 제1임피던스와 2-포인트 측정 방식에 의한 제2임피던스를 측정하며,
    상기 제2결정부는,
    상기 제1 임피던스와 제2 임피던스를 이용하여 사용자의 생체 임피던스를 획득하는 생체 임피던스 획득부;
    상기 생체 임피던스 및 사용자의 신체 정보를 이용하여 사용자의 체지방률을 획득하는 체지방률 획득부;를 포함하는 체성분 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극부를 4-포인트 측정 모드와 2-포인트 측정 모드로 선택적으로 상기 임피던스 측정부와 연결시키는 측정방식 전환부;를 더 포함하는 체성분 측정 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전극부는 4-포인트 측정을 위한 4-포인트 측정 전극부와, 2-포인트 측정을 위한 2-포인트 측정 전극부를 포함하며,
    상기 임피던스 측정부는 상기 4-포인트 측정 전극부와 연결되어 상기 제1임피던스를 측정하는 제1임피던스 측정부와, 상기 2-포인트 측정 전극부와 연결되어 상기 제2임피던스를 측정하는 제1임피던스 측정부를 포함하는 체성분 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극부는 피부 수분율 측정을 위한 제1전극부를 더 포함하며,
    상기 체성분 측정 장치는, 상기 제1전극부를 상기 제1, 제2 임피던스 측정부 중 하나와 선택적으로 연결시키는 전극 전환부;를 더 포함하는 체성분 측정 장치.
  11. 신체를 포함하는 전기 회로의 임피던스를 측정하는 단계;
    상기 전기 회로의 정상상태 임피던스를 결정하는 단계;
    상기 정상상태 임피던스의 n%에 해당되는 비교 임피던스를 결정하는 단계;
    상기 정상상태 임피던스와 상기 비교 임피던스에 근거하여 피부 수분율을 결정하는 단계;를 포함하는 체성분 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    임피던스를 측정하는 단계는,
    측정된 임피던스와 측정 시간을 저장하는 단계;를 포함하며,
    상기 피부 수분율을 결정하는 단계는,
    상기 정상상태 임피던스에 대응되는 측정 시간과 상기 비교 임피던스에 대응되는 측정 시간의 차이를 결정하는 단계;
    상기 차이에 근거하여 상기 피부 수분율을 결정하는 단계;를 포함하는 체성분 측정 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 n은 95~98인 체성분 측정 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 측정된 임피던스에 기초하여 체지방률을 획득하는 단계;를 더 구비하는 체성분 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 체지방률을 획득하는 단계는, 상기 정상상태 임피던스를 이용하여 체지방률을 획득하는 체성분 측정 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 임피던스를 측정하는 단계는,
    피부 수분율을 측정하기 위한 제1전극부와 체지방률 측정을 위한 제2전극부를 임피던스 측정부와 선택적으로 연결시키는 단계;를 포함하는 체성분 측정 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 임피던스를 측정하는 단계는,
    4-포인트 측정 방식을 이용하여 제1임피던스를 측정하는 단계;
    2-포인트 측정 방식을 이용하여 제2임피던스를 측정하는 단계;를 포함하며,
    체지방률을 획득하는 단계는,
    상기 제1 임피던스와 상기 제2 임피던스를 이용하여 상기 사용자의 생체 임피던스를 획득하는 단계;
    상기 생체 임피던스 및 상기 사용자의 신체 정보를 이용하여 상기 사용자의 체지방률을 획득하는 단계;를 포함하는 체성분 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 임피던스를 측정하는 단계는,
    전극부와 임피던스 측정부와의 연결 모드를 4-포인트 측정 모드와 2-포인트 측정 모드로 선택적으로 전환시키는 단계;를 포함하는 체성분 측정 방법.
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