KR20200027356A

KR20200027356A - 체성분 분석 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20200027356A
Application number: KR1020180105561A
Authority: KR
Inventors: 이우재
Original assignee: 이우재
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-03-12

Abstract

본 발명의 체성분 분석 장치는, 측정 대상자의 적어도 신체 일 부위에 측정용 전극부를 접촉하여 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 상기 측정 대상자의 신체를 촬영하여 각 신체 부위의 길이 정보를 추출하거나 또는 입력된 신체 부위의 길이 정보를 수신하고, 상기 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 각 신체 부위의 길이 정보를 이용하여 체성분을 산출하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 인체 임피던스를 측정하여 체성분을 산출하는데 있어서, 측정대상자의 신장값 뿐만 아니라 신체의 팔, 다리 길이 및 몸통 길이 정보를 반영하여 체성분을 분석함으로써 보다 정확도를 높일 수 있다.

Description

체성분 분석 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD OF BODY COMPOSITIONAL ANALYSIS}

본 발명은 체성분 분석 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 인체 임피던스를 측정하여 체성분을 산출하는데 있어서, 측정대상자의 신장값 뿐만 아니라 신체의 팔, 다리 길이 및 몸통 길이 정보를 반영하여 체성분을 분석함으로써 보다 정확도를 높일 수 있는 체성분 분석 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인체 임피던스를 측정하여 체지방, 근육량 등의 체성분을 산출하는 체지방측정기 또는 체성분분석기는 생체전기 임피던스 분석법(Bioelectrical Impedance Analysis; BIA)을 사용한다.

BIA법의 기본 원리는 원통의 단면적과 원통의 높이를 곱하면 원통내부의 부피를 산출할 수 있다는 것이며, 이러한 기본원리는 체지방, 근육량 등의 주요 체성분 항목을 산출할 때 적용하게 된다. 항목 산출에 필요한 알고리즘에서는 주로 피검자의 신장, 체중, 임피던스값을 기본으로 사용하며, 정확도를 높이기 위하여 피검자의 연령과 성별을 추가하여 사용한다.

이러한 BIA법을 이용하여 인체의 임피던스값을 얻을 때, 인체에 인가하는 교류전류의 주파수가 다르면 인체를 구성하는 세포막을 투과하는 정도가 주파수별로 다르기 때문에, 임피던스값도 다르게 나타난다. 주파수가 높을수록 세포막을 더 잘 투과하므로, 인체 임피던스값은 낮아지고, 주파수가 낮을수록 세포막을 투과하는 성질이 작아서, 인체 임피던스값은 높아진다.

또한, BIA법을 이용하여 체성분을 산출할 때, 체성분의 정확도를 높이는 가장 일반적인 방법은 인체에 인가하는 전류의 주파수를 다양하게 사용하는 것이다.주파수가 다른 전류로 세포막내에 있는 세포내수분과 세포막외에 있는 세포외수분을 각각 반영하는 서로 다른 임피던스값을 측정할 수 있고,이 임피던스값들을 이용하여 체성분의 가장 큰 비중을 차지하는 체수분량을 산출한다.

최초 BIA법을 이용하여 체성분을 산출할 때는 인체를 하나의 원통형으로 가정하고 오른손에서 오른발로 50kHz 전류를 흘리고 오른손과 오른발 사이의 임피던스값을 측정하여, 신장, 체중, 연령, 성별을 이용하여 체성분을 산출하였다.

이후, 오른손과 왼손 사이의 임피던스값을 측정하거나, 오른발과 왼발 사이의 임피던스값을 측정하는 기술을 이용하였다.

이러한 기술들은 인체의 체성분을 정확하게 산출하는데 한계를 나타내었는데, 가장 큰 원인은 인체의 형태를 그대로 반영하여 측정한 것이 아니라, 인체의 일부분만을 측정하여 전신의 체성분을 산출하였기 때문이다. 즉, 인체를 하나의 원통형으로 가정하여 오른손에서 오른발까지의 반전신 임피던스값을 사용하거나, 오른손에서 왼손까지 또는 오른발과 왼발까지의 임피던스값만 사용하기 때문에 정확한 체성분을 산출하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 10-2006-0104792A

본 발명은 인체 임피던스를 측정하여 체성분을 산출하는데 있어서, 측정대상자의 신장값뿐만 아니라 신체의 팔, 다리 길이 및 몸통 길이 정보를 반영하여 체성분을 분석함으로써 보다 정확도를 높일 수 있는 체성분 분석 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 체성분 분석 장치는, 측정 대상자의 적어도 신체 일 부위에 측정용 전극부를 접촉하여 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및 상기 측정 대상자의 신체를 촬영하여 각 신체 부위의 길이 정보를 추출하거나 또는 입력된 신체 부위의 길이 정보를 수신하고, 상기 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 각 신체 부위의 길이 정보를 이용하여 체성분을 산출하는 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는, 체성분 분석 장치는 상기 측정 대상자의 신체를 촬영하는 신체 촬영 수단을 더 포함하고, 상기 신체 촬영 수단은, 상기 제어부와 연동되어 측정대상자를 촬영하는 스마트 기기 및 카메라가 연결된 PC 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는, 상기 스마트 기기에는 상기 제어부와 연동되는 어플리케이션이 설치되고, 상기 입력된 측정 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 촬영된 전신 이미지에서 팔의 길이 및 다리의 길이를 산출하는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는, 상기 측정 대상자의 신장, 체중, 나이, 성별, 사용자 식별정보, 및 상기 신체 부위의 길이 정보를 입력하는 입력부를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는, 상기 측정용 전극부는 측정 대상자의 신체 일 부위에 전압 및 전류를 인가하여 측정하는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는, 상기 추출하는 각 신체 부위의 길이 정보는, 양쪽 각 팔의 길이, 양쪽 각 다리의 길이, 몸통 길이, 신장을 포함하는 점에 그 특징이 있다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 측정된 양쪽 팔의 임피던스 값과 상기 양쪽 팔의 길이 정보를 하기 수학식 중 적어도 하나에 적용하여 체성분 결과를 산출하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, L_RA-LA = 오른팔(RA)부터 왼팔(LA)까지의 길이 또는 오른팔길이와 왼팔길이의 합, L_RA = 오른팔 길이, L_LA = 왼팔 길이, Wt(Weight) = 체중값,Ht(Height) = 신장값,Sex= 성별(여성=0, 남성=1), Age=연령, Z_ARM = 양팔 임피던스(왼팔과 오른팔 사이의 임피던스 측정값), C₀ ~ C₉ 음의 상수 또는 양의 상수임.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 측정된 양쪽 다리의 임피던스 값과 상기 양쪽 다리의 길이 정보를 하기 수학식 중 적어도 하나에 적용하여 체성분 결과를 산출하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, L_RL-LL = 오른쪽다리(RL)부터 왼쪽다리(LL)까지의 길이 또는 오른쪽다리길이와 왼쪽다리길이의 합, L_RL = 오른쪽다리길이, L_LL = 왼쪽다리길이, Z_LEG= 양다리 임피던스(왼쪽다리와 오른쪽 다리 사이의 임피던스 측정값)임.

바람직하게는, 상기 측정된 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 추출된 각 신체 부위의 길이 정보를 하기 수학식 중 적어도 하나에 적용하여 산출하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, L_RA = 오른팔 길이, L_LA = 왼팔 길이, L_TR = 몸통 길이, L_RL = 오른쪽다리길이, L_LL = 왼쪽다리길이, Wt = 체중값,Ht = 신장값, Sex= 성별(여성=0, 남성=1), Age=연령, C₀ ~ C₉음의 상수 또는 양의 상수, Z_RA= 오른팔 임피던스, Z_LA= 왼팔 임피던스, Z_TR= 몸통 임피던스, Z_RL= 오른다리 임피던스, Z_LL= 왼다리 임피던스.

바람직하게는, 상기 제어부로부터 측정 대상의 신체 각 부위의 임피던스 측정 결과, 신체 각 부위 길이 정보의 추출 결과 및 산출된 체성분 결과를 전송받아 출력하는 표시부;를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 체성분 분석 방법은, 체성분 분석 장치의 입력부에 측정대상자의 식별 정보 및 전체 신체 정보를 입력하는 단계; 임피던스 측정부에서 상기 측정대상자의 신체의 각 부위별 임피던스를 측정하는 단계; 신체 촬영 수단에서 상기 측정대상자의 전신 촬영 및 각 신체 부위별 길이 정보를 추출하거나 또는 상기 각 신체 부위별 길이 정보를 입력 받는 단계; 및 제어부에서 상기 각 신체 부위별 임피던스와 그에 대응하는 상기 각 신체 부위 정보를 이용하여 체성분을 산출하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 인체 임피던스를 측정하여 체성분을 산출하는데 있어서, 측정대상자의 신장값 뿐만 아니라 신체의 팔, 다리 길이 및 몸통 길이 정보를 반영하여 체성분을 분석함으로써 보다 정확도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 체성분 분석 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 측정대상자의 차렷 자세의 팔길이, 다리 길이의 기준 및 측정을 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 측정대상자의 만세 자세의 팔길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 측정대상자의 양팔 벌린 자세의 팔길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 측정대상자의 앞으로 나란히 자세의 팔길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 측정대상자의 양 다리 길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 일반적으로 임피던스를 이용하여 원통 내 수분량(부피)을 산출하기 위한 개념을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 체성분 분석 방법에 대한 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 체성분 분석 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 체성분 분석 장치(100)는, 측정용 전극부(110), 임피던스 측정부(120), 신체 촬영 수단(130), 제어부(140), 통신부(150), 입력부(160) 및 표시부(170)를 포함하여 구성된다.

상기 측정용 전극부(110)는 4개 또는 8개의 전극으로 구성될 수 있으며, 측정대상자의 팔과 다리의 피부에 착탈가능한 형태로 배치하거나 터치식으로 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 측정용 전극부(110)는 측정대상자의 신체에 전류를 흐르게 하기 위하여 전류가 통할 수 있는 전극을 설치하고 측정자가 양손으로 전극을 잡도록 하여 측정함으로써 상체의 한쪽 팔에서의 두 점과 다른 팔을 두 점 사이에 전류패스와 전압패스를 형성시켜 두 팔 사이의 임피던스를 측정할 수 있다.

양 팔 사이의 임피던스를 측정하는 또 다른 방법은, 한쪽 손목에 밴드형태로 착용하여, 손목 위의 두 점과 다른 쪽 손의 손가락 두 점 사이에 전류와 전압패스를 형성시키는 방법이 있고, 왼손과 오른손의 엄지와 검지를 이용하여 전류와 전압패스를 형성시키는 방법이 있다.

다리 사이의 임피던스를 측정하는 방법은 일반 체중계 형태의 발판에 형성되어 있는 4개의 전극 위로 올라서서, 왼쪽 발바닥의 두 점과 오른쪽 발바닥의 두 점 사이에 전류와 전압패스를 형성시킴으로써 양 발 사이의 임피던스를 측정한다.

인체의 외팔, 오른팔, 몸통, 왼다리, 오른다리의 임피던스를 각각 측정하기 위하여 양쪽손의 손바닥과 손가락에 전극을 접촉하고, 양쪽 발바닥에 전극 4개를 접촉하여 총 8개의 전극을 인체에 접촉시킨 후, 전류와 전압패스를 스위칭하면서 인체의 각 부위의 임피던스를 측정할 수 있다.

상기 임피던스 측정부(120)는 측정대상자의 적어도 신체 일 부위에 상기 측정용 전극부(110)를 이용하여 신체에 인가된 전류 및 전압으로 임피던스 값을 측정하게 된다.

보다 구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 일반적으로 임피던스를 이용하여 원통내 수분량(부피)을 계산하기 위한 방식은, 길이 L 과 단면적 A 인 원통의 부피가 V 라고 할 때, V = L x A이고, 임피던스 Z 는 단면적 A 에 반비례하고, 길이 L 에 비례한다. 이때, 원통의 비저항을 ρ 라고 할 때, Z = ρL / A 이므로, A = V / L 을 Z = ρL / A 에 적용하면, Z = ρL x L / V 이고, V = ρL x L / Z 이다. 즉, 원통의 부피 V 는 원통의 길이 L 의 제곱에 비례하고, 원통의 저항 Z 에 반비례한다.

상기 측정대상자의 신체 정보로서 신장값과 팔, 다리 및 몸통 길이 등으로 세분화된 신체부위길이를 반영하고, 상기 수분량 계산 공식을 적용하여 보다 정밀하게 체수분을 산출하게 된다. 예컨대, 일반적인 체형을 가지는 측정대상자의 경우에는, 신장의 값으로부터 팔, 다리 길이를 추정하여 측정치를 예측할 수 있지만, 훈련이나 오랜 습관 등에 의하여 특정 신체부위가 특히 발달한 사람의 경우, 연령이나 성별 등에 따른 표준적인 사람을 모델로 한 추산방법에서는 오차가 커질 가능성이 있다. 또한, 사람마다 체형이 다르고 팔, 다리의 길이가 각각 다르고, 왼팔과 오른팔의 길이가 다를 수 도 있으며, 다양한 신체 특성이 있을 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 세분화된 각 신체부위별로 다양한 신체 특성을 고려하여 이에 대응하는 정확한 체성분을 산출 하게 된다.

이때, BIA를 이용하여 신체의 임피던스를 측정할 때, (1)인체의 전신 임피던스만 측정, (2) 양팔의 임피던스 측정, (3)양다리의 임피던스 측정, (4)인체를 오른팔, 왼팔, 몸통, 오른다리, 왼다리 등 5개의 원통으로 분할하여 각각 측정하는 방법을 사용하는 것이 일반적이다.

도 2는 본 발명의 측정대상자의 차렷 자세의 팔길이, 다리 길이의 기준 및 측정을 위한 일 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 측정대상자의 만세 자세의 팔길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 측정대상자의 양팔 벌린 자세의 팔길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 측정대상자의 앞으로 나란히 자세의 팔길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 측정대상자의 양 다리 길이를 측정하기 위한 일 예를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 신체 촬영 수단(130)은 상기 측정 대상자의 신체를 촬영하여 각 신체 부위의 길이 정보를 추출하게 된다. 즉, 상기 측정대상자의 신체부위별로 세분화한 길이를 추출하기 위한 것으로, 상기 추출된 각 신체부위별 길이 정보를 상기 제어부(140)에 제공하게 된다.

여기서, 상기 신체 촬영 수단(130)은 상기 제어부(140)와 연동되어 측정대상자를 촬영하는 스마트 기기 및 카메라가 연결된 PC 를 포함하여 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 스마트 기기는 스마트폰 또는 스마트 패드 일 수 있으며, 상기 촬영된 전신 이미지에서 각 신체 부위별 길이를 추출할 수 있는 어플리케이션이 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 어플리케이션을 통해 상기 입력부에 입력된 측정대상자의 신장 및 체중 등의 신체 정보를 적용하여 팔길이 및 다리 길이 등을 추출할 수 있다.

예컨대, 도 2에서와 같이, 차렷 자세의 전신 이미지에서 a는 오른쪽 팔 길이, b는 왼쪽 팔 길이, c는 오른쪽 다리 길이, d는 왼쪽 다리 길이, e는 오른쪽 엉덩뼈부터 측정된 오른쪽 다리 길이 및 f는 왼쪽 엉덩뼈부터 측정된 왼쪽 다리 길이이다. 여기서, 상기 신장 정보가 주어지게 되면, 각 부위별 길이를 추출할 수 있게 된다.

또한, 도 2에서는 차렷 자세의 각 신체 부위별 길이를 추출하였지만, 피측정자의 자세에 따라 팔의 길이를 각각 측정할 수 있다. 피측정자의 신장과 체중을 고려하여 다음의 자세 중 하나 이상을 선택 또는 조합하여 팔의 길이 측정 정확도를 높일 수 있다. 팔의 길이는 직접 측정하거나 영상을 촬영하여 값을 구할 수 있다. 도 3의 양 팔의 만세 자세, 도 4의 양팔 벌린 자세, 도 5의 앞으로 나란히 자세를 취한 상태에서의 오른쪽 팔의 길이인 a-1, a-2 및 a-3가 서로 다르게 추출될 수 있고, 왼쪽 팔의 길이인 b-1, b-2 및 b-3가 서로 다르게 추출될 수 있으므로 이를 반영하여 정확한 팔의 길이를 얻을 수 있게 된다.

도 2 내지 도 5에서, 팔의 길이는 손목이 아닌 손가락 끝까지를 인식하여 팔의 길이를 산출할 수 있다. 손목 또는 손가락 끝까지의 지정은 팔 길이를 지정함에 따른 기준일 뿐, 지정하는 경우의 수에 따라 체성분을 산출하는 알고리즘을 다르게 적용할 것이므로 체성분 산출 결과에 영향을 미치지 않는다.

또한, 도 6에서는 피측정자의 다리 길이를 보다 정확하게 측정하기 위한 하나의 일 예로서, 피측정자가 스스로 자신의 양 손으로 양쪽 엉덩뼈 윗부분에 갖다 대도록 하여, 다리 길이를 추출할 때 그 기준을 명확하게 할 수 있으므로 정확한 다리 길이를 얻을 수 있다.

상기 제어부(140)는 상기 측정된 각 신체 부위의 임피던스 값과 상기 신체 촬영 수단으로부터 추출된 각 신체 부위의 길이 정보를 이용하여 체성분을 산출하게 된다.

먼저, 상기 제어부(140)는 BIA(bioelectrical impedance analysis, 생체전기임피던스분석법)를 이용하여 측정대상자의 신장값을 이용하여 체성분을 산출한다. 이때, BIA를 이용하여 신체의 임피던스를 측정할 때, 인체의 전신 임피던스만 측정, 양팔의 임피던스 측정, 양다리의 임피던스 측정, 인체를 오른팔, 왼팔, 몸통, 오른다리, 왼다리 등 5개의 원통으로 분할하여 각각 측정 하는 방법 등을 사용한다. 여기서, 각 임피던스의 측정은 인체를 원통으로 정의하는 개념을 사용하고, 원통의 길이(L)로는 신장(Height, Ht)을 사용한다.

보다 구체적으로, 인체의 체성분 중 가장 많은 비중을 차지하는 체수분(TBW, Total Body Water)을 부피라고 하면, V = ρL x L / Z 이라는 원리를 이용하여 다음과 같이 TBW 공식을 도출할 수 있다.

(a) 인체의 전신 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_T + C₂

(b) 인체의 양팔 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_ARM + C₂

(c) 인체의 양다리 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_LEG + C₂

(d) 인체의 5 부위 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_RA + C₂ Ht²/ Z_LA + C₃ Ht²/ Z_TR + C₄ Ht²/ Z_RL + C₅ Ht²/ Z_LL + C₆ 를 적용하게 된다.

여기서, Wt(Weight) = 체중값,Ht(Height) = 신장값, Z_T = 인체 전신 임피던스, Z_ARM = 양팔 임피던스(왼팔과 오른팔 사이의 임피던스 측정값), Z_LEG = 양다리 임피던스(왼쪽다리와 오른쪽다리 사이의 임피던스 측정값), Z_RA= 오른팔 임피던스, Z_LA= 왼팔 임피던스, Z_TR= 몸통 임피던스, Z_RL= 오른다리 임피던스, Z_LL= 왼다리 임피던스이고, C₀, C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, C₆는 위 식 (a), (b), (c), (d) 를 각각 만족시키는 음의 상수 또는 양의 상수이며, 증수희석법(D₂O dilution) 등으로 구한 TBW로부터 얻어질 수 있다.

상기 식 (a)~(d)에서, TBW를 구하기 위한 다른 방법으로, 각 식에 C₇Sex + C₈Age를 더하여 다음과 같이 표현할 수 있다.

(e)인체의 전신 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_T + C₇Sex + C₈Age + C₂

(f)인체의 양팔 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_ARM + C₇Sex + C₈Age + C₂

(g)인체의 양다리 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_LEG + C₇Sex + C₈Age + C₂

(h)인체의 5부위 임피던스 측정 시, TBW = C₀ Wt+C₁ Ht²/ Z_RA + C₂ Ht²/ Z_LA + C₃ Ht²/ Z_TR + C₄ Ht²/ Z_RL + C₅ Ht²/ Z_LL + C₇Sex + C₈Age + C₆이고, 여기서, Sex 는 피측정자의 성별로 여성은 0, 남성은 1을 사용하고, Age 는 피측정자의 나이를 사용한다. C₇, C₈은 위 식 (e), (f), (g), (h)를 각각 만족시키는 음의 상수 또는 양의 상수이며, 증수희석법(D₂O dilution) 등으로 구한 TBW로부터 얻어질 수 있다.

또한, 상기 식 (a) ~ (h)에서는 모두 측정대상자의 신장값(Ht)만을 사용하고 있음을 알 수 있다. 여기서, 인체의 체수분(TBW, Total Body Water)은 길이인 신장값(Ht)의 제곱에 비례하므로, 신장값(Ht) 대신, 측정하는 부위의 길이를 나타내는 팔길이, 몸통길이, 다리길이 등을 사용한다면 보다 정확하게 측정하고자 하는 부위의 체성분을 정확하게 산출할 수 있다. 즉, 인체는 인종에 따라, 또는 같은 인종이라도 체형에 따라 팔 길이, 다리 길이, 인체의 체중 중 가장 많은 부피를 차지하는 몸통의 길이도 서로 다르다. 따라서, 인체의 길이를 신장값(Ht)을 기본으로 인체의 체형을 그대로 반영하여 체성분을 체형 그대로 정확하게 분석하는데 정확도를 높이기 위하여 상기 식들(a)~ (h)에서 Ht 를 해당부위의 길이로 대체하여 사용하거나, 식에 해당부위의 길이를 추가한 보정식을 사용할 수도 있다.

즉, 인체의 양팔 임피던스 측정 시, 다음과 같이 다양한 TBW 공식 중 측정대상자군을 대상으로 정확도가 더 좋은 식을 선택할 수 있다. 아래 식 중 하나 또는 복수개의 식을 조합하여 사용할 수 있다.

상기 제어부(140)는 상기 측정된 양쪽 팔의 임피던스 값과 상기 양쪽 팔의 길이 정보를 하기 [수학식 1] 중 적어도 하나를 적용하여 체성분 결과를 산출하게 된다.

여기서, L_RA-LA = 오른팔(RA)부터 왼팔(LA)까지의 길이 또는 오른팔길이와 왼팔길이의 합, L_RA = 오른팔 길이, L_LA = 왼팔 길이.

또한, 상기 제어부(140)는 인체의 양쪽 다리 임피던스 측정 시 상기 측정된 양쪽 다리의 임피던스 값과 상기 양쪽 다리의 길이 정보를 하기 [수학식 2] 중 적어도 하나를 적용하여 체성분 결과를 산출하게 된다.

또한, 상기 제어부(140)는 인체의 오른팔, 왼팔, 몸통, 오른다리, 왼다리 등 각 부위별로 임피던스 측정 시 상기 측정된 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 추출된 각 신체 부위의 길이 정보를 하기 수학식 3 중 적어도 하나를 적용하여 산출하게 된다. 이때, 정확도를 높이기 위해, [수학식 1] 또는 [수학식 2] 중 적어도 하나를 적용할 수 있다.

여기서, L_RA = 오른팔 길이, L_LA = 왼팔 길이, L_TR = 몸통 길이, L_RL = 오른쪽다리길이, L_LL = 왼쪽다리길이, Wt = 체중값, Ht = 신장값, Sex= 성별(여성=0, 남성=1), Age=연령, C₀ ~ C₉음의 상수 또는 양의 상수, Z_RA= 오른팔 임피던스, Z_LA= 왼팔 임피던스, Z_TR= 몸통 임피던스, Z_RL= 오른다리 임피던스, Z_LL= 왼다리 임피던스.

여기서, 몸통길이는 직접 측정하거나 신장값(Ht)에서 다리길이를 반영하여 일정한 비율로 감하여 결정할 수 있다.

따라서, 인체의 임피던스를 측정하는 방식에 따라 팔길이, 다리길이, 몸통길이를 반영함에 따라 다양한 조합의 식이 생성되는데, 단지 위에 명시한 식 외에도 부위별 길이를 반영한 식은 보다 다양한 조합으로 새로운 식을 생성해낼 수 있으며, 장비의 성능 및 피검사 집단에 따라 정확도를 높이기 위하여 하나 이상의 식을 조합하여 반영할 수 있다.

즉, 인체에 인가하는 전류의 주파수에 따라 위 식들은 해당 주파수별로 세분화된 식으로 도출될 수 있고, 이러한 식들의 조합으로 체성분을 산출할 수 있게 된다.

체성분에서 체수분(TBW)이 차지하는 비중은 통상 60~70% 정도이다. 체수분과 단백질의 합은 근육량이며, 체중은 근육량과 지방량, 무기질량의 합으로 이루어진다. 근육량은 체수분의 일정 비율로 구성되고, 무기질량은 근육량의 일정비율로 산출한다. 따라서, 체중에서 근육량과 무기질량을 제외하여 지방량을 구할 수 있다.

상기 통신부(150)는 상기 신체촬영수단으로부터 촬영되어 신체부위별로 추출된 정보를 전송받을 수 있다.

상기 입력부(160)는 상기 측정 대상자의 신장, 체중, 나이, 성별 및 사용자 식별정보를 입력받게 된다.

상기 표시부(170)는 상기 제어부로부터 측정 대상의 신체 각 부위의 임피던스 측정 결과, 신체 각 부위 길이 정보의 추출 결과 및 산출된 체성분 결과를 전송받아 출력하게 된다. 여기서, 표시부에서는 신체 정보인 신장 및 체중을 포함하고, 이들로부터 산출된 외적인 체형을 나타내는 정보와, 상기 임피던스의 측정치로부터 추산된 신체조성정보에 근거하는 내적인 체형을 나타내는 정보를 모두 표시할 수 있다. 여기서 내적인 체형이라는 것은, 주로 근육량 또는 체내지방(또는 내장지방)의 (양)을 기준으로 한 것으로 이를 모두 표시함으로써, 건강유지ㆍ관리에 더욱 유용한 정보를 제공할 수 있다.

따라서, 각 신체부위마다 좌우 사이즈가 다르거나 신장과 상관 관계를 가지는 것을 이용하여, 더욱 세분화된 부위길이를 추정하고, 임피던스의 측정치로부터 신체 정보를 산출할 때에 이를 이용하여 체성분의 높은 정밀도로 추정할 수 있다.

또한, 도 8은 본 발명에 따른 체성분 분석 방법에 대한 순서를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 체성분 분석 장치의 입력부에 측정대상자의 식별 정보 및 신체 정보를 입력하는 단계가 수행된다(S810). 즉, 상기 측정 대상자의 신장, 체중, 나이, 성별 및 사용자 식별정보를 입력받게 된다.

그리고, 임피던스 측정부에서 상기 측정대상자의 신체의 임피던스를 측정하는 단계가 수행된다(S820). 여기서, 상기 임피던스 측정부(120)는 측정대상자의 적어도 신체 일 부위에 상기 측정용 전극부(110)를 이용하여 신체에 인가된 전류 및 전압으로 임피던스 값을 측정하게 된다. 이때, BIA를 이용하여 신체의 임피던스를 측정할 때, (1)인체의 전신 임피던스만 측정, (2) 양팔의 임피던스 측정, (3)양다리의 임피던스 측정, (4)인체를 오른팔, 왼팔, 몸통, 오른다리, 왼다리 등 5개의 부위로 분할하여 각각 측정하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

이어, 신체 촬영 수단(130)에서 상기 측정대상자의 전신 촬영 및 각 신체 부위별 길이 정보를 추출하는 단계가 수행된다(S830).

보다 구체적으로, 상기 측정 대상자의 신체를 촬영하여 각 신체 부위의 길이 정보를 추출하기 위한 것으로, 상기 추출된 각 신체부위별 길이 정보를 상기 임피던스 측정부(120) 및 상기 제어부(140)에 제공하게 된다.

예컨대, 상기 촬영된 차렷 자세의 전신 이미지에서 a는 오른쪽 팔 길이, b는 왼쪽 팔 길이, c는 오른쪽 다리 길이, d는 왼쪽 다리 길이, e는 오른쪽 엉덩뼈부터 측정된 오른쪽 다리 길이 및 f는 왼쪽 엉덩뼈부터 측정된 왼쪽 다리 길이이다. 여기서, 상기 신장 정보가 주어지게 되면, 각 부위별 길이를 추출할 수 있게 된다.

도 2를 참조하면, 차렷 자세의 각 신체 부위별 길이를 추출하였지만, 피측정자의 자세에 따라 팔의 길이를 각기 측정할 수 있다. 피측정자의 신장과 체중을 고려하여 다음의 자세 중 하나 이상을 선택 또는 조합하여 팔의 길이 측정 정확도를 높일 수 있다. 팔의 길이는 직접 측정하거나 영상을 촬영하여 값을 구할 수 있다. 몸통의 길이는 설정에 따라 어깨부터 가랑이 시작점까지의 길이인 g로 설정되거나, 어깨부터 엉덩뼈까지의 길이인 h로 설정될 수 있다. 또한, 다리 길이도 발바닥부터 가랑이 시작점까지의 길이인 c, d로 설정되거나 또는 발바닥부터 엉덩뼈까지의 길이인 e, f로 설정될 수 있다.

도 3의 양 팔의 만세 자세, 도 4의 양팔 벌린 자세, 도 5의 앞으로 나란히 자세를 취한 상태에서의 오른쪽 팔의 길이인 a-1, a-2 및 a-3가 서로 다르게 추출될 수 있고, 왼쪽 팔의 길이인 b-1, b-2 및 b-3가 서로 다르게 추출될 수 있으므로 이를 반영하여 정확한 팔의 길이를 얻을 수 있게 된다.

또한, 도 6을 참조하면, 피측정자의 다리길이를 보다 정확하게 측정하기 위한 하나의 예로서, 피측정자가 스스로 자신의 양 손으로 엉덩뼈에 갖다 대도록 하여 다리 길이를 추출할 때 그 기준을 명확하게 할 수 있는 장점이 있어 정확한 다리 길이를 얻을 수 있게 된다.

앞서 명시한 순서인 측정대상자의 신체 임피던스 측정 단계(S820)와 측정대상자의 신체 촬영 및 각 신체 부위별 길이 산출단계(S830)은 그 순서를 서로 바꾸어도 체성분을 산출하는 단계(S840)의 결과에는 영향을 주지 않으므로, 상용화하는 시나리오에 따라 그 순서를 선택할 수 있다.

그 다음, 제어부에서 상기 측정된 각 신체 부위별 임피던스와 그에 대응하는 상기 산출된 각 신체 부위 정보를 이용하여 체성분을 산출하는 단계가 수행된다(S840). 여기서, 인체의 체수분(TBW, Total Body Water)은 길이인 신장값(Ht)의 제곱에 비례하므로, 신장값(Ht) 대신, 측정하는 부위의 길이를 나타내는 팔길이, 몸통길이, 다리길이 등을 사용한다면 보다 정확하게 측정하고자 하는 부위의 체성분을 정확하게 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 인체의 임피던스를 측정하는 방식에 따라, 양팔 측정의 경우는 상기 측정된 양쪽 팔의 임피던스 값과 상기 양쪽 팔의 길이 정보를 상기 [수학식 1]을 이용하여 체성분 결과를 산출하고, 영 다리 측정의 경우는 상기 측정된 양쪽 다리의 임피던스 값과 상기 양쪽 다리의 길이 정보를 상기 수학식 2를 이용하여 체성분 결과를 산출하게 된다. 그리고, 상기 측정된 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 추출된 각 신체 부위의 길이 정보를 모두 반영하여 체성분 결과를 산출할 수 있다. 여기서, 각 신체 부위에 대한 체성분 산출위한 자세한 설명은 상기 설명을 참조하여 생략하기로 한다.

따라서, 인체의 형태가 머리를 비롯하여 오른손, 왼손, 몸통, 오른발, 왼발과 같이 길이와 직경이 현저하게 다른 형태의 부위로 구성되어 있기 때문에 이렇게 다른 형태를 최대한 체성분 산출 알고리즘을 적용하여 체성분의 정확도를 보다 높일 수 있게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 측정용 전극부 120: 임피던스 측정부
130: 신체 촬영 수단 140: 제어부
150: 통신부 160: 입력부
170:표시부

Claims

측정 대상자의 적어도 신체 일 부위에 측정용 전극부를 접촉하여 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부; 및
상기 측정 대상자의 신체를 촬영하여 각 신체 부위의 길이 정보를 추출하거나 또는 입력된 신체 부위의 길이 정보를 수신하고, 상기 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 각 신체 부위의 길이 정보를 이용하여 체성분을 산출하는 제어부를 포함하는 체성분 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정 대상자의 신체를 촬영하는 신체 촬영 수단;을 더 포함하고,
상기 신체 촬영 수단은,
상기 제어부와 연동되어 측정대상자를 촬영하는 스마트 기기 및 카메라가 연결된 PC 를 포함하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.
제2항에 있어서,
상기 스마트 기기에는 상기 제어부와 연동되는 어플리케이션이 설치되고, 상기 입력된 측정 대상자의 신체 정보를 기초로 상기 촬영된 전신 이미지에서 팔의 길이 및 다리의 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정 대상자의 신장, 체중, 나이, 성별, 사용자 식별정보, 및 상기 신체 부위의 길이 정보를 입력하는 입력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정용 전극부는 측정 대상자의 신체 일 부위에 전압 및 전류를 인가하여 측정하는 적어도 한 쌍의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 추출하는 각 신체 부위의 길이 정보는,
신장을 포함하고, 양쪽 각 팔의 길이, 양쪽 각 다리의 길이, 몸통 길이, 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정된 양쪽 팔의 임피던스 값과 상기 양쪽 팔의 길이 정보를 하기 수학식 중 적어도 하나에 적용하여 체성분 결과를 산출하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.

여기서, L_RA-LA = 오른팔(RA)부터 왼팔(LA)까지의 길이 또는 오른팔길이와 왼팔길이의 합, L_RA = 오른팔 길이, L_LA = 왼팔 길이, Wt = 체중값,Ht = 신장값, Sex= 성별(여성=0, 남성=1), Age=연령, Z_ARM = 양팔 임피던스(왼팔과 오른팔 사이의 임피던스 측정값), C₀ ~ C₉ 음의 상수 또는 양의 상수임.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 측정된 양쪽 다리의 임피던스 값과 상기 양쪽 다리의 길이 정보를 하기 수학식 중 적어도 하나에 적용하여 체성분 결과를 산출하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.

여기서, L_RL-LL = 오른쪽다리(RL)부터 왼쪽다리(LL)까지의 길이 또는 오른쪽다리길이와 왼쪽다리길이의 합, L_RL = 오른쪽다리길이, L_LL = 왼쪽다리길이, Z_LEG= 양다리 임피던스(왼쪽다리와 오른쪽 다리 사이의 임피던스 측정값)임.
제6항에 있어서,
상기 측정된 각 신체 부위의 임피던스 값과 대응하는 상기 추출된 각 신체 부위의 길이 정보를 하기 수학식 중 적어도 하나에 적용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 체성분 분석 장치.

여기서, L_RA = 오른팔 길이, L_LA = 왼팔 길이, L_TR = 몸통 길이, L_RL = 오른쪽다리길이, L_LL = 왼쪽다리길이, Wt = 체중값,Ht = 신장값, Sex= 성별(여성=0, 남성=1), Age=연령, C₀ ~ C₉음의 상수 또는 양의 상수, Z_RA= 오른팔 임피던스, Z_LA= 왼팔 임피던스, Z_TR= 몸통 임피던스, Z_RL= 오른다리 임피던스, Z_LL= 왼다리 임피던스.
제1항에 있어서,
상기 제어부로부터 측정 대상의 신체 각 부위의 임피던스 측정 결과, 신체 각 부위 길이 정보의 추출 결과 및 산출된 체성분 결과를 전송받아 출력하는 표시부;를 더 포함하는 체성분 분석 장치.
체성분 분석 장치의 입력부에 측정대상자의 식별 정보 및 전체 신체 정보를 입력하는 단계;
임피던스 측정부에서 상기 측정대상자의 신체의 각 부위별 임피던스를 측정하는 단계;
신체 촬영 수단에서 상기 측정대상자의 전신 촬영 및 각 신체 부위별 길이 정보를 추출하거나 또는 상기 각 신체 부위별 길이 정보를 입력 받는 단계; 및
제어부에서 상기 각 신체 부위별 임피던스와 그에 대응하는 상기 각 신체 부위 정보를 이용하여 체성분을 산출하는 단계를 포함하는 체성분 분석 방법.