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KR0123408B1 - 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치 및 그 분석 방법 - Google Patents

생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치 및 그 분석 방법

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KR0123408B1
KR0123408B1 KR1019940023440A KR19940023440A KR0123408B1 KR 0123408 B1 KR0123408 B1 KR 0123408B1 KR 1019940023440 A KR1019940023440 A KR 1019940023440A KR 19940023440 A KR19940023440 A KR 19940023440A KR 0123408 B1 KR0123408 B1 KR 0123408B1
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Abstract

본 발명의 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치는 좌우측 손바닥과 좌우측 발바닥을 각각 접촉하기 위한 전도성의 전극판(1,2,3,4); 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자(T1)와 다른 한쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자(T2)를 포함하고, 약 1KHz 내지 1MHz의 주파수의 범위와 01.∼2.0mA 크기에서 채태한 교류전류를 T1과 T2단자 사이에서 보내고 T1과 T2사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비로 부터 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치(5); 전도성의 상기 전극판(1,2,3,4)과 상기 임피던스 측정장치(5)의 단자(T1,T2)사이의 전기적 연결을 선택하기 위한 전자스위치(6); 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(10); 피측정자의 신장, 나이 , 성별 등을 입력시키기 위한 키보드(11); 상기 임피던스 측정장치(5), 및 하중측정센서(10)를 마이크로프로세서(18)에 인터페이스시키기 위한 앰프 및 필터(15,16)와 A/D 변환기(17); 상기 측정장치와 입력장치로부터 입수된 데이터를 처리하는 마이크로 프로세서(18); 및 상기 처리된 데이타를 표시하기 위한 표시화면(12)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치 및 그 분석 방법
제1도는 본 발명에서의 4개의 전극판 임피던스 측정장치사이의 전기적 배선도이다.
제2도는 본 발명에서의 2개의 전극판과 임피던스 측정장치사이의 전기적 배선도이다.
제3도는 본 발명의 생체전기 임피던스법을 이용한 4개의 전극판을 갖는 인체 성분 분석 장치의 개략적인 사시도이다.
제4도는 본 발명의 생체전기 임피던스법을 이용한 2개의 전극판을 갖는 인체 성분 분석 장치의 개략적인 사시도이다.
제5도는 생체전기 임피던스법을 이용한 제3도의 인체 성분 분석 장치의 한 구체예에 대한 회로 구성도이다.
제6도는 인체성분 분석 장치의 전극을 인체의 손등과 발등에 부착하여 생체전기 임피던스를 측정하는 종래의 한 구체예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
제7도는 인체의 좌우 팔, 좌우 다리 및 몸통의 임피던스의 모델을 개략적으로 나타낸 도면이다.
제8도(a)-(h)는 본 발명에 있어서의 인체 부위별 임피던스 측정을 위한 전기적 연결방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 좌측 손 전극판 2 : 우측 손 전극판
3 : 좌측 발 전극판 4 : 우측 발 전극판
5 : 임피던스 측정장치 6 : 전자스위치
7 : 양 손 전극판 8 : 양 발 전극판
9 : 인터페이스 전자회로판 10 : 하중 측정 센서
11 : 키보드 12 : 표시 화면
13 : 초음파 신장 측정 센서 14 : 프린터
15,16 : 앰프 및 필터 17 : A/D 변환기
18 : 마이크로 프로세서 19,20,21,22 : 표면 접착 전극
[발명의 분야]
본 발명은 생체전기 임피던스 분석(Bioelectrical impedance Analysis : BIA)을 통하여 인체 성분을 분석하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은 금속 전극판에 손바닥과 발바닥을 접촉시켜서 생체 전기 임피던스 분석에 의하여 인체내의 체액, 지방, 근육 등의 인체 성분을 측정하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
[발명의 배경]
인체는 미소량의 구성 성분을 제외하면 물, 단백질, 뼈, 및 지방으로 구성되어 있으며, 이들의 합은 체중이 된다. 이들 개별 성분을 정량적으로 측정하는 것을 인체 성분이라 한다. 체중에서 지방이 차지하는 비율을 비만도라 하여 몸매의 날씬한 정도를 나타내는 지표로 사용되며, 또한 각종 성인병의 진단에 사용된다. 의학적으로는 인체의 구성 성분 중 지방이외의 성분 즉 근육의 양은 몸의 기능을 유지하여 주는 성분이다. 암 환자나 투석기 환자와 같은 영양상태와 관련있는 환자는 그들 인체중의 근육의 양을 주기적으로 측정함으로써 질병의 진행속도나 또는 치료 효과를 진단할 수 있다. 비만 상태의 사람들이 체중을 감소시키기 위하여 운동을 하는 경우에도 수개월의 비교적 짧은 운동기간내에는 체중의 변화가 거의 없는 경우가 있다. 이러한 경우에도 인체 구성 성분을 측정하면 인체중의 지방의 양은 감소하지만 근육의 양은 증가되는 것을 알 수 있어서 운동의 효과에 대하여도 보다 과학적으로 알수 있다. 또한 생체전기 임피던스 방법은 소아의 성장이나 발육상태 또는 노약자의 영양상태를 진단할 수 있고, 특히 각종 환자의 경우에는 인체의 부위에 따른 수분의 분포를 측정하여 환자의 진단에 중요한 방법으로 활용되고 있다.
인체 구성 성분을 측정하기 위한 종래의 방법으로는 여러가지로 활용되고 있다. 그 중의 하나로 수중 체밀도법(hydrodensitometry)이 있는데, 이 방법은 인체를 물속에 담그어 무게를 측정한 후 인체의 비중으로부터 비만도를 계산하는 방법으로 지방은 지방이외의 성분(Fat Free Mass:FFM)보다 가볍다는 원리를 이용한 것이다. 이 방법은 정밀도가 높아 표준의 방법으로 사용되고 있으나, 사용하기에 불편하고 또한 환자나 노약자에게는 적용할 수 없다는 결점이 있다. 인체 구성 성분을 측정하기 위한 종래의 다른 방법으로 캘리퍼(Caliper), 또는 초음파를 이용하여 피하 지방의 두께를 측정하는 방법이 있는데 이는 정확하지 못한 결점이 있다. 또한 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance:NMR), DEXA(Dual Energy X-ray Absorptiomerty), 또는 TOBEC(Total Body Electrial Conductivity)에 의한 사진촬영법, 또는 증수(D2O)또는 NaBr을 이용한 희석법이 개발되었지만, 이들 방법에 의한 분석방법은 그 가격이 비싸고 사용하기 어렵기 때문에 일반인이 간편하게 그리고 경제적으로 사용할 수 없다는 결점이 있다.
인체 구성 성분을 측정하기 위한 또 다른 방법으로 생체전기 임피던스 분석(Bioelectrical impedance Analysis : BIA)방법이 있다. 이 방법은 다른 종래의 방법보다 안전하고, 저렴하며 신속한 측정을 할 수 있는 장점이 있다. 종래의 생체전기 임피던스 방법은 인체내로 약한 교류 전기를 보내어 인체의 전기 저항 또는 전기 전도도를 측정하고, 신장 및 체중을 측정하여 이들 측정장치로부터 체액의 양, 인체 세포 내외의 수분의 균형도, 및 FFM을 산출하는 방법이다. 체중에서 상기 산출된 FFM을 빼면 인체중의 지방의 양 즉 비만도를 측정할 수 있다.
종래의 생체전기 임피던스에 의한 분석 방법은 피측정자가 누워 있는 상태에서 접착 전극을 인체의 부위, 즉 손목, 손등, 발목 및 발등의 피부에 부착시키고, 손목과 발목사이의 인체 임피던스를 측정한다. 인체의 필요한 부위에 부착되는 접착전극은 심전도를 측정할 때 사용되는 전극이거나 또는 이와 유사한 형태의 접착시키기 용이한 표면박판 전극이다. 이 분석 방법에 의하면, 임피던스 측정장치로부터 나온 단자와 상기 접착전극들을 연결시켜 약 1KHz 내지 1MHz의 주파수를 갖는 0.1 내지 2.0mA 크기의 교류 전류를 한쌍의 외측 전극(손등과 발등)에 보내주고 한쌍의 내측 전극(손목과 발목)에서 전압을 측정한 후 인체의 임피던스, 즉 손목과 발목사이의 인체 저항을 측정한다. 여기서 사용되는 교류전류는 통상 약 50KHz의 주파수와 약 0.8mA으 크기를 갖는 것을 흔히 쓰인다.
상기 종래의 분석 방법은 심전도 측정에 사용하는 4개의 전극 또는 이와 유사한 형태의 피부 접착용 전극을 손목, 손등, 발목 및 발등의 피부에 부착하여 인체와 임피던스 측정장치 사이를 전기적으로 연결한 후 손등과 발등사이에 전류를 보내주어 손목과 발목사이에서의 인체 저항을 측정하는 4극 전극법에 의한 방법이다. 이러한 인체 성분 분석 방법은 피측정자가 누운 상태에서 그의 인체의 정확한 부위에 접착 전극을 부착하고, 각 인체 부위의 임피던스를 측정하고, 또한 그 측정치로부터 비만도와 같은 원하는 데이타를 얻기 위하여 흔히 컴퓨터를 조작하여야 한다. 따라서 상기의 분석 방법은 훈련된 측정자를 갖춘 여건하에서만 사용이 가능하며 체육관, 사우나실 등과 같은 곳에서의 피측정자가 스스로 사용할 수 있는 대중적인 사용이 어려운 방법이다. 또한 이 분석방법은 인체의 팔, 몸통 및 다리의 임피던스를 일체로 측정함으로써 부위별 분포에서 발생하는 개인간의 차이가 측정오차로 나타나는 정확하지 못한 결점을 갖는다. 또한 종래의 4극 전극법을 측정자가 접착전극을 피측정자의 인체의 필요한 부위에 손으로 부착시켜야 하기 때문에, 그 부착위치나 부착상태가 항상 동일하지 않으며, 그 결과 임피던스에 대한 측정 오차가 발생한다. 나아가서 접착 전극이 부착되는 피측정자의 인체의 부위에 체모가 있는 경우에는 그 체모를 면도기로 깎아야 하는 불편을 초래하고 있다. 상기 분석 방법은 임피던스를 측정하고 다시 컴퓨터를 조작하여 비만도를 계산해야 하는 불편을 초래하고 있다. 더우기 비만도를 계산하기 위하여 필요한 데이타인 피측정자의 체중과 신장도 별개의 체중계와 신장측정장치를 사용해야 하는 불편이 있다. 상기와 같은 분석 방법은 측정자가 접착전극을 피측정자의 인체의 필요한 부위에 손으로 부착시켜야 하고, 체중이나 신장을 별개로 측정하고, 컴퓨터에 의하여 다시 비만도 등을 계산하여야 하기 때문에 측정 시간이 많이 소요되는 결점도 내포한다.
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 체중계로 체중을 측정하는 것과 같이 훈련된 전문인이 없어도 편리하고 용이하게 인체 성분 분석을 할 수 있는 생체전기 임피던스를 이용한 인체 성분 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 방법에서 피부표면에 전극을 부착 및 제거하는 것을 피측정자 전극판에 손바닥과 발바닥을 접촉시키는 동작으로 대체하여 타인의 도움없이 피측정자 스스로 피측정자의 인체와 임피던스 측정기사이의 전기적 연결을 신속하고 간편하게 할 수 있는 인체 성분 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 2극 전극법을 이용하여 손바닥과 발바닥 전면을 금속 전극판에 접촉함으로써 넓은 접촉 면적으로 인하여 인체와 전극사이의 접촉 저항을 감소시켜 인체 임피던스 측정에 오차를 발생시키지 않는 인체 임피던스 측정을 위한 전극 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 손바닥과 발바닥을 금속 전극판에 접촉함으로써 종래의 4극 전극법 임피던스 측정 방법에서 발생하는 전극과 인체간의 접촉위치의 차이로 인한 측정오차없이 신뢰성있게 인체 성분을 분석할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인체 성분을 분석하기 위하여 필요한 체중을 동시에 측정하고, 신장을 간편하게 입력하거나 또는 신장을 동시에 측정할 수 있는 인체 성분 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인체 성분 분석 결과를 표시 화면을 통하여 즉시 알 수 있고 동시에 그 결과를 프린트할 수 있는 인체 성분 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래의 임피던스 측정 방법에서 많은 측정시간이 소요되는 것에 비하여 전자 체중계로 체중을 측정하는 것과 같이 신속하게 인체 성분을 분석할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간편한 전극법을 이용하여 인체 부위별 즉 좌우측 팔, 몸통, 및 좌우측 다리의 임피던스를 편리한 방법으로 각각 측정하고 부위별 수분의 분포, 및 세포내외의 수분의 분포를 산출하여 의학적 이용도를 높일 수 있는 인체 성분 분석 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 인체 성분 분석 장치로써 부위별 인체 성분을 분석할 수 있는 분석 방법도 제공하기 위한 것이다.
[발명의 요약]
본 발명의 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치는 좌우측 손바닥과 좌우측 발바닥을 각각 접촉하기 위한 전도성의 전극판(1,2,3,4); 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자(T1)와 다른 한쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자(T2)를 포함하고, 약 1KHz 내지 1MHz의 주파수의 범위와 01.∼2.0mA 크기에서 채택한 교류전류를 T1과 T2단자 사이에서 보내고 T1과 T2사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비로 부터 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치(5); 전도성의 상기 전극판(1,2,3,4)과 상기 임피던스 측정장치(5)의 단자(T1,T2)사이의 전기적 연결을 선택하기 위한 전자스위치(6); 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(10); 피측정자의 신장, 나이 , 성별 등을 입력시키기 위한 키보드(11); 상기 임피던스 측정장치(5), 및 하중측정센서(10)를 마이크로프로세서(18)에 인터페이스시키기 위한 앰프 및 필터(15,16)와 A/D 변환기(17); 상기 측정장치와 입력장치로부터 입수된 데이타를 처리하는 마이크로 프로세서(18); 및 상기 처리된 데이타를 표시하기 위한 표시화면(12)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인체 성분 분석 장치는 상기 마이크로프로세서(18)에 의하여 처리된 데이타는 표시화면(12)에 표시되고 필요한 경우 프린트할 수 있는 프린터(14)를 더 포함한다.
본 발명의 인체 임피던스 측정 방법은 전류 단자와 전압 단자를 전극판에 동시에 연결하는 2극 전극법을 이용한 것으로 한쌍의 손 전극판(1,2)과 한 쌍의 발 전극판(3,4)위에 각각 좌우 손바닥과 좌우 발바닥을 접촉시키고; 마이크로프로세서(18)에 의하여 제어되는 자동 전자 스위치(6)의 작동으로부터 임피던스 측정장치(5)에 의하여 인체 부위간의 각각의 임피던스를 측정하고; 하중측정센서(10)에 의하여 체중을 측정하고; 키보드(11)를 통하여 신장, 나이, 성별 등을 입력시키고; 그리고 마이크로프로세서(18)에 의하여 체액의 양(TBW), 지방이외의 성분(FFM), 비만도(%BF) 등을 측정하는 단계에 의하여 인체 성분을 측정하기 위한 방법이다. 물론 상기 분석에 의한 데이터를 표시화면(12)에 표시하거나 및/또는 프린터(14)에 의하여 프린트할 수 있다.
[발명의 구체예에 대한 상세한 설명]
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체예에 대하여 하기와 같이 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에서의 4개의 전극판과 임피던스 측정장치사이의 전기적 배선도이다.
제3도는 본 발명의 생체전기 임피던스법을 이용한 4개의 전극판을 갖는 인체 성분 분석 장치의 개략적인 사시도이며, 제5도는 제3도의 인체 성분 분석 장치에 대한 회로 구성도이다.
본 발명의 생체전기 임피던스법을 이용한 인체 성분 분석 장치는 좌우측 손바닥과 좌우측 발바닥을 각각 접촉하기 위한 전도성의 전극판(1,2,3,4); 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자(T1)와 다른 한쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자(T2)를 포함하고, 약 1KHz 내지 1MHz의 주파수의 범위와 01.∼2.0mA 크기에서 채택한 교류전류를 T1과 T2단자 사이에서 보내고 T1과 T2사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비로 부터 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치(5); 전도성의 상기 전극판(1,2,3,4)과 상기 임피던스 측정장치(5)의 단자(T1,T2)사이의 전기적 연결을 선택하기 위한 전자스위치(6); 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(10); 피측정자의 신장, 나이 , 성별 등을 입력시키기 위한 키보드(11); 상기 임피던스 측정장치(5), 및 하중측정센서(10)를 마이크로프로세서(18)에 인터페이스시키기 위한 앰프 및 필터(15,16)임피던스와 A/D 변환기(17); 상기 측정장치와 입력장치로부터 입수된 데이타를 처리하는 마이크로 프로세서(18); 및 상기 처리된 데이타를 표시하기 위한 표시화면(12)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인체 성분 분석 장치는 상기 마이크로프로세서(18)에 의하여 처리된 데이타는 표시화면(12)에 표시되고 필요한 경우 프린트할 수 있는 프린터(14)를 더 포함한다.
생체전기 임피던스를 측정하는 종래의 방법은 4개의 접착저극(19,20,21,22)을 손목, 손등, 발목 및 발등의 피부에 부착하여 인체와 임피던스 측정장치 사이를 전기적으로 연결한 후, 제6도와 같이, 손등과 발등사이에 전류를 보내고 손목과 발목사이에서 인체 저항을 측정하는 4극 전극법이다. 즉 4극 전극법이란 4개의 전극을 사용하여 전류를 바깥쪽 한쌍의 전극에 보내고 안쪽 한쌍의 전극으로부터 전압을 측정하여 저항을 측정하는 방법이다.
종래의 임피던스 방법은 제6도와 같이 피측정자가 누워있는 상태에서 손목, 손등, 발목, 및 발등에 접착전극을 피부에 부착시켜 임피던스를 측정한다. 임피던스 측정장치로부터 나온 단자와 이들 전극들(19,20,21 및 22)을 연결시키면 이 측정장치는 약 1KHz 내지 1MHz의 주파수를 갖는 01.∼2.0mA 크기의 정현파(sine)교류 전류를 전극 C1,과 C2(한쌍의 바깥쪽 전극)사이에서 보내주고, V1과 V2(한쌍의 안쪽 전극)상이에서 전압차를 측정하여 인체의 저항을 측정한다. 저항 (R)은 도체의 길이(L), 단면적(A), 및 도체의 비저항(ρ)과 관계되며 하기식(E1)과 같이 표시된다.
R=ρL/A (E1)
식 (E1)의 우항의 분자 및 분모에 각각 L을 곱하면 하기식(E2)가 된다.
R=ρL2/(AL) (E2)
인체를 길이(L) 및 단면적(A)을 갖는 단순한 원통으로 가정하면 (AL)은 도체의 부피(V)가 된다.
V=ρL2/R (E3)
인체는 체액(Total Body Water:TBW)또는 체액을 많이 포함하는 FFM가 도체를 형성한다. 이 도체의 길이는 인체의 신장(Ht)으로 예측할 수 있으며, 비저항(ρ)은 인체에서 일정하다고 가정하여 TBW 또는 FFM의 부피를 식(E4)가 같이 나타낼 수 있다.
TBW 또는 FFM=C1·Ht2/R+C2(E4)
상기 식에서 비례상부(C1)와 상부(C2)는 증수희석법 또는 체밀도법 등에서 구한 TBW 또는 FFM값과 L2/R로부터 결정된다. 이와 같이 결정된 식(E4)에 인체 저항(R)과 신장(Ht)을 대입하여 TBW 및 FFM을 구한다. 체중(Wt)에서 FFM을 빼면 지방량이 되면, 비만도(Percent Body Fat:%BF)는 체중(Wt)에 대한 지방량으로 식(E5)와 같이 표시된다.
비만도(%BF)=100(Wt-FFM)/Wt (E5)
본 발명에서의 인체 성분 분석 장치는 전류단자와 전압단자를 전극판에 동시에 연결하는 2극 전극법을 사용하고 있다. 즉, 본 발명의 2극 전극법에서의 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 전류단자와 전압단자가 전기적으로 동시에 연결된 단자 T1에 4개의 전극판 중 1개 또는 2개의 전극판이 연결되고, 다른 한 쌍의 전류단자와 전압단자는 전기적으로 동시에 연결된 단자 T2에 단자 T2에 연결되지 않은 전극판 중 1개 또는 2개의 전극판이 연결된다. 상기 두 개의 전극 사이에 인체가 접촉할 때 전극과 접촉하는 인체 부위간 임피던스를 측정한다. 2극 전극법은 4개의 전극법에서 필요한 4개의 전극수를 2개로 줄임으로써 측정이 간편하지만, 인체와 전극사이의 접촉저항의 영향을 인체의 저항측정에서 오차를 발생시키는 결점이 있다. 따라서 본 발명에서는 손바닥 및 발바닥의 전체면이 금속 전극판과 접촉함으로써 넓은 접촉 면적으로 인하여 접촉저항을 크게 감소시켜 인체의 임피던스 또는 저항 측정에 큰 영향을 주지 않도록 하였다. 또한 금속 전극판에 접촉시키기 전에, 손바닥과 발바닥에 전기 전도도가 높은 크림 용액을 발라 접촉저항을 더욱 감소시킴으로써 2극 전극법에 의한 신뢰성 있는 인체 임피던스를 측정할 수 있도록 하였다.
본 발명에서의 임피던스 측정방법은 4개의 금속판을 전극으로 사용하여 발 전극판(3,4)위를 맨발로 올라서고 손 전극판(1,2)위에 두 손바닥을 밀착시켜, 손바닥과 발바닥을 통하여 인체와 임피던스 측정 장치 사이를 전기적으로 연결시켜 인체 부위별 임피던스를 측정한다. 4개의 전극을 사용하는 목적은 4개의 전극에 좌우손바닥및 발바닥에 각각 접촉시키고 양 손바닥과 발바닥 사이의 인체 임피던스 뿐만 아니라 좌측 손바닥과 우측 손바닥사이의 부위간 임피던스, 좌측 발바닥과 우측 발바닥간의 부위간 임피던스 등의 인체 임피던스를 여러 부위간에서 측정하고 좌우측 팔, 다리 및 몸통에서의 인체 임피던스를 각각 측정해 내기 위함이다.
2개의 전극을 사용하는 방법은 한 전극에 양 손바닥을 접촉하고 다른 전극에 양 발바닥을 접촉하여 양 손바닥과 발바닥사이의 인체 임피던스를 측정하는 방법이다. 2개의 전극판으로 이루어진 임피던스, 측정장치의 전기적 배선도는 제2도에 도시되어 있으며, 2개의 전극판(6,7)을 갖는 인체 성분 분석 장치의 한 구체예는 제4도에 나타나 있다. 제4도에 도시된 본 발명의 다른 구체예는 좌우 손바닥을 접촉하기 위한 일체로 형성된 손 전극판(7), 좌우 발바닥을 접촉하기 위한 일체로 형성된 발 전극판(8), 좌우 손바닥과 좌우 발바닥 사이의 임피던스를 측정하기 위한 측정장치(5), 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(10), 피측정자의 신장을 측정하기 위한 초음파 신장측정센서(13), 상기 측정장치로부터 입수된 데이타를 처리하는 마이크로프로세서 및 인터페이스 전자회로판(9), 및 처리된 데이타를 프린트할 수 있는 프린터(14)로 구성된다. 물론 제4도에 도시된 구체예에 있어서도, 피측정자의 신장, 나이 , 성별 등을 입력시키기 위한 키보드, 및 처리된 데이타를 표시하는 표시 화면을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 4개의 전극을 사용하는 경우 몸전체, 좌측 팔, 우측 팔, 좌측 다리, 우측 다리, 및 몸통에서의 저항을 각각 분리하여 측정할 수 있다. 인체 부위별 임피던스는 다음과 같이 측정한다. 제7도는 인체의 좌우 팔, 좌우 다리, 및 몸통의 딤피던스의 모델을 나타낸 도면이다. 제7도와 같이 인체를 구성하는 좌측 팔, 우측 팔, 상체 몸통, 좌측 다리, 및 우측 다리의 저항을 각각 R1,R2,R3,R4및 R5의 저항체로 해석한다.
몸 전체의 저항(Rw)는 제8도(a)와 같이 양 손바닥과 양 발바닥 사이에서 측정하며 그 저항(Rw)은 식(E6)과 같이 표시된다.
Rw=(R1·R2)/(R1+R2)+R3+(R4·R5)/(R4+R5) (E6)
좌측 팔의 저항(R1)과 우측 팔의 저항(R2)의 합(Ra)은 제8도(d)와 같이 측정하며 식(E7)과 같이 표시된
Ra=R1+R2 (E7)
양 다리와 좌측 팔사이의 저항(Rw-2)을 제8도(f)와 같이 측정하고, 양다리와 우측 팔다리의 저항(Rw-1)을 제8도(e)와 같이 측정한다. 이들은 하기식(E8) 및 (E9)로 표시된다.
Rw-2=R1+R3+(R4·R5)/(R4+R5) (E8)
Rw-1=R1+R3+(R4·R5)/(R4+R5) (E9)
상기 식(E8)에서 상기 식(E9)을 빼서 하기식(E10)을 얻는다.
Rw-2-Rw-1=R1-R2 (E10)
상기 식(E7)과 상기 식(E10)으로부터 하기식(E11 및 E12)의 R1 및 R2를 각각 구한다.
R1=(Ra+Rw-2-Rw-1)/2 (E11)
R2=(Ra+Rw-2-Rw-1)/2 (E12)
좌측 다리 저항(R4)과 우측 다리 저항(R5)를 더하여 양 다리에서의 저항(R1)을 식 (E13)과 같이 구한다.
R1=R4+R5 (E13)
양 팔과 좌측 다리사이의 저항(Rw-5)을 제8도(h)와 같이 측정하고, 양 팔과 우측 다리사이의 저항(Rw-4)을 제8도(g)와 같이 측정한다. 이들은 하기식(E14) 및 (E15)로 표시된다.
Rw-5=(R1·R2)/(R1+R2)+R3+R4 (E14)
Rw-4=(R1·R2)/(R1+R2)+R3+R5 (E15)
상기 식(E14)에서 상기 식(E15)을 빼서 하기식(E16)을 얻는다.
Rw-5-Rw-4=R4-R5 (E16)
상기 식(E13)과 상기 식(E16)으로부터 하기식(E17 및 E18)의 R4 및 R5를 구한다.
R4=(R1+Rw-5-Rw-4)/2 (E17)
R5=(R1+Rw-5-Rw-4)/2 (E18)
몸통 저항(Rt)은 상기식(E6)의 Rw에서 좌우 팔의 병렬연결 저항값과 좌우 다리의 병렬연결 저항을 각각 빼어 구한다.
Rt=(Rw-(R1·R2)/(R1+R2)-(R4·R5)/(R4+R5) (E19)
본 발명에서는 인체의 구성 성분 즉 물(TBW)또는 지방이외의 성분(FFM)을 몸 전체의 저항값(Rw)의 함수인 Ht2/Rw값과 인체 부위별 저항값의 비율, 예를 들어 팔과 몸통의 저항값의 비율(Ra/Rt)에 Ht2/Rw를 곱한 독립변수를 사용하여 하기식(E20)과 같이 구한다.
TBW 또는 FFM=C1·Ht2/Rw+C2·(Ra/Rt)Ht2/Rw+C3 (E20)
상기 식에서 C1,C2 및 C3는 체밀도법 또는 중수 희석법에 의하여 얻어진 TBW 또는 FFM을 상기식(E20)에 사용하여 임피던스 독립 변수들 사이의 비례관례로 구해지는 비례상수 또는 상수이다. 상기식에서 Ra는 R1 또는 Ra+R1등으로 대치될 수 있다.
인체 부위별의 구성 성분은 신장과 부위별 저항값의 함수이며, 예를 들어 좌측 팔의 FFM은 하기식(E21)고 같이 표시된다.
FFM좌측 팔=C1·Ht2/Rw+C2 (E21)
전체 몸의 지방의 양(Fat)은 체중(Wt)에서 FFM을 빼서 하기식 (E22)과 같이 구한다.
Fat=Wt-FFM (E22)
인체의 비만도(%BF)는 체중(Wt)에 대한 지방량의 비에 100을 곱하여 하기식(E23)과 같이 구한다.
%BF=100(Wt-FFM)/Wt (E23)
체액의 양 및 지방이외의 성분을 측정할 목적으로 인체 임피던스 또는 저항을 측정할 때 사용하는 전류는 1KHz 내지 1MHz의 주파수를 갖는 0.1 내지 2.0mA 크기의 교류전류이다. 이때 사용되는 교류전류는 통상 약 50KHz의 약 0.8mA의 크기를 갖는 것이 바람직하다.
세포내의 체액(Intracellular Water:ICW)과 세포밖의 체액(Extracelluar Water:ECW)의 비율을 측정할 목적으로 사용되는 경우에는 인체의 임피던스 또는 저항을 1KHz 내지 1MHz의 주파수 범위중 저주파수와 고주파수에서 각각 측정한다. 여기서 저주파수란 10KHz이하를 의미하며, 고주파수는 50KHz이상을 의미한다. 고주파수와 저주파수에서의 저항의 비율(R고주파수/R저주파수)을 독립변수로 사용하여 체액의 분포를 선형 또는 비선형 함수로 계산한다. 예를 들어 체액중의 세포내의 물의 비율은 하기식(E24)과 같이 표시된다.
ECW/TBW=C1·(R고주파수/R저주파수)+C2
상기와 같은 체액분포 측정법은 본 발명에서의 금속판 전극법 및 종래의 표면 접착용 전극법을 사용한 인체 성분 분석을 위한 생체전극 방법에 모두 적용될 수 있다.
종래의 방법에 의한 인체 성분 분석 장치는 각각 접촉전극을 각각 전류단자 또는 전압단자에 연결하는 4극 전극법을 이용하고 있으나, 본 발명의 분서 장치는 동일한 전극판에 전류단자와 전압단자를 동시에 연결하는 2극 전극법을 이용하고 있다.
본 발명은 인체 성분 분석 장치는 체중계로 체중을 측정하는 것과 같이 한 쌍의 발전극판(3,4)위에 올려 놓고 한쌍의 손 전극판(1,2)위에 두 손바닥을 접촉시킨다. 피측정자는 체중을 측정하는 것과 같이 가벼운 옷을 입은 채 두 발을 발 전극판(3,4)위에 올려 놓는다. 제1도 및 제3도와 같이 4개의 전극을 사용하는 경우, 피측정자는 양말을 벗고 가벼운 옷을 입은 후 본 발명의 인체 성분 분석 장치에 올라 키보드(11)를 이용하여 피측정자의 신장, 연령, 성별을 입력한 후 지정된 좌측손 전극판(1), 우측손 전극판(2), 좌측발 전극판(3), 우측발 전극판(4)에 각각 손바닥과 발바닥을 접촉시킨다. 임피던스 측정장치(5)의 전류단자(C1)과 전압단자(V1)이 전기적으로 연결되어 이루어진 T1단자는 4개의 전극판 중 1 개 혹은 2개의 전극판과 연결되며, 전류단자(C2)과 전압단자(V2)가 전기적으로 연결되어 이루어진 T2단자는 T1단자와 연결되지 않은 전극판 중 1개 혹은 2개의 전극판과 연결된다. 임피던스 측정장치(5)는 T1및 T2와 연결된 전극판에 접촉한 인체 부위간 저항을 측정한다. 이 때 단자 T1및 T2와 4개의 전극판(1,2,3,4) 사이의 연결된 마이크로프로세서(18)가 제어하는 전자 자동 스위치(6)에 의하여 연결법이 교환되며 차례로 인체부위간의 저항을 측정한다.
제2도 및 제4도와 같이, 2개의 전극을 사용하는 경우 양손바닥을 손 전극판(6)에 접촉하고 양발을 발 전극판(7)에 밟고 올라서면 임피던스 측정장치의 단자 T1은 손전극판에 T2는 발 전극판에 연결되어 양 손바닥과 양 발바닥사이의 인체 전체 임피던스를 측정한다. 2개의 전극(6,7)을 사용하는 경우 전극판과 임피던스 기계사이의 연결을 교환하는 전자 자동 스위치는 사용치 않는다.
마이크로프로세서(18)에 의하여 전자 자동 스위치가 제어되어 측정되는 인체 각 부위별의 저항은 제8도 (a)∼(h)에 도시되어 있다. 제8도에서, (a)는 양 손과 양 발 사이 즉 몸 전체의 저항을 측정하는 경우의 전기적 연결을 나타낸 도면이며, (b)는 우측 손과 우측 발사이의 저항을, (c)는 좌측 발과 우측 발사이의 저항을, (d)는 좌측 손과 우측 손사이의 저항을, (e)는 우측 손과 좌우측 발사이의 저항을, (f)는 좌측 손과 좌우측 발사이의 저항을, (g)는 우측 발과 좌우측 손사이의 저항을, 그리고 (h)는 좌측 발과 좌우측 손사이의 저항을 측정하는 경우의 전기적 연결을 나타낸 도면이다. 측정된 임피던스값은 마이크로프로세서(18)에 차례로 저장되고, 스위치의 연결을 변경하여 상기의 임피던스를 차례로 측정한다.
인체 성분 분석 장치의 발 전극판하부에 내장된 하중측정센서(10)에 의하여 체중을 측정한다. 측정된 체중은 AMP 및 필터(15,16)와 A/D변환기(17)를 통하여 마이크로프로세서(18)에 저장된다.
키보드(11)를 통하여 신장을 입력시키고, 인터페이스를 통하여 마이크로프로세서(18)에 저장된다. 신장 이외에 피측정자의 나이 또는 성별 등을 입력할 수 있다. 저장된 인체 각 부위별의 임피던스, 체중 및 신장으로부터 마이크로프로세서(18)에 의하여 체액의 양(TBW), 지방이외의 성분(FFM), 비만도(%BF), ICW와 ECW의 비율 등의 필요한 인체 성분을 분석하고, 분석된 데이타는 표시화면(12)에 표시하거나 및/또는 프린터(14)에 의하여 프린트할 수 있다.
본 발명의 인체 성분 분석 장치는 체중계로 체중을 측정하는 것과 같이 잘 훈련된 전문인이 없어도 피측정자 자신이 스스로 편리하고 용이하게 인체 성분을 분석할 수 있고, 손바닥과 발바닥을 금속 전극판에 접촉함으로써 피측정자가 특별한 주의를 요하지 않고 인체와 전극판사이의 접촉부위를 항상 유지시킬 수 있게하며 넓은 접촉 면적으로 인하여 접촉저항을 감소시켜 접촉저항을 발생시키지 않으며, 인체 성분 분석결과를 표시화면이나 프린터에 의하여 즉시 알 수 있는 등의 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며 이러한 변경이나 변형은 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 제한되어져야 한다.

Claims (13)

  1. 좌우측 손바닥과 좌우측 발바닥을 각각 접촉하기 위한 전도성의 전극판(1,2,3,4); 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자(T1)와 다른 한쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자(T2)를 포함하고, 약 1KHz 내지 1MHz의 주파수의 범위와 01.∼2.0mA 크기에서 채택한 교류전류를 T1과 T2단자 사이에서 보내고 T1과 T2사이에서 전압차를 읽어 전압-전류비로 부터 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치(5); 전도성의 상기 전극판(1,2,3,4)과 상기 임피던스 측정장치(5)의 단자(T1,T2)사이의 전기적 연결을 선택하기 위한 전자스위치(6); 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(10); 피측정자의 신장, 나이 , 성별 등을 입력시키기 위한 키보드(11); 상기 임피던스 측정장치(5), 및 하중측정센서(10)를 마이크로프로세서(18)에 인터페이스시키기 위한 앰프 및 필터(15,16)와 A/D 변환기(17); 상기 측정장치와 입력장치로부터 입수된 데이타를 처리하는 마이크로 프로세서(18); 및 상기 처리된 데이타를 표시하기 위한 표시화면(12)으로 구성되고 전류단자와 전압단자를 동일 전극판에 연결하는 2극 전극법을 이용하여 생체 전기 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서(18)에 의하여 처리된 데이타는 프린트 되는 프린터(6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분석 장치가 피측정자의 신장을 측정하기 위한 초음파 신장측정센서(13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  4. 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자T1에 연결되어 좌우 손바닥을 접촉하기 위한 일체로 형성된 손전극판(7); 상기 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자T2에 연결되어 좌우 발바닥 사이의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 측정장치(5); 피측정자의 체중을 측정하기 위한 하중측정센서(10), 피측정자의 신장을 측정하기 위한 초음파 신장측정센서(13); 상기 측정장치로부터 입수된 데이타를 처리하는 마이크로프로세서 및 인터페이스 전자회로판(9); 및 상기 처리된 데이타를 프린트하기 위한 프린터(14)로 구성되고 전류단자와 전압단자를 동시에 전극판에 연결하는 2극 전극법을 이용하여 생체전기 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 분석 장치가 피측정자의 신장, 나이, 성별 등을 입력시키기 위한 키보드(11)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 분석 장치가 상기 처리된 데이터를 표시하기 위한 표시화면(12)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  7. 생체전기 임피던스를 측정하는 방법에 있어서, 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자T1에 좌우 손바박과 좌우 발바닥이 접촉하는 4개의 전극판 (1,2,3,4)중에서 어느 하나 또는 2개의 전극판이 전자스위치(6)에 의하여 연결되고, 상기 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 다른 한 쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자 T2에 좌우 손바박과 좌우 발바닥이 접촉하는 4개의 전극(1,2,3,4)중 T1에 연결되지 않은 전극판중에서 어느 하나 또는 2개의 전극판이 전자스위치(6)에 의하여 연결되고, 상기전극판(1,2,3,4)에 손바닥과 발바닥을 접촉하여 T1과 T2가 연결된 전극판시이의 생체임피던스를 2극 전극법에 의하여 측정하는 방법
  8. 생체전기 임피던스를 측정하는 방법에 있어서, 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 T1에 좌우 손바닥이 접촉하는 일체의 손전극판(7)에 연결되고 연결되고, 상기 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 다른 한 쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자 T2에 좌우 발바닥이 접촉하는 일체의 발전극판(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 2극 전극법에 의하여 생체전기 임피던스를 측정하는 방법.
  9. 전자 스위치(6)를 통하여 단자 T1및 T2에 연결된 전극판(1,2,3,4)에서 좌우 손바우 발바닥을 접촉시키고; 마이크로프로세서(18)에 의하여 제어되는 전자 스위(6)의 작동으로부터 임피던스 측정장치(5)에 의하여 인체 부위간의 각각의 임피던스를 측정하고; 하중측정센서(10)에 의하여 체중을 측정하고; 키보드(11)를 통하여 신장, 나이, 및 성별을 입력시키고; 마이크로프로세서(18)에 의하여 체액의 양(TBW), 지방이외의 성분(FFM) 및 비만도(%BF)를 분석하고; 그리고 상기 분석된 데이터를 표시하면(4)에 표시하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인체 부위간의 각각의 임피던스를 측정하는 단계가 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 한쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자 T|1에 좌우 손바닥과 좌우 발바닥이 접촉하는 4개의 전극판(1,2,3,4)중에서 어느 하나 또는 2개의 전극판이 전자스위치(6)에 의하여 연결되고, 상기 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 다른 한 쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자 T2에 좌우 손바닥과 좌우 발바닥이 접촉하는 4개의 전극판(1,2,3,4)중 T1에 연결되지 않은 전극판중에서 어느 하나 또는 2개의 전극판이 전자스위치(6)에 의하여 연결되고, 상기 전극판 (1,2,3,4)에 손바닥과 발바닥을 접촉하여 T1과 T2가 연결된 전극판사이의 생체 임피던스를 2극 전극법에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 분석된 데이타를 프린터(14)에 의하여 프린트하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 방법.
  12. 임피던스 측정장치(5)에 단자 T1에 연결되고 일체로 형성된 손전극판(7)에 좌우 손바닥과 단자 T2에 연결되고 일체로 형성된 발전극판(8)에 좌우 발바닥을 접촉시키고; 임피던스 측정장치(5)에 의하여 좌우 손바닥과 발바닥 사이의 임피던스를 측정하고; 하중측정센서(10)에 의하여 체중을 측정하고; 초음파 신장측정센서(13)에 의하여 신장을 측정하고; 상기 측정장치로부터 입수된 데이타를 마이크로프로세서 및 인터페이스 전자회판(9)에 의하여 체액의 양(TBW), 지방이외의 성분(FFM) 및 비만도(%BF)를 분석하고; 그리고 상기 분석된 데이타를 프린터(14)에 의하여 프린트하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 좌우 손바닥과 좌우 발바닥사이의 임피던스를 측정하는 단계가 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 한 쌍의 전류단자(C1)와 전압단자(V1)가 연결된 단자 T1에 좌우 손바닥이 접촉하는 일체의 손전극판(7)에 연결되고, 상기 임피던스 측정장치(5)로부터 나온 다른 한 쌍의 전류단자(C2)와 전압단자(V2)가 연결된 단자 T2에 좌우 발바닥이 접촉하는 일체의 발전극판(8)에 연결되어 2극 전극법에 의하여 생체 전기 임피던스를 측정하는 것을 특징으로 하는 인체 성분 분석 방법.
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