KR101504841B1 - Apparatus and method for estimating biomarker using bio-electricity - Google Patents

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김재욱
김영민
배장한
김근호
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한국 한의학 연구원
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Abstract

Provided are an apparatus and a method for estimating a biomarker. An apparatus for estimating a biomarker may calculate the contact area of an electrode through a contact area calculation part, calculate the cross section of part of a body wound by the electrode through a cross section calculation part, use the cross section of part of the body and the contact area calculated by an ion concentration correction part, correct the concentration of ions in the body measured with a bio current, and measure a biomarker based on the ion concentration in the body corrected by a measurement part.

Description

생체 전기를 이용한 바이오마커 측정 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BIOMARKER USING BIO-ELECTRICITY}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING BIOMARKER USING BIO-ELECTRICITY [0002]

바이오마커 측정 방법 및 장치를 제공한다. 보사 상세하게는 생체 전기를 이용하는 바이오마커 측정에 있어서 반복성과 정확성을 확보하기 위한 방법을 제공한다.A method and an apparatus for measuring a biomarker are provided. In detail, the present invention provides a method for securing repeatability and accuracy in biomarker measurement using biomagnetism.

최근에 의학은 단순하게 수명을 연장하는 것이 아니라, 건강 수명의 연장을 실현하는 것을 목적으로 한다. 따라서, 치료의학 중심이 아니라, 예방 의학, 예측 의학 또는 맞춤 의학이 중요해지고 있다. 이를 실현하기 위하여 조기 발견, 조기 치료 등을 위한 수단으로서 바이오마커에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.Recently, medicine aims not only to extend life span but also to extend life span of health. Therefore, preventive medicine, predictive medicine, or personalized medicine are becoming important, not the therapeutic medicine center. In order to realize this, studies on biomarkers as means for early detection, early treatment, and the like are actively conducted.

바이오마커란 질병이나 건강 상태, 상리 상태 등을 나타내 줄 수 있는 생체 물질을 의미한다. 바이오마커는 스크리닝, 진단, 질병의 추적, 약물 효과의 모니터링, 예후 추정 등이 이용될 수 있다.A biomarker is a biomaterial that can indicate a disease, a health condition, Biomarkers can be screened, diagnosed, disease tracked, drug effects monitored, prognostic estimates, and so on.

이러한 바이오 마커를 측정하기 위해 생체 전기를 통한 생체 임피던스를 이용할 수 있다. 전기를 통해 생체의 임피던스를 측정하고, 측정된 생체 임피던스를 분석하여 사람의 건강 상태를 진단하는 방법이 개발되고 있다. 이와 같은 생체 임피던스 분석(BIA: Bio-Impedance Analysis)은 비침습적 진단 방법의 하나이다.Biomedical bioimpedance can be used to measure these biomarkers. A method of measuring the impedance of a living body through electricity and analyzing the measured bioimpedance to diagnose a human health condition is being developed. Such bioimpedance analysis (BIA) is one of the noninvasive diagnostic methods.

생체 임피던스 분석은 정상 조직과 염증성 조직 및 종양과 같은 비정상 조직의 임피던스 값 차이를 이용한다. 또한, 염증성 조직 중 급성 염증과 만성 염증의 임피던스 값이 다르며, 종양 조직 중 양성과 악성의 임피던스 값이 다르다. 이와 같이 생체 조직의 상태에 따라 임피던스 값이 다르므로 이를 이용하여 사람의 건강 상태를 진단한다.The bioimpedance analysis utilizes the differences in impedance values of normal tissues and abnormal tissues such as inflammatory tissues and tumors. In addition, the impedance values of acute inflammation and chronic inflammation in inflammatory tissues are different, and the values of positive and malignant impedances in tumor tissues are different. Since the impedance value differs according to the state of the living tissue as described above, it is used to diagnose a human health condition.

일측에 따르면, 전극의 접촉 면적을 계산하는 접촉 면적 계산부, 상기 전극에 의해 감겨진 생체 일부의 단면적을 계산하는 단면적 계산부, 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 이용하여, 생체 전류로 측정되는 생체 내 이온의 농도를 보정하는 이온 농도 보정부 및 상기 보정된 생체 내 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정하는 측정부를 포함하는 바이오마커 측정 장치를 제공한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a bioelectricity measuring apparatus comprising a contact area calculating unit for calculating a contact area of an electrode, a cross sectional area calculating unit for calculating a cross sectional area of a living body portion wound by the electrode, And a measurement unit for measuring the biomarker based on the corrected ion concentration in the living body. The present invention also provides a biomarker measurement apparatus comprising:

일실시예에 따르면, 상기 전극은 탄력성 있는 스트랩 형태의 고무 전극일 수 있다.According to one embodiment, the electrode may be a rubber electrode in the form of a flexible strap.

일실시예에 따르면, 상기 접촉 면적 계산부는, 상기 전극의 너비 및 상기 전극이 상기 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 상기 접촉 면적을 계산할 수 있다.According to an embodiment, the contact area calculation unit may calculate the contact area using a width of the electrode and a length at which the electrode contacts the living body part.

또한, 상기 생체 일부와 접촉되는 길이는, 상기 전극의 전도 특성과 상기 생체 전류 인가 결과 측정된 전류 값 및 측정된 전압 값을 이용하여 계측될 수 있다.The length of contact with the living body part may be measured using the measured current value and the measured voltage value as a result of the conduction characteristic of the electrode, the result of applying the living body current, and the like.

일실시예에 따르면, 상기 단면적 계산부는, 상기 전극과 상기 생체 일부가 접촉되는 길이 및 미리 정의된 생체 일부의 두께 비율을 이용하여 계산할 수 있다.According to one embodiment, the cross-sectional area calculation unit may calculate the cross-sectional area calculation unit using a ratio of the length of the electrode and the part of the body to be in contact with each other, and the thickness ratio of the predetermined part of the body part.

또한, 상기 생체 일부의 두께 비율은, 상기 생체 일부의 단축과 장축의 길이의 비일 수 있다.The thickness ratio of the living body part may be a ratio of a minor axis of the living body part and a length of the major axis.

일실시예에 따르면, 상기 이온 농도 보정부는, 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 변수로 포함하는 보정함수를 이용하여 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도를 보정할 수 있다.According to one embodiment, the ion concentration correction unit may correct the concentration of ions in the living body measured by the living body current using a correction function including the calculated contact area and the cross-sectional area of the living body part as a variable .

일실시예에 따르면, 상기 보정 함수는 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적 차이에 기초하여 설정되며, 상기 보정된 생체 내 이온 농도는 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도가 상기 접촉 면적이 증가함에 따라 제1 수치로 수렴하는 이온의 농도일 수 있다.According to one embodiment, the correction function is set based on the difference between the contact area and the cross-sectional area of the living body part, and the corrected in-vivo ion concentration is set such that the concentration of the in- The concentration of ions converging to the first numerical value can be obtained.

다른 일측에 따르면, 전극의 접촉 면적을 계산하는 단계, 상기 전극에 의해 감겨진 생체 일부의 단면적을 계산하는 단계, 상기 계산된 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 이용해서, 생체 전류로 측정되는 생체 내 이온의 농도를 보정하는 단계 및 상기 보정된 생체 내 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정하는 단계를 포함하는 바이오마커 측정 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of measuring a living body, the method comprising: calculating a contact area of an electrode; calculating a cross-sectional area of a living body portion wound by the electrode; And a step of measuring the biomarker based on the corrected in-vivo ion concentration.

일실시예에 따르면, 상기 접촉 면적을 계산하는 단계는, 상기 전극의 너비 및 상기 전극이 상기 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 상기 접촉 면적을 계산할 수 있다.According to one embodiment, calculating the contact area may calculate the contact area using a width of the electrode and a length in which the electrode is in contact with the body part.

또한, 상기 사용자와 접촉되는 길이는, 상기 전극의 전도 특성과 상기 생체 전류 인가 결과 측정된 전류 값 및 측정된 전압 값을 이용하여 계측될 수 있다.Also, the length of contact with the user may be measured using the measured current value and the measured voltage value as a result of the conduction characteristic of the electrode, the result of applying the bioelectric current, and the like.

일실시예에 따르면, 상기 단면적을 계산하는 단계는, 상기 전극과 상기 생체 일부와 접촉되는 길이 및 미리 정의된 생체 일부의 두께 비율을 이용하여 계산할 수 있다.According to one embodiment, the step of calculating the cross-sectional area may be calculated using a ratio of the length of the electrode and the portion contacting the body part, and the thickness ratio of the predefined body part.

일실시예에 따르면, 상기 보정하는 단계는, 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 변수로 포함하는 보정함수를 이용하여 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도를 보정할 수 있다.According to one embodiment, the correcting step may correct the concentration of ions in the living body measured by the living body current using a correction function including the calculated contact area and the cross-sectional area of the living body part as a variable .

일실시예에 따르면, 상기 보정 함수는 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적 차이에 기초하여 설정되며, 상기 보정된 생체 내 이온 농도는 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도가 상기 접촉 면적이 증가함에 따라 제1 수치로 수렴하는 이온의 농도일 수 있다.According to one embodiment, the correction function is set based on the difference between the contact area and the cross-sectional area of the living body part, and the corrected in-vivo ion concentration is set such that the concentration of the in- The concentration of ions converging to the first numerical value can be obtained.

또 다른 일측에 따르면, 바이오마커 측정 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.According to yet another aspect, there is provided a computer-readable recording medium on which a program for performing a biomarker measurement method is recorded.

도 1은 일실시예에 따른 바이오마커 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 일실시예에 따른 스트랩 형태의 전극이 손목에 감겨져 있는 경우를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 생체 일부의 단면적을 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 접촉 면적과 이온 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 일실시예에 따른 접촉 면적이 증가하는 실험 설계를 한 경우를 도시한다.
도 6은 일실시예에 따른 접촉 면적 변화에 따른 각 이온의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 일실시예에 따른 직류 전압 및 시간에 따른 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 일실시예에 따른 코트렐 식(Cottrell equation)을 이용하여 전압의 인가에 따른 전류를 나타내는 그래프이다.
도 9는 일실시예에 따른 바이오마커 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a biomarker measuring apparatus according to an embodiment.
Fig. 2 shows a case in which a strap-shaped electrode according to an embodiment is wound around the wrist.
3 shows a cross-sectional area of a living body part according to an embodiment.
4 is a graph showing the relationship between the contact area and the ion concentration according to an embodiment.
FIG. 5 shows a case in which an experimental design in which the contact area increases according to an embodiment is performed.
FIG. 6 is a graph showing a change in the concentration of each ion according to a contact area change according to an embodiment.
FIG. 7 is a graph showing a change of a DC voltage and a current with time according to an embodiment.
FIG. 8 is a graph showing a current according to a voltage application using a Cottrell equation according to an embodiment.
9 is a flowchart illustrating a biomarker measurement method according to an embodiment.

이하에서, 본 발명의 일부 실시예를, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 일실시예에 따른 바이오마커 측정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a configuration of a biomarker measuring apparatus according to an embodiment.

바이오마커 측정 장치(100)는 접촉 면적 계산부(110), 단면적 계산부(120), 이온 농도 보정부(130) 및 측정부(140)를 포함할 수 있다. 바이오마커 측정 장치(100)는 비침습적인 미약전기(1 V 내외, 1mA 이내)를 생체에 인가하여, 생체의 건강 상태를 모니터링 하고, 이를 통해 바이오마커를 측정할 수 있다. 생체 임피던스 분석 방법에 있어서 측정의 반복성과 정확성이 담보 되어야 한다.The biomarker measurement apparatus 100 may include a contact area calculation unit 110, a cross-sectional area calculation unit 120, an ion concentration correction unit 130, and a measurement unit 140. The biomarker measuring apparatus 100 can measure the biomarker by monitoring the health state of the living body by applying non-invasive weak electricity (within 1 V and within 1 mA) to the living body. Repeatability and accuracy of measurement should be assured in the bioimpedance analysis method.

측정되는 사람 마다 손목과 발목의 굵기가 서로 달라, 손(발) 또는 손목(발목) 부위 피부에 접촉하는 전극의 면적과 손목(발목)의 상대적 크기가 개인마다 편차가 있다. 상기와 같은 이유로 측정의 반복성과 정확성이 보장되지 않는다.The width of the wrist and the ankle are different for each person measured. The area of the electrode contacting the skin of the hand (foot) or the wrist (ankle) region and the relative size of the wrist (ankle) vary from person to person. Repeatability and accuracy of measurements are not guaranteed for the same reasons.

접촉 면적 계산부(110)는 생체에 전압을 인가하는 전극의 접촉 면적을 계산할 수 있다. 전극은 생체의 일부에 부착될 수 있고, 보다 특정하게는 양쪽 손목, 발목 및 이마에 부착하고, 상기 6 부위의 전극들 중 2 개의 쌍전극을 선택하고, 쌍 전극 중 하나의 전극에 양전위를 유지하고 나머지 전극을 기준 준위로 선택 할 수 있다. 또한, 양전극과 기준 전극을 바꿔가며 측정할 수 있다.The contact area calculation unit 110 can calculate a contact area of an electrode for applying a voltage to a living body. The electrode can be attached to a part of a living body, more specifically, attached to both wrists, ankles and forehead, two pairs of electrodes of the six parts are selected, and one pair of electrodes And the remaining electrode can be selected as the reference level. Further, the measurement can be performed by alternating the positive electrode and the reference electrode.

상기 전극은 탄력성 있는 스트랩 형태의 고무 전극일 수 있다. 이를 통해 측정되는 생체에 전극이 밀착할 수 있다. 따라서, 상기 전극을 통해 접촉 면적을 계산할 수 있다.The electrode may be a rubber electrode in the form of a flexible strap. This allows the electrodes to adhere to the living body being measured. Therefore, the contact area can be calculated through the electrode.

접촉 면적 계산부(110)는 전극의 피부 접촉 부위의 센싱을 통한 전극 접촉 면적(Ae)을 계산할 수 있다. 상기 전극의 너비 및 상기 전극이 상기 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 상기 접촉 면적(Ae)을 계산할 수 있다.The contact area calculation unit 110 can calculate the electrode contact area Ae through sensing the skin contact area of the electrode. The contact area Ae can be calculated using the width of the electrode and the length of contact of the electrode with the living body part.

상기 생체 일부와 접촉되는 길이는, 전극의 전도 특성과 생체 전류 인가 결과 측정된 전류 값 및 측정된 전압 값을 이용하여 계측될 수 있다. 상기 접촉 면적(Ae)를 계산하는 구체적인 방법에 대해서는 도 2에서 후술한다.The length of contact with the living body part can be measured using the measured current value and the measured voltage value as a result of the conduction characteristic of the electrode, the bioelectric current application result. A specific method of calculating the contact area Ae will be described later with reference to Fig.

단면적 계산부(120)는 상기 전극에 의해 감겨진 생체 일부의 단면적(Aw)을 계산할 수 있다. 단면적 계산부(120)는 전극과 생체 일부가 접촉되는 길이 및 미리 정의된 생체 일부의 두께 비율을 이용하여 생체 일부의 단면적(Aw)을 계산할 수 있다.The cross-sectional area calculation unit 120 can calculate the cross-sectional area Aw of a part of the body wound by the electrode. The cross-sectional area calculation unit 120 may calculate the cross-sectional area Aw of a living body part using the ratio of the length of contact between the electrode and the living body part and the thickness ratio of the predetermined living body part.

상기 전극과 생체 일부가 접촉되는 길이는 접촉 면적 계산부(110)와 마찬가지로 구해질 수 있다. 미리 정의된 생체 비율은 피험자들의 평균 생체 일부의 두께 비율로 설정될 수 있고, 두께 비율은 상기 생체 일부의 단축과 장축의 길이의 비일 수 있다.The contact length between the electrode and the living body can be obtained in the same manner as the contact area calculation unit 110. The predefined living body ratio can be set as a ratio of the thickness of the average living body part of the subjects, and the thickness ratio can be a ratio of the short axis of the living body part and the length of the long axis.

상기 단면적 계산부(120)를 통해 생체 일부의 단면적(Aw)을 계산하는 구체적인 방법에 대해서는 도 3에서 후술한다.A specific method of calculating the cross-sectional area Aw of a living body part through the cross-sectional area calculation unit 120 will be described later with reference to FIG.

이온 농도 보정부(130)는 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 이용하여 생체 전류로 측정되는 이온의 농도를 보정할 수 있다. 일반적으로 생체 일부의 단면적(Aw)에 비해 전극의 접촉 면적(Ae)이 작은 경우 측정되는 이온의 농도가 측정 시마다 정확성이 담보되지 않을 수 있다.The ion concentration correction unit 130 may correct the concentration of ions measured by the living body current using the calculated contact area and the cross-sectional area of the living body part. Generally, when the contact area (Ae) of the electrode is smaller than the cross-sectional area (Aw) of the living body part, the measured ion concentration may not be guaranteed every time of measurement.

또한, 생체 일부의 단면적(Aw)에 비해 전극의 접촉 면적(Ae)이 크더라도 차이가 일정 범위 이내로 크지 않을 경우에는 역시 측정되는 이온의 농도가 측정 시 마다 변화할 수 있어 정확성이 담보되지 않을 수 있다.In addition, when the contact area (Ae) of the electrode is larger than the cross-sectional area (Aw) of the living body part, if the difference is not large within a certain range, the concentration of the measured ion may change every time of measurement, have.

다만, 생체 일부의 단면적(Aw)에 비해 전극의 접촉 면적(Ae)이 크고, 그 차이가 증가함에 따라 상기 측정된 이온의 농도는 제1 수렴치로 수렴할 수 있다.However, the contact area Ae of the electrode is larger than the cross-sectional area Aw of the living body part, and as the difference increases, the measured concentration of the ions can converge to the first convergence value.

예컨데, 생체 일부의 단면적(Aw)에 비해 전극의 접촉 면적(Ae)가 실제로는 차이가 크지 않으나, 전극의 접촉 면적(Ae)을 증가시켜 가며 이온의 농도 변화 경향을 측정해 보면 제1 수렴치로 수렴하게 됨을 알 수 있다.For example, the contact area Ae of the electrode is not significantly different from the cross-sectional area Aw of the living body part. However, when the contact area Ae of the electrode is increased and the ion concentration tendency is measured, Convergence.

따라서, 측정되는 이온의 농도의 정확성을 담보하기 위해서는 측정되는 이온의 농도를 상기 제1 수렴치의 이온 농도의 값으로 보정할 필요가 있다. 상술한 바와 같이 측정되는 이온의 농도를 보정하여 제1 수렴치로 수렴하는 이온의 농도로의 보정을 통해 측정이 반복되더라도 일정한 값을 이용할 수 있어 정확성이 담보될 수 있다.Therefore, in order to ensure the accuracy of the concentration of the ions to be measured, it is necessary to correct the concentration of the ions to be measured to the value of the ion concentration of the first convergence value. As described above, even if the measurement is repeated by correcting the concentration of the ions to be measured and correcting the concentration to the concentration of ions converging on the first convergence value, a certain value can be used and the accuracy can be assured.

이온 농도의 보정부(130)는 계산된 접촉 면적(Ae)과 생체 일부의 단면적(Aw)을 변수로 포함하는 보정함수를 이용하여 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도를 보정할 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 수렴치로 수렴하는 이온의 농도는 접촉 면적(Ae)과 생체 일부의 단면적(Aw)의 차이에 따라 영향을 받기 때문에 상기 접촉 면적(Ae)과 생체 일부의 단면적(Aw)을 변수로 포함하는 보정 함수를 적용할 수 있다.The ion concentration correction unit 130 can correct the concentration of the in vivo ions measured by the living body current using a correction function including the calculated contact area Ae and the cross-sectional area Aw of the living body part as a variable have. As described above, since the concentration of ions converging on the first convergence value is influenced by the difference between the contact area Ae and the cross-sectional area Aw of a living body part, the contact area Ae and the cross- A correction function including a variable can be applied.

상기 측정 이온농도를 보정하는 구체적인 방법에 대해서는 도 4에서 후술한다.A specific method of correcting the measured ion concentration will be described later with reference to FIG.

측정부(140)는 상기 보정된 생체 내 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정할 수 있다. 측정된 이온 농도를 보정하지 않고 그대로 이용하는 경우에는 측정이 반복될 때마다 측정되는 이온 농도의 값이 변하게 되기 때문에, 이를 이용한 바이오마커 측정 역시 측정시 마다 값이 변할 수 있다.The measurement unit 140 may measure the biomarker based on the corrected in-vivo ion concentration. When the measured ion concentration is used without correction, the value of the ion concentration to be measured is changed every time the measurement is repeated. Therefore, the value of the biomarker measurement using the measured ion concentration may also change.

따라서, 정확한 바이오마커의 측정을 위해 측정된 이온농도를 보정 함수를 통해 보정한 보정된 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정할 수 있다. 보정된 이온 농도를 이용하여 바이오마커를 측정하는 구체적인 방법에 대해서는 도 7및 도 8에서 후술한다.Therefore, for accurate measurement of the biomarker, the biomarker can be measured based on the corrected ion concentration corrected through the correction function of the measured ion concentration. A specific method of measuring the biomarker using the corrected ion concentration will be described later with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.

바이오마커 측정 장치(100)는 상술한 바와 같이 바이오마커를 측정하고 측정된 바이오마커들의 농도를 종합하여 환자의 건강 정보를 획득할 수 있다.
The biomarker measuring apparatus 100 can measure the biomarkers as described above and collect the health information of the patient by synthesizing the measured concentrations of the biomarkers.

도 2는 일실시예에 따른 스트랩 형태의 전극이 손목에 감겨져 있는 경우를 도시한다.Fig. 2 shows a case in which a strap-shaped electrode according to an embodiment is wound around the wrist.

측정되는 사람 마다 손목과 발목의 굵기가 서로 달라, 손(발) 또는 손목(발목) 부위 피부에 접촉하는 전극의 면적과 손목(발목)의 상대적 크기가 개인마다 편차가 있다. 상기와 같은 이유로 측정의 반복성과 정확성이 보장되지 않는다.The width of the wrist and the ankle are different for each person measured. The area of the electrode contacting the skin of the hand (foot) or the wrist (ankle) region and the relative size of the wrist (ankle) vary from person to person. Repeatability and accuracy of measurements are not guaranteed for the same reasons.

따라서 도 2에서 도시된 바와 같이 스트랩 형태의 고무 전극을 이용할 수 있다. 이 경우 측정되는 생체에 전극이 밀착할 수 있다. 이를 통해, 상기 전극을 통해 접촉 면적을 계산할 수 있다.Therefore, a rubber electrode in the form of a strap can be used as shown in Fig. In this case, the electrode can be brought into close contact with the living body to be measured. Through this, the contact area can be calculated through the electrode.

상기 접촉 면적은 밴드 너비(W) 및 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 접촉 면적 계산부(110)에 의해 계산될 수 있다. 밴드 너비(W)는 전극의 너비로 쉽게 측정할 수 있다.The contact area can be calculated by the contact area calculation unit 110 using the band width W and the length in contact with a part of the living body. The band width (W) can be measured easily by the width of the electrode.

생체 일부와 접촉되는 길이(Le)는 전극의 전도 특성과 상기 생체 전류 인가 결과 측정된 전류 값 및 측정된 전압 값의 관계는 수학식 1과 같다.The relation between the conduction characteristic of the electrode and the measured current value and the measured voltage value as a result of the application of the bioelectric current is expressed by Equation (1).

Figure 112013113484054-pat00001
Figure 112013113484054-pat00001

여기에서 Vif는 전극의 시작점과 끝점 사이의 전압 일 수 있다. Iif는 전극에 흐르는 전류일 수 있다. 또한 σ는 전극의 단위 길이당 저항으로서 전극의 전도 특성에 해당한다. 전극을 통해 생체 전류가 인가되므로 이를 통해 Vif 및 Iif를 측정할 수 있다. 수학식 1을 통해 생체 일부와 접촉되는 길이(Le)를 구해보면 수학식 2와 같다.Where V if can be the voltage between the start and end of the electrode. I if may be the current flowing through the electrode. Also,? Corresponds to the conduction characteristic of the electrode as the resistance per unit length of the electrode. Bi current is applied through the electrode, so that V if and I if can be measured. (Le) that is in contact with a part of the living body through Equation (1) is as shown in Equation (2).

Figure 112013113484054-pat00002
Figure 112013113484054-pat00002

수학식 2를 통해 구한 생체 일부와 접촉되는 길이(Le)와 전극의 너비(W)를 통해 전극의 접촉 면적(Ae)는 수학식 3과 같이 구할 수 있다.The contact area Ae of the electrode through the length Le and the width W of the electrode, which are obtained through the equation (2), can be obtained as shown in Equation (3).

Figure 112013113484054-pat00003
Figure 112013113484054-pat00003

접촉 면적 계산부(110)는 상술한 방식으로 전극의 접촉 면적(Ae)을 계산할 수 있다. 다만 이는 일 예일 뿐이며 이에 제한되는 것은 아니다.
The contact area calculation unit 110 can calculate the contact area Ae of the electrode in the above-described manner. However, the present invention is not limited thereto.

도 3은 일실시예에 따른 생체 일부의 단면적을 도시한다.3 shows a cross-sectional area of a living body part according to an embodiment.

도 3을 참조하면, 생체 일부의 단면적(Aw)에 대해 단축(La) 및 장축(Lb)을 표시할 수 있다. 일반적으로 생체 전류를 이용하여 임피던스를 측정하는 부분인 손목 또는 발목의 경우 타원형일 수 있다. 따라서, 이러한 점을 고려하여 생체 일부의 단면적을 단축(La) 및 장축(Lb)를 고려하여 계산할 수 있다.Referring to Fig. 3, the short axis La and the long axis Lb can be displayed with respect to the cross-sectional area Aw of a living body part. In general, it may be elliptical in the case of an ankle or wrist, which is a part for measuring impedance using a living body current. Therefore, in consideration of this point, the cross-sectional area of a living body part can be calculated in consideration of the short axis La and the long axis Lb.

따라서, 생체 일부의 단면적(Aw)은 단축(La) 및 장축(Lb)의 함수로 표시할 수 있고, 생체 일부의 단면적(Aw)는 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.Therefore, the cross-sectional area Aw of a living body part can be expressed by a function of the short axis La and the long axis Lb, and the cross-sectional area Aw of a living body part can be calculated as shown in equation (4).

Figure 112013113484054-pat00004
Figure 112013113484054-pat00004

또한, 생체 일부의 단축(La) 및 장축(Lb)을 이용하지 않더라도, 생체 일부의 단축(La) 및 장축(Lb)의 길이의 비(η) 및 도 2에서 계측한 생체 일부와 접촉되는 길이(Le)를 이용하여 생체 일부의 단면적(Aw)을 구할 수 있다.Even if the short axis La and the long axis Lb of the living body part are not used, the ratio? Of the length of the short axis La and the long axis Lb of the living body part and the length The cross-sectional area Aw of a living body part can be obtained by using Le.

도 2에서 도시된 바와 같이 전극이 측정되는 생체 일부에 밀착되어 감겨지 있기 때문에 생체 일부와 접촉되는 길이(Le)를 생체 일부의 둘레의 길이로 가정할 수 있다. 따라서, 생체 일부의 단축(La) 및 장축(Lb)의 길이의 비(η=La/Lb) 및 도 2에서 계측한 생체 일부와 접촉되는 길이(Le)를 이용하여 수학식 5와 같이 생체 일부의 단면적(Aw)를 구할 수 있다.As shown in FIG. 2, since the electrode is wound tightly on a part of the living body to be measured, the length Le to be in contact with a part of the living body can be assumed to be the length around the living body part. Therefore, by using the ratio (? = La / Lb) of the short axis La and the long axis Lb of the living body part and the length Le contacting the living body part measured in FIG. 2, Sectional area Aw of the cross-sectional area Aw can be obtained.

Figure 112013113484054-pat00005
Figure 112013113484054-pat00005

단면적 계산부(120)는 상술한 방식으로 생체 일부의 단면적(Aw)을 계산할 수 있다. 다만 이는 일 예일 뿐이며 이에 제한되는 것은 아니다.
The cross-sectional area calculation unit 120 can calculate the cross-sectional area Aw of a living body part in the above-described manner. However, the present invention is not limited thereto.

도 4는 일실시예에 따른 접촉 면적과 이온 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between the contact area and the ion concentration according to an embodiment.

도 4를 참조하면 생체 일부의 단면적(Aw)에 비해 전극의 접촉 면적(Ae)이 크고 그 차이가 증가할수록 이온의 농도는 제1 수치(Cf)로 수렴함을 알 수 있다. 생체 전류를 이용하여 이온 농도를 측정하는 경우, 전극의 접촉 면적(Ae), 시간 및 시간에 따른 전류에 의해 코트렐 식인 수학식 6을 통해 이온의 농도가 측정될 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the ion concentration converges to the first value (Cf) as the contact area Ae of the electrode is larger than the cross-sectional area Aw of the living body part and the difference therebetween increases. When the ion concentration is measured using the living body current, the concentration of ions can be measured through Equation 6, which is a Cooteur's equation, by the current according to the contact area (Ae), time and time of the electrode.

Figure 112013113484054-pat00006
Figure 112013113484054-pat00006

여기에서 n은 전자의 수이고, F는 패러데이 상수이고, A는 전극의 접촉 면적(Ae)이며, D는 확산 계수이다. 또한 i는 t에 따라 변화하는 값으로서 t가 정해져 있을 경우 일정한 값일 수 있다. 이를 고려하여 측정 이온 농도를 A값의 변화를 통해 측정해보면 도 4와 같은 경향이 나옴을 알 수 있다.Where n is the number of electrons, F is the Faraday constant, A is the contact area (Ae) of the electrode, and D is the diffusion coefficient. I is a value varying with t, and may be a constant value when t is fixed. Taking this into consideration, it can be seen that the measured ion concentration tends to be as shown in FIG. 4 when measured through the change of the A value.

이를 통해 전극의 접촉 면적(Ae)가 생체 일부의 단면적(Aw)보다 크고 그 차이가 커질수록 제1 수렴 수치(Cf)로 수렴됨을 알 수 있다. 따라서, 실제 측정에 있어서 전극의 접촉 면적(Ae) 및 생체 일부의 단면적(Aw)은 개인마다 정해져 있고, 일반적으로 전극의 접촉 면적(Ae) 및 생체 일부의 단면적(Aw)의 관계를 통해서는 측정되는 이온의 농도가 제1 수렴 수치(Cf)로 수렴하지 않을 수 있다.As a result, it can be seen that the contact area Ae of the electrode is larger than the cross-sectional area Aw of the living body part, and converges to the first convergence value Cf as the difference increases. Therefore, in actual measurement, the contact area Ae of the electrode and the cross-sectional area Aw of the living body part are determined for each individual. Generally, through the relationship between the contact area Ae of the electrode and the cross- The concentration of the ions may not converge to the first convergence value Cf.

따라서, 반복되는 측정에 있어 정확성을 담보하기 위해서는 측정되는 이온의 농도를 제1 수렴 수치(Cf)가 되도록 보정할 필요가 있다. 이온 농도 보정부(130)는 측정되는 이온 농도를 보정 함수를 통해 보정하여 제1 수렴 수치(Cf)가 되도록 보정할 수 있다.Therefore, in order to ensure accuracy in repeated measurement, it is necessary to correct the concentration of ions to be measured so as to be the first convergence value Cf. The ion concentration correction unit 130 may correct the ion concentration to be measured so as to be the first convergence value Cf by correcting it through the correction function.

또한, 상술한 바와 같이 전극의 접촉 면적(Ae)가 생체 일부의 단면적(Aw)보다 크고 그 차이가 커질수록 이온의 농도가 제1 수렴 수치(Cf)로 수렴하는 점을 고려하여 전극의 접촉 면적(Ae) 및 생체 일부의 단면적(Aw)을 변수로 포함하도록 보정 함수를 설정할 수 있다.Considering that the contact area Ae of the electrode is larger than the cross-sectional area Aw of the living body and the concentration of the ions converges to the first convergence value Cf as described above, the contact area of the electrode The correction function can be set so as to include, as variables, the cross-sectional area Ae of the living body portion and the cross-sectional area Aw of the living body portion.

여기에서 보정 함수 F(Ae, Aw)난 수학식 7과 같은 1차 근사 식으로 설정할 수 있다.Here, the correction function F (Ae, Aw) can be set to a first-order approximation expression such as Equation (7).

Figure 112013113484054-pat00007
Figure 112013113484054-pat00007

여기에서 a, b는 비례 상수이고, α, β는 지수함수를 나타내는 지수, θ는 계단 함수(step function)이다.Where a and b are proportional constants, α and β are exponents, and θ is a step function.

상기와 같은 보정 함수를 이용하여 이온 농도 보정부(130)는 측정되는 이온의 농도를 보정할 수 있고, 이를 통해 보정된 이온 농도는 제1 수렴 수치(Cf)일 수 있다. 따라서, 일정한 보정된 이온 농도를 통해 측정부(140)가 바이오마커를 측정하기 때문에 반복되는 측정 시마다 정확성을 담보할 수 있다.
Using the correction function, the ion concentration correction unit 130 can correct the concentration of ions to be measured, and the corrected ion concentration can be the first convergence value Cf. Therefore, since the measurement unit 140 measures the biomarker through a constant corrected ion concentration, accuracy can be assured every time the measurement is repeated.

도 5는 일실시예에 따른 접촉 면적이 증가하는 실험 설계를 한 경우를 도시한다.FIG. 5 shows a case in which an experimental design in which the contact area increases according to an embodiment is performed.

도 5를 참조하면, 단계(510)에서부터 단계(550)으로 증가함에 따라 전극의 접촉 면적(Ae)이 증가하게 됨을 알 수 있다. 도 5에서는 생체 일부의 단면적(Aw)를 고정한 상태에서 전극의 접촉 면적(Ae)을 증가시키고, 이에 따라 각각의 이온에 따른 이온 농도를 측정하도록 실험 설계를 한 경우 이다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the contact area Ae of the electrode increases as the process proceeds from step 510 to step 550. FIG. 5 shows an experimental design in which the contact area Ae of the electrode is increased while the cross-sectional area Aw of the living body is fixed, and the ion concentration according to each ion is measured accordingly.

구체적으로 단계(510)은 단면적을 1πcm2으로, 단계(520)은 단면적을 3π cm2으로, 단계(530)은 단면적을 4π cm2으로 단계(540)은 단면적을 7π cm2으로, 단계(550)은 단면적을 11π cm2으로 설정한 경우이다.The particular stage 510 is cross-sectional area as 1πcm 2, the step 520 is a cross-sectional area to 3π cm 2, step 530 is step 540, the cross-sectional area as 4π cm 2 is the cross-sectional area to 7π cm 2, steps ( 550) is a case where the cross-sectional area is set to 11? Cm 2 .

상기와 같은 전극에 계단 함수형 전압을 인가하고 이를 통해 각각의 이온 종류 별로 변화하는 이온의 농도를 측정하였다. 각각의 이온 농도에 대한 결과는 도 6에서 후술한다.The stepwise functional voltage was applied to the electrode, and the concentration of ions changed by each ion type was measured. The results for each ion concentration will be described later in FIG.

이를 통해, 전극의 접촉 면적(Ae) 증가에 따라 이온 농도가 일정 수치로 수렴해 가는 결과를 확인할 수 있다.
As a result, it can be seen that the ion concentration converges to a certain value as the contact area (Ae) of the electrode increases.

도 6은 일실시예에 따른 접촉 면적 변화에 따른 각 이온의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing a change in the concentration of each ion according to a contact area change according to an embodiment.

도 6의 그래프들의 x 축은 전극의 접촉 면적(Ae)이고, y 축은 각 이온의 농도를 나타낸다. 도 6의 그래프들 전체에서 나타나는 공통적인 특징은 접촉 면적이 증가할수록 일정한 수치로 수렴해 간다는 것이다. 일정한 값으로 수렴해 가기 이전에는 그 경향성이 각 이온 종류마다 다르다. 또한, 일정한 수치로 수렴해 가는 시점 또한 각 이온 종류 마다 다르다.The x-axis of the graphs in Fig. 6 represents the contact area (Ae) of the electrodes, and the y-axis represents the concentration of each ion. A common feature of all the graphs of FIG. 6 is that as the contact area increases, it converges to a constant value. Before converging to a certain value, the tendency differs for each ion type. Also, the point of convergence to a certain value is also different for each ion type.

하지만, 상술한 바와 같이 접촉 면적이 증가할수록 이온의 농도가 일정해지는 결과가 나옴을 알 수 있다. 특히 단계(530)의 단면적을 4π cm2 이상의 전극의 접촉 면적(Ae)에서는 각 종류별 이온 농도의 수치가 접촉 면적의 변화에도 불구하고 일정한 수치가 반복성 있게 나타난다.However, as described above, it can be seen that as the contact area increases, the ion concentration becomes constant. In particular, in the contact area (Ae) of the electrode with a cross-sectional area of 4 π cm 2 or more at the step 530, the numerical value of the ion concentration for each type shows a constant value repeatedly despite the change of the contact area.

이를 고려하여 판단해보면 이온 농도 측정에 있어서 반복성 있는 결과를 얻기 위해서는 전극의 접촉 면적(Ae)이 생체 일부의 단면적(Aw)보다 커야함을 알 수 있다.
Considering this, it can be seen that the contact area (Ae) of the electrode must be larger than the cross-sectional area (Aw) of the living body part in order to obtain a repetitive result in ion concentration measurement.

도 7은 일실시예에 따른 직류 전압 및 시간에 따른 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing a change of a DC voltage and a current with time according to an embodiment.

도 7은 바이오마커 측정을 위하여 직류 전압을 인가한 경우의 전류 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프(710)은 계단 함수 형태의 직류 전압을 인가한 것을 나타낸다. 그래프(720)은 직류 전압 인가에 따라 시간에 따라 변화하는 전류를 나타낸다.7 is a graph showing a change in current when a DC voltage is applied for biomarker measurement. The graph 710 shows that a DC voltage in the form of a step function is applied. The graph 720 represents a current that changes with time according to application of a DC voltage.

그래프(720)에서 IFar는 코트렐 식을 따르는 패러데이 전류(Faradaic Current)를 나타내고, Icap은 일정하게 적용되는 전압에 대해 급격히(exponentially) 감소하는 용량형 전류(Capacitive Current)를 나타낸다.In graph 720, I Far represents the faradaic current following the Cottrell equation and I cap represents the capacitive current which decreases exponentially with respect to the constant applied voltage.

도 7을 참조하면, 인셋 시간(Inset Time) 직후 전류는 용량형 전류와 패러데이 전류의 합일 수 있다. 다만, 그래프(720)을 참고하면 일정 시간(t_F) 이후의 전류는 용량형 전류가 급격히 감소하기 때문에 패러데이 전류만 남게 되어 패러데이 전류로 볼 수 있다.Referring to FIG. 7, the current immediately after the Inset Time may be the sum of the capacitive current and the Faraday current. However, referring to the graph 720, since the capacitive current rapidly decreases after a predetermined time t_F, only the faraday current remains and can be regarded as the Faraday current.

이를 이용하여 코트렐 식, 콜-콜 식(Cole-Cole equation) 또는 하나이 식(Hanai equation)등의 크로노암페로메트리(chronoamperometry) 방식을 적용하여 바이오마커를 측정할 수 있다.The biomarker can be measured by applying a chronoamperometry method such as a Cote-Cole equation or a Hanai equation using the equation.

예컨데, 각 전류 채널 별로 산출된 이온 농도를 이용하여 인체 구간별 대표 이온들의 농도를 계산할 수 있다. 상기 계산된 이온 농도들 중 건강 정보를 나타내는 대표 바이오마커들을 정밀 계산하는 알고리즘을 통해 바이오마커를 측정할 수 있다.For example, the concentration of representative ions of each human body section can be calculated using the ion concentration calculated for each current channel. The biomarker can be measured through an algorithm for precisely calculating representative biomarkers representing health information among the calculated ion concentrations.

상기와 같이 측정된 바이오마커들 농도를 종합하여 환자의 건강 정보를 획득할 수 있다.
The health information of the patient can be obtained by integrating the concentrations of the biomarkers measured as described above.

도 8은 일실시예에 따른 코트렐 식(Cottrell equation)을 이용하여 전압의 인가에 따른 전류를 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a current according to a voltage application using a Cottrell equation according to an embodiment.

도 8은 측정된 전류 감쇠 특성으로부터 바이오마커를 측정하기 위해 전압이 인가된 그래프(810) 및 상기 인가된 전압에 의해 시간에 따라 변화하는 전류의 그래프(820)를 나타낸다.Figure 8 shows a graph 810 applied with voltage to measure the biomarker from the measured current attenuation characteristics and a graph 820 of the current varying with time by the applied voltage.

전압이 인가되면 음극에서 환원 반응을 통해 이온 농도 감소감사가 발생하고, 이는 곧 전류의 감소로 이어질 수 있다.When a voltage is applied through the reduction reaction at cathode ion concentration decreased thanks occur, which may lead to a reduction in the current immediately.

예를 들어, 특정 이온이 포함된 용액에 평면 전극을 접촉하여 싱글 포텐셜 스텝(single potential step)이나 그래프(810)과 같이 더블 포텐셜 스텝(double potential step)으로 전압을 인가할 수 있다. 상기 인가된 전압에 따라 그래프(820)과 같이 t-1/2의 관계를 가지는 전류가 코트렐 식으로부터 수학식 8과 같이 유도될 수 있다.For example, a planar electrode can be contacted with a solution containing a specific ion to apply a voltage with a single potential step or a double potential step such as a graph 810. A current having a relationship of t- 1/2 as shown in the graph 820 can be derived from Equation 8 according to the applied voltage.

Figure 112013113484054-pat00008
Figure 112013113484054-pat00008

다만, 코트렐 식을 적용하기 위해서는 전극의 접촉 면적(Ae)이 생체의 단면적(Aw)보다 커야 한다. 수학식 8로부터 유도된 전류를 통해 바이오마커를 측정하고 이를 이용하여 사용자의 건강 정보를 획득할 수 있다.
However, in order to apply the Coating type, the contact area Ae of the electrode must be larger than the cross-sectional area Aw of the living body. The biomarker can be measured through the current derived from Equation (8) and the health information of the user can be obtained by using the measured biomarker.

도 9는 일실시예에 따른 바이오마커 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a biomarker measurement method according to an embodiment.

단계(910)에서 전극의 접촉 면적을 계산할 수 있다. 접촉 면적 계산부(110)는 전극의 피부 접촉 부위의 센싱을 통한 전극 접촉 면적을 계산할 수 있다. 상기 전극의 너비 및 상기 전극이 상기 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 상기 접촉 면적을 계산할 수 있다.In step 910, the contact area of the electrodes can be calculated. The contact area calculation unit 110 can calculate an electrode contact area through sensing of a skin contact area of the electrode. The contact area can be calculated using the width of the electrode and the length in which the electrode contacts the living body part.

접촉 면적 계산부(110)를 통해 전극의 접촉 면적을 계산하는 구체적인 방법에 대해서는 도 2에서 설명한 바와 같다.A specific method of calculating the contact area of the electrode through the contact area calculation unit 110 is as described in FIG.

단계(920)에서 전극에 의해 감겨진 생체 일부의 단면적을 계산할 수 있다. 단면적 계산부(120)는 전극과 생체 일부가 접촉되는 길이 및 미리 정의된 생체 일부의 두께 비율을 이용하여 생체 일부의 단면적을 계산할 수 있다.In step 920, the cross-sectional area of a portion of the body wound by the electrode can be calculated. The cross-sectional area calculation unit 120 can calculate the cross-sectional area of a living body part using the ratio of the length of the electrode and the part of the living body contacting and the thickness ratio of the predetermined part of the living body.

단면적 계산부(120)를 통해 생체 일부의 단면적을 계산하는 구체적인 방법에 대해서는 도 3에서 상술한 바와 같다.A specific method of calculating the cross-sectional area of a living body part through the cross-sectional area calculation unit 120 is as described above with reference to FIG.

단계(930)에서 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 이용해서, 측정되는 생체 내 이온의 농도를 보정할 수 있다. 일반적으로 전극의 접촉 면적과 생체 일부의 단면적의 차이가 이온의 농도가 제1 수렴 수치로 수렴될 정도로 크지 않다. 따라서, 측정되는 생체 이온의 농도는 측정 시마다 수치가 달라 져 반복적인 측정에 있어서의 정확성이 담보되지 않는다.The concentration of the in-vivo ions to be measured can be corrected using the contact area calculated in step 930 and the cross-sectional area of the living body part. Generally, the difference between the contact area of the electrode and the cross-sectional area of a part of the living body is not so large that the concentration of the ions converges to the first convergence value. Therefore, the concentration of the bio-ions to be measured is varied in each measurement, so that the accuracy in repeated measurement is not guaranteed.

따라서, 보정함수를 통해 측정되는 이온 농도를 제1 수렴 수치로 보정할 수 있다. 상기와 같이 보정할 경우 일정한 보정된 이온 농도를 통해 바이오마커를 측정할 수 있으므로, 반복적인 측정에 있어서도 정확성이 담보될 수 있다. 또한, 이온의 농도가 수렴되는 제1 수렴 수치는 개인마다 각각 차이가 있기 때문에, 개인의 건강 상태를 측정하는데 이용될 수 있다.Therefore, the ion concentration measured through the correction function can be corrected to the first convergence value. Since the biomarker can be measured through the constant corrected ion concentration when the correction is made as described above, accuracy can be ensured even in repetitive measurement. In addition, since the first convergence value at which the concentration of ions converges differs from person to person, it can be used to measure an individual's health condition.

단계(940)에서 보정된 생체 내 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정할 수 있다. 측정된 바이오마커를 통해 사용자의 건강 정보를 획득할 수 있다. 바이오마커를 계산하는 구체적인 방법에 대해서는 도 7 및 도 8에서 상술한 바와 같다.The biomarker can be measured based on the corrected in vivo ion concentration in step 940. The health information of the user can be obtained through the measured biomarker. The specific method of calculating the biomarker is as described above with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.

또한, 생체 전기 분석 재현성을 위한 일반적 선결 조건은 다음과 같다. 생체 전기 전도 특성을 이용한 인체 이온 농도에 영향을 주는 인자를 고려해 볼 수 있다. 예를 들어, 설사, 구토, 열이 심한 경우, 과음, 약물치료 및 촉진제를 12시간 이내에 복용 후 검사한 경우, 모든 종류의 출혈 증상, 아주 신음식과 다이어트를 위한 고단백 식품을 섭취한 경우, 단식 및 고비만, 격한 운동 후 8시간이 경과하지 않은 경우, 최근 심한 정신적 충격을 받은 경우, 항생제, 항응고제, 혈압강하제, 이뇨제, 우울증 치료제 등의 의약 처방을 받은 경우에는 상기와 같은 방법을 통해 이온의 농도를 측정하여도 정확한 측정 결과가 나오지 않을 수 있다.In addition, the general precondition for bio-electrical analysis reproducibility is as follows. Factors influencing human body ion concentration using bioelectrical conduction characteristics can be considered. For example, diarrhea, vomiting, severe fever, excessive drinking, medication, and accelerators within 12 hours of taking the test, all kinds of bleeding symptoms, eating a high protein diet for very new foods and diets, And high blood pressure, when 8 hours have not elapsed after a severe exercise, recently received a severe psychological shock, and received medication such as an antibiotic, an anticoagulant, a blood pressure lowering agent, a diuretic and a depressant, Even if the concentration is measured, accurate measurement results may not be obtained.

또한, 생체 전기 전도 특성을 이용한 인체 이온 농도 측정 시 다음과 같은 점을 주의해야 한다. 전도 특성은 인체의 수분량이 비교적 민감하게 반응하며, 측정 전 운동(8 시간), 샤워, 음식물과 대량 물 섭취(6 시간), 음주(24 시간)를 금지해야 하며, 가급적 공복(식후 2시간 후 측정), 오전(오후에는 수분이 하체에 더 몰림), 상온에서 측정 및 대소변 후 측정해야 하며, 여성이 생리 중일 때는 측정이 부정확할 수 있다. 또한, 측정 시 팔이 몸통에 닿지 않게 유지해야 하며 다리가 서로 붙지 않게 유지해야 하고, 남/녀를 정확히 입력해야 정확한 측정을 기대할 수 있다.In addition, the following points should be noted when measuring the human body ion concentration using the bioelectric conduction characteristic. Conduction characteristics should be prohibited for the human body to be relatively sensitive to water content and to prohibit exercise (8 hours), shower, food and massive water intake (6 hours), drinking (24 hours) (In the afternoon, water is more concentrated in the lower body), measured at room temperature and after feces, and measurements may be inaccurate when the woman is physiologic. Also, keep your arms in contact with the torso when measuring, keep your legs free from sticking to each other, and accurately measure the correct measurement.

본 발명의 일실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to an embodiment of the present invention can be implemented in the form of a program command which can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (15)

전극의 접촉 면적을 계산하는 접촉 면적 계산부;
상기 전극에 의해 감겨진 생체 일부의 단면적을 계산하는 단면적 계산부;
계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 이용하여, 생체 전류로 측정되는 생체 내 이온의 농도를 보정하는 이온 농도 보정부; 및
상기 보정된 생체 내 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정하는 측정부
를 포함하는 바이오마커 측정 장치.A contact area calculation unit for calculating a contact area of the electrode;
A cross-sectional area calculating unit for calculating a cross-sectional area of a part of a living body wound by the electrode;
An ion concentration correcting unit for correcting the concentration of ions in the living body measured by the living body current using the calculated contact area and the cross-sectional area of the living body part; And
A measurement unit for measuring the biomarker based on the corrected in-
Wherein the biomarker measurement device comprises: 제1항에 있어서,
상기 전극은 탄력성 있는 스트랩 형태의 고무 전극인, 바이오마커 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the electrode is a rubber electrode in the form of a flexible strap. 제1항에 있어서,
상기 접촉 면적 계산부는, 상기 전극의 너비 및 상기 전극이 상기 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 상기 접촉 면적을 계산하는, 바이오마커 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the contact area calculation unit calculates the contact area using a width of the electrode and a length at which the electrode contacts the living body part. 제3항에 있어서,
상기 생체 일부와 접촉되는 길이는, 상기 전극의 전도 특성과 상기 생체 전류 인가 결과 측정된 전류 값 및 측정된 전압 값을 이용하여 계측되는, 바이오마커 측정 장치.The method of claim 3,
Wherein the length of contact with the living body part is measured using the measured current value and the measured voltage value as a result of the conduction characteristic of the electrode, the result of applying the living body current, and the like. 제1항에 있어서,
상기 단면적 계산부는, 상기 전극과 상기 생체 일부가 접촉되는 길이 및 미리 정의된 생체 일부의 두께 비율을 이용하여 계산하는, 바이오마커 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the cross-sectional area calculation unit calculates the length by which the electrode and the body part are in contact with each other and using a ratio of a thickness of a predetermined part of the body part. 제5항에 있어서,
상기 생체 일부의 두께 비율은, 상기 생체 일부의 단축과 장축의 길이의 비인, 바이오마커 측정 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the ratio of the thickness of the living body part is the ratio of the short axis of the living body part and the length of the long axis. 제1항에 있어서,
상기 이온 농도 보정부는, 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 변수로 포함하는 보정함수를 이용하여 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도를 보정하는, 바이오마커 측정 장치.The method according to claim 1,
Wherein the ion concentration correcting unit corrects the concentration of ions in the living body measured by the living body current using a correction function including the calculated contact area and the cross sectional area of the living body part as a variable. 제7항에 있어서,
상기 보정 함수는 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적 차이에 기초하여 설정되며,
상기 보정된 생체 내 이온 농도는 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도가 상기 접촉 면적이 증가함에 따라 제1 수치로 수렴하는 이온의 농도인, 바이오마커 측정 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the correction function is set based on the difference between the contact area and the cross-sectional area of the living body part,
Wherein the corrected in vivo ion concentration is a concentration of ions in the living body measured by the living body current converge to a first value as the contact area increases. 전극의 접촉 면적을 계산하는 단계;
상기 전극에 의해 감겨진 생체 일부의 단면적을 계산하는 단계;
상기 계산된 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 이용해서, 생체 전류로 측정되는 생체 내 이온의 농도를 보정하는 단계; 및
상기 보정된 생체 내 이온 농도에 기초하여 바이오마커를 측정하는 단계
를 포함하는 바이오마커 측정 방법.Calculating a contact area of the electrode;
Calculating a cross-sectional area of a portion of a living body wound by the electrode;
Correcting the concentration of ions in the living body measured by the living body current using the calculated contact area and the cross-sectional area of the living body part; And
Measuring the biomarker based on the corrected in vivo ion concentration
Wherein the biomarker is a biomarker. 제9항에 있어서,
상기 접촉 면적을 계산하는 단계는, 상기 전극의 너비 및 상기 전극이 상기 생체 일부와 접촉되는 길이를 이용하여 상기 접촉 면적을 계산하는, 바이오마커 측정 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the step of calculating the contact area calculates the contact area using a width of the electrode and a length at which the electrode is in contact with the living body part. 제10항에 있어서,
상기 생체 일부와 접촉되는 길이는, 상기 전극의 전도 특성과 상기 생체 전류 인가 결과 측정된 전류 값 및 측정된 전압 값을 이용하여 계측되는, 바이오마커 측정 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the length of contact with the living body part is measured using the measured current value and the measured current value as a result of the conduction characteristic of the electrode, the result of applying the living body current, and the measured voltage value. 제9항에 있어서,
상기 단면적을 계산하는 단계는, 상기 전극과 상기 생체 일부와 접촉되는 길이 및 미리 정의된 생체 일부의 두께 비율을 이용하여 계산하는, 바이오마커 측정 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the step of calculating the cross-sectional area is performed using a ratio of a length of the electrode and a length of the body contacting with the body part and a thickness ratio of a predefined body part. 제9항에 있어서,
상기 보정하는 단계는, 계산된 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적을 변수로 포함하는 보정함수를 이용하여 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도를 보정하는, 바이오마커 측정 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the correcting step corrects the concentration of ions in the living body measured by the living body current using a correction function including the calculated contact area and the cross-sectional area of the living body part as variables. 제13항에 있어서,
상기 보정 함수는 상기 접촉 면적과 상기 생체 일부의 단면적 차이에 기초하여 설정되며,
상기 보정된 생체 내 이온 농도는 상기 생체 전류로 측정되는 상기 생체 내 이온의 농도가 상기 접촉 면적이 증가함에 따라 제1 수치로 수렴하는 이온의 농도인, 바이오마커 측정 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the correction function is set based on the difference between the contact area and the cross-sectional area of the living body part,
Wherein the corrected in vivo ion concentration is a concentration of ions in the living body measured by the living body current converging to a first value as the contact area increases. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for performing the method according to any one of claims 9 to 14.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114879804A (en) * 2022-04-12 2022-08-09 林镇清 Power adjusting method, device, equipment and storage medium for electronic equipment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080092733A (en) * 2007-04-13 2008-10-16 한국정보통신대학교 산학협력단 A method of skin conductance response measurement that is robust again contact area change
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5904654A (en) * 1995-10-20 1999-05-18 Vital Insite, Inc. Exciter-detector unit for measuring physiological parameters
US20110251817A1 (en) * 2010-04-12 2011-10-13 Reproductive Research Technologies, Llp Method and apparatus to determine impedance variations in a skin/electrode interface

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100879787B1 (en) 2000-09-19 2009-01-22 가부시키가이샤 피지온 Measurement method and measurement apparatus for bioelectric impedance
KR20080092733A (en) * 2007-04-13 2008-10-16 한국정보통신대학교 산학협력단 A method of skin conductance response measurement that is robust again contact area change

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