KR102539145B1

KR102539145B1 - 생체 신호 측정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102539145B1
Application number: KR1020170164563A
Authority: KR
Inventors: 정명훈; 남궁각; 이열호; 정원종
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US11596322B2; US20190167144A1; EP3492010A1; KR20190065087A; CN109864742A; CN109864742B

Abstract

일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 제1 전극과, 제2 전극과, 제3 전극과, 제4 전극과, 적어도 하나 이상의 저항으로 구성되는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크와, 제1 보정 모드에서 상기 제1 회로 네트워크에 대한 제1 임피던스를 측정하고, 제2 보정 모드에서 상기 제2 회로 네트워크에 대한 제2 임피던스를 측정하고, 제1 측정 모드에서 대상체에 대한 제3 임피던스를 측정하고, 제2 측정 모드에서 상기 대상체에 대한 제4 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부와, 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터를 획득하는 파라미터 획득부와, 상기 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스 및 상기 제4 임피던스를 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 생체 임피던스 획득부를 포함할 수 있다.

Description

생체 신호 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring bio signal}

생체 신호를 측정하는 장치 및 방법과 관련된다.

환자의 건강 상태를 진단하기 위한 다양한 의료 장비들이 개발 중에 있다. 건강 진단 과정에서 환자의 편의, 건강 진단 결과의 신속성 등으로 인하여 환자의 전기적인 생체 신호를 측정하기 위한 의료 장비들의 중요성이 부각되고 있다.

특히, 생체 임피던스는 생체의 건강이나 감정 상태를 모니터링하기 위하여 이용될 수 있으며, 최근에는 이러한 생체 임피던스를 측정하기 위한 장치를 소형화하고, 빠르고 정확하게 생체 임피던스를 측정하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.

공개 특허 공보 제10-2017-0072700 (공개일 2017.06.27)

생체 신호 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 양상에 따른 생체 신호 측정 장치는, 제1 전극과, 제2 전극과, 제3 전극과, 제4 전극과, 적어도 하나 이상의 저항으로 구성되는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크와, 제1 보정 모드에서 상기 제1 회로 네트워크에 대한 제1 임피던스를 측정하고, 제2 보정 모드에서 상기 제2 회로 네트워크에 대한 제2 임피던스를 측정하고, 제1 측정 모드에서 대상체에 대한 제3 임피던스를 측정하고, 제2 측정 모드에서 상기 대상체에 대한 제4 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부와, 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터를 획득하는 파라미터 획득부와, 상기 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스 및 상기 제4 임피던스를 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 생체 임피던스 획득부를 포함할 수 있다.

상기 제1 회로 네트워크 및 상기 제2 회로 네트워크는 회로 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현될 수 있다.

상기 제1 회로 네트워크와 상기 제2 회로 네트워크는 별개의 독립된 회로로 구현될 수 있다.

상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 보정 모드에서, 상기 제1 회로 네트워크에 연결되어 상기 제1 전극에 대응하는 제1 단자 및 상기 제2 전극에 대응하는 제2 단자를 통하여 상기 제1 회로 네트워크에 전류를 인가하고, 상기 제3 전극에 대응하는 제3 단자 및 상기 제4 전극에 대응하는 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제1 임피던스를 측정할 수 있다.

상기 임피던스 측정부는, 상기 제2 보정 모드에서, 제2 회로 네트워크에 연결되어 상기 제1 전극에 대응하는 제1 단자 및 상기 제2 전극에 대응하는 제2 단자를 통하여 상기 제2 회로 네트워크에 전류를 인가하고, 상기 제3 전극에 대응하는 제3 단자 및 상기 제4 전극에 대응하는 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제2 임피던스를 측정할 수 있다.

상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고, 상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용할 수 있다.

상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 측정 모드에서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 연결되어, 상기 제1 전극 및 상기 제2 적극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제3 임피던스를 측정할 수 있다.

상기 임피던스 측정부는, 상기 제2 측정 모드에서, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 연결되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 단락하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 단락하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 적극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제4 임피던스를 측정할 수 있다.

상기 내부 파라미터는, 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 포함할 수 있다.

상기 생체 임피던스 획득부는, 상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스, 상기 제4 임피던스, 및 생체 임피던스 간의 관계를 정의한 생체 임피던스 산출식을 이용할 수 있다.

상기 생체 임피던스 산출식은, 각 전극과 상기 대상체의 접촉으로 발생하는 접촉 임피던스를 고려하여 도출될 수 있다.

상기 임피던스 측정부는, 입력 전류의 주파수를 변경시켜가며 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 측정할 수 있다.

상기 파라미터 획득부는, 주파수별 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 임피던스 측정부의 주파수별 내부 파라미터를 획득할 수 있다.

생체 신호 측정 장치는, 상기 주파수별 내부 파라미터를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 장치는, 상기 생체 신호 측정 장치의 동작 모드를 설정하기 위한 제어 신호를 생성하는 모드 설정부를 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 장치는, 상기 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 정보를 획득하는 생체 정보 획득부를 더 포함할 수 있다.

상기 생체 정보는, 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 호흡, 심박수, 심박수 변이 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다른 양상에 따른 생체 신호 측정 방법은, 제1 보정 모드에서 제1 회로 네트워크에 대한 제1 임피던스를 측정하는 단계와, 제2 보정 모드에서 제2 회로 네트워크에 대한 제2 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부의 내부 파라미터를 획득하는 단계와, 제1 측정 모드에서 대상체의 제3 임피던스를 측정하는 단계와, 제2 측정 모드에서 상기 대상체의 제4 임피던스를 측정하는 단계와, 상기 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스 및 상기 제4 임피던스를 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 회로 네트워크 및 상기 제2 회로 네트워크는 각각 적어도 하나 이상의 저항으로 구성될 수 있다.

상기 제1 임피던스를 측정하는 단계는, 제1 보정 모드에 진입하는 단계와, 상기 임피던스 측정부를 상기 제1 회로 네트워크에 연결하는 단계와, 상기 임피던스 측정부의 제1 단자 및 제2 단자를 통하여 상기 제1 회로 네트워크에 전류를 인가하는 단계와, 상기 임피던스 측정부의 제3 단자 및 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계와, 상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제1 임피던스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제2 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 제1 임피던스의 측정이 완료되면, 제2 보정 모드에 진입하는 단계와, 상기 임피던스 측정부를 상기 제2 회로 네트워크에 연결하는 단계와, 상기 임피던스 측정부의 제1 단자 및 제2 단자를 통하여 상기 제1 회로 네트워크에 전류를 인가하는 단계와, 상기 임피던스 측정부의 제3 단자 및 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계와, 상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제2 임피던스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고, 기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용할 수 있다.

상기 제3 임피던스를 측정하는 단계는, 제1 측정 모드에 진입하는 단계와, 상기 임피던스 측정부의 제1 단자를 제1 전극에, 상기 임피던스 측정부의 제2 단자를 제2 전극에, 상기 임피던스 측정부의 제3 단자를 제3 전극에, 상기 임피던스 측정부의 제4 단자를 제4 전극에 연결하는 단계와, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하는 단계와, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계와, 상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제3 임피던스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제4 임피던스를 측정하는 단계는, 상기 제3 임피던스의 측정이 완료되면, 제2 측정 모드에 진입하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 단락하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 단락하는 단계와, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하는 단계와, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계와, 상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제4 임피던스를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 단계는, 상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스, 상기 제4 임피던스, 및 생체 임피던스 간의 관계를 정의한 생체 임피던스 산출식을 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득할 수 있다.

생체 신호 측정 방법은, 상기 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 장치의 내부 파라미터를 측정하기 위한 별도의 회로를 구성하여 이를 통해 생체 신호 측정 장치의 내부 파라미터를 측정하여 생체 임피던스 측정에 이용함으로써, 생체 임피던스 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 생체 신호 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 측정 모드에서의 동작 과정을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 생체 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8은 생체 신호 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '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.

또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 생체 신호 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다. 도 1의 생체 신호 측정 장치(100)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.

생체 신호 측정 장치(100)는 BIA(Bioelectrical Impedance Analysis)를 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 장치로서, 보정 모드와 측정 모드를 지원할 수 있다. 여기서 보정 모드는 정확한 생체 임피던스를 측정하기 위하여 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(예, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등)를 획득하는 모드이고, 측정 모드는 보정 모드에서 획득한 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 모드일 수 있다.

도 1을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 전극부(110), 회로 네트워크부(120), 임피던스 측정부(130), 파라미터 획득부(140) 및 생체 임피던스 획득부(150)를 포함할 수 있다.

전극부(110)는 대상체에 접촉되는 4개의 전극(111 내지 114)을 포함할 수 있다. 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 대상체에 전류를 인가하는데 사용되는 전류 인가 전극이고, 제3 전극(113) 및 제4 전극(114)은 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 통해 인가된 전류로 인하여 대상체에 걸리는 전압을 측정하는데 사용되는 전압 측정 전극일 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)가 웨어러블 디바이스로 구현되는 경우, 사용자가 웨어러블 디바이스를 착용하였을 때, 전극부(110)의 전극들(111 내지 114)은 자연스럽게 사용자의 신체와 접촉되도록 구현될 수도 있고, 전극들(111 내지 114) 중 일부 전극은 자연스럽게 사용자의 신체와 접촉되고 나머지 전극은 사용자의 동작에 의하여 신체에 접촉되도록 구현될 수도 있다.

회로 네트워크부(120)는 적어도 하나 이상의 저항으로 구성되는 제1 회로 네트워크(121) 및 제2 회로 네트워크(122)를 포함할 수 있다. 회로 네트워크부(120)는 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(예컨대, 입력 임피던스, 출력 임피던스 등)를 측정하기 위한 것으로 보정 모드(제1 보정 모드, 제2 보정 모드) 시에 임피던스 측정부(130)에 연결될 수 있다.

한편, 제1 회로 네트워크(121)와 제2 회로 네트워크(122)는 내부 스위치 등으로 회로 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현될 수 있다. 또한, 제1 회로 네트워크(121)와 제2 회로 네트워크(122)는 별개의 독립된 회로로 구현될 수 있다.

임피던스 측정부(130)는 생체 신호 측정 장치(100)의 동작 모드에 따라 회로 네트워크부(120)에 연결되거나 전극부(110)에 연결될 수 있다.

일 실시예에 따르면 임피던스 측정부(130)는 제1 보정 모드에서 제1 회로 네트워크(121)에 연결되어 제1 회로 네트워크(121)의 임피던스(이하, 제1 임피던스)를 측정하고, 제2 보정 모드에서 제2 회로 네트워크(122)에 연결되어 제2 회로 네트워크(122)의 임피던스(이하, 제2 임피던스)를 측정할 수 있다.

이하, 제1 보정 모드 및 제2 보정 모드에서 임피던스 측정부(130)의 동작 과정을 설명한다.

<제1 보정 모드>

소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치(100)가 제1 보정 모드에 진입하면 임피던스 측정부(130)는 4개의 전극(111 내지 114)에 대응하는 4개의 단자(제1 단자 내지 제4 단자)를 제1 회로 네트워크(121)에 연결할 수 있다. 임피던스 측정부(130)는 제1 전극(111)에 대응하는 제1 단자와 제2 전극(112)에 대응하는 제2 단자를 통하여 제1 회로 네트워크(121)에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 전극(113)에 대응하는 제3 단자와 제4 전극(114)에 대응하는 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스를 획득할 수 있다.

<제2 보정 모드>

제1 보정 모드에서 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스 측정이 완료되면, 소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치(100)는 제2 보정 모드에 진입할 수 있다. 임피던스 측정부(130)는 제2 보정 모드에서 4개의 단자(제1 단자 내지 제4 단자)를 제2 회로 네트워크(122)에 연결할 수 있다. 임피던스 측정부(130)는 제1 단자와 제2 단자를 통하여 제2 회로 네트워크(122)에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 단자 및 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 제2 회로 네트워크(122)의 제2 임피던스를 획득할 수 있다.

이때, 임피던스 측정부(130)를 제2 회로 네트워크(122)에 연결하는 것은, 임피던스 측정부(130)가 제1 회로 네트워크(121)와의 연결을 물리적으로 끊고 제1 회로 네트워크(121)와는 별개의 제2 회로 네트워크(122)에 물리적으로 연결하는 것뿐만 아니라, 임피던스 측정부(130)가 하나의 회로에 연결된 상태에서 그 회로의 내부 구조 변경을 통해 제1 회로 네트워크(121)가 제2 회로 네트워크(122)로 변경되는 것을 포함하는 개념일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 임피던스 측정부(130)는 제1 측정 모드 및 제2 측정 모드에서 4개의 전극(111 내지 114)에 연결되어 대상체의 임피던스를 측정할 수 있다. 예컨대, 임피던스 측정부(130)는 제1 측정 모드에서 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하여 대상체의 임피던스(이하, 제3 임피던스)를 측정하고, 제2 측정 모드에서 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용하여 대상체의 임피던스(이하, 제4 임피던스)를 측정할 수 있다.

이하, 제1 측정 모드 및 제2 측정 모드에서 임피던스 측정부(130)의 동작 과정을 설명한다.

<제1 측정 모드>

소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치(100)가 제1 측정 모드에 진입하면 임피던스 측정부(130)는 제1 단자를 제1 전극(111)에, 제2 단자를 제2 전극(112)에, 제3 단자를 제3 전극(113)에, 제4 단자를 제4 전극(114)에 각각 연결할 수 있다. 임피던스 측정부(130)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 통하여 대상체에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 전극(113) 및 제4 전극(114) 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 대상체의 제3 임피던스를 획득할 수 있다.

<제2 측정 모드>

제1 측정 모드에서 대상체의 제3 임피던스 측정이 완료되면, 소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치(100)는 제2 측정 모드에 진입할 수 있다. 임피던스 측정부(130)는 제2 측정 모드에서 제1 전극(111)과 제3 전극(113)을 단락하고, 제2 전극(112)과 제4 전극(114)을 단락할 수 있다. 임피던스 측정부(130)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 통하여 대상체에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 전극(113) 및 제4 전극(114) 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 대상체의 제4 임피던스를 획득할 수 있다.

파라미터 획득부(140)는 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 획득할 수 있다. 여기서 내부 파라미터는 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하여 후술하는 바와 같이, 임피던스 측정부(130)는 전류원, 전류원에 병렬 연결된 출력 임피던스, 전압계, 및 전압계와 병렬 연결된 입력 임피던스로 구성된 등가 회로로 표현될 수 있다. 이 경우, 임피던스 측정부(130)의 등가 회로, 제1 회로 네트워크의 등가 회로, 제2 회로 네트워크의 등가 회로를 통해 제1 임피던스 관계식 및 제2 임피던스 관계식을 도출할 수 있다. 파라미터 획득부(140)는 제1 임피던스 관계식, 제2 임피던스 관계식, 측정된 제1 임피던스값 및 제2 임피던스값을 이용하여 임피던스 측정부(130)의 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 획득할 수 있다.

생체 임피던스 획득부(150)는 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(예컨대, 입력 임피던스 및 출력 임피던스), 제3 임피던스 및 제4 임피던스를 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 임피던스 획득부(150)는 생체 임피던스 산출식을 기반으로 대상체의 생체 임피던스를 획득할 수 있다. 이때, 생체 임피던스 산출식은 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터, 제3 임피던스, 제4 임피던스, 및 생체 임피던스 사이의 관계를 정의한 것으로서, 각 전극과 대상체의 접촉으로 발생하는 접촉 임피던스를 고려하여 도출될 수 있다. 예컨대, 생체 임피던스 산출식은 수학식 1로 표현될 수 있다.

여기서,

은 대상체의 생체 임피던스,

는 대상체의 제3 임피던스,

는 대상체의 제4 임피던스,

는 임피던스 측정부(130)의 입력 임피던스,

는 임피던스 측정부(130)의 출력 임피던스이다.

한편, 일 실시예에 따르면, 임피던스 측정부(130)는 입력 전류의 주파수를 변경시켜가며 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스 및 제2 회로 네트워크(122)의 제2 임피던스를 측정할 수 있다. 이 경우 파라미터 획득부(140)는 주파수별로 측정된 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부(130)의 주파수별 내부 파라미터를 획득하고, 임피던스 측정부(130)의 주파수별 내부 파라미터를 생체 신호 측정 장치(100)의 내부 또는 외부 데이터베이스에 저장할 수 있다. 저장된 주파수별 내부 파라미터는 주파수별 생체 임피던스 획득을 위해 사용될 수 있다.

도 2는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 임피던스 측정부(130)는 제1 단자(135a) 및 제2 단자(135b)를 통하여 전류를 인가하는 전류원(131), 전류원(131)에 병렬 연결된 출력 임피던스(

), 제3 단자(135c)와 제4 단자(135d) 사이에 걸리는 전압을 측정하는 전압계(132), 및 전압계(132)에 병렬 연결된 입력 임피던스(

)로 표현될 수 있다. 또한, 회로 네트워크부(120)는 스위치(125)에 의해 내부 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현될 수 있으며, 이때, 스위치(125)가 열린 상태는 제1 회로 네트워크이고, 스위치(125)가 닫힌 상태는 제2 회로 네트워크가 될 수 있다. 즉, 제1 회로 네트워크는 동일한 크기의 2개의 저항(

)으로 구성될 수 있고, 제2 회로 네트워크는 1개의 저항(

)으로 구성될 수 있다.

소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치가 제1 보정 모드에 진입하면, 임피던스 측정부(130)는 내부 스위치(134a 내지 134d)를 통하여 단자(135a 내지 135d)를 회로 네트워크부(120)에 연결하여 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스 측정이 완료되면 생체 신호 측정 장치는 소정의 제어 신호에 따라 제2 보정 모드에 진입할 수 있다. 생체 신호 측정 장치가 제1 보정 모드에 진입하면 회로 네트워크부(120)의 스위치(125)가 닫혀 제1 회로 네트워크는 제2 회로 네트워크로 변경되고, 임피던스 측정부(130)는 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스를 측정할 수 있다.

이때 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스 및 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스는 전압계(132)의 측정 전압(Vm)을 전류원(131)의 인가 전류로 나눔으로써 획득할 수 있다. 이 경우 제1 임피던스(

)는 수학식 2로, 제2 임피던스(

)는 수학식 3으로 각각 표현될 수 있다.

수학식 2 및 수학식 3에서 저항(

)은 알려진 값이고 제1 임피던스(

) 및 제2 임피던스(

)는 측정으로 얻어지는 값이므로, 파라미터 획득부(140)는 출력 임피던스(

)와 입력 임피던스(

)는 수학식 2 및 수학식 3을 통해 획득할 수 있다.

한편, 도 2는 제1 회로 네트워크와 제2 회로 네트워크가 내부 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 회로 네트워크와 제2 회로 네트워크가 별개의 독립된 회로로 구성될 수도 있다.

도 3은 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 회로 네트워크부(120)는 스위치(125a, 125b)에 의해 내부 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현될 수 있으며, 이때, 스위치(125a, 125b)가 열린 상태는 제1 회로 네트워크이고, 스위치(125a, 125b)가 닫힌 상태는 제2 회로 네트워크가 될 수 있다. 즉, 제1 회로 네트워크는 동일한 크기의 4개의 저항(

)과, 크기가 다른 1개의 저항(

)으로 구성될 수 있고, 제2 회로 네트워크는 동일한 크기의 2개의 저항(

)과, 크기가 다른 1개의 저항(

)으로 구성될 수 있다.

소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치가 제1 보정 모드에 진입하면, 임피던스 측정부(130)는 내부 스위치(134a 내지 134d)를 통하여 단자(135a 내지 135d)를 회로 네트워크부(120)에 연결하여 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스 측정이 완료되면 생체 신호 측정 장치는 소정의 제어 신호에 따라 제2 보정 모드에 진입할 수 있다. 생체 신호 측정 장치가 제1 보정 모드에 진입하면 회로 네트워크부(120)의 스위치(125a, 125b)가 닫혀 제1 회로 네트워크는 제2 회로 네트워크로 변경되고, 임피던스 측정부(130)는 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스를 측정할 수 있다.

이때 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스 및 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스는 전압계(132)의 측정 전압(Vm)을 전류원(131)의 인가 전류로 나눔으로써 획득할 수 있다. 이 경우, 제1 임피던스(

)는 수학식 4로, 제2 임피던스(

)는 수학식 5로 각각 표현될 수 있다.

수학식 4 및 수학식 5에서 저항(

,

)은 알려진 값이고 제1 임피던스(

) 및 제2 임피던스(

)와 입력 임피던스(

)는 수학식 4 및 수학식 5를 통해 획득할 수 있다.

한편, 도 3은 제1 회로 네트워크와 제2 회로 네트워크가 내부 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 회로 네트워크와 제2 회로 네트워크가 별개의 독립된 회로로 구성될 수도 있다.

도 4는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 회로 네트워크부(120)는 스위치(125)에 의해 내부 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현될 수 있으며, 이때, 스위치(125)가 열린 상태는 제1 회로 네트워크이고, 스위치(125)가 닫힌 상태는 제2 회로 네트워크가 될 수 있다. 즉, 제1 회로 네트워크는 동일한 크기의 4개의 저항(

)과, 크기가 다른 2개의 저항(

,

)과, 크기가 다른 1개의 저항(

)으로 구성될 수 있다.

)는 수학식 6으로, 제2 임피던스(

)는 수학식 7로 각각 표현될 수 있다.

수학식 6 및 수학식 7에서 저항(

,

)은 알려진 값이고 제1 임피던스(

) 및 제2 임피던스(

)와 입력 임피던스(

)는 수학식 6 및 수학식 7을 통해 획득할 수 있다.

한편, 도 4는 제1 회로 네트워크와 제2 회로 네트워크가 내부 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 제1 회로 네트워크와 제2 회로 네트워크가 별개의 독립된 회로로 구성될 수도 있다.

또한, 도 2 내지 도 4에 도시된 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크는 일 실시예에 불과하다. 즉, 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크를 구성하는 저항의 개수는 제한이 없고, 또한 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크가 동일하지 않는 한, 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크는 다양한 회로 구조로 구현될 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 측정 모드에서의 동작 과정을 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 측정 모드에서의 동작 과정을 설명하기 위한 회로도이다. 도 5에서

은 대상체의 생체 임피던스이고,

는 전극들(111 내지 114)과 대상체의 접촉으로 인하여 발생하는 접촉 임피던스이고,

는 임피던스 측정부(130)의 입력 임피던스이고,

는 임피던스 측정부(130)의 출력 임피던스이다.

소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치가 제1 측정 모드에 진입하면, 임피던스 측정부(130)는 내부 스위치(134a 내지 134d)를 통하여 단자(135a 내지 135d)를 전극부(110)의 전극(111 내지 114)에 연결하여 대상체의 제3 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 대상체의 제3 임피던스 측정이 완료되면 소정의 제어 신호에 따라 생체 신호 측정 장치가 제2 측정 모드에 진입하고 임피던스 측정부(130)는 스위치(134e, 134f)를 닫아 대상체의 제4 임피던스를 측정할 수 있다.

즉, 제1 측정 모드에서 제1 전극(111)과 제3 전극(113), 제2 전극(112)과 제4 전극(114)는 개방되어, 대상체의 제3 임피던스(

)의 관계식은 수학식 8로 표현될 수 있다.

또한, 제2 측정 모드에서 제1 전극(111)과 제3 전극(113)은 단락되고 제2 전극(112)과 제4 전극(114)은 단락되어, 대상체의 제4 임피던스(

)의 관계식은 수학식 9로 표현될 수 있다.

수학식 8 및 수학식 9를 살펴보면, 제3 임피던스(

) 및 제4 임피던스(

)는 측정되는 값이고, 임피던스 측정부(130)의 입력 임피던스(

) 및 임피던스 측정부(130)의 출력 임피던스(

)는 보정 모드(제1 보정 모드 및 제2 보정 모드)를 통해 획득되는 값이다. 따라서, 수학식 8 및 수학식 9를 연립하여 생체 임피던스(

)를 획득할 수 있다.

한편, 수학식 8 및 수학식 9를 기반으로 생체 임피던스 산출식을 유도하면 전술한 수학식 1과 같다.

도 6은 생체 신호 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다. 도 6의 생체 신호 측정 장치(600)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스마트폰, 타블렛, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등을 포함할 수 있고, 웨어러블 디바이스는 손목시계형, 손목 밴드형, 반지형, 벨트형, 목걸이형, 발목 밴드형, 허벅지 밴드형, 팔뚝 밴드형 등을 포함할 수 있다. 그러나 전자 장치는 상술한 예에 제한되지 않으며, 웨어러블 디바이스 역시 상술한 예에 제한되지 않는다.

도 6을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(600)는 전극부(110), 회로 네트워크부(120), 임피던스 측정부(130), 파라미터 획득부(140), 생체 임피던스 획득부(150), 모드 설정부(610), 생체 정보 획득부(620), 입력부(630), 저장부(640), 통신부(650) 및 출력부(660)를 포함할 수 있다. 여기서, 전극부(110), 회로 네트워크부(120), 임피던스 측정부(130), 파라미터 획득부(140), 생체 임피던스 획득부(150)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

모드 설정부(610)는 생체 신호 측정 장치(600)의 동작 모드를 설정을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 이때, 생체 신호 측정 장치(600)의 동작 모드는 제1 보정 모드, 제2 보정 모드, 제1 측정 모드 및 제2 측정 모드를 포함할 수 있다.

모드 설정부(610)는 설정된 주기, 사용자의 명령, 특정 이벤트(예컨대, 디바이스 on 등) 등에 따라 생체 신호 측정 장치(600)의 동작 모드를 제1 보정 모드로 설정하기 위한 제어 신호를 생성하고, 제1 보정 모드에서의 측정이 완료되면 생체 신호 측정 장치(600)의 동작 모드를 제2 보정 모드로 설정하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 임피던스 측정부(130)는 제1 보정 모드에서 회로 네트워크부(120)의 제1 회로 네트워크에 연결되어 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스를 측정하고, 제2 보정 모드에서 회로 네트워크부(120)의 제2 회로 네트워크에 연결되어 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 파라미터 획득부(140)는 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 획득할 수 있다.

모드 설정부(610)는 설정된 주기, 사용자의 명령, 특정 이벤트(예컨대, 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터 획득 완료 등) 등에 따라 생체 신호 측정 장치(600)의 동작 모드를 제1 측정 모드로 설정하기 위한 제어 신호를 생성하고, 제1 측정 모드에서의 측정이 완료되면 생체 신호 측정 장치(600)의 동작 모드를 제2 측정 모드로 설정하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 임피던스 측정부(130)는 제1 측정 모드에서 전극부(110)에 연결되어 대상체의 제3 임피던스를 측정하고, 제2 측정 모드에서 대상체의 제4 임피던스를 측정할 수 있다. 또한, 생체 임피던스 획득부(150)는 제3 임피던스, 제4 임피던스, 및 보정 모드(제1 보정 모드, 제2 보정 모드)를 통해 획득된 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 기반으로 대상체의 생체 임피던스를 획득할 수 있다.

생체 정보 획득부(620)는 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 정보를 획득할 수 있다. 이때, 생체 정보는 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 호흡, 심박수, 심박수 변이 등을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 생체 정보 획득부(620)는 생체 정보 산출식을 이용하여 대상체의 생체 정보를 획득할 수 있다. 이때, 생체 정보 산출식은 생체 임피던스, 신체 정보, 및 생체 정보와의 관계를 정의한 것으로 실험적으로 미리 도출될 수 있다. 이때, 신체 정보는 성별, 나이, 키, 몸무게 등을 포함할 수 있다.

입력부(630)는 사용자로부터 다양한 조작신호를 입력 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 입력부(630)는 키 패드(key pad), 돔 스위치(dome switch), 터치 패드(touch pad)(정압/정전), 조그 휠(Jog wheel), 조그 스위치(Jog switch), H/W 버튼 등을 포함할 수 있다. 특히, 터치 패드가 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 경우, 이를 터치 스크린이라 부를 수 있다.

저장부(640)는 생체 신호 측정 장치(600)의 동작을 위한 프로그램 또는 명령들을 저장할 수 있고, 생체 신호 측정 장치(600)에 입력되는 데이터 및 생체 신호 측정 장치(600)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(640)는 임피던스 측정부(130)를 통해 측정한 임피던스(주파수별 임피던스를 포함함), 파라미터 획득부(140)에서 획득한 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(주파수별 내부 파라미터를 포함함), 생체 임피던스 획득부(150)에서 획득한 생체 임피던스, 생체 정보 획득부(620)에서 획득한 생체 정보, 생체 임피던스 추정식, 및 생체 정보 추정식 등을 저장할 수 있다.

저장부(640)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드 디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예컨대, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 등 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(600)는 인터넷 상에서 저장부(640)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage) 등 외부 저장 매체를 운영할 수도 있다.

통신부(650)는 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 예컨대, 통신부(650)는 입력부(630)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 임피던스 측정부(130)를 통해 측정한 임피던스(주파수별 임피던스를 포함함), 파라미터 획득부(140)에서 획득한 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(주파수별 내부 파라미터를 포함함), 생체 임피던스 획득부(150)에서 획득한 생체 임피던스, 생체 정보 획득부(620)에서 획득한 생체 정보, 생체 임피던스 추정식, 및 생체 정보 추정식 등을 외부 장치로 전송하거나, 외부 장치로부터 생체 임피던스 획득 및/또는 생체 정보 획득에 도움이 되는 다양한 데이터를 수신할 수 있다.

이때, 외부 장치는 입력부(630)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 임피던스 측정부(130)를 통해 측정한 임피던스(주파수별 임피던스를 포함함), 파라미터 획득부(140)에서 획득한 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(주파수별 내부 파라미터를 포함함), 생체 임피던스 획득부(150)에서 획득한 생체 임피던스, 생체 정보 획득부(620)에서 획득한 생체 정보, 생체 임피던스 추정식, 및 생체 정보 추정식 등을 사용하는 의료 장비, 결과물을 출력하기 위한 프린트 또는 디스플레이 장치일 수 있다. 이외에도 외부 장치는 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 휴대폰, 스마트 폰, 태블릿, 노트북, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 웨어러블 디바이스 등 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

통신부(650)는 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부(660)는 입력부(630)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 임피던스 측정부(130)를 통해 측정한 임피던스(주파수별 임피던스를 포함함), 파라미터 획득부(140)에서 획득한 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(주파수별 내부 파라미터를 포함함), 생체 임피던스 획득부(150)에서 획득한 생체 임피던스, 생체 정보 획득부(620)에서 획득한 생체 정보, 생체 임피던스 추정식, 및 생체 정보 추정식 등을 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력부(660)는 입력부(630)를 통해 사용자로부터 입력된 데이터, 임피던스 측정부(130)를 통해 측정한 임피던스(주파수별 임피던스를 포함함), 파라미터 획득부(140)에서 획득한 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(주파수별 내부 파라미터를 포함함), 생체 임피던스 획득부(150)에서 획득한 생체 임피던스, 생체 정보 획득부(620)에서 획득한 생체 정보, 생체 임피던스 추정식, 및 생체 정보 추정식 등을 청각적 방법, 시각적 방법 및 촉각적 방법 중 적어도 하나의 방법으로 출력할 수 있다. 이를 위해 출력부(660)는 디스플레이, 스피커, 진동기 등을 포함할 수 있다.

도 7은 생체 신호 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 7의 생체 신호 측정 방법은 도 1의 생체 신호 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 제1 보정 모드에서 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스를 측정할 수 있다(710). 예컨대, 제1 보정 모드에 진입하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 임피던스 측정부(130)의 4개의 단자(제1 단자 내지 제4 단자)를 제1 회로 네트워크(121)에 연결하고, 제1 단자와 제2 단자를 통하여 제1 회로 네트워크(121)에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 단자와 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(100)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스를 획득할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 제2 보정 모드에서 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스를 측정할 수 있다(720). 예컨대, 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스 측정이 완료되면, 생체 신호 측정 장치(100)는 제2 보정 모드로 진입하여 임피던스 측정부(130)의 4개의 단자(제1 단자 내지 제4 단자)를 제2 회로 네트워크(122)에 연결하고, 제1 단자와 제2 단자를 통하여 제2 회로 네트워크(122)에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 단자와 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(100)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 제2 회로 네트워크(122)의 제2 임피던스를 획득할 수 있다.

한편, 제1 회로 네트워크(121) 및 제2 회로 네트워크(122)는 적어도 하나 이상의 저항으로 구성될 수 있다. 또한, 제1 회로 네트워크(121)와 제2 회로 네트워크(122)는 별개의 독립된 회로로 구현될 수도 있으며, 내부 스위치 등으로 회로 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현될 수도 있다. 제1 회로 네트워크(121)와 제2 회로 네트워크(122)가 회로 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현된 경우, 제2 보정 모드로의 진입시, 회로 구조 변경을 통해 임피던스 측정부(130)의 4개의 단자가 제1 회로 네트워크(121)에서 제2 회로 네트워크(122)로 연결될 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스 및 제2 회로 네트워크(122)의 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 획득할 수 있다(730). 여기서 내부 파라미터는 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 포함할 수 있다. 예컨대 생체 신호 측정 장치(100)는 제1 임피던스 관계식, 제2 임피던스 관계식, 제1 임피던스값 및 제2 임피던스값을 이용하여 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 획득할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 대상체의 제3 임피던스를 측정할 수 있다(740). 예컨대, 제1 측정 모드에 진입하면, 생체 신호 측정 장치(100)는 임피던스 측정부(130)의 4개의 단자(제1 단자 내지 제4 단자)를 전극부(110)의 4개의 전극(111 내지 114)에 연결하고, 제1 전극(111)과 제2 전극(112)을 통하여 대상체에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 전극(113)과 제4 전극(114) 사이에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(100)는 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 대상체의의 제3 임피던스를 획득할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 제2 측정 모드에서 대상체의 제4 임피던스를 측정할 수 있다(750). 예컨대, 제1 측정 모드에서 대상체의 제3 임피던스 측정이 완료되면, 생체 신호 측정 장치(100)는 제2 측정 모드로 진입하여 제1 전극(111)과 제3 전극(113)을 단락하고, 제2 전극(112)과 제4 전극(114)을 단락할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(100)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)을 통하여 대상체에 전류를 인가하고, 인가된 전류로 인하여 제3 전극(113) 및 제4 전극(114) 사이에 걸리는 전압을 측정하고, 전압, 전류 및 임피던스와의 관계식(V=I*Z)를 이용하여 대상체의 제4 임피던스를 획득할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터(예컨대, 입력 임피던스 및 출력 임피던스), 제3 임피던스 및 제4 임피던스를 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 획득할 수 있다(760). 예컨대, 생체 신호 측정 장치(100)는 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터, 제3 임피던스, 제4 임피던스, 및 생체 임피던스 사이의 관계를 정의한 생체 임피던스 산출식을 기반으로 대상체의 생체 임피던스를 획득할 수 있다. 예컨대, 생체 임피던스 산출식은 수학식 1로 표현될 수 있다.

한편, 일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치(100)는 입력 전류의 주파수를 변경시켜가며 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스 및 제2 회로 네트워크(122)의 제2 임피던스를 측정할 수 있다. 이 경우 생체 신호 측정 장치(100)는 주파수별로 측정된 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부(130)의 주파수별 내부 파라미터를 획득하고, 임피던스 측정부(130)의 주파수별 내부 파라미터를 주파수별 생체 임피던스 획득을 위해 사용할 수 있다.

도 8은 생체 신호 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 8의 생체 신호 측정 방법은 도 6의 생체 신호 측정 장치(600)에 의해 수행될 수 있다. 도 8을 설명함에 있어, 단계 710 내지 단계 760은 도 7을 참조하여 전술한 바와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 6 및 도 8을 참조하면, 생체 신호 측정 장치(600)는 제1 보정 모드에서 제1 회로 네트워크의 제1 임피던스를 측정할 수 있다(710).

생체 신호 측정 장치(600)는 제2 보정 모드에서 제2 회로 네트워크의 제2 임피던스를 측정할 수 있다(720).

생체 신호 측정 장치(600)는 제1 회로 네트워크(121)의 제1 임피던스 및 제2 회로 네트워크(122)의 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부(130)의 내부 파라미터를 획득할 수 있다(730).

생체 신호 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 대상체의 제3 임피던스를 측정할 수 있다(740).

생체 신호 측정 장치(600)는 제2 측정 모드에서 대상체의 제4 임피던스를 측정할 수 있다(750).

생체 신호 측정 장치(600)는 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 정보를 획득할 수 있다(810). 이때, 생체 정보는 체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 호흡, 심박수, 심박수 변이 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 생체 신호 측정 장치(600)는 생체 임피던스, 신체 정보, 및 생체 정보와의 관계를 정의한 생체 정보 산출식을 이용하여 대상체의 생체 정보를 획득할 수 있다. 이때, 신체 정보는 성별, 나이, 키, 몸무게 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.

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. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

100: 생체 신호 측정 장치
110: 전극부
111: 제1 전극
112: 제2 전극
113: 제3 전극
114: 제4 전극
120: 회로 네트워크부
121: 제1 회로 네트워크
122: 제2 회로 네트워크
130: 임피던스 측정부
140: 파라미터 획득부
150: 생체 임피던스 획득부

Claims

제1 전극; 제2 전극; 제3 전극; 제4 전극;
적어도 하나 이상의 저항으로 구성되는 제1 회로 네트워크 및 제2 회로 네트워크;
미리 정해진 하나 이상의 저항이 연결된 제1 보정 모드에서 상기 제1 회로 네트워크에 대한 제1 임피던스를 측정하고,
제2 보정 모드에서 상기 제2 회로 네트워크에 대한 제2 임피던스를 측정하고,
상기 제2 회로 네트워크는 상기 제1 보정 모드에서 연결된 하나 이상의 저항 각각의 바이패스 전류 경로를 형성하는 스위치를 닫음으로써 상기 제1 회로 네트워크에서 변경되고,
제1 측정 모드에서 대상체에 대한 제3 임피던스를 측정하고, 제2 측정 모드에서 상기 대상체에 대한 제4 임피던스를 측정하는 임피던스 측정부;
상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터를 획득하는 파라미터 획득부; 및
상기 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스 및 상기 제4 임피던스를 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 생체 임피던스 획득부; 를 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로 네트워크 및 상기 제2 회로 네트워크는 회로 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현되는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 회로 네트워크와 상기 제2 회로 네트워크는 별개의 독립된 회로로 구현되는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 보정 모드에서
상기 제1 회로 네트워크에 연결되어 상기 제1 전극에 대응하는 제1 단자 및 상기 제2 전극에 대응하는 제2 단자를 통하여 상기 제1 회로 네트워크에 전류를 인가하고, 상기 제3 전극에 대응하는 제3 단자 및 상기 제4 전극에 대응하는 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제1 임피던스를 측정하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 측정부는, 상기 제2 보정 모드에서
상기 제2 회로 네트워크에 연결되어 상기 제1 전극에 대응하는 제1 단자 및 상기 제2 전극에 대응하는 제2 단자를 통하여 상기 제2 회로 네트워크에 전류를 인가하고, 상기 제3 전극에 대응하는 제3 단자 및 상기 제4 전극에 대응하는 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제2 임피던스를 측정하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고,
상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 측정부는, 상기 제1 측정 모드에서,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 연결되어, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제3 임피던스를 측정하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 측정부는, 상기 제2 측정 모드에서,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 연결되어, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 단락하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 단락하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하고 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하여 상기 제4 임피던스를 측정하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 내부 파라미터는,
입력 임피던스 및 출력 임피던스를 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 임피던스 획득부는,
상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스, 상기 제4 임피던스, 및 생체 임피던스 간의 관계를 정의한 생체 임피던스 산출식을 이용하는,
생체 신호 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 생체 임피던스 산출식은,
각 전극과 상기 대상체의 접촉으로 발생하는 접촉 임피던스를 고려하여 도출되는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 임피던스 측정부는,
입력 전류의 주파수를 변경시켜가며 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 측정하는,
생체 신호 측정 장치.
제12항에 있어서,
상기 파라미터 획득부는,
주파수별 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 임피던스 측정부의 주파수별 내부 파라미터를 획득하는,
생체 신호 측정 장치.
제13항에 있어서,
상기 주파수별 내부 파라미터를 저장하는 저장부; 를 더 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 생체 신호 측정 장치의 동작 모드를 설정하기 위한 제어 신호를 생성하는 모드 설정부; 를 더 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 정보를 획득하는 생체 정보 획득부; 를 더 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 생체 정보는,
체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 호흡, 심박수, 심박수 변이 중 적어도 하나를 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
생체 신호 측정 장치가,
미리 정해진 하나 이상의 저항이 연결된 제1 보정 모드에서 제1 회로 네트워크에 대한 제1 임피던스를 측정하는 단계;
제2 보정 모드에서 제2 회로 네트워크에 대한 제2 임피던스를 측정하는 단계;
상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 임피던스 측정부의 내부 파라미터를 획득하는 단계;
제1 측정 모드에서 대상체의 제3 임피던스를 측정하는 단계;
제2 측정 모드에서 상기 대상체의 제4 임피던스를 측정하는 단계; 및
상기 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스 및 상기 제4 임피던스를 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 단계; 를 포함하고,
상기 제2 회로 네트워크는 상기 제1 보정 모드에서 연결된 하나 이상의 저항 각각의 바이패스 전류 경로를 형성하는 스위치를 닫음으로써 상기 제1 회로 네트워크에서 변경되는
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 회로 네트워크 및 상기 제2 회로 네트워크는 각각 적어도 하나 이상의 저항으로 구성되는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 회로 네트워크 및 상기 제2 회로 네트워크는 회로 구조 변경이 가능한 하나의 회로로 구현되는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 회로 네트워크와 상기 제2 회로 네트워크는 별개의 독립된 회로로 구현되는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 임피던스를 측정하는 단계는,
제1 보정 모드에 진입하는 단계;
상기 임피던스 측정부를 상기 제1 회로 네트워크에 연결하는 단계;
상기 임피던스 측정부의 제1 단자 및 제2 단자를 통하여 상기 제1 회로 네트워크에 전류를 인가하는 단계;
상기 임피던스 측정부의 제3 단자 및 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계; 및
상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제1 임피던스를 획득하는 단계; 를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제2 임피던스를 측정하는 단계는,
상기 제1 임피던스의 측정이 완료되면, 제2 보정 모드에 진입하는 단계;
상기 임피던스 측정부를 상기 제2 회로 네트워크에 연결하는 단계;
상기 임피던스 측정부의 제1 단자 및 제2 단자를 통하여 상기 제1 회로 네트워크에 전류를 인가하는 단계;
상기 임피던스 측정부의 제3 단자 및 제4 단자 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계; 및
상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제2 임피던스를 획득하는 단계; 를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고,
상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 이용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용하는,
생체 신호 측정 방법
제18항에 있어서,
상기 제3 임피던스를 측정하는 단계는,
제1 측정 모드에 진입하는 단계;
상기 임피던스 측정부의 제1 단자를 제1 전극에, 상기 임피던스 측정부의 제2 단자를 제2 전극에, 상기 임피던스 측정부의 제3 단자를 제3 전극에, 상기 임피던스 측정부의 제4 단자를 제4 전극에 연결하는 단계;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하는 단계;
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계; 및
상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제3 임피던스를 획득하는 단계; 를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 제4 임피던스를 측정하는 단계는,
상기 제3 임피던스의 측정이 완료되면, 제2 측정 모드에 진입하는 단계;
제1 전극과 제3 전극을 단락하고 제2 전극과 제4 전극을 단락하는 단계;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통하여 상기 대상체에 전류를 인가하는 단계;
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 걸리는 전압을 측정하는 단계; 및
상기 전류 및 상기 전압을 기반으로 상기 제4 임피던스를 획득하는 단계; 를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 내부 파라미터는,
입력 임피던스 및 출력 임피던스를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는 단계는
상기 임피던스 측정부의 내부 파라미터, 상기 제3 임피던스, 상기 제4 임피던스, 및 생체 임피던스 간의 관계를 정의한 생체 임피던스 산출식을 이용하여 상기 대상체의 생체 임피던스를 획득하는,
생체 신호 측정 방법.
제28항에 있어서,
상기 생체 임피던스 산출식은,
각 전극과 상기 대상체의 접촉으로 발생하는 접촉 임피던스를 고려하여 도출되는,
생체 신호 측정 방법.
제18항에 있어서,
상기 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 정보를 획득하는 단계; 를 더 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
제30항에 있어서,
상기 생체 정보는,
체지방량, 제지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량, 혈류량, 호흡, 심박수, 심박수 변이 중 적어도 하나를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.