KR20180087043A - 생체 임피던스 측정 장치 및 방법과, 생체 정보 측정 장치 및 방법 - Google Patents

생체 임피던스 측정 장치 및 방법과, 생체 정보 측정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20180087043A
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남궁각
이열호
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Abstract

일 양상에 따른 생체 임피던스 측정 장치는, 제1 전극과, 제2 전극과, 제3 전극과, 제4 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원과, 상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계와, 측정 모드 전환 신호에 따라, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부와, 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서를 포함한다.

Description

생체 임피던스 측정 장치 및 방법과, 생체 정보 측정 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring bioelectric impedance, Apparatus and method for measuring biometric information}
생체 임피던스 측정 장치 및 방법과, 생체 정보 측정 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.
생체 임피던스 측정 장치 및 방법과, 생체 정보 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따른 생체 임피던스 측정 장치는, 제1 전극과, 제2 전극과, 제3 전극과, 제4 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원과, 상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계와, 측정 모드 전환 신호에 따라, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부와, 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고, 상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용할 수 있다.
상기 측정 모드 전환부는, 상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 단락하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 단락하여, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하면 상기 측정 모드 전환 신호를 생성할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 측정 모드의 제1 임피던스가 소정의 제1 임계값을 초과하면 상기 측정 모드 전환 신호를 생성할 수 있다.
상기 프로세서는, 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제1 측정 모드에서 상기 제2 측정 모드로 전환 시작 후에 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치는, 상기 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 될 때까지 제1 전압 측정, 제1 임피던스 산출, 측정 모드 전환, 제2 전압 측정, 제2 임피던스 산출, 및 생체 임피던스 산출을 반복 수행할 수 있도록 상기 전압계, 측정 모드 전환부 및 프로세서를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 되면, 상기 산출된 생체 임피던스를 대상체의 생체 임피던스로 결정할 수 있다.
다른 양상에 따른 생체 임피던스 측정 장치는, 제1 전극과, 제2 전극과, 제3 전극과, 제4 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원과, 상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계와, 측정 모드 전환 신호에 따라, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부와, 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 제2 임피던스 및 제1 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고, 상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용할 수 있다.
상기 측정 모드 전환부는, 단락된 제1 전극과 상기 제3 전극을 개방하고 단락된 제2 전극과 제4 전극을 개방하여, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제2 측정 모드의 제2 임피던스가 소정의 제2 임계값 미만이면 상기 측정 모드 전환 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 임계값은, 생체 임피던스 측정 장치의 다이나믹 레인지를 고려하여 설정될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 제2 측정 모드에서 상기 제1 측정 모드로 전환 시작 후에 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 측정 임피던스의 변화가 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 시점을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
또 다른 양상에 따른 생체 임피던스 측정 장치는, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 대상체의 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하는 단계와, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계와, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 대상체의 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하는 단계와, 상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고, 상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용할 수 있다.
상기 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계는, 제1 전극 및 제3 전극을 단락하고 제2 전극 및 제4 전극을 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환할 수 있다.
상기 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계는, 상기 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하거나 상기 제1 측정 모드의 제1 임피던스가 소정의 제1 임계값을 초과하면, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환할 수 있다.
상기 제2 임피던스를 산출하는 단계는, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 전환 시작 후 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는 단계는, 상기 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
생체 임피던스 측정 방법은, 상기 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 될때까지 상기 제1 임피던스를 산출하는 단계, 상기 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계, 상기 제2 임피던스를 산출하는 단계, 및 상기 생체 임피던스를 산출하는 단계를 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 양상에 따른 생체 정보 측정 장치는, 대상체의 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 측정부와, 상기 측정된 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 정보를 추정하는 생체 정보 추정부를 포함하고, 상기 생체 임피던스 측정부는, 제1 전극과, 제2 전극과, 제3 전극과, 제4 전극과, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원과, 상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계와, 측정 모드 전환 신호에 따라, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부와, 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 생체 정보는, 체지방률, 체지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 생체 정보 추정부는, 대상체의 생체 임피던스와 상기 생체 정보간의 관계를 정의한 생체 정보 산출식을 이용할 수 있다.
측정 모드 전환 직전에 측정된 임피던스와 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 임피던스를 기반으로 생체 임피던스를 산출함으로써, 생체 임피던스 측정의 정확도 및 신속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 생체 임피던스 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 생체 임피던스 측정 장치(100)를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 접촉 임피던스와 제1 임피던스의 관계, 접촉 임피던스와 제2 임피던스와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 생체 임피던스 측정 과정의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 생체 임피던스 측정 과정의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 생체 임피던스 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 생체 임피던스 측정 과정의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9은 생체 임피던스 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 10은 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 11은 생체 정보 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 12는 생체 정보 측정 방법의 일 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.
본 명세서에서 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.
도 1은 생체 임피던스 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 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 임피던스 측정 장치(100)는 BIA(Bioelectrical Impedance Analysis)를 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 장치로서, 제1 측정 모드 및 제2 측정 모드를 지원한다. 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하며, 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용한다. 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 측정된 임피던스와 제2 측정 모드에서 측정된 임피던스를 기반으로 생체 임피던스를 산출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 4개의 전극(101 내지 104), 전류원(110), 전압계(120), 측정 모드 전환부(130) 및 프로세서(140)를 포함할 수 있다.
제1 전극(101) 및 제2 전극(102)는 대상체에 전류를 인가하는데 사용되는 전류 인가 전극이고, 제3 전극(103) 및 제4 전극(104)는 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)을 통해 인가된 전류로 인하여 대상체에 걸리는 전압을 측정하는데 사용되는 전압 측정 전극이다.
전류원(110)은 제1 전극(101)과 제2 전극(102)을 통하여 대상체의 전류를 인가한다. 예컨대, 전류원(110)은 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)을 통해 동일한 크기의 정전류를 대상체에 인가할 수 있다.
전압계(120)는 제1 전극(101)과 제2 전극(102)을 통하여 대상체에 인가된 전류로 인하여 제3 전극(103)과 제4 전극(104) 양단에 걸리는 대상체의 전압을 측정한다.
측정 모드 전환부(130)는 프로세서(140)의 측정 모드 전환 신호에 따라 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로, 또는 제2 측정 모드에서 제1 측정모드로 전환한다.
일 실시예에 따르면, 측정 모드 전환부(130)는 프로세서(140)로부터 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 전환 신호(이하, 제1 측정 모드 전환 신호)를 수신하면, 개방된 제1 전극(101)과 제3 전극(103)을 단락하고 개방된 제2 전극(102)과 제4 전극(104)를 단락하여, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환할 수 있다. 또한, 측정 모드 전환부(130)는 프로세서(140)로부터 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 전환 신호(이하, 제2 측정 모드 전환 신호)를 수신하면, 단락된 제1 전극(101)과 제3 전극(103)을 개방하고 단락된 제2 전극(102)과 제4 전극(104)를 개방하여, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환할 수 있다.
측정 모드 전환부(130)는 개방된 제1 전극(101)과 제3 전극(103)을 단락하고 개방된 제2 전극(102)과 제4 전극(104)을 단락함으로써, 전기적으로 4개의 전극을 전기적으로 2개의 전극으로 변경할 수 있다. 또한, 측정 모드 전환부(130)는 단락된 제1 전극(101)과 제3 전극(103)을 개방하고 단락된 제2 전극(102)과 제4 전극(104)을 개방함으로써, 전기적으로 2개의 전극을 전기적으로 4개의 전극으로 변경할 수 있다. 이를 위해 측정 모드 전환부(130)는 2개의 스위치를 포함할 수 있다(도 2 참조).
프로세서(140)는 측정 모드 전환 신호(제1 측정 모드 전환 신호 및 제2 측정 모드 전환 신호)를 생성한다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하면 제1 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 제2 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하면 제2 측정 모드 전환 신호를 생성할 수 있다. 이때, 소정의 시간은 디폴트로 설정되거나 사용자의 입력에 따라 설정될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 제1 측정 모드에서 측정된 대상체의 전압(이하, 제1 전압)을 기반으로 산출된 제1 측정 모드의 임피던스(이하, 제1 임피던스)가 제1 임계값을 초과하면 제1 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 제2 측정 모드에서 측정된 전압(이하, 제2 전압)을 기반으로 산출된 제2 측정 모드의 임피던스(이하, 제2 임피던스)가 제2 임계값 미만이면 제2 측정 모드 전환 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제1 임계값 및 제2 임계값은 생체 임피던스 측정 장치(100)의 다이나믹 레인지를 고려하여 설정될 수 있다.
프로세서(140)는 측정 모드 전환 완료 시점(제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 시점, 및 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 시점)을 판단할 수 있다. 여기서 측정 모드 전환 완료 시점은 회로적으로 측정 모드 전환이 완료된 시점을 의미한다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(140)는 측정 모드 전환 시작 후 측정되는 전압을 기반으로 산출되는 측정 임피던스의 변화를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다. 예컨대, 프로세서(140)는 측정 모드 전환 시작 후 측정 임피던스를 모니터링하고, 측정 임피던스의 미분값의 부호가 변화하는 시점(예컨대, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 경우는 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환하는 경우는 측정 임피던스의 변화가 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 시점)을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 경우에는, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제1 전압을 기반으로 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스를 산출하고, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제2 전압을 기반으로 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 산출한다. 또한, 프로세서(140)는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환하는 경우에는, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제2 전압을 기반으로 측정 모드 전환 시작 직전의 제2 임피던스를 산출하고, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제1 전압을 기반으로 측정 모드 전환 완료 직후의 제1 임피던스를 산출한다. 여기서 측정 모드 전환 시작 직전은 측정 모드 전환 시작 시점을 포함하고, 측정 모드 전환 완료 직후는 측정 모드 전환 완료 시점을 포함할 수 있다.
프로세서(140)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 경우에는 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스 및 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 기반으로 생체 임피던스 산출식을 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 산출한다. 또한, 프로세서(140)는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환하는 경우에는 측정 모드 전환 시작 직전의 제2 임피던스 및 측정 모드 전환 완료 직후의 제1 임피던스를 기반으로 생체 임피던스 산출식을 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 산출한다.
이하, 도 2를 참조하여 생체 임피던스 산출식의 유도 과정을 설명하기로 한다.
도 2는 생체 임피던스 측정 장치(100)를 설명하기 위한 회로도이다. 도 2에서
Figure pat00001
은 대상체의 생체 임피던스이고,
Figure pat00002
는 시간 t의 접촉 임피던스이고,
Figure pat00003
는 AFE(Analog Front End)의 입력 임피던스이고,
Figure pat00004
는 AFE의 출력 임피던스이다. 이때, AFE는 아날로그 회로를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 측정 모드(제1 전극(101)과 제3 전극(103)이 개방되고, 제2 전극(102)과 제4 전극(104)이 개방된 상태)의 제1 임피던스
Figure pat00005
및 제2 측정 모드(제1 전극(101)과 제3 전극(103)이 단락되고, 제2 전극(102)과 제4 전극(104)이 단락된 상태)의 제2 임피던스
Figure pat00006
는 시간에 따라 변화하는 접촉 임피던스
Figure pat00007
와, 생체 임피던스
Figure pat00008
를 변수로 하는 관계식으로 나타낼 수 있다.
제1 임피던스
Figure pat00009
의 관계식 및 제2 임피던스
Figure pat00010
의 관계식은 각각 수학식 1 및 수학식 2와 같다.
Figure pat00011
Figure pat00012
수학식 1 및 수학식 2에서 알 수 있듯이
Figure pat00013
는 시간에 따라 변하는 값이므로
Figure pat00014
및
Figure pat00015
역시 시간에 따라 변화하게 된다. 따라서, 종래의 4-포인트 측정 방식과 2-포인트 측정 방식은 시간이 경과하여
Figure pat00016
가 작아지고 안정화되어, 결과적으로
Figure pat00017
및
Figure pat00018
가 안정되는 시점까지 기다린 후
Figure pat00019
및
Figure pat00020
를 측정하였다. 즉,
Figure pat00021
및
Figure pat00022
이 안정화되는 시간이 필요하였다. 또한, 종래에는 4-포인트 측정 방식으로 측정된 임피던스와 2-포인트 측정 방식으로 측정된 임피던스를 이용하여
Figure pat00023
를 보상하였으나 이 경우에도 각각의 측정 모드에서
Figure pat00024
가 안정화 되는 시간이 필요하였다. 이러한 안정화 시간은 생체 임피던스의 측정 시간이 길어지게 되는 이유가 되며, 사용자 또는 피부의 건조 상태 등에 따라 매우 길어질 수도 있다. 따라서 종래의 경우 생체 임피던스의 측정 시간을 단축시키는 것이 불가능하였다.
수학식 1 및 수학식 2를 살펴보면, 제1 임피던스
Figure pat00025
및 제2 임피던스
Figure pat00026
는 측정되는 값이고, AFE의 입력 임피던스
Figure pat00027
와 AFE의 출력 임피던스
Figure pat00028
는 AFE의 특성에 따라 결정되는 값이다. 따라서, 수학식 1 및 수학식 2를 연립하여 생체 임피던스
Figure pat00029
을 산출할 수 있다.
수학식 1 및 수학식 2를 기반으로 생체 임피던스 산출식을 유도하면 수학식 3(제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환되는 경우) 또는 수학식 4(제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환되는 경우)와 같다.
Figure pat00030
Figure pat00031
여기서, t1은 측정 모드 전환 시작 직전 시점이고, t2는 측정 모드 전환 완료 직후 시점을 나타낸다. 수학식 3을 살펴보면, t1과 t2가 매우 근접하면,
Figure pat00032
과
Figure pat00033
는 동일하게 된다. 따라서, t1과 t2가 매우 근접하고 이에 따라
Figure pat00034
와
Figure pat00035
가 동일하다는 가정하에, 프로세서(120)는 측정 모드 전환 시작 직전의 임피던스(
Figure pat00036
또는
Figure pat00037
) 및 측정 모드 전환 완료 직후의 임피던스(
Figure pat00038
또는
Figure pat00039
)를 기반으로 생체 임피던스 산출식(수학식 3 또는 수학식 4)을 이용하여 생체 임피던스
Figure pat00040
를 산출할 수 있다.
따라서, 종래 기술과는 달리 임피던스 측정 전 안정화되는 시간을 필요로 하지 않는다. 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스(또는 제2 임피던스)와 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스(또는 제1 임피던스)를 이용하면 변화하고 있는 Rc값을 실시간 예측하여 정확한 생체 임피던스를 산출하는 것이 가능하므로 임의의 측정 시점에서도 정확한 생체 임피던스를 산출할 수 있다. 이때 제1 임피던스(또는 제2 임피던스)를 얻는 시점 t1과 제2 임피던스(또는 제1 임피던스)를 얻는 시점 t2가 가까우면 가까울수록 더욱 정확한 생체 임피던스를 산출하는 것이 가능하다. 따라서 매우 짧은 시간 안에 생체 임피던스를 측정하는 것이 가능하다.
도 3은 접촉 임피던스와 제1 임피던스의 관계, 접촉 임피던스와 제2 임피던스와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서 참조번호 310은 접촉 임피던스를 나타내고, 참조번호 320은 제1 측정 모드의 제1 임피던스를 나타내고, 참조번호 330은 제2 측정 모드의 제2 임피던스를 나타낸다. 접촉 임피던스는 대상체의 땀의 분비 등으로 시간에 따라 점점 감소한다.
제1 측정 모드의 제1 임피던스의 관계식은 수학식 1로 나타난다. 접촉 임피던스에 따른 제1 임피던스의 변화는 수학식 1을 접촉 임피던스로 미분하여 구할 수 있다. 이를 수학식으로 표현하면 수학식 5와 같다.
Figure pat00041
수학식 5를 살펴보면, 제1 측정 모드에서 측정시
Figure pat00042
의 변화에 따른
Figure pat00043
의 변화율은 음수이다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이
Figure pat00044
(310)가 감소하면
Figure pat00045
(320)는 반대로 증가하게 된다.
또한,
Figure pat00046
및
Figure pat00047
가 무한대인 경우
Figure pat00048
의 변화에 무관하게 Z4P는 일정하나
Figure pat00049
및
Figure pat00050
가 유한한 경우
Figure pat00051
의 변화에 의해
Figure pat00052
도 변화하게 된다. 특히
Figure pat00053
및
Figure pat00054
의 병렬 임피던스 값이 작아질수록
Figure pat00055
의 변화에 따른
Figure pat00056
의 변화율은 더욱 커지게 된다.
제2 측정 모드의 제2 임피던스의 관계식은 수학식 2로 나타난다. 접촉 임피던스 RC의 변화에 따른 제2 임피던스의 변화는 수학식 2를 미분하여 구할 수 있고, 이는 수학식 6와 같다.
Figure pat00057
수학식 6을 살펴보면, 제2 측정 모드에서 측정시
Figure pat00058
의 변화에 따른
Figure pat00059
의 변화율은 양수이다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이
Figure pat00060
(310)가 감소하면
Figure pat00061
(330)도 감소하게 된다.
또한,
Figure pat00062
및
Figure pat00063
가 무한대인 경우
Figure pat00064
의 변화에 따른
Figure pat00065
의 변화율은 1이다. 따라서,
Figure pat00066
가 포화(saturation)되지 않으면
Figure pat00067
도 포화되지 않는다.
도 4는 생체 임피던스 측정 과정의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환되는 경우로서 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하면 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드 전환이 이루어지는 경우를 예시한다.
도 4에서 참조번호 410은 측정 임피던스를 나타내고, 참조번호 411은 제1 측정 모드 구간을 나타나고, 참조번호 412는 제2 측정 모드 구간을 나타낸다. 또한, 참조번호 413은 측정 모드 전환 구간을 나타낸다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 전압계(120)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과한 t1 시점에 대상체의 제1 전압(v(t1))을 측정하고, 프로세서(140)는 제1 전압(v(t1))을 기반으로 제1 임피던스(Z4P(t1))를 산출한다.
프로세서(140)는 t1 시점에 제1 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 측정 모드 전환부(130)는 제1 측정 모드 전환 신호에 따라 제1 전극(101)과 제3 전극(103)을 단락하고 제2 전극(102)과 제4 전극(104)를 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환한다.
프로세서(140)는 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 후 전압계(120)에서 측정되는 전압을 기반으로 측정 모드 전환 구간(413)의 측정 임피던스(410)를 모니터링하고 측정 모드 전환 완료 시점 t2를 판단한다. 즉, 프로세서(140)는 측정 모드 전환 시작 시점인 t1 시점부터 측정 모드 전환 구간(413)의 측정 임피던스(410)를 모니터링하고 측정 임피던스(410)의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점 t2를 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단한다. 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 시간의 흐름에 따라 접촉 임피던스는 감소하고, 그에 따라 제2 측정 모드의 제2 임피던스도 감소한다. 따라서, 측정 모드 전환 구간(413)의 측정 임피던스(410)가 감소하기 시작하는 시점 t2를 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
전압계(120)는 제2 측정 모드로 t2 시점에 대상체의 제2 전압(v(t2))을 측정하고, 프로세서(140)는 제2 전압(v(t2))을 기반으로 제2 임피던스(Z2P(t2))를 산출한다.
프로세서(140)는 제1 임피던스(Z4P(t1))와 제2 임피던스(Z2P(t2))를 기반으로 수학식 3을 이용하여 대상체의 생체 임피던스
Figure pat00068
을 산출한다.
도 5는 생체 임피던스 측정 과정의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환되는 경우로서 제2 측정 모드에서 측정된 제2 측정 임피던스가 제2 임계값 미만이면 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 측정 모드 전환이 이루어지는 경우를 예시한다. 여기서 제2 임계값은 생체 임피던스 측정 장치(100)의 다이나믹 레인지를 고려하여 설정될 수 있다.
도 5에서 참조번호 510은 측정 임피던스를 나타내고, 참조번호 511은 제2 측정 모드 구간을 나타나고, 참조번호 512는 제1 측정 모드 구간을 나타낸다. 또한, 참조번호 513은 측정 모드 전환 구간을 나타낸다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 전압계(120)는 제2 측정 모드에서 대상체의 제2 전압(V(t))을 측정하고, 프로세서(140)는 측정된 제2 전압((V(t))을 기반으로 측정 임피던스(제2 임피던스(Z2P(t))(510)를 모니터링하여 측정 임피던스(제2 임피던스(Z2P(t))(510)가 제2 임계값(Zth) 미만이 되는 시점 t1을 판단한다.
프로세서(140)는 t1 시점의 제2 임피던스((Z2P(t1))를 추출하고, t1 시점에 제2 측정 모드 전환 신호를 생성한다. 측정 모드 전환부(130)는 제2 측정 모드 전환 신호에 따라 단락된 제1 전극(101)과 제3 전극(103)을 개방하고 단락된 제2 전극(102)과 제4 전극(104)을 개방하여 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환한다.
프로세서(140)는 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 후 전압계(120)에서 측정되는 전압을 기반으로 측정 모드 전환 구간(513)의 측정 임피던스(510)를 모니터링하고 측정 모드 전환 완료 시점 t2를 판단한다. 즉, 프로세서(140)는 측정 모드 전환 시작 시점인 t1 시점부터 측정 모드 전환 구간(513)의 측정 임피던스(510)를 모니터링하고 측정 임피던스(510)의 변화가 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 시점 t2를 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단한다. 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이, 시간의 흐름에 따라 접촉 임피던스는 감소하고, 그에 따라 제1 측정 모드의 제1 임피던스는 증가한다. 따라서, 측정 모드 전환 구간(513)의 측정 임피던스(510)가 증가하기 시작하는 시점 t2를 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
전압계(120)는 제1 측정 모드로 t2 시점에 대상체의 제1 전압(v(t2))을 측정하고, 프로세서(140)는 제1 전압(v(t2))을 기반으로 제1 임피던스(Z4P(t2))를 산출한다.
프로세서(140)는 제2 임피던스(Z2P(t1))와 제1 임피던스(Z4P(t2))를 기반으로 수학식 4를 이용하여 대상체의 생체 임피던스(Zm)를 산출한다.
도 6은 생체 임피던스 측정 장치의 다른 실시예를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 4개의 전극(601 내지 604), 전류원(610), 전압계(620), 측정 모드 전환부(630), 프로세서(640), ADC(650) 및 제어부(660)을 포함할 수 있다. 여기서 4개의 전극(601 내지 604), 전류원(610), 전압계(620), 측정 모드 전환부(630) 및 프로세서(640)는 도 1의 4개의 전극(101 내지 104), 전류원(110), 전압계(120), 측정 모드 전환부(130) 및 프로세서(140)와 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
ADC(650)는 아날로그 신호로 입력된 전압을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
제어부(660)는 전류원(610), 전압계(620), 측정 모드 전환부(630) 및 프로세서(640)를 제어하여 생체 임피던스 산출을 반복 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(650)는 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 될 때까지 제1 전압 측정, 제1 임피던스 산출, 측정 모드 전환, 제2 전압 측정, 제2 임피던스 산출 및 생체 임피던스 산출을 반복 수행할 수 있도록 전류원(610), 전압계(620), 측정 모드 전환부(630) 및 프로세서(640)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(650)는 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 되면, 반복 수행을 중지하고 최후에 산출된 생체 임피던스를 대상체의 생체 임피던스로 결정할 수 있다.
도 7은 생체 임피던스 측정 과정의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 각 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하면 측정 모드 전환이 이루어지는 경우를 예시한다. 도 7은 설명의 편의를 위해 측정 모드 전환 구간에서의 측정 임피던스 변화를 직선으로 도시한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전압계(620)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과한 t1 시점에 대상체의 제1 전압(v(t1))을 측정하고, 프로세서(640)는 제1 전압(v(t1))을 기반으로 제1 임피던스(Z4P(t1))를 산출한다.
프로세서(640)는 t1 시점에 제1 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 측정 모드 전환부(630)는 제1 측정 모드 전환 신호에 따라 제1 전극(601)과 제3 전극(603)을 단락하고 제2 전극(602)과 제4 전극(604)를 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환한다.
프로세서(640)는 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 후 전압계(620)에서 측정되는 전압을 기반으로 측정 모드 전환 구간의 측정 임피던스를 모니터링하고 측정 모드 전환 완료 시점 t2를 판단한다. 즉, 프로세서(640)는 측정 모드 전환 시작 시점인 t1 시점부터 측정 모드 전환 구간의 측정 임피던스를 모니터링하고 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점 t2을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단한다.
전압계(620)는 제2 측정 모드로 t2 시점에 대상체의 제2 전압(v(t2))을 측정하고, 프로세서(640)는 제2 전압(v(t2))을 기반으로 제2 임피던스(Z2P(t2))를 산출한다.
프로세서(640)는 제1 임피던스(Z4P(t1))와 제2 임피던스(Z2P(t2))를 기반으로 수학식 3을 이용하여 대상체의 생체 임피던스(Zm1)를 산출한다.
프로세서(640)는 제어부(660)의 제어에 따라 제2 측정 모드에서 소정의 시간이 경과한 시점에 제2 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 측정 모드 전환부(630)는 제2 측정 모드 전환 신호에 따라 단락된 제1 전극(601)과 제3 전극(603)을 개방하고 단락된 제2 전극(602)과 제4 전극(604)를 개방하여 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환한다.
전압계(620)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과한 t3 시점에 대상체의 제1 전압(v(t3))을 측정하고, 프로세서(640)는 제1 전압(v(t3))을 기반으로 제1 임피던스(Z4P(t3))를 산출한다.
프로세서(640)는 t3 시점에 제1 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 측정 모드 전환부(630)는 제1 측정 모드 전환 신호에 따라 제1 전극(601)과 제3 전극(603)을 단락하고 제2 전극(602)과 제4 전극(604)를 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환한다.
프로세서(640)는 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 후 전압계(620)에서 측정되는 전압을 기반으로 측정 모드 전환 구간의 측정 임피던스를 모니터링하고 측정 모드 전환 완료 시점 t4를 판단한다. 즉, 프로세서(640)는 측정 모드 전환 시작 시점인 t3 시점부터 측정 모드 전환 구간의 측정 임피던스를 모니터링하고 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점 t4를 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단한다.
전압계(640)는 제2 측정 모드로 t4 시점에 대상체의 제2 전압(v(t4))을 측정하고, 프로세서(640)는 제2 전압(v(t4))을 기반으로 제2 임피던스(Z2P(t4))를 산출한다.
프로세서(640)는 제1 임피던스(Z4P(t3))와 제2 임피던스(Z2P(t4))를 기반으로 수학식 3을 이용하여 대상체의 생체 임피던스(Zm2)를 산출한다.
제어부(660)은 생체 임피던스(Zm2) 및 생체 임피던스(Zm1)의 차이가 소정의 임계값 이하인지를 판단한다.
생체 임피던스(Zm2) 및 생체 임피던스(Zm1)의 차이가 소정의 임계값 이하가 아니면, 프로세서(640)는 제어부(660)의 제어에 따라 제2 측정 모드에서 소정의 시간이 경과한 시점에 제2 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 측정 모드 전환부(630)는 제2 측정 모드 전환 신호에 따라 단락된 제1 전극(601)과 제3 전극(603)을 개방하고 단락된 제2 전극(602)과 제4 전극(604)를 개방하여 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환한다.
전압계(620)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과한 t5 시점에 대상체의 제1 전압(v(t5))을 측정하고, 프로세서(640)는 제1 전압(v(t5))을 기반으로 제1 임피던스(Z4P(t5))를 산출한다.
프로세서(640)는 t5 시점에 제1 측정 모드 전환 신호를 생성하고, 측정 모드 전환부(630)는 제1 측정 모드 전환 신호에 따라 제1 전극(601)과 제3 전극(603)을 단락하고 제2 전극(602)과 제4 전극(604)를 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환한다.
프로세서(640)는 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 후 전압계(620)에서 측정되는 전압을 기반으로 측정 모드 전환 구간의 측정 임피던스를 모니터링하고 측정 모드 전환 완료 시점 t6을 판단한다. 즉, 프로세서(640)는 측정 모드 전환 시작 시점인 t5 시점부터 측정 모드 전환 구간의 측정 임피던스를 모니터링하고 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점 t6를 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단한다.
전압계(640)는 제2 측정 모드로 t6 시점에 대상체의 제2 전압(v(t6))을 측정하고, 프로세서(640)는 제2 전압(v(t6))을 기반으로 제2 임피던스(Z2P(t6))를 산출한다.
프로세서(640)는 제1 임피던스(Z4P(t5))와 제2 임피던스(Z2P(t6))를 기반으로 수학식 3을 이용하여 대상체의 생체 임피던스(Zm3)를 산출한다.
제어부(660)은 생체 임피던스(Zm3) 및 생체 임피던스(Zm2)의 차이가 소정의 임계값 이하인지를 판단하고, 생체 임피던스(Zm3) 및 생체 임피던스(Zm2)의 차이가 소정의 임계값 이하이면, 생체 임피던스(Zm3)를 대상체의 생체 임피던스로 결정한다.
도 8은 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 8의 생체 임피던스 측정 방법은 도 1의 생체 임피던스 측정 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스를 산출한다(810). 예를 들어, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)을 통하여 대상체에 인가된 전류로 인하여, 제3 전극(103) 및 제4 전극(104)에 걸리는 대상체의 제1 전압을 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드 전환 시작 직전에 측정하고. 측정된 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 전압을 기반으로 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스를 산출할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드를 전환한다(820). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하거나 제1 임피던스가 제1 임계값을 초과하면, 제1 전극(101) 및 제3 전극(103)을 단락하고 제2 전극(102) 및 제4 전극(104)을 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드를 전환할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 산출한다(830). 예를 들어, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하고, 제3 전극(103)과 단락된 제1 전극(101) 및 제4 전극(104)과 단락된 제2 전극(102)을 통해 대상체에 인가된 전류로 인하여, 제1 전극(101)과 단락된 제3 전극(103) 및 제2 전극(102)과 단락된 제4 전극(104)에 걸리는 대상체의 제2 전압을 측정 모드 전환 완료 직후에 측정하고. 측정된 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 전압을 기반으로 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 산출할 수 있다.
이때, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 측정 모드 전환 시작 후 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스의 변화를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다. 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 측정 모드 전환 시작 후 측정 임피던스를 모니터링하고, 측정 임피던스의 미분값의 부호가 변화하는 시점(예컨대, 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점)을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스, 및 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 임피던스를 산출한다(840). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스 및 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 기반으로 수학식 3을 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 산출할 수 있다.
도 9는 생체 임피던스 측정 방법의 다른 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 9의 생체 임피던스 측정 방법은 도 1의 생체 임피던스 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 측정 모드의 제2 임피던스를 모니터링한다(910). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제3 전극(103)과 단락된 제1 전극(101) 및 제4 전극(104)과 단락된 제2 전극(102)을 통하여 대상체에 인가된 전류로 인하여, 제1 전극(101)과 단락된 제3 전극(103) 및 제2 전극(102)과 단락된 제4 전극(104)에 걸리는 대상체의 제1 전압을 측정하고 측정된 제1 전압을 기반으로 제2 측정 모드의 제2 임피던스를 모니터링할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 임피던스가 제2 임계값 미만인지를 판단하고(920), 제2 임피던스가 제2 임계값 이상이면 단계 910으로 돌아가 제2 측정 모드의 제2 임피던스를 모니터링한다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 임피던스가 제2 임계값 미만이면, 그때의 제2 임피던스를 측정 모드 전환 시작 직전의 제2 임피던스로 추출한다(930).
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 측정 모드를 전환한다(940). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 단락된 제1 전극(101) 및 제3 전극(103)을 개방하고 단락된 제2 전극(102) 및 제4 전극(104)을 개방하여 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 측정 모드를 전환할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 산출한다(950). 예를 들어, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하고, 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)을 통해 대상체에 인가된 전류로 인하여, 제3 전극(103) 및 제4 전극(104)에 걸리는 대상체의 제1 전압을 측정 모드 전환 완료 직후에 측정하고. 측정된 측정 모드 전환 완료 직후의 제1 전압을 기반으로 측정 모드 전환 완료 직후의 제1 임피던스를 산출할 수 있다.
이때, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 측정 모드 전환 시작 후 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스의 변화를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다. 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 측정 모드 전환 시작 후 측정 임피던스를 모니터링하고, 측정 임피던스의 미분값의 부호가 변화하는 시점(예컨대, 측정 임피던스의 변화가 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 시점)을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(100)는 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전의 제2 임피던스, 및 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후의 제1 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 임피던스를 산출한다(960). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(100)는 측정 모드 전환 시작 직전의 제2 임피던스 및 측정 모드 전환 완료 직후의 제1 임피던스를 기반으로 수학식 4를 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 산출할 수 있다.
도 10은 생체 임피던스 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도 10의 생체 임피던스 측정 방법은 도 6의 생체 임피던스 측정 장치(600)에 의해 수행될 수 있다.
도 6 및 도 10을 참조하면, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스를 산출한다(1010). 예를 들어, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)을 통하여 대상체에 인가된 전류로 인하여, 제3 전극(103) 및 제4 전극(104)에 걸리는 대상체의 제1 전압을 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전에 측정하고. 측정된 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 전압을 기반으로 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스를 산출할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드를 전환한다(1020). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하거나 제1 임피던스가 제1 임계값을 초과하면, 제1 전극(101) 및 제3 전극(103)을 단락하고 제2 전극(102) 및 제4 전극(104)을 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 측정 모드를 전환할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 산출한다(1030). 예를 들어, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하고, 제3 전극(103)과 단락된 제1 전극(101) 및 제4 전극(104)과 단락된 제2 전극(102)을 통해 대상체에 인가된 전류로 인하여, 제1 전극(101)과 단락된 제3 전극(103) 및 제2 전극(102)과 단락된 제4 전극(104)에 걸리는 대상체의 제2 전압을 측정 모드 전환 완료 직후에 측정하고. 측정된 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 전압을 기반으로 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 산출할 수 있다.
이때, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 측정 모드 전환 시작 후 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스의 변화를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단할 수 있다. 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 측정 모드 전환 시작 후 측정 임피던스를 모니터링하고, 측정 임피던스의 미분값의 부호가 변화하는 시점(예컨대, 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점)을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(600)는 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스, 및 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 임피던스를 산출한다(1040). 예컨대, 생체 임피던스 측정 장치(600)는 측정 모드 전환 시작 직전의 제1 임피던스 및 측정 모드 전환 완료 직후의 제2 임피던스를 기반으로 수학식 3을 이용하여 대상체의 생체 임피던스를 산출할 수 있다.
생체 임피던스 측정 장치(600)는 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스를 비교하여 그 차이가 소정의 임계값 이하가 되는지 여부를 판단한다(1050).
생체 임피던스 측정 장치(600)는 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값을 초과하면, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 측정 모드를 전환하고(1060), 단계 1010으로 돌아가 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 직전의 제1 임피던스를 산출한다(1010). 즉, 생체 임피던스 측정 장치(500)는 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 될 때까지 단계 1010 내지 단계 1060을 반복 수행한다.
생체 임피던스 측정 장치(600)는 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하이면, 산출된 생체 임피던스를 대상체의 생체 임피던스로 결정하고 동작을 종료한다.
도 11은 생체 정보 측정 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
생체 정보 측정 장치(1100)는 전자 장치에 탑재될 수 있다. 이때 전자 장치는 휴대폰, 스파트폰, 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 11을 참조하면, 생체 정보 측정 장치(1100)는 생체 임피던스 측정부(1110) 및 생체 정보 추정부(1120)를 포함할 수 있다.
생체 임피던스 측정부(1110)는 대상체의 생체 임피던스를 측정할 수 있는 장치로, 도 1 내지 도 10을 참조하여 전술한 생체 임피던스 측정 장치(100, 600)과 같으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
생체 정보 추정부(1120)는 생체 임피던스 측정부(1110)에 의해 측정된 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 여기서 생체 정보는 체지방률, 체지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생체 정보 추정부(1120)는 생체 정보 산출식을 이용하여 대상체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보 산출식은 생체 임피던스 및 신체 정보와, 생체 정보와의 관계를 정의한 것으로 실험적으로 미리 도출될 수 있다. 이때, 신체 정보는 성별, 나이, 키, 몸무게 등을 포함할 수 있다.
도 12는 생체 정보 측정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다. 도 12의 생체 정보 측정 방법은 도 11의 생체 정보 측정 장치(1100)에 의해 수행될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 생체 정보 측정 장치(1100)는 대상체의 생체 임피던스를 측정할 수 있다(1210).
생체 정보 측정 장치(1100)는 측정된 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 대상체의 생체 정보를 추정할 수 있다(1220). 여기서 생체 정보는 체지방률, 체지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 생체 정보 측정 장치(1100)는 생체 정보 산출식을 이용하여 대상체의 생체 정보를 추정할 수 있다. 이때, 생체 정보 산출식은 생체 임피던스 및 신체 정보와, 생체 정보와의 관계를 정의한 것으로 실험적으로 미리 도출될 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, 600: 생체 임피던스 측정 장치
110, 610: 전류원
120, 620: 전압계
130, 630: 측정 모드 전환부
140, 640: 프로세서
101, 601: 제1 전극
102, 602: 제2 전극
103, 603: 제3 전극
104, 604: 제4 전극
650: ADC
660: 제어부

Claims (27)

  1. 제1 전극; 제2 전극; 제3 전극; 제4 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원;
    상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계;
    측정 모드 전환 신호에 따라, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부; 및
    측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서; 를 포함하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고,
    상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정 모드 전환부는,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극을 단락하고 상기 제2 전극과 상기 제4 전극을 단락하여, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하면 상기 측정 모드 전환 신호를 생성하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 측정 모드의 제1 임피던스가 소정의 제1 임계값을 초과하면 상기 측정 모드 전환 신호를 생성하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는,
    셍체 임피던스 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 측정 모드에서 상기 제2 측정 모드로 전환 시작 후에 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 될 때까지 제1 전압 측정, 제1 임피던스 산출, 측정 모드 전환, 제2 전압 측정, 제2 임피던스 산출, 및 생체 임피던스 산출을 반복 수행할 수 있도록 상기 전압계, 측정 모드 전환부 및 프로세서를 제어하는 제어부; 를 더 포함하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 되면, 상기 산출된 생체 임피던스를 대상체의 생체 임피던스로 결정하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  11. 제1 전극; 제2 전극; 제3 전극; 제4 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원;
    상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계;
    측정 모드 전환 신호에 따라, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부; 및
    측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 제2 임피던스 및 제1 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서; 를 포함하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고,
    상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 측정 모드 전환부는,
    단락된 제1 전극과 상기 제3 전극을 개방하고 단락된 제2 전극과 제4 전극을 개방하여, 제2 측정 모드에서 제1 측정 모드로 전환하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 측정 모드의 제2 임피던스가 소정의 제2 임계값 미만이면 상기 측정 모드 전환 신호를 생성하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 임계값은,
    생체 임피던스 측정 장치의 다이나믹 레인지를 고려하여 설정되는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제2 측정 모드에서 상기 제1 측정 모드로 전환 시작 후에 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정 임피던스의 변화가 음(-)에서 양(+)으로 변화하는 시점을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단하는,
    생체 임피던스 측정 장치.
  18. 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 대상체의 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하는 단계;
    제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계;
    제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 대상체의 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하는 단계; 및
    상기 제1 임피던스 및 상기 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 단계; 를 포함하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 측정 모드는 4개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 4-포인트 측정 방식을 이용하고,
    상기 제2 측정 모드는 2개의 전극을 사용하여 임피던스를 측정하는 2-포인트 측정 방식을 이용하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계는,
    제1 전극 및 제3 전극을 단락하고 제2 전극 및 제4 전극을 단락하여 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계는,
    상기 제1 측정 모드에서 소정의 시간이 경과하거나 상기 제1 측정 모드의 제1 임피던스가 소정의 제1 임계값을 초과하면, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 제2 임피던스를 산출하는 단계는,
    제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로의 전환 시작 후 측정되는 전압을 기반으로 측정 임피던스를 모니터링하여 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는 단계; 를 포함하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 측정 모드 전환 완료 시점을 판단하는 단계는,
    상기 측정 임피던스의 변화가 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시점을 측정 모드 전환 완료 시점으로 판단하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 산출된 생체 임피던스와 직전에 산출된 생체 임피던스의 차이가 소정의 임계값 이하가 될때까지 상기 제1 임피던스를 산출하는 단계, 상기 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 단계, 상기 제2 임피던스를 산출하는 단계, 및 상기 생체 임피던스를 산출하는 단계를 반복 수행하는 단계; 를 더 포함하는,
    생체 임피던스 측정 방법.
  25. 대상체의 생체 임피던스를 측정하는 생체 임피던스 측정부; 및
    상기 측정된 대상체의 생체 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 정보를 추정하는 생체 정보 추정부; 를 포함하고,
    상기 생체 임피던스 측정부는,
    제1 전극; 제2 전극; 제3 전극; 제4 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 통해 대상체에 정전류를 인가하는 전류원;
    상기 대상체에 인가된 정전류로 인하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 걸리는 전압을 측정하는 전압계;
    측정 모드 전환 신호에 따라, 제1 측정 모드에서 제2 측정 모드로 전환하는 측정 모드 전환부; 및
    측정 모드 전환 시작 직전에 측정된 제1 전압을 기반으로 제1 임피던스를 산출하고, 측정 모드 전환 완료 직후에 측정된 제2 전압을 기반으로 제2 임피던스를 산출하고, 제1 임피던스 및 제2 임피던스를 기반으로 상기 대상체의 생체 임피던스를 산출하는 프로세서; 를 포함하는,
    생체 정보 측정 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 생체 정보는,
    체지방률, 체지방량, 근육량, 골격근량, 기초대사량, 세포내수분량, 세포외수분량, 체수분량, 무기질량, 내장지방량 중 적어도 하나를 포함하는,
    생체 정보 측정 장치.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 생체 정보 추정부는,
    대상체의 생체 임피던스와 상기 생체 정보간의 관계를 정의한 생체 정보 산출식을 이용하는,
    생체 정보 측정 장치.
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