KR20050050992A - 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정기 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부위별 생체전기 임피던스 체지방측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신체부위의 피하지방의 두께를 별도로 측정하고, 측정된 피하지방 두께를 연산에 이용하여 신체부위별 체지방을 보다 정확하게 측정하는 부위별 생체전기 체지방측정기에 관한 것이다.

본 발명의 생체전기 임피던스측정기는 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성되어 생체 전기 임피던스를 이용하여 신체 부위별로 체지방을 측정하는 측정기에 있어서, 상기 신체 부위 중 어느 한군데 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 피하지방 측정계(40);와 측정된 피하지방두께가 추가로 상기 중앙제어장치에 입력되는 피하지방입력부;와 피하지방두께를 이용하여 연산된 신체 부위별 체지방량을 출력하는 출력부;로 구성된다.

Description

신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정기 및 측정방법 {Apparatus And Method For Measuring Segmental Body Fat Using Bioelectrical Impedance}

본 발명은 부위별 생체전기 임피던스 체지방측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신체부위의 피하지방의 두께를 별도로 측정하고, 측정된 피하지방 두께를 연산에 이용하여 신체부위별 체지방을 보다 정확하게 측정하는 부위별 생체전기 체지방측정기에 관한 것이다.

인체를 구성하는 성분은 크게 물, 단백질, 뼈(무기질) 및 지방으로 구분될 수 있으며, 이들 성분을 정량적으로 측정하는 것을 체성분 분석이라 한다. 체성분 분석은 피검자의 건강 상태를 점검하는데 있어 가장 기본적이고 필수적인 정보를 제공하는 검사로서 많이 이용되고 있으며, 대표적으로 비만, 골다공증, 영양불량, 부종 등의 질환 및 증상을 판별하는데 효과적이다. 특히 현대인의 경우, 바쁜 일상과 서구식 식습관으로 인하여 성인병과 같은 비만관련 질환이 크게 대두되고 있는데, 체성분 분석은 체중에서 체지방이 차지하는 비율을 제시함으로써 비만을 정확진단하며 또한 이의 치료에 필수적으로 활용된다. 인체 성분 중 체지방을 제외한 성분을 제지방량(FFM; Fat Free Mass)이라 하는데, 근육이 많은 비중을 차지하고 있다. 따라서 제지방량을 통해 피검자의 근육 발달 수준, 암 환자나 소모성 질환자의 영양 상태, 질환의 진행 속도, 치료 효과 등을 진단할 수 있다.

이러한 체성분 분석에는 수중체밀도법, 피지후법, 근적외선법 등 여러 가지 방법이 활용되고 있으나, 가장 널리 사용되는 방법으로 생체전기 임피던스 방법(BIA; Bioelectrical Impedance Analysis)이 있다. 생체전기 임피던스 방법은 인체 내부로 약한 교류 전기를 흘려주어 인체의 전기 저항(impedance) 또는 전기 전도도를 측정하고 이를 체중 및 신장 측정치와 함께 계산하여 체액의 양(수분량), 세포내외의 수분 균형도, 제지방량, 체지방량 등을 산출하는 방법이다.

생체전기 임피던스 방법은 인체 내에서 전류가 수분을 통해 흐른다는 사실을 기본으로 한다. 제지방은 약 73%의 수분을 함유하고 있어서 전기적으로 도체에 해당된다. 전류가 통과하는 도체의 부피(V)는 단면이 일정하다고 가정하면 도체의 길이(L)와 임피던스(Z)는 다음과 같은 관계를 갖는다.

V ∝ L²/Z (Ⅰ)

따라서 일정비율의 수분을 함유하는 제지방량(FFM)은 신장(H_O)과 생체임피던스(Z)에 따라 다음 식으로 표현할 수 있다.

FFM ∝ H_O ²/Z (Ⅱ)

이러한 원리에 의해, 피검자의 신장을 측정하고 전신에 대한 전기적 저항, 즉 임피던스를 측정하면 피검자의 제지방량을 산출할 수 있다. 체내 수분의 함량은 제지방량과 일정한 비율을 유지하고 있으므로 마찬가지 방식으로 측정할 수 있으며, 근육량 또한 제지방량과 관련이 높아 같은 원리로 측정할 수 있다.

반면, 지방은 수분을 거의 함유하고 있지 않아서 전기적으로 부도체에 해당한다. 따라서 이러한 지방성분은 제지방과 달리 생체전기 임피던스 방법이 직접 측정할 수 있는 성분이 아니다. 그러나 체지방량과 제지방량의 합은 곧 체중에 해당하므로 체중을 측정하고 상기와 같이 제지방량을 측정하면 두 값의 차이로부터 체지방의 양을 산출할 수 있다. 한편 부위별 측정은 피검자의 부위별 근육 발달 수준을 판단할 수 있는 정보를 제공하므로, 부위별 운동의 효과나 좌우 균형 상태, 상하체의 발달 정도, 재활 치료의 효과 등을 확인하는데 매우 유용하다. 이는 전신에 대한 체성분분석과 마찬가지로 부위별 임피던스를 측정하여 팔, 다리, 몸통 등 신체 부위별 분석이 가능하다. 부위별 제지방량(FFM_i)은 신장과 부위별임피던스(Z_i)에 따라 식으로 표현하면 다음과 같다.

FFM_i (혹은 부위별 근육량) ∝ H_O ²/Z_i (Ⅲ)

상기 수식에서 이론대로라면 신장 대신에 각 부위의 실제 길이가 적용되어야 하나, 측정의 편리함을 고려하여 이를 신장의 측정치로 대체하여도 정확도면에서 큰 차이가 없다. 즉 사람은 대체로 신장에 따라 일정한 비율의 팔, 다리, 몸통 길이를 갖고 있기 때문으로, 상용화된 체성분 분석기는 일반적으로 이러한 가정을 채택하고 있다.

부위별 임피던스를 측정하는 기술에는 양 손과 양 발에 각각 2개의 전극을 설치하여 총 8개의 전극을 통해 인체 말단간 임피던스를 측정하여 산출하는 방법이 있다. 일반적으로는 손과 손, 발과 발, 왼손과 왼발, 오른손과 오른발, 왼손과 오른발(대각방향), 오른손과 왼발(대각방향) 사이에서 말단간 임피던스를 측정하여 인체 다섯 부위에 대한 임피던스 값을 연립방정식을 통해 산출하는 방법이 사용되고 있다.

<표 : 인체 부위별 임피던스의 측정>

	사용 전극	측정 부위
측정 1	왼손, 오른손	왼팔 + 오른팔
측정 2	왼발, 오른발	왼다리 + 오른다리
측정 3	왼손, 왼발	왼팔 + 몸통 + 왼다리
측정 4	오른손, 오른발	오른팔 + 몸통 + 오른다리
측정 5	왼손, 오른발	왼팔 + 몸통 + 오른다리
측정 6	오른손, 왼발	오른팔 + 몸통 + 왼다리

즉, 표에서 나타난 것처럼 다수의 부위를 포함하는 서로 다른 인체 말단 간에서 5회 또는 6회의 임피던스 측정을 실시한 후, 연립방정식을 통해 다섯 부위의 임피던스 수치를 구분하여 산출하는 것이다. 그러나 이러한 방식은 매 측정 시 발생하는 측정 오차가 연립방정식의 해법과정에서 팔, 다리에 비해 매우 작은 임피던스 수치를 갖는 몸통 부위에도 균일하게 적용된다는 문제가 있다. 몸통은 전신에서 양적으로 매우 큰 부분을 차지하는 부위로, 몸통부위에서의 오차는 전체 체성분 분석의 정확도를 저해하는 요인이 된다.

본 발명의 제안자는 이러한 종래의 부위별 측정법의 단점을 개선하여 각 부위를 직접 측정할 수 있는 부위별 측정 방식을 발명한 바 있다(한국특허 제10-0161602호, 미국특허 US 5,720,296). 도 1은 상기 방법에 따른 인체의 모형화를 도시한 것으로 이는 부위별 임피던스를 방정식을 통해 간접적으로 산출하는 것이 아니라 매 측정 시 각 부위별 임피던스를 직접 측정할 수 있는 것이다. 일반적으로 임피던스를 측정하는 방법은 알고 있는 크기의 전류를 흘려주고 원하는 부위에서 전압을 측정하여 옴의 법칙에 의하여 임피던스를 구하게 되는데 이러한 장치는 전극(1~8)과 임피던스측정회로, 전자스위치, 앰프, A/D변환기 및 중앙제어부로 구성된다. 종래의 부위별 측정은 이러한 전류의 전극과 전압의 전극이 항상 동일한 말단 부위에 위치하였으나 제안된 방법에서 전극의 배치가 측정 부위에 따라 자유롭게 설정된다.

가령, 오른팔의 임피던스(Z_ra)를 측정하기 위하여 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류단자에 연결되고, 오른손의 다른 전극(2)과 왼손 전극(4)은 전압단자에 연결되어 전류가 흐르는 부위와 전압 측정이 이루어 지는 부위가 동시에 존재하는 오른팔 부위에서의 임피던스 측정이 가능하다. 몸통의 임피던스(Z_t)를 측정하기 위하여 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류단자에 연결되고, 왼손 전극(4)과 왼발 전극(8)은 전압단자에 연결된다. 오른다리 임피던스(Z_rl)의 경우, 오른손 전극(1)과 오른발 전극(5)은 전류 단자에 연결되고, 오른발의 다른 전극(6)과 왼발 전극(8)은 전압 단자에 연결된다. 왼팔과 왼다리는 각각 상기 오른팔과 오른다리의 임피던스 측정과 좌우를 바꾸어 측정 가능하다. 이러한 방법은 기본적으로 전압 강하가 실제 전류가 흐르는 곳에서만 발생한다는 이론을 근거로 하고 있다. 이러한 부위별 임피던스 측정 방법은 연립방정식의 해법 과정에서 발생하는 불필요한 오차의 전파가 일어나지 않으며, 원하는 부위만을 별도로 직접 측정함으로써 호흡, 심장박동 등으로 상대적으로 측정이 어려운 몸통 부위도 중점을 두고 정밀하게 측정할 수 있다.

한편 복부 내장지방이나 피하지방과 같은 몸통부위의 체성분측정을 위한 방법이 일본국 특허출원99-164633호 혹은 특허출원99-164634호에 기재되어 있다. 이는 복부내장지방과 복부피하지방의 양을 산출하기 위해 복부둘레와 복부피하지방의 두께를 직접측정하는 것이다. 지방의 총량은 내장지방 및 전체 복부지방과 상관관계가 있다는 사실에 기초하여 둘레 및 피하지방의 직접적인 측정으로부터 복부지방의 분포를 산출하는 것이다. 다시 말해서, 생체임피던스 측정으로부터 지방총량을 얻고 복부지방면적과 지방총량과의 상관관계를 이용해 복부지방면적을 산출한 것이다. 비록 상기 출원이 임피던스측정에 있어 피하지방의 두께와 둘레를 직접 측정하여 복부지방의 분포를 구했다고는 하나 이는 단지 복부와 전체 체지방에서의 상관관계를 이용한 것으로서 부위별 체지방분포를 구하는 것은 아니다.

한편 생체전기 임피던스방법에 있어서, 전체 총량에서 제지방량을 제하는 방식으로 구하게 되는 체지방량은 각 부위의 무게를 개별적으로 산출할 수 없기 때문에 부위별 측정이 원리적으로 불가능하다. 다만, 성별이나 연령 등을 고려하면 피검자의 체중 혹은 신장으로부터 피검자의 대체적인 체형, 체격을 예측할 수 있기 때문에, 부위별 임피던스 측정치에 이러한 경험적이고 통계적인 예측값을 포함하여 대략적인 부위별 체지방량을 추정하는 방식이 사용되기도 한다. 상기한 부위별 임피던스 측정에 의해 피검자의 내부 체형, 즉 제지방의 분포를 확인할 수 있으며, 여기에 체지방의 총량 및 성별, 연령에 따른 체지방의 분포가 대체적인 경향을 갖고 있다는 사실로부터 피검자의 대략적인 부위별 체지방 분포를 추정할 수 있다. 그러나 상기 통계적인 예측값 또한 개별 피검자에겐 정확한 값이 아니어서 측정된 부위별 체지방량에 있어서 많은 오차를 포함하는 경우가 적지 않다.

본 발명은 상기한 부위별 체지방량 측정의 부정확함과 한계를 극복하기 위해 제안된 방법으로서, 본 발명의 목적은 체성분 분석기에 피지후계(혹은 피하지방측정계라고 함)등에 의한 피하지방 측정을 추가하여 부위별 체지방량 측정을 보다 정확하게 하고 또한 신체의 둘레를 계산하여 체형을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 부위별로 체지방량을 측정함에 있어서 몸통 이나 다리 등의 특정부위의 피하지방을 직접측정하는 방식을 추가하여 종래의 생체임피던스 방식에 의한 부위별 지방분포의 측정을 보다 정밀하게 하는 데 있다.

본 발명은 종래의 임피던스방식에 의한 부위별 체지방측정에 상완위 등과 같이 특정한 부위에서 피하지방의 두께를 추가적으로 측정함으로써 전체적인 체지방 분포를 훨씬 정밀하게 예측할 수 있다는 점에서 착안하게 되었다. 피하지방은 대체로 제지방 성분을 일정하게 둘러싸듯이 분포하고 있기 때문에 피하지방의 측정은 특히 팔, 다리 등과 같은 부위에서 부위별 체지방 분포를 예측하고 부위별 신체둘레를 계산하여 체형에 대한 정확한 정보를 제공한다.

상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에서는, 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성되어 생체 전기 임피던스를 이용하여 신체 부위별로 체지방을 측정하는 측정기에 있어서,

상기 신체 부위 중 어느 한군데 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 피하지방 측정계(40);와 측정된 피하지방두께가 추가로 상기 중앙제어부(22)에 입력되는 피하지방입력부;와 피하지방두께를 이용하여 연산된 신체 부위별 체지방량을 출력하는 출력부(11);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정기를 제안한다.

또한 본 발명의 일실시예에서는, 상기 피하지방측정을 위한 신체부위는 상완위, 다리, 복부 중 어느 한 곳 이상인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 일실시예에서는, 상기 피하지방의 측정은 전자식 피지후계 혹은 근적외선법를 적용한 피지후계를 이용하고 측정 데이터가 자동으로 입력되는 것을 특징으로 하는 생체 전기 임피던스 체지방 측정기를 제안한다.

또한 본 발명의 일실시예에서는, 상기 피하지방측정계는 체지방측정기의 본체부와 분리 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 생체전기 임피던스 체지방 측정기를 제안한다.

또한 본 발명의 일실시예에서는, 상기 출력부에는 연산된 신체부위별 둘레가 포함되어 출력되는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정기를 제안한다.

본 발명에 따른 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정방법은, 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성된 생체 전기 임피던스측정기를 이용하여 신체 부위별 제지방량을 측정하는 단계;와

신체 부위의 어느 한 부분 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 단계;와

피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 상기 제지방량으로부터 피하지방의 두께가 연산되는 단계;를 포함한다.

또한 본 발명의 신체둘레를 측정하기 위한 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정방법은, 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성된 생체 전기 임피던스측정기를 이용하여 신체 부위별 제지방량을 측정하는 단계;와

신체 부위의 어느 한 부분 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 단계;와

피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 상기 제지방량으로부터 피하지방의 두께가 연산되는 단계;와

부위별 피하지방의 두께와 제지방량으로부터 부위별 신체둘레가 연산되는 단계;를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체예에 대하여 하기와 같이 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 생체전기 임피던스 체지방 측정장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이고 도3에서는 본 발명에 따른 생체전기 임피던스 체지방 측정장치의 구체예를 도시한 것이다. 임피던스의 측정은 일반적인 방법과 같이 손과 발에 접촉하는 전극(31~38)과 전류인가회로와 전압인가 회로로 구성되는 임피던스측정회로(19), 신체의 측정대상부위를 선택하는 전자스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측데이타 등의 정보를 입력하는 키패드를 통한 입력부(12), 측정상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중측정부(16), 앰프(20,23,24), A/D변환기(21)과 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성된다. 도3에서는 본체(30)와 국소부위에서 피하지방의 두께를 측정하는 피지후계(skin-fold calipers:40)가 나타나 있는데 피지후계는 피하지방의 두께를 측정하기 위해 사용되는 원형 자(scale)로서, 피지후계를 이용한 체지방 측정(피지후법; skin-fold thickness)이나 영양상태 판별 등에 널리 이용되고 있다. 본 발명에 의한 생체임피던스 측정을 위해 피검자는 임피던스를 측정하기 전에 성별, 연령, 신장 등과 같은 피검자의 정보를 입력한다. 신장과 같이 계측이 가능한 정보는 초음파 신장계 혹은 변위측정계와 같은 별도의 측정도구로 자동 입력될 수 있도록 할 수 있다. 또한 성별, 연령과 같은 개인 정보는 피검자의 건강이력이 입력된 개인카드(미도시)의 데이타를 체성분 분석기에서 읽도록 할 수 있다. 이와 같은 입력장치는 당해 업계의 종사자라면 필요에 따라 다양한 변형실시가 가능할 것이나 이는 본 발명의 범주에 있는 것이다.

각종 입력과정이 수행되고 난 후 피검자는 양손으로 손잡이에 구성된 왼손전극(32,33)과 오른손전극(31,34)을 잡고 바닥에 구성된 우측발전극(35,36)과 좌측발전극(37,38)에 위에 올라서면 발전극 하부에 하중센서(미도시)가 있어 피측정자의 하중을 측정할 수 있다. 임피던스측정을 위해 알고 있는 크기의 전류를 흘려주고 원하는 부위에서 전압을 측정하여 옴의 법칙에 의하여 임피던스를 구하게 되는데 전극(31~38)과 임피던스측정회로(19), 전자스위치(18), 앰프(20,23 및 24), A/D변환기(21) 및 중앙제어부(22)로 구성된 장치에서 수행된다. 종래의 부위별 측정은 이러한 전류의 전극과 전압의 전극이 항상 같은 부위에 위치하였으나 제안된 방법에서 전극의 배치가 측정 부위에 따라 자유롭게 설정된다. 원하는 부위만을 별도로 직접 측정함으로써 앞서 설명한 바와 같이 기존의 연립방정식에 의한 오차를 감소한다.

한편 피지후계를 이용하여 피하지방의 두께를 측정하는 방법은 도4a와 도4b에서 보듯이 측정자가 피검자의 특정 부위에서 피부를 살짝 꼬집어 올려 피하지방(50)이 두 겹으로 겹쳐지도록 한 후 그 두께를 재는 방식이다. 피하지방을 잡는 방법은 근육과 근막을 제외한 표피와 피하지방만 잡히도록하여 손가락 위치에서 약 1cm 떨어진 부위에서 피지후계로 측정하고, 피지후계의 눈금을 읽는다. 이는 피하지방의 두께를 실제로 직접 재는 방식이기 때문에 측정 부위에서의 피하지방 두께를 정확히 알 수 있다. 이렇게 측정된 피하지방의 두께를 중앙제어부로 입력하기 위한 입력부는 키패드 등의 입력장치를 통해 체성분 분석기에 입력시키거나, 혹은 도3과 같이 연결단자(42)를 통해 전자식 피지후계를 직접 체성분 분석기와 연결하여 자동으로 측정치가 중앙제어부로 전송되도록 할 수 있다.

피하지방의 두께를 측정하는 방법으로는 피지후계 이외에 근적외선이나 초음파를 이용하는 방법이 있으며 이는 피하지방의 두께를 측정하여 수동 혹은 자동으로 체성분 분석기에 입력시킴으로써 부위별 체지방 분포를 측정할 수 있다.

또한 상기 피지후계는 생체전기임피던스 체지방측정기의 본체(30)의 일측에 연결단자를 구성하여 본체와 분리 가능하도록 형성하는 것이 바람직하다. 피지후계측정치의 전송을 위한 연결단자(42)는 상기와 같이 본체일측에 별도로 구성하는 것도 가능하지만 기존에 이미 설치되어 있는 프린터 연결포트(Parallel;IEEE1284), RS232C, USB 등 각종 연결포트를 통해 전송하는 것도 가능한다.

몸 전체에 포함되어 있는 수분의 양(TBW)은 각 부위별 수분량을 합한 것으로 하기 식(Ⅳ)으로 표시된다.

TBW = a₁H_o ²/Z_ra + a₂H_o ²/Z _la+ a₃H_o ²/Z_t + a₄H_o ²/Z_ra + a₅H_o ²/Z_la (Ⅳ)

여기에서 ra는 오른팔, la는 왼팔, t는 몸통, rl은 오른다리, ll은 왼다리를 표기한 것이며 a₁, a₂, a₃, a₄, a₅는 식(Ⅳ)을 최적으로 만족시키는 상수로 회기 분석법에 의하여 결정된다. 상기 식(Ⅳ)은 중앙제어부(22)에 프로그램으로 내장되어 있다. 인체의 구성성분 중에서 체지방은 수분의 함량이 극히 적기 때문에 체지방 내에 존재하는 수분의 양은 무시되고 제지방량성분은 약 73% 수분을 포함하기 때문에 제지방량(FFM)은 수분의 양에서 0.73을 나누어 주면 된다.

부위별 근육량(Segmental Lean Mass; SLM)을 구하기 위해서는 아래와 같은 공식을 사용한다.

SLM_ra = b_1ra×Z_ra+ b_2ra×W_o+ b_3ra×H _o+ b_4ra

SLM_la = b_1la×Z_la+ b_2la×W_o+ b_3la×H _o+ b_4la

SLM_t = b_1t×Z_t+ b_2t×W_o+ b_3t×H_o + b_4t (Ⅴ)

SLM_rl = b_1rl×Z_rl+ b_2rl×W_o+ b_3rl×H _o+ b_4rl

SLM_ll = b_1ll×Z_ll+ b_2ll×W_o+ b_3ll×H _o+ b_4ll

여기서 W_o는 몸무게를 나타낸 것이다.

상기의 식(V)에서 b_1i∼b_4i (여기서 i는 신체부위를 표기하며 ra, la, t, rl 혹은 ll임)의 상수 값은 다수의 피검자에서 DEXA(Dual energy x-ray absorptiometry)등 부위별 측정기능을 갖춘 기기를 이용하여 기준값에 최적으로 만족하는 값을 회귀모델을 이용하여 구하게 되며 이렇게 완성된 공식은 중앙제어부에 내장된다.

부위별 근육량이 구해지면 그 부위 근육의 둘레값이 도5의 원통형 모델에 근거하여 계산된다. 즉, 도5는 각 신체부위의 원통형모델로서 피하지방이 원통형근육의 외부를 감싸고 있다는 해부학적 근거를 이용한 것이다. 부위별 근육량부피(V_i)는 다음식으로 표현된다.

(Ⅵ)

여기서 L_i 는 부위별 길이이다. 원통형모델에서 내부 근육의 둘레값을 CI_i(inner circumference)라 하면 근육량의 부피(V_i)는 다음식으로 표현된다.

(Ⅷ)

따라서 부위별 근육둘레(CI_i)는

(Ⅸ)

신체부위가 정확한 원통이 아니고 부위별 길이를 신장에 비례한다고 가정하여 상기식을 보정하면 부위별 근육둘레는 다음과 같이 구할 수 있다.

(Ⅹ)

부위별 체지방량(SFM_i)은,

(ⅩⅠ)

여기서 SF_i는 도면에 표시된 것과 같이 피하지방 겹두께이다. 지방의 분포가 각 부위별로 균일하고 길이가 신장에 비례한다고 가정하면,

(ⅩⅡ)

으로 보정되며 상기 보정상수 d_1i ,d_2i 는 DEXA와 같은 기기를 통한 부위별 체지방량으로 보정한다.

부위별로 구한 SFM_i의 합과 머리의 체지방량을 합하면 총체지방량과 같아진다. 머리는 일정량의 체지방을 가지고 있다는 가정이 흔히 사용된다.

피하지방의 두께를 측정하지 않은 부위에서도 SFM_i의 합이 총체지방량인 점을 이용하여 부위별 체지방량을 구할 수 있다. 인체에서 지방의 분포를 팔, 다리, 몸통의 세 부위로 구분하여 볼 때 두 부위 값을 피지후법으로 측정하면 나머지는 총량에서 측정 부위를 제외함으로써 구해진다. 또한 한 부위를 측정한 경우는 나머지 두 부위로 나뉘어야 하므로 이때는 경험적인 변수를 이용할 수 있다. 이러한 경우에도 한 부위의 체지방량을 알고 있으므로 별도로 피지후법을 시행하지 않은 경우보다 정밀도를 높여 예측할 수 있다.

이렇게 하여 부위별 체지방량이 구해지면 근육의 둘레에 지방의 두께를 감안하여 부위별 외부 둘레(CO_i; outer circumference)를 측정할 수 있게 된다.

(ⅩⅢ)

f_1i, f_2i와 같은 상수는 줄자를 통해 미리 측정한 부위별 외곽 둘레에 맞추어 미리 설정해 놓음으로써 신체의 부위별 외곽둘레를 구할 수 있다.  이상의 측정과정을 살펴보면, 부위별 두께 측정(피지후법)만으로는 부위별 체지방량을 구할 수 없다. 즉, 피하지방 두께가 모든 부위에서 동일하더라도 팔의 둘레가 큰 경우와 작은 경우 지방의 총량은 다르기 때문이다. 그러나 본 발명에서와 같은 임피던스법을 이용하여 근육의 둘레를 측정하고 내부의 둘레를 측정함으로써 부위의 지방량을 정확하게 계산할 수 있게 된다.

피하지방의 두께를 측정하는 부위로는 상완위, 허벅지, 가슴, 복부 등 하나 이상의 여러 곳에서 가능하며 필요에 따라 특정 부위를 선택하여 측정할 수 있다.

도6은 본 발명에 따른 부위별 생체전기 임피던스 체지방측정방법의 플로우차트를 도시한 것으로서, 이는 생체 전기 임피던스측정기를 이용하여 신체 부위별 제지방량을 측정하는 단계(S100);와 신체 부위의 어느 한 부분 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 단계(S110);와 피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 상기 제지방량으로부터 피하지방의 두께가 연산되는 단계(S120);를 포함한다. 상기 방법은 필요에 따라 신체부위별 체지방측정치의 출력단계(S130)을 포함할 수 있다. 상기 생체전기 임피던스 측정기는 상술한 바와 같이 도2에 도시된 부위별 체지방측정기를 기본으로 하고 있으며 이로부터 신체부위별 제지방량을 구하게 된다. 또한 피지후계를 이용하여 피하지방의 두께를 직접 측정하고, 피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 각 부위의 체지방량의 합이 총체지방량인 점을 이용하여 부위별 체지방량을 구할 수 있다. 즉, 피지후법으로 측정되지 않은 부위는 총량에서 측정 부위를 제외함으로써 구해진다.

도7은 본 발명에 따른 생체전기 임피던스 체지방측정방법을 이용한 부위별 신체둘레 측정방법의 플로우차트를 도시한 것으로서, 이는 생체 전기 임피던스측정기를 이용하여 신체 부위별 제지방량을 측정하는 단계(S100);와 신체 부위의 어느 한 부분 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 단계(S110);와 피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 상기 제지방량으로부터 피하지방의 두께가 연산되는 단계(S120);와 신체부위별 둘레의 연산단계(S140)을 포함할 수 있다. 상기 생체전기 임피던스 측정기는 상술한 바와 같이 도2에 도시된 부위별 체지방측정기를 기본으로 하고 있으며 이로부터 신체부위별 제지방량을 구하게 된다. 또한 피지후계를 이용하여 피하지방의 두께를 직접 측정하고, 피지후계로 측정되지 않은 부위는 총량에서 측정 부위를 제외함으로써 구해진다. 마지막으로 상기 식(ⅩⅢ)을 이용하여 신체부위별 둘레를 연산으로써 구할 수 있다.

상기한 바와 같이,  본 발명은 부위별 임피던스의 측정과 부위별 피하지방 두께의 측정으로부터 부위별 지방량을 구하는 효과를 나타내며, 전체 부위에서 피지후법을 행하지 않더라도 나머지 부위를 정확히 예측하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 부위별 임피던스 측정과 부위별 체지방량을 알게 됨으로써 신체 부위별 둘레를 계산하여 체형을 파악하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 단순한 변형, 부위별 생체전기 임피던스 체지방측정기에 있어서 특히 피지후계의 측정값을 전송하는 방식의 변형, 피지후계의 설치 및 보관에 대한 변형 및 부위별 생체 임피던스 측정방식의 변형은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 명백한 것이며 이러한 변경이나 변형은 첨부된 특허 청구의 범위에 의하여 제한된다.

도 1은 일반적인 인체성분 측정장치의 전극접촉 위치 및 인체의 임피던스모형을 보여주는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 인체성분 측정장치의 구성을 개략적으로 도시한 전기회로 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 부위별 생체전기 임피던스 체지방측정기의 구체예를 보여주는 도면이다.

도 4a는 피지후계의 측정방식을 보여주는 도면이고,

도 4b는 피지후계를 이용한 피하지방의 측정을 나타내는 단면도이다.

도 5는 신체일부위의 체수분 및 체지방을 나타낸 모형도이다.

도 6은 본 발명에 따른 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정방법의 플로우차트이다.

도 7은 본 발명에 따른 생체전기 임피던스 체지방측정방법을 이용한 부위별 신체둘레 측정방법의 플로우 차트이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 출력부 12 : 키패드

16 : 체중측정부 18 : 스위치

19 : 임피던스 측정부 22 : 중앙제어부

20,23,24 : 앰프 21 : A/D 변환기

30 : 임피던스측정기의 본체 31~38 : 전극

39 : 표시부 40 : 피하지방측정계 혹은 피지후계

42 : 피지후계의 연결단자 43 : 집게

50 : 국소부위의 피하지방 51 : 국소부위의 제지방

Claims (9)

1. 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성되어 생체 전기 임피던스를 이용하여 신체 부위별로 체지방을 측정하는 측정기에 있어서,

   상기 신체 부위 중 어느 한군데 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 피하지방 측정계(40);와 측정된 피하지방두께가 추가로 상기 중앙제어부(22)에 입력되는 피하지방입력부;와 피하지방두께를 이용하여 연산된 신체 부위별 체지방량을 출력하는 출력부(11);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정기
2. 청구항1에 있어서,

   피하지방측정을 위한 신체부위는 상완위, 다리, 복부 중 어느 한 곳 이상인 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정기
3. 청구항1에 있어서,

   상기 피하지방의 측정은 전자식 피지후계 혹은 근적외선 법를 이용하고 측정 데이터가 자동으로 입력되는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정기
4. 청구항1에 있어서,

   상기 피하지방측정계는 체지방측정기의 본체부와 분리 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정기
5. 청구항1에 있어서,

   상기 출력부에는 연산된 신체부위별 둘레가 포함되어 출력되는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정기
6. 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성된 생체 전기 임피던스측정기를 이용하여 신체 부위별 제지방량을 측정하는 단계(S100);와

   신체 부위의 어느 한 부분 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 단계(S110);와

   피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 상기 제지방량으로부터 피하지방의 두께가 연산되는 단계(S120);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정방법
7. 청구항6에 있어서,

   상기 피하지방측정을 위한 신체부위는 상완위, 다리, 복부 중 어느 한 곳 이상인 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정방법
8. 청구항6에 있어서,

   상기 피하지방의 측정은 전자식 피지후계 혹은 근적외선 법를 이용하고 측정 데이터가 자동으로 입력되는 것을 특징으로 하는 신체 부위별 생체 전기 임피던스 체지방 측정방법
9. 피검자의 손과 발에 접촉하는 전류 전극과 전압 전극(31~38), 전류인가 회로와 전압 측정 회로로 구성된 임피던스 측정회로(19), 신체의 측정 대상 부위를 선택하는 전자 스위치(18), 피검자의 성별 연령 및 신체 계측 데이터 등의 정보를 입력하는 입력부(12), 측정 상태 및 결과를 표시하는 표시부(39), 체중을 측정하는 체중 측정부(16), 연산 및 제어 기능을 행하는 중앙제어부(22)로 구성된 생체 전기 임피던스측정기를 이용하여 신체 부위별 제지방량을 측정하는 단계(S100);와

   신체 부위의 어느 한 부분 이상에서 피하지방의 두께를 측정하는 단계(S110);와

   피하지방의 두께가 측정되지 않은 신체부위에서는 상기 제지방량으로부터 피하지방의 두께가 연산되는 단계(S120);와

   부위별 피하지방의 두께와 제지방량으로부터 부위별 신체둘레가 연산되는 단계(S140);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부위별 생체전기 임피던스 체지방 측정방법