用于獲得生物信息的裝置的制造方法
【專利摘要】用于獲得生物信息的裝置包括：第一電極部分，其包括被安排為與受試者的第一身體部位接觸的電流電極和電壓電極；第二電極部分，其包括被安排為與受試者的第二身體部位接觸的電流電極和電壓電極；以及測量單元，其被配置為通過將電流施加到第一和第二電極部分的電流電極并且在第一和第二電極部分的電壓電極處檢測電壓來測量受試者的生物阻抗。為了減小測量的生物阻抗的誤差，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，與電流電極接觸的受試者的第一和第二身體部位和與電壓電極接觸的受試者的第一和第二身體部位的接觸電阻彼此不同。
【專利說明】
用于獲得生物信息的裝置
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2015年4月8日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2015-0049954號(hào)韓國專 利申請(qǐng)的權(quán)益，其公開通過引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 與示范性實(shí)施例一致的裝置和方法涉及使用生物阻抗(bio impedance)獲得生物 信息。
【背景技術(shù)】
[0004] 隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展以及預(yù)期壽命的延長，對(duì)于健康護(hù)理和醫(yī)療設(shè)備的興趣有所 增加。因此，用于在醫(yī)院和檢查診所中的各種醫(yī)療設(shè)備、安裝在政府機(jī)關(guān)中的中型醫(yī)療設(shè) 備、個(gè)人小型醫(yī)療設(shè)備、以及個(gè)人移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)被提出。
[0005] 身體成分測量儀是一種健康護(hù)理設(shè)備，其通過生物阻抗分析(BIA)來測量身體成 分。根據(jù)BIA，通過將電流施加到人體(其被認(rèn)為是阻抗的組合)并基于電流測量電壓，來測 量人體的阻抗。此外，根據(jù)BIA，可以基于測量的阻抗來分析身體成分，諸如人體內(nèi)的水分、 蛋白量、骨骼和脂肪。
[0006] 當(dāng)通過使用生物阻抗測量身體成分時(shí)，電極被直接放置為與用戶的身體部位接 觸。因此，由觸點(diǎn)和身體部位之間的接觸所產(chǎn)生的接觸電阻可能影響測量的生物阻抗值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 提供了用于獲得生物信息的方法和裝置，其通過考慮電極和身體部位之間的接觸 電阻來提高生物阻抗測量的準(zhǔn)確性。
[0008] 附加方面將在以下說明書中部分地闡述，并且將從說明書中部分地變得明顯，或 者可以通過對(duì)示范性實(shí)施例的實(shí)踐來習(xí)得。
[0009] 根據(jù)示范性實(shí)施例的一方面，用于獲得生物信息的裝置包括:第一電極部分，其包 括被安排為與受試者(sub ject)的一只手的第一身體部位接觸的電流電極和電壓電極;第 二電極部分，其包括被安排為與受試者的另一只手的第二身體部位接觸的電流電極和電壓 電極；以及測量單元，其被配置為通過將電流施加到第一和第二電極部分的電流電極并且 在第一和第二電極部分的電壓電極處檢測電壓來測量受試者的生物阻抗。對(duì)于第一和第二 電極部分中的至少一個(gè)，與電流電極接觸的受試者的第一和第二身體部位和與電壓電極接 觸的受試者的第一和第二身體部位的接觸電阻彼此不同。
[0010] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極的面積可以大于電壓電極的面 積。
[0011]對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極和電壓電極的形狀可以對(duì)應(yīng)于 分割的多邊形、分割的圓形或分割的橢圓形的一部分。
[0012]對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極和電壓電極可以被安排為使得 第一電極部分或第二電極部分是多邊形形狀、圓形形狀或橢圓形形狀。
[0013] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極和電壓電極中的一個(gè)包圍電流 電極和電壓電極中的另一個(gè)的至少一部分。
[0014] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極可以是圓形形狀、橢圓形形狀 或多邊形形狀。
[0015] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電壓電極可以是圓環(huán)形狀、橢圓環(huán)形狀 或多邊環(huán)形狀，并且包圍電流電極。
[0016] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極和電壓電極可以分別是圓形形 狀和圓環(huán)形狀，并且滿足以下條件：
[0017]
[0018] 其中，a是電流電極的半徑，b是電壓電極的外半徑，而且d是電流電極和電壓電極 之間的距離。
[0019] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極和電壓電極可以分別是正方形 形狀和正方環(huán)形狀，并且滿足以下條件：
[0020]
[0021] 其中，a是電流電極的邊的長度，b是電壓電極的外邊的長度，而且d是電流電極和 電壓電極之間的距離。
[0022] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極和電壓電極可以分別是橢圓形 形狀或橢圓環(huán)形狀并且具有等于k的長度比。電流電極的長度比可以是電流電極的長軸與 電流電極的短軸的比，而且電壓電極的長度比可以是電壓電極的長軸與電壓電極的短軸的 比。電流電極和電壓電極滿足以下條件：
[0023]
[0024] 其中，a是電流電極的短軸的長度，b是電壓電極的外橢圓的短軸的長度，而且d是 電流電極和電壓電極之間的距離。
[0025] 對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電壓電極可以是圓形形狀、橢圓形形狀 或多邊形形狀，以及電流電極可以是圓環(huán)形狀、橢圓環(huán)形狀或多邊環(huán)形狀，并且包圍電壓電 極。
[0026] 裝置還可以包括分析單元，其被配置為基于由測量單元測量的生物阻抗來分析受 試者的生物信息。
[0027] 生物信息可以包括身體成分或血液量。
[0028] 所述裝置可以是可腕戴裝置，其包括主體和帶子。
[0029] 第一電極部分可以被安排在主體的內(nèi)表面或帶子的內(nèi)表面上，并且可以接觸受試 者的手腕。第二電極部分可以被安排在主體的外表面或帶子的外表面上。
[0030] 所述裝置可以是便攜式設(shè)備，其包括其上安排有顯示單元的前表面、與前表面相 對(duì)后表面、以及連接前表面和后表面的側(cè)部。
[0031] 第一和第二電極部分中的一個(gè)可以被安排在側(cè)部上，而且第一和第二電極部分中 的另一個(gè)可以被安排在前表面上。
[0032] 第一和第二電極部分中的一個(gè)可以被安排在側(cè)部上，而且第一和第二電極部分中 的另一個(gè)可以被安排在后表面上。
[0033] 第一和第二電極部分中的一個(gè)可以被安排在前表面上，而且第一和第二電極部分 中的另一個(gè)可以被安排在后表面上。
[0034]根據(jù)另一示范性實(shí)施例的一方面，提供了用于獲得生物信息的裝置。該裝置包括： 第一電極部分，其包括第一電流電極和第一電壓電極;第二電極部分，其包括第二電流電極 和第二電壓電極；以及測量單元，其被配置為通過將電流施加到第一和第二電極部分的電 流電極并且在第一和第二電極部分的電壓電極處檢測電壓來測量生物阻抗。第一電流電極 和第一電壓電極之間的接觸電阻可以彼此不同，或者第二電流電極和第二電壓電極之間的 接觸電阻可以彼此不同。
[0035] 第一電流電極的面積可以大于第一電壓電極的面積。
[0036] 第一電流電極和第一電壓電極可以包括與分割的多邊形、分割的圓形或分割的橢 圓形相對(duì)應(yīng)的形狀。
[0037] 該裝置可以包括分析單元，其被配置為基于由測量單元測量的生物阻抗來分析生 物信息。
[0038] 生物信息可以包括身體成分或血液量。
【附圖說明】
[0039] 通過下面結(jié)合附圖對(duì)示范性實(shí)施例的描述，這些和/或其他方面將變得明顯且更 容易理解，在附圖中：
[0040]圖1示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的用于獲得生物信息的裝置的示意性結(jié)構(gòu)的框圖； [00411圖2A和圖2B示出了用于獲得生物信息的裝置的外觀的立體圖（perspective views)并且分別示出了第一電極部分和第二電極部分的安排(arrangements);
[0042] 圖3示出了在圖1的用于獲得生物信息的裝置中的電極部分和和測量單元的電路 圖；
[0043] 圖4示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的當(dāng)使用用于獲得生物信息的裝置來測量生物阻抗 時(shí)受試者的身體部位與電極部分接觸的情況；
[0044] 圖5和圖6示出了測量的生物阻抗根據(jù)受試者和電極之間的接觸電阻的變化；
[0045] 圖7A至圖7F示出了電流電極和電壓電極的形狀的示例；
[0046] 圖8A至圖8C示出了電流電極和電壓電極的形狀的其他示例；以及
[0047] 圖9示出了根據(jù)另一示范性實(shí)施例的用于獲得生物信息的裝置的外形，以及受試 者的身體的一部分與電極部分接觸的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 現(xiàn)在將參考示出了示范性實(shí)施例的附圖來更全面地描述本發(fā)明構(gòu)思。
[0049] 在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0050] 將理解的是，當(dāng)諸如層、膜、區(qū)域或板的組件被稱為在另一組件"上"時(shí)，該組件可 以直接在所述另一組件上或者中間組件可以存在于其上。
[0051] 雖然可以使用諸如"第一"、"第二"等的術(shù)語來描述各種組件，但是這樣的組件不 必受限于上述術(shù)語。上述術(shù)語僅用于將一個(gè)組件與另一個(gè)組件區(qū)分開。
[0052] 以單數(shù)形式使用的表達(dá)包括復(fù)數(shù)表達(dá)，除非它在上下文中具有明確不同的含義。 在本說明書中，應(yīng)當(dāng)理解的是，諸如"包含"、"具有"和"包括"的術(shù)語意在指示在說明書中公 開的特征、數(shù)字、步驟、動(dòng)作、組件、部件或它們的組合的存在，并且并非意在排除一個(gè)或多 個(gè)其它特征、數(shù)字、步驟、動(dòng)作、組件、部件或它們的組合可以存在或可以添加的可能性。 [0053]在本說明書中，將理解的是，諸如"單元"的術(shù)語意在表示諸如處理器或電路的硬 件組件，和/或由諸如處理器的硬件組件實(shí)現(xiàn)的軟件組件。
[0054] 圖1示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的用于獲得生物信息的裝置100的示意性結(jié)構(gòu)的框 圖，圖2A和圖2B示出了用于獲得生物信息的裝置100的外觀的立體圖并且分別示出了第一 電極部分E1和第二電極部分E2的安排，而且圖3示出了在用于獲得圖1的生物信息的裝置 100中的第一電極部分E1和第二電極部分E2以及測量單兀140的電路圖。
[0055] 用于獲得生物信息的裝置100可以包括：第一電極部分E1，其包括一對(duì)電流電極 110和電壓電極115,它們被安排為與受試者的一個(gè)手的一部分接觸;第二電極部分E2,其包 括一對(duì)電流電極125和電壓電極120,它們被安排為與受試者的另一個(gè)手的一部分接觸；以 及測量單元140,用于通過將電流施加到電流電極110和125并且檢測電壓電極115和120兩 端的電壓來測量受試者的生物阻抗。
[0056] 在本示范性實(shí)施例中，當(dāng)受試者的身體部位分別與電流電極110和125和電壓電極 115和120接觸時(shí)，第一電極部分E1和第二電極部分E2中的至少一個(gè)可以具有不同的接觸電 阻。例如，對(duì)于第一電極部分E1和第二電極部分E2中的至少一個(gè)，電流電極110的面積可以 不同于電壓電極115的面積，或者電流電極125的面積可以不同于電壓電極120的面積。 [0057]用于獲得生物信息的裝置100還可以包括生物信息分析單元150,其用于基于由測 量單元140測量的生物阻抗來分析受試者的生物信息。例如，生物信息可以是身體成分，諸 如身體脂肪、含水量、肌肉力量、水腫值或血液量。
[0058]用于獲得生物信息的裝置100還可以包括，例如，存儲(chǔ)器160、輸入單元170(例如， 輸入設(shè)備、觸摸屏、觸摸面板、按鈕等）、顯示單元180(例如，顯示器等）和通信單元190(例 如，收發(fā)器等）。
[0059] 用于獲得生物信息的裝置100可以是可穿戴裝置，例如，可腕戴裝置，包括主體MB 和帶子ST。在附圖中，第一和第二電極部分E1和E2被放置在帶子ST上，而且測量單兀140、生 物信息分析單元150、存儲(chǔ)器160、輸入單元170、顯示單元180和通信單元190被放置在主體 MB上。然而，本發(fā)明構(gòu)思不限于此。
[0060] 如圖2A和圖2B所示，用于獲得生物信息的裝置100包括主體MB和帶子ST。帶子ST連 接到主體MB，并且可以可穿戴在受試者的手腕上。第一電流電極110和第一電壓電極115被 安排在帶子ST中的任一個(gè)的內(nèi)表面STb上，而且第二電流電極125和第二電壓電極120被安 排在帶子ST中的任一個(gè)的外表面STa上。
[0061] 當(dāng)用戶（即，將要測量其身體成分的受試者）穿戴用于獲得生物信息的裝置100時(shí)， 第一電流電極110和第一電壓電極115是與受試者的手腕接觸的電極。第一電流電極110和 第一電壓電極115可以被安排在第一電流電極110和第一電壓電極115可以與受試者的手腕 接觸的位置上，但是位置不限于帶子ST的內(nèi)表面STb。例如，第一電流電極110和第一電壓電 極115可以被安排在主體MB的內(nèi)表面上。
[0062]第二電流電極125和第二電壓電極120是與其上沒有放置用于獲得生物信息的裝 置100的另一手腕的一部分接觸的電極。第二電流電極125和第二電壓電極120可以被安排 為暴露在用于獲得生物信息的裝置100的外部，以使得第二電流電極125和第二電壓電極 120可以接觸另一手腕的一部分。然而，第二電流電極125和第二電壓電極120的位置并不限 于帶子ST的外表面STa。例如，第二電流電極125和第二電壓電極120可以被安排在主體MB的 外表面。
[0063] 第一電流電極110和第一電壓電極115分別相對(duì)于(face)第二電流電極125和第二 電壓電極120,但是第一電流電極110和第一電壓電極115可以不準(zhǔn)確地相對(duì)于第二電流電 極125和第二電壓電極120。第一電流電極110、第一電壓電極115、第二電流電極125和第二 電壓電極120沿垂直于帶子ST的縱向方向的方向來安排，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。第一電 流電極110、第一電壓電極115、第二電流電極125和第二電壓電極120可以沿另一方向來安 排，例如平行于帶子ST的縱向方向的方向，或其他方向。在第一電極部分E1和第二電極部分 E2中，電流電極110和125的面積大于電壓電極115和120的面積，但是本示范性實(shí)施例不限 于此。在第一電極部分E1和第二電極部分E2中的任一個(gè)中，例如，只在第二電極部分E2中， 電流電極125的面積可以大于電壓電極120的面積。電流電極110和125以及電壓電極115和 120的形狀不限于此。
[0064] 返回參考圖1，將描述用于獲得生物信息的裝置100的其它組件。
[0065] 生物信息分析單元150可以通過使用由測量單元140測量的生物阻抗分析受試者 的生物信息。例如，身體成分，諸如皮膚特性(例如，含水量）、肌肉力量和水腫值、或血液量， 可以基于生物阻抗進(jìn)行分析。生物阻抗和受試者的身體信息可以被用于分析生物信息。生 物信息可以是用戶的年齡、身高、體重等，并且可以從輸入單元170接收。
[0066] 由生物信息分析單元150使用的各種操作可以被存儲(chǔ)為存儲(chǔ)器160中的程序并且 由處理器(未示出）執(zhí)行。處理器可以是用于控制用于獲得生物信息的裝置100的總體功能 和操作的硬件，而且當(dāng)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器160中的程序被運(yùn)行時(shí)可以由生物信息分析單元150分 析生物信息。另外，處理器可以控制測量單元140來測量生物阻抗，并且可以將分析結(jié)果處 理為圖像信號(hào)以用于在顯示單元180上顯示分析結(jié)果。
[0067] 存儲(chǔ)器160可以在其中存儲(chǔ)用于獲得生物信息的裝置100的操作的程序、用于程序 的數(shù)據(jù)等。存儲(chǔ)器160是常規(guī)存儲(chǔ)介質(zhì)，并且可以包括，例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、快閃存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)卡。
[0068] 存儲(chǔ)器160可以在其中存儲(chǔ)用于將要由生物信息分析單元150執(zhí)行的操作的程序。 諸如受試者的年齡、體重、性別等的附加數(shù)據(jù)可以被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器160中。
[0069]輸入單元170和顯示單元180形成在用于獲得生物信息的裝置100與受試者或用戶 之間的接口。
[0070] 用于操縱用于獲得生物信息的裝置100的輸入可以經(jīng)由輸入單元170接收，并且從 生物信息分析單元150輸出的結(jié)果可以顯示在顯示單元180上。
[0071] 輸入單元170可以包括由受試者使用以直接操縱用于獲得生物信息的裝置100的 按鈕、小鍵盤、開關(guān)、撥號(hào)盤或觸摸接口。
[0072] 顯示單元180,也就是用于輸出分析結(jié)果的顯示面板，可以包括液晶顯示器(IXD) 面板、有機(jī)發(fā)光顯示器(0LED)面板等，并且可以將關(guān)于身體成分的分析結(jié)果的信息顯示為 圖像或文本。顯示單元180可以是能夠接收輸入或顯示輸出的觸摸屏。
[0073]此外，顯示單元180可以包括用于將人機(jī)接口設(shè)備(HID)連接彼此的輸入/輸出（1/ 〇)端口，和用于輸入/輸出圖像的I/〇端口。
[0074] 通信單元190可以以有線或無線方式將分析結(jié)果發(fā)送到外部設(shè)備。外部設(shè)備可以 是，例如，使用分析生物信息的醫(yī)療裝置、用于打印分析結(jié)果的打印機(jī)、或用于顯示分析結(jié) 果的顯示裝置?？商鎿Q地，外部設(shè)備可以是智能電話、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上 型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、另一移動(dòng)設(shè)備或非移動(dòng)計(jì)算設(shè)備，但是不限于此
[0075] 通信單元190可以以有線或無線方式連接到外部設(shè)備。例如，通信單元190可以通 過藍(lán)牙通信方法、低功耗藍(lán)牙(BLE)通信方法、近場通信(NFC)通信方法、無線局域網(wǎng)(WLAN) 通信方法、紫蜂通信方法、紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)（IrDA)通信方法、Wi-Fi直連(WFD)通信方法、超寬 帶(UWB)通信方法、Ant+通信方法和Wi-Fi通信方法與外部設(shè)備通信，但是通信方法不限于 此。
[0076]如圖2A和圖2B所示，在用于獲得生物信息的裝置100是小的電子設(shè)備的情況下，小 的電極被用于測量生物阻抗。然而，由于電極的尺寸減小，由電極與身體部位的接觸而產(chǎn)生 的接觸電阻可以增加。接觸電阻影響生物阻抗的測量。大的電極面積可以有利于降低接觸 電阻，但是當(dāng)用于獲得生物信息的裝置100是可穿戴設(shè)備時(shí)，對(duì)增加電極面積存在限制。
[0077] 在用于獲得生物信息的裝置100中，為了準(zhǔn)確地測量生物阻抗，通過考慮接觸電 阻，電流電極110和125的大小可以不同于電壓電極115和120的大小，而且它們的詳細(xì)描述 如下。
[0078] 將參考圖3簡要地描述測量單元140通過其測量生物阻抗的電路配置。
[0079] 測量單元140通過生物阻抗分析(BIA)方法來測量生物阻抗。如圖所示，受試者的 生物阻抗可以通過4點(diǎn)測量方法來測量。也就是說，測量單元140可以通過經(jīng)由四個(gè)電極中 的兩個(gè)電極施加恒定電流Im、通過四個(gè)電極中的另外兩個(gè)電極測量電壓、并且計(jì)算電壓與 所施加的恒定電流的比來測量阻抗。
[0080] Zm表示生物阻抗，而且Rc表示接觸電阻，即，由于電流和電壓電極110、115、120和 125與受試者的身體部位的接觸所產(chǎn)生的電阻。Zi指示模擬前端(AFE)的阻抗。
[0081] 測量單元140包括電壓表141、電流源142和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 143。
[0082 ]電流源142經(jīng)由電流電極110和125將電流施加到人體。電流源142可以將恒定電流 施加到人體。
[0083] 電壓表141經(jīng)由電壓電極115和120來測量電壓。電壓表141將測量的電壓輸出到 ADC 143〇
[0084] ADC 143將作為模擬信號(hào)輸入的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由于電流的幅度是固定的， 因此所測量的電壓的幅度與生物阻抗Zm的大小成比例。由測量單元測量的電壓Vi與阻抗Z4P 成比例，而且阻抗Z4P可以等于電壓Vi除以電流。阻抗Z4P可以如下描述。
[0085][等式 1]
[0086]
[0087] 參考等式1，Z4P由Zm、Rc和Zi確定。Zi是AFE的阻抗，并且根據(jù)AFE的特性來確定。Z4P 是由電壓表141測量的阻抗。Zm是要被測量的生物阻抗，而且Rc是接觸電阻。
[0088] 參考等式1，如果Zi是無限的，則Z4P等于Zm。然而，Zi實(shí)際上是有限的，隨著接觸電 阻增大，Z4P小于Zm。換句話說，當(dāng)接觸電阻增大時(shí)，測量的生物阻抗可以小于實(shí)際的生物阻 抗。
[0089] 當(dāng)電流電極的接觸電阻增大時(shí)，穩(wěn)定測量值所花費(fèi)的時(shí)間增大，并且因此測量值 可能有誤差。
[0090] 如上所述，當(dāng)測量生物阻抗時(shí)，正弦波的恒定電流被施加到電流電極110和125,而 且基于生物阻抗所產(chǎn)生的電壓信號(hào)通過電壓電極115和120測量，并且由此可以被用于計(jì)算 生物阻抗Zm。在這種情況下，由恒定電流驅(qū)動(dòng)的電阻是包括接觸電阻Rc和生物阻抗Zm的阻 抗元件，并且施加到電流源142兩端的電壓如下。
[0091] [等式2]
[0092] V=ImX(2Rc+Zm)
[0093] 參考等式2,當(dāng)接觸電阻Rc增大時(shí)，施加到具有恒定電流的電流源142兩端的電壓 增大，然后可能超過動(dòng)態(tài)范圍。因此，輸出電流值可能有誤差，而且輸出波形可能失真。電壓 信號(hào)可以無法被穩(wěn)定，因?yàn)殡娏髟?42異常地操作。
[0094] 圖4示出了根據(jù)示范性實(shí)施例的當(dāng)使用用于獲得生物信息的裝置100來測量生物 阻抗時(shí)受試者的身體部位與電極部分接觸的情況，而且圖5和圖6示出了測量的生物阻抗根 據(jù)受試者和電極之間的接觸電阻的變化。
[0095] 參考圖4,受試者在手腕上穿戴用于獲得生物信息的裝置100,并且可以用另一只 手的手指觸摸電流電極125和電壓電極120。在這種情況下，有利的是，用手指Π 完全觸摸電 流電極125和電壓電極120以降低接觸電阻。然而，根據(jù)觸摸電流電極125和電壓電極120的 形狀、面積、安排等，完全觸摸電流電極125和電壓電極120可能是不舒服的。因此，電流電極 125和電壓電極120可以被成形以使得電流電極125和電壓電極120可以容易地接觸受試者， 這大大影響了測量結(jié)果。例如，電流電極125的面積可以大于電壓電極120的面積。
[0096]測試上述設(shè)計(jì)的結(jié)果如下。
[0097] 圖5是示出了當(dāng)電流電極的接觸電阻變化時(shí)測量阻抗的結(jié)果的圖形。情況1是手指 被完全置于與電流電極接觸的狀態(tài)，而且情況2是手指的一半被置于與電流電極接觸的狀 態(tài)。也就是說，在情況2中，電流電極的接觸電阻是情況1中的接觸電阻的兩倍大。情況2中的 阻抗的測量值小于情況1中的阻抗的測量值。
[0098] 圖6是示出了當(dāng)電壓電極的接觸電阻變化時(shí)測量阻抗的結(jié)果的圖形。情況3是手指 被完全置于與電壓電極接觸的狀態(tài)，而且情況4是手指的一半被置于與電壓電極接觸的狀 態(tài)。也就是說，在情況4中，電壓電極的接觸電阻是情況3中的接觸電阻的兩倍大。情況4中的 阻抗的測量值小于情況3中的阻抗的測量值。
[0099] 參考上述圖形，根據(jù)接觸電阻的增加的測量阻抗的誤差可以對(duì)電流電極的接觸電 阻敏感，而不對(duì)電壓電極的接觸電阻敏感。
[0100]根據(jù)分析結(jié)果，以這樣的方式設(shè)計(jì)電極：電流電極的接觸電阻小于電壓電極的接 觸電阻。
[0101 ]下文中，將描述電流電極和電壓電極的示范性形狀。
[0102]圖7A至圖7F示出了電流電極ELC和電壓電極ELV的形狀的示例。
[0103] 如圖7A至圖7F所示，在第一電極部分E1或第二電極部分E2中，電流電極ELC的面積 被設(shè)置為大于電壓電極ELV的面積。電流電極ELC和電壓電極ELV的面積可以如下確定。電流 電極ELC和電壓電極ELV的面積的總和在預(yù)定的條件下被設(shè)置為最大。在這種情況下，要考 慮電流電極ELC和電壓電極ELV被安排的面積或位置、或者要被放置為與電流電極ELC和電 壓電極ELV接觸的身體部位。例如，當(dāng)手指接觸電流電極ELC和電壓電極ELV時(shí)，如果電流電 極ELC和電壓電極ELV的面積是過度地大于手指可以接觸的面積，則接觸電阻的減小可能是 輕微的。在確定了整個(gè)面積后，分配電極的面積，即，分配電流電極ELC和電壓電極ELV的面 積，并且在這種情況下，電流電極ELC的面積大于電壓電極ELV的面積。因此，接觸電阻的分 布可以被優(yōu)化以減小在測量生物阻抗時(shí)的誤差。
[0104] 如圖7A至圖7F所示，電流電極ELC和電壓電極ELV可以具有與分割的多邊形、分割 的圓形或分割的橢圓形的一部分相對(duì)應(yīng)的形狀。例如，電流電極ELC和電壓電極ELV的形狀 和位置可以被確定以使得第一電極部分E1和第二電極部分E2的外形可以是多邊形形狀、圓 形形狀或橢圓形形狀。
[0105]如上所述，電流電極ELC和電壓電極ELV的面積可以通過考慮接觸電阻的整個(gè)面積 和分布來確定。另外，也可以考慮與身體部位接觸的便利性。
[0106] 如圖7B、圖7C和圖7F所示，電流電極ELC和電壓電極ELV可以具有這樣的形狀：電流 電極ELC和電壓電極ELV中的任一個(gè)包圍電流電極ELC和電壓電極ELV中的另一個(gè)的至少一 部分。
[0107] 圖8A至圖8C示出了電流電極ELC和電壓電極ELV的形狀的其他示例。
[0108]第一電極部分E1或第二電極部分E2的形狀以這樣的方式確定，例如，在考慮受試 者的位置的情況下，受試者可以用手指容易地觸摸電極。
[0109] 電流電極ELC和電壓電極ELV可以具有這樣的形狀:電流電極ELC和電壓電極ELV中 的任一個(gè)包圍電流電極ELC和電壓電極ELV中的另一個(gè)的至少一部分。如圖8A至圖8C所示， 電壓電極ELV可以被安排為包圍電流電極ELC的整個(gè)部分。
[0110] 電流電極ELC可以是圓形形狀、橢圓形形狀或多邊形形狀。電壓電極ELV可以是圓 環(huán)形狀、橢圓環(huán)形狀、或多邊環(huán)形狀，并且包圍電流電極ELC。圖8B示出了正方環(huán)（square ring)形狀，但是電流電極ELC和電壓電極ELV的形狀不限于此。
[0111] 如圖8A所示，電流電極ELC和電壓電極ELV可以分別是圓形形狀和圓環(huán)形狀，并且 在這種情況下，可以滿足以下條件以使得電流電極ELC的面積可以大于電壓電極ELV的面 積。
[0112] 「等式 31
[0113]
[0114] 其中，a是電流電極ELC的半徑，b是電壓電極ELV的外半徑，而且d是電流電極ELC和 電壓電極ELV之間的距離。
[0115] 如圖8B所示，電流電極ELC和電壓電極ELV可以分別具有正方形形狀和正方環(huán)形 狀，并且在這種情況下，可以滿足以下條件以使得電流電極ELC的面積可以大于電壓電極 ELV的面積。
[0116] 「等忒 41
[0117]
[0118]其中，a是電流電極ELC的邊的長度，b是電壓電極ELV的外邊的長度，而且d是電流 電極ELC和電壓電極ELV之間的距離。
[0119] 如圖8C所示，電流電極ELC和電壓電極ELV可以分別為橢圓形形狀或橢圓環(huán)形狀。 電流電極ELC和電壓電極ELV的橢圓形狀是相似的，因?yàn)殡娏麟姌OELC和電壓電極ELV的各自 長度比都等于k。電流電極ELC的長度比是電流電極ELC的長軸與電流電極ELC的短軸的比， 而且電壓電極ELV的長度比是電壓電極ELV的長軸與電壓電極ELV的短軸的比?？梢詽M足以 下條件以使得電流電極ELC的面積可以大于電壓電極ELV的面積。
[0120] [等式 5]
[0121]
[0122]其中，a是電流電極ELC的短軸的長度，b是電壓電極ELV的外橢圓的短軸的長度，而 且d是電流電極ELC和電壓電極ELV之間的距離。
[0?23 ]圖8A至圖8C示出的是，電壓電極ELV包圍電流電極ELC，但是這僅是示例。電流電極 ELC可以包圍電壓電極ELV。在這種情況下，等式3至5中的不等號(hào)的方向可以倒轉(zhuǎn)，以使得電 流電極ELC的面積可以大于電壓電極ELV的面積。
[0124] 圖9示出了根據(jù)另一示范性實(shí)施例的用于獲得生物信息的裝置200的外形，以及受 試者的身體的一部分與電極部分接觸的情況。
[0125] 如圖9所示，裝置200可以是一種類型的便攜式設(shè)備。用于獲得生物信息的裝置200 可以包括其上布置有顯示單元的前表面、與前表面相對(duì)的后表面、以及連接前表面和后表 面的側(cè)部。第一電極部分E1可以被安排在側(cè)部上。第一電極部分E1的電流電極和電壓電極 可以被安排在四個(gè)側(cè)部當(dāng)中的彼此相對(duì)的側(cè)部上。當(dāng)受試者用一只手握持用于獲得生物信 息的裝置200時(shí)，這只手的兩個(gè)手指可以接觸第一電極部分E1的電流電極和電壓電極。在該 圖中，第一電極部分E1的電流電極和電壓電極分別被安排在用于獲得生物信息的裝置200 的彼此相對(duì)的側(cè)部上，但是也可以被安排在同一側(cè)部上。第二電極部分E2可以被安排在前 表面上。沒有握持用于獲得生物信息的裝置200的另一只手的手指可以與第二電極部分E2 接觸。
[0126]圖9不出的是，第一電極部分E1被安排在側(cè)部上而且第二電極部分E2被安排的前 表面上，但是這僅是示例。第一電極部分E1可以被安排在前表面上而且第二電極部分E2可 以被安排在后表面上。
[0127]可替換地，第一電極部分E1和第二電極部分E2可以被分別安排在后表面和前表面 上。也就是說，第一電極部分E1和第二電極部分E2中的任一個(gè)可以被安排在前表面上，而且 第一電極部分E1和第二電極部分E2中的另一個(gè)可以被安排在后表面上。在這種情況下，其 上放置用于獲得生物信息的裝置200的手的手掌可以與第一電極部分E1(或第二電極部分 E2)接觸，而其上沒有放置用于獲得生物信息的裝置200的另一只手的手指可以與第二電極 部分E2 (或者第一電極部分E1)接觸。
[0128] 可替換地，第一電極部分E1和第二電極部分E2可以被安排在側(cè)部和后表面上。也 就是說，第一電極部分E1和第二電極部分E2中的任一個(gè)可以被安排在側(cè)部上，而且第一電 極部分E1和第二電極部分E2中的另一個(gè)可以被安排在后表面上。
[0129] 在第一電極部分E1和第二電極部分E2中的至少一個(gè)中，電流電極的面積可以大于 電壓電極的面積。除了圖9中的形狀外，還可以應(yīng)用在圖7A至圖7F或圖8A至圖8C中示出的形 狀中的任何一個(gè)，或者它們的組合，或者所述形狀的變形。
[0130] 已經(jīng)描述了當(dāng)測量可以被用于分析生物信息的生物阻抗時(shí)不同地設(shè)置電極和身 體部位之間的接觸電阻以減小測量誤差的實(shí)施例。已經(jīng)主要描述了電流電極的面積大于電 壓電極的面積的示例，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此。此外，可以使用使電流電極的接觸電阻小 于電壓電極的接觸電阻的各種方法。
[0131]用于獲得生物信息的裝置通過考慮當(dāng)測量生物阻抗時(shí)電極和身體部位之間的接 觸電阻來設(shè)置電極形狀，并且因此提高了生物阻抗的測量準(zhǔn)確性。
[0132] 因此，改善了使用測量的生物阻抗來分析生物信息的準(zhǔn)確性。
[0133] 應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所描述的示范性實(shí)施例應(yīng)僅從描述性的角度來理解，而且并 非出于限制的目的。對(duì)于每個(gè)示范性實(shí)施例中的特征或方面的描述一般應(yīng)被認(rèn)為可用于其 他示范性實(shí)施例中的其他類似特征或方面。
[0134] 雖然已經(jīng)參照附圖描述了一個(gè)或多個(gè)示范性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將 理解的是，可以在形式和細(xì)節(jié)上做出各種改變而不脫離所附權(quán)利要求限定的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于獲得生物信息的裝置，該裝置包括： 第一電極部分，其包括被安排為與受試者的第一身體部位接觸的電流電極和電壓電 極； 第二電極部分，其包括被安排為與受試者的第二身體部位接觸的電流電極和電壓電 極；以及 測量單元，其被配置為通過將電流施加到第一和第二電極部分的電流電極并且在第一 和第二電極部分的電壓電極處檢測電壓來測量受試者的生物阻抗， 其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，與電流電極接觸的受試者的第一和第 二身體部位和與電壓電極接觸的受試者的第一和第二身體部位的接觸電阻彼此不同。2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 的面積大于電壓電極的面積。3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 和電壓電極的形狀對(duì)應(yīng)于分割的多邊形、分割的圓形或分割的橢圓形的一部分。4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 和電壓電極被安排為使得第一電極部分和第二電極部分中的至少一個(gè)包括多邊形形狀、圓 形形狀或橢圓形形狀。5. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 和電壓電極中的一個(gè)包圍電流電極和電壓電極中的另一個(gè)的至少一部分。6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 包括圓形形狀、橢圓形形狀或多邊形形狀。7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電壓電極 包括圓環(huán)形狀、橢圓環(huán)形狀或多邊環(huán)形狀，并且包圍電流電極。8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 和電壓電極分別包括圓形形狀和圓環(huán)形狀，并且滿足以下條件：其中，a是電流電極的半徑，b是電壓電極的外半徑，而且d是電流電極和電壓電極之間 的距離。9. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 和電壓電極分別包括正方形形狀和正方環(huán)形狀，并且滿足以下條件：其中，a是電流電極的邊的長度，b是電壓電極的外邊的長度，而且d是電流電極和電壓 電極之間的距離。10. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)，電流電極 和電壓電極分別包括橢圓形形狀或橢圓環(huán)形狀并且具有等于k的長度比， 其中，電流電極的長度比是電流電極的長軸與電流電極的短軸的比，而且電壓電極的 長度比是電壓電極的長軸與電壓電極的短軸的比，以及 電流電極和電壓電極滿足以下條件：其中，a是電流電極的短軸的長度，b是電壓電極的外橢圓的短軸的長度，而且d是電流 電極和電壓電極之間的距離。11. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，對(duì)于第一和第二電極部分中的至少一個(gè)， 電壓電極包括圓形形狀、橢圓形形狀或多邊形形狀，以及 電流電極包括圓環(huán)形狀、橢圓環(huán)形狀或多邊環(huán)形狀，并且包圍電壓電極。12. 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括分析單元，其被配置為基于由所述測量單元測量 的生物阻抗來分析受試者的生物信息。13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述生物信息包括身體成分或血液量。14. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是可腕戴裝置，其包括主體和帶子。15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，第一電極部分被安排在所述主體的內(nèi)表面或所述 帶子的內(nèi)表面上以接觸受試者的手腕，以及 第二電極部分被安排在所述主體的外表面或所述帶子的外表面上。16. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置是便攜式設(shè)備，其包括其上安排有顯示單 元的前表面、與所述前表面相對(duì)的后表面、以及連接所述前表面和后表面的側(cè)部。17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，第一和第二電極部分中的一個(gè)被安排在所述側(cè)部 上，而且第一和第二電極部分中的另一個(gè)被安排在所述前表面上。18. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，第一和第二電極部分中的一個(gè)被安排在所述側(cè)部 上，而且第一和第二電極部分中的另一個(gè)被安排在所述后表面上。19. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，第一和第二電極部分中的一個(gè)被安排在所述前表 面上，而且第一和第二電極部分中的另一個(gè)被安排在所述后表面上。
【文檔編號(hào)】A61B5/053GK106037737SQ201610203209
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日 公開號(hào)201610203209.7, CN 106037737 A, CN 106037737A, CN 201610203209, CN-A-106037737, CN106037737 A, CN106037737A, CN201610203209, CN201610203209.7
【發(fā)明人】鄭明薰, 樸殷成, 南宮桷, 嚴(yán)槿鍹, 李列鎬, 趙成豪
【申請(qǐng)人】三星電子株式會(huì)社