CN101721208A - 人体多肢段成分的生物阻抗测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体多肢段成分的生物阻抗测量装置，包括中央处理器、评估平台、输入装置和输出装置，该中央处理器分别与评估平台、输入装置、输出装置连接。该评估平台内具有一模块数据库，该中央处理器分别连接该模块数据库，并外接A/D转换器与各肢连接的电极对。此外，本发明还公开了一种人体多肢段成分的生物阻抗测量方法，包括，输入基本数据，包括：身高、体重等；选择模块，由计算机选择对应模块，以形成一评估平台，获得下肢、上肢、四肢与躯干和全身评估单元；比对，将上述评估单元相互比较形成躯干及头部评估单元，本发明可快速确实的测量出人体各部位的数值与组成成分，而达到快速测量以及安全的目的。

Description

人体多肢段成分的生物阻抗测量装置与方法

技术领域

本发明涉及一种人体组分的测量装置，尤其涉及一种人体多肢段成分的生物阻抗测量装置；此外，本发明还涉及一种人体多肢段成分的生物阻抗测量方法。

背景技术

按现有的人体测量学中，如身体质量指数、腰臀围比、水中秤重法、皮脂夹厚度测量，并不能准确反映身体各组成成分的具体分布与含量等状况。但如中子照射法、同位素稀释法、红外线感应法、体钾量测定法、计算机断层扫描、MRI与双能X光吸收仪等方法，因需特别设备、价格昂贵、方法复杂、操作难度高等问题，大多用于研究与精密检查上，并不适合进行常态的临床检查。

但如需进行日常或常态的临床检查，应属生物阻抗法较为便利、安全，且无需特别专业的技术即可进行。对于监控运动员身体组成状况与体脂肪测量，是一个非常便利与推广的体脂肪测量方式，且现有设备选择方式相较之下，其多样性，更易于令人接受。但现有生物阻抗法的应用原理，乃是以某些特定族群的受测者，利用水中秤重或双能X光吸收仪等方法测量其身体组成成分，再针对相同受测者，运用生物阻抗法测量其人体区段之组成成分的数值，并测量与记录其受测者的身高、体重、年龄、性别等信息，应用统计分析其对应关系，并以统计方程式呈现其结果。

人体内脂肪含量与分布状况，除直接影响身体健康外，对于运动员的竞技能力表现亦更明显，但以目前针对人体组成评估方法的研究大部分均以单一评估值代表全身及其四肢、躯干之体组成成分。

其中，目前较为精确的测量方式为双能X光吸收仪与生物阻抗法分析(Bioelectrical Impedance Analysis)。生物阻抗法(BIA)与双能X光吸收仪(DEXA)常用来测定身体组成成分，其基本原理都是从典型的两区段模型发展而来，即假设人体由两个成分所组成，一个为脂肪质量部份(FatMass)，另一个为非脂肪质量部份(Free fat mass-FFM)，如图1所示，其中非脂肪部份包括骨矿物质量(Bone mineral mass-BMC)、体水量(Totalbody water-TBW)与内脏蛋白质(Visceral protein-VP)。因此人体总体的组成成分会有包含前述单纯有关脂肪质量部份Fat Mass、骨矿物质量BMC、体水量TBW以及内脏蛋白质VP与脂肪质量部份以及非脂肪部份Fat FreeMass等两部份之关系式，由于利用人体阻抗计算人体全身水量时所采用的公式与人种、性别及被测者的健康、运动训练状况有关，而且现有的计算方程式还需要一定的修正才能应用于特定族群，不同的研究者在其多年的研究工作中创立了许多通过人体阻抗计算人体非脂肪质量或脂肪比例的公式，这些公式各有优缺点，而且至目前为止这一方面的研究亦在不断的进行中，研究人员亦在不断的寻找能够反映人体真实状况的计算方程式，计算人体全身水量是分析人体组织成分的基础，一旦得到受测者全身水分的总量，就可以按照医学验证的人体非脂肪组织的各种成分的固定比值来估算所需要的组织成分的量。

而双能X光吸收仪为目前评估人体身体组成成分最重要的方法之一，与其它方法相比，双能X光吸收仪测量身体组成成份的精确度高，能够探测到身体成分的微小变化，直接测出体内各肢段的脂肪、瘦肉组织与骨矿物质量，对身体组成及其分部做出定量的评估具有安全、方便、受测者放射线吸收剂量低、检查时间短等特点，本研究应用双能X光吸收仪为非脂肪质量与体脂肪组织质量的比对标准。此等方式成本仍高。

而目前一般量测所需解决的问题，系因目前所有的生物阻抗法评估身体组成成分的公式都是采用Nyboer的基于人体为规则几何形状的理论模型，但由于Nyboer公式基于的理论模型过于简略，因而在实际运用中会产生较大的误差，尽管许多研究人员在实际运用进行了一定的修正，但是都是经验与统计性的，不能完全修改其理论的问题。多数研究者认为生物阻抗法测量准确性的依据是基于全身分析而言，其数据为粘贴于腕部与踝部之间电极的电流传导获得的。

人体四肢与躯干部分的组织结构差别很大，其导电性必然也会有所差异，另外上肢、躯干与下肢的横截面积也相差很大，因而如将全身单一脂肪、非脂肪比例与上肢、躯干与下肢其量相等，并不合适。

此外，在现有上述的受测人员的生物组成成分的数值测量过程中，对于人体各肢段可以确定的测出其对应的电组成成分的数值，但是头部的电阻抗仍不在测量项目中。虽然对于身体组成成分的评估，对于四肢与躯干为主要对象，但整个人体模型与总重量，仍须考虑头部的影响，整个体组成成分的分析方为完整。

而目前生物阻抗测量各肢段测量方法设计，系测量其发射、接收电极对多粘贴于受测者同侧边脚踝、腕部。惟此方法所得到的数据，皆在于受测者的四肢，对于头部的数值则无法准确的量测，故有改良的必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种人体多肢段成分的生物阻抗测量装置，达到快速测量以及简单安全地取得人体组成成分的数值的目的。为此，本发明还提供一种人体多肢段成分的生物阻抗测量方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种人体多肢段成分的生物阻抗测量装置，包括：

一中央处理器；

一评估平台，该评估平台内具有一模块数据库，该评估平台连接该中央处理器，该中央处理器分别连接该模块数据库，并外接A/D转换器与各肢连接的电极对；该模式数据库为一各式身体状态受测者测量的结果，包括：各肢体的组成成分的数值数据以及头部、躯干的组成成分的数值数据与各评估单元的分析比例与参数；

一输入装置，与该中央处理器连接，该输入装置供受测者输入各项基本数据；以及

一输出装置，与该中央处理器连接；

该评估平台经测量受测者各肢组成成分的数值配合该输入的基本数据，选择对应的模块，并相对产生各肢体的评估单元，经对应模块产生四肢与躯干评估单元以及全身评估单元，即可直接由各评估单元的相减而得知头部与躯干评估单元，并可以各肢组成成分的数值直接经由该评估平台得知头部与躯干的组成成分的数值。

该测量装置的评估平台内另具有一程序数据库，该程序数据库连接该中央处理器。

该电极对的设置包括：发射电极与接收电极。

此外，本发明还提供一种人体多肢段成分的生物阻抗测量方法，该方法的流程包括：

输入基本数据：输入受测者的身高、体重与年龄等基本数据；

选择模块：经评估平台之模块数据库建立对应模块；

测量：针对于人体的四肢设置电极，经电极的发射与接收电极对透过单芯片、A/D转换器与程控，分别测量对应电组成成分的数值，以立即测量出四肢组成成分的数值，并取得评估单元的参数值，分别由评估平台的模块产生上肢、下肢、四肢与躯干以及全身评估单元；

比对：于该模块中进行比较，使产生躯干、头部之评估单元；

确认：该模块的各评估单元；

取得：重新取得前述可简易测量测得到的组成成分的数值；

针对头部与各肢形成组成成分之数值：经由各评估单元即可确认对应的四肢与躯干评估单元以及全身评估单元，由两评估单元数值之相减即可求得头部与躯干评估单元，以取得头部与躯干的组成成分的数值。

而前述模块的建立流程包括：

测量：针对不同族群进行大规模测量作业，该测量是对受测者的肢体进行生物阻抗的测量；

单边测量：就受测者单边的肢体进行测量，并以双能X光吸收仪对于测量全身各肢段的全身非脂肪组织比例与该单边测量的结果进行比对，形成一关系值比例；

比较：针对该单边测量与全身肢段的测量进行比较，由两者数值上的比对，可显出两者差异性，去掉差异过大的部份；

建立模块：将人体的肢干分成六大部份，其中，包括：右上肢、左上肢、右下肢、左下肢、躯干与头部，其中，运用统计分析，应用其测量对应组成成分的数值与非脂肪组织质量，分别可得到单一下肢与该下肢之的评估单元，该评估单元即为一线性回归方程式：

FFM下肢＝C1+C2(h²/Ri)+C3w

FFM上肢＝C4+C5(h²/Rj)+C6w

另针对单边的上肢与下肢配合整体全身、四肢与躯干的非脂肪质量的生物组成成分的数值，以统计分析产生以上对应方程式：包括：

FFM四肢与躯干＝C7+C8(h²/R(RA+T+RL))+C9w

FFM全身＝C11+C12(h²/R(RA+T+RL))+C13w

其中：h为身高，单位为m，w为身体重量，单位为kg，FFM为非脂肪组织质量；

利用前述各式的差值，以形成各别部位的非脂肪组织质量，其中，

FFM躯干＝FFM四肢与躯干-2FFM下肢-2FFM上肢

FFM头部＝FFM全身-FFM四肢与躯干

即可取得躯干与头部两部份的非脂肪组织质量。

本发明可以简单并准确地测量出身体各肢干部位组成成分的数值后，藉由评估平台产生对应的模块而直接形成头部与躯干的组成成份与数值，即可有效的确实的取得对应模块的头部的组成成分的数值，而达到快速测量以及安全测量的目的。

附图说明

图1是传统人体组成分析示意图。

图2是本发明测量方法的流程示意图。

图3是本发明受测者的电极连接方式示意图。

图4是本发明测量装置的硬件架构示意图。

图5是本发明测量模拟各部位组成成分的数值平面示意图。

图6是本发明建立模块示意图。

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术、手段及其它功效，兹举一较佳可行实施例并配合附图详细说明如下：

本发明取得头部以及其它四肢的生物组成成分的数值的装置与方法，如图2、3、4所示，其中，藉由本发明的测量方法10于受测者20经由各肢21、22、23、24的电极对30的连接于测量装置40上，于该测量装置40上形成一评估平台41，藉由受测者20输入相关的基本数据以及该测量装置40取得受测者20基本的组成成分的数值即可以该评估平台41上对应的模块进行分析，以快速形成对应的评估单元而形成各肢、躯干25与头部26的电组成成分的数值；

其中，该测量装置40主要形成一评估平台41，如图4所示，该评估平台41内具有一模块数据库410及一程序数据库411，该评估平台41连接一中央处理器42，该中央处理器42分别连接该模块数据库410与该程序数据库411，并外接A/D转换器43与各肢21、22、23、24连接的电极对30，另连接的模式数据库410为一各式身体状态受测者20测量的结果，包括：各肢体的组成成分的数值数据以及头部26、躯干25的组成成分的数值数据与各评估单元的分析比例与参数，而于中央处理器42另接至一输入装置44及一输出装置45，该输入装置44为一键盘，或按键，或触控式屏幕，而该输出装置45则为一显示屏，藉由该受测者20由该输入装置44输入基本数据后，由该评估平台41经由该模块数据库410选定出相对应的模块，待再输入少数肢体的组成成分的数值后，即可获知其它各肢对应的组成成分的数值，尤其针对无法安装电极对30的头部26以躯干25，可立即获知准确的组成成分的数值。

其中，该测量方法10的流程包括(如图2所示)：

输入基本数据11：受测者20输入受测者的身高、体重与年龄等基本数据；

选择模块110：经评估平台41的模块数据库410内即定的模块数据予以建立对应模块；

测量12：藉由针对于受测者20人体的四肢21、22、23、24设置的电极对30，测量其电组成成分的数值，所应用电极对30的设置，系包括：发射电极300与接收电极301，请配合图3、4所示，通过测量装置40的单芯片配合程序数据库411对应的程控，针对接于各肢21、22、23、24的电极对30及相对的A/D转换器43控制导通与否，使其在数秒内，在受测者20姿态不变的状况下，使其发射、接收电极300、301快速连接、切换分别测其对应电组成成分的数值。

进行生物阻抗测量时，受测者20放松站立于测试平台的足部电极上，双手手握电极，双臂与双腿微微张开，电极连接方式如图3所示，其中，E1、E3、E5与E7为发射电流的电极，即为前述电极对30的发射电极300；其中E2、E4、E6与E8为测量电极，即为前述电极对30的接收电极301，以测量电极间的电阻抗远高于人体阻抗，其测量时对电流的影响可忽略不计；

其中，该电极对30为不锈钢薄片，电性传导性质佳，E1、E2、E3与E4分别位于两个测量手柄上，E5、E6、E7与E8位于测试平台的基座两侧。

如图5所示，通过不同电流电极之间以交流电形成回路，并通过不同测量电极进行测量，如在E1与E5之间形成回路，在E2与E4之间测量可获得右上肢21电阻抗(RRA)；在E2与E6之间测量可获得右上肢21、右下肢23与躯干25的电组成成分的数值(RRT＝RRA+RT+RRL)，在E6与E8之间测量可获得右下肢23电阻抗(RRL)，依相同的测量方法可测得人体各肢段的电组成成分的数值，即左上肢22电组成成分的数值(RLA)、右上肢21电组成成分的数值(RRA)、右上肢21以及右下肢23与躯干25的综合电组成成分的数值(RRT)、左下肢24电组成成分的数值(RLL)、右下肢23电组成成分的数值(RRL)。

而评估平台41则由模块数据库410内选定对应目前受测者20基本数据的模块，经简单测量前述单侧肢体的数值，如该左上肢22与左下肢24或右上肢21与右下肢23的电组成成分的数值后，即可经由评估平台41获得右上肢21评估单元以及右下肢23评估单元，或左上肢22评估单元以及左下肢24评估单元等，即如图2所示的上肢评估单元120与下肢评估单元121，并由该评估平台41的模块中，取得对应的四肢与躯干评估单元122以及全身评估单元123；

比对13：于该模块中进行比较，经由简单的比对作业，即可藉由四肢与躯干评估单元122减去两倍的上肢评估单元120与下肢评估单元121之总和即可获知躯干评估单元130以及以全身评估单元123减去四肢与躯干评估单元122即可获得头部评估单元131，而达到快速产生躯干25、头部26的评估单元，无需真正于躯干25、头部26上进行安装电极对30即可得知；

确认14：该模块的各评估单元；

取得15：重新取得上述可简易测量得之的组成成分的数值；

针对头部与各肢形成组成成分的数值16：经由各评估单元即可确认对应的四肢与躯干评估单元130以及全身评估单元131，藉由两评估单元方程式分别与前述各肢体评估单元相减或相互间之相减即可求得头部26与躯干25的评估单元，以取得头部与躯干的组成成分的数值。

而就前述模块数据库410结构予以有效的被建立，该模块建立的流程包括(如图6所示)：

测量50：针对不同族群，如运动员、或健康人士、或学生等进行大规模的测量作业，该测量是对受测者20的肢体进行生物阻抗的测量；

单边测量51：即就受测者20单一边的肢体进行测量，如单纯针对右侧的右上肢21与右下肢23进行测量后，并以双能X光吸收仪(DEXA)对于测量全身各肢段的全身非脂肪组织比例与该单边量测51的结果进行比对，形成一关系值比例；

比较52：针对该单边量测51与全身肢段的测量进行比较，藉由两者数值上之比对，可显出两者差异性，去掉差异过大的部份；

建立模块53：将人体的肢干分成六大部份，其中，包括：右上肢21、左上肢22、右下肢23、左下肢24、躯干25与头部26，其中，运用统计分析，应用其测量对应组成成分的数值与非脂肪组织质量，分别可得到单一下肢与该下肢之评估单元，该评估单元即为一统计方程式：

FFM下肢＝C1+C2(h²/Ri)+C3w

FFM上肢＝C4+C5(h²/Rj)+C6w

另针对单边的上肢与下肢配合整体全身、四肢与躯干的非脂肪质量的生物组成成分的数值，亦以统计分析产生以上对应方程式：包括：

FFM四肢与躯干＝C7+C8(h²/R(RA+T+RL))+C9w

FFM全身＝C11+C12(h²/R(RA+T+RL))+C13w

其中：h为身高，单位为m，w为身体重量，单位为kg，FFM为非脂肪组织质量，C1-C13系为统计方程式。

利用前述各式之差值，以形成各别部位的非脂肪组织质量，其中，

FFM躯干＝FFM四肢与躯干-2FFM下肢-2FFM上肢

FFM头部＝FFM全身-FFM四肢与躯干

即可取得躯干25与头部26两部份的非脂肪组织质量，以达到整体取得组成成分的数值以及对应该组成成分的数值产生的非脂肪组织质量，即可藉由该统计分析取得一通式，以有效的测量该受测者20各部位的非脂肪组织质量。

将受测人员的基本资料-体重、身高、年龄与对应之骨矿物质量(BMC)、生物阻抗的相位角、脂肪重量(Fat Mass)、非脂肪组织质量(FFM)与其对应身体重量比例应用DEXA所测得的人体组成成分主要为脂肪组织质量、非脂肪组织质量与骨矿物质量，即分别针对前述模块内的各个肢段身体组成成分，故将其受测者全身与各个肢段的体脂肪组织、非体脂肪组织质量与其对应全身重量比例各形成对应的数据库内容。

该将其受测者20的身体组成成分以肢段方式计算属合理；其中，本发明将人体视为六个肢段，分别为右臂、左臂、右腿、左腿、躯干与头部，探讨人体各肢段生物组成成分的数值与其非脂肪组织质量关系。使用统计分析，应用其测量对应组成成分的数值与非脂肪组织质量，分别可得到单一下肢与下肢的评估单元，更可分别沿用全身、四肢与躯干的非脂肪质量，与单边手臂、躯干与下肢的生物组成成分的数值R(RA+T+RL)有关，故应用统计分析其非脂肪组织质量与身高、体重、组成成分的数值关系，则可分别得到其对应方程式；再利用各程序将之相减，得到求出躯干与头部的非脂肪组织质量的程序，并将由统计方程式所评估躯干、躯干与头部的非脂肪组织质量列为各项的模块参数，以供选用。

Claims (5)

1.一种人体多肢段成分的生物阻抗测量装置，其特征在于，包括：

一中央处理器；

一评估平台，该评估平台内具有一模块数据库，该评估平台连接该中央处理器，该中央处理器分别连接该模块数据库，并外接A/D转换器与各肢连接的电极对；该模式数据库为一各式身体状态受测者测量的结果，包括：各肢体的组成成分的数值数据以及头部、躯干的组成成分的数值数据与各评估单元的分析比例与参数；

一输入装置，与该中央处理器连接，该输入装置供受测者输入各项基本数据；以及

一输出装置，与该中央处理器连接；

该评估平台经测量受测者各肢组成成分的数值配合该输入的基本数据，选择对应的模块，并相对产生各肢体的评估单元，经对应模块产生四肢与躯干评估单元以及全身评估单元，即可直接由各评估单元的相减而得知头部与躯干评估单元，并可以各肢组成成分的数值直接经由该评估平台得知头部与躯干的组成成分的数值。

2.如权利要求1所述的人体多肢段成分的生物阻抗测量装置，其特征在于，该测量装置的评估平台内另具有一程序数据库，该程序数据库连接该中央处理器。

3.如权利要求1所述的人体多肢段成分的生物阻抗测量装置，其特征在于，该电极对的设置包括：发射电极与接收电极。

4.一种人体多肢段成分的生物阻抗测量方法，其特征在于，该测量方法于受测者经由各肢的电极对的连接于测量装置上，于该测量装置上形成一评估平台，受测者输入相关的基本数据以及该测量装置取得受测者基本组成成分的数值即可以该评估平台上对应的模块进行分析，以快速形成对应的评估单元而形成各肢、躯干与头部的电组成成分的数值；

其中，该测量方法的流程包括：

输入基本数据：受测者输入包括受测者的身高、体重与年龄的基本数据；

选择模块：经该评估平台的模块数据库建立对应模块；

测量：针对受测者人体四肢设置的电极对，经电极的发射与接收电极对透过单芯片、A/D转换器与程控，分别测量其电组成成分的数值，以立即测量出四肢组成成分的数值，并取得评估单元的参数值，分别由评估平台的模块产生上肢、下肢、四肢与躯干以及全身评估单元；

比对：于该模块中进行比较，使产生躯干、头部评估单元；

确认：该模块的各评估单元；

取得：重新取得上述可简易测量得之的组成成分的数值；

针对头部与各肢形成组成成分的数值：经由各评估单元即可确认对应的四肢与躯干评估单元以及全身评估单元，由两评估单元数值之相减即可求得头部与躯干评估单元，以取得头部与躯干的组成成分的数值。

5.如权利要求4所述的人体多肢段成分的生物阻抗测量方法，其特征在于，该模块数据库结构予以有效的被建立，该模块建立的流程包括：

测量：针对不同族群进行大规模测量作业，该测量是对受测者的肢体进行生物阻抗的测量；

单边测量：就受测者单边的肢体进行测量，并以双能X光吸收仪对于测量全身各肢段的全身非脂肪组织比例与该单边测量的结果进行比对，形成一关系值比例；

比较：针对该单边测量与全身肢段的测量进行比较，由两者数值上的比对，可显出两者差异性，去掉差异过大的部份；

建立模块：将人体的肢干分成六大部份，其中，包括：右上肢、左上肢、右下肢、左下肢、躯干与头部，其中，运用统计分析，应用其测量对应组成成分的数值与非脂肪组织质量，分别可得到单一下肢与该下肢之的评估单元，该评估单元即为一线性回归方程式：

FFM下肢＝C1+C2(h²/Ri)+C3w

FFM上肢＝C4+C5(h²/Rj)+C6w

另针对单边的上肢与下肢配合整体全身、四肢与躯干的非脂肪质量的生物组成成分的数值，以统计分析产生以上对应方程式：包括：

FFM四肢与躯干＝C7+C8(h²/R(RA+T+RL))+C9w

FFM全身＝C11+C12(h²/R(RA+T+RL))+C13w

其中：h为身高，单位为m，w为身体重量，单位为kg，FFM为非脂肪组织质量；

利用前述各式的差值，以形成各别部位的非脂肪组织质量，其中，

FFM躯干＝FFM四肢与躯干-2FFM下肢-2FFM上肢

FFM头部＝FFM全身-FFM四肢与躯干

即可取得躯干与头部两部份的非脂肪组织质量。

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