CN102028464A - 生物电阻抗测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于确定人体的成分数据的生物电阻抗测量装置，所述装置包括若干个测量电极(15、16、17、18)，位于主板(1)上的测量电路(2、10)，该电路包括电压测量电路(10)和控制与分析单元(2)，其根据预定的测量方案布置以将来自可控交变电流源(4)的交流电施加到特定于对于身体的各个测量方案的电极(15)，且通过另一电极(18)导出交流电，且借助于另外两个电极(16、17)用电压测量电路(10)确定产生的电压，且在此基础上确定人体环节的阻抗，其特征在于每个电压施加电极(15)设有与主板(1)分离，且位于电流施加电极(15)附近的远程控制交变电流源(4)。

Description

生物电阻抗测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定人体的成分数据的生物电阻抗测量装置。
背景技术
人体的导电率受其含水量的强烈影响。由于身体没有脂肪的区域，诸如肌肉和体液包含身体含水量的主要部分，而另一方面脂肪组织具有相对低的含水量，因此至少如果考虑诸如人的身高和体重的进一步数据，那么确定身体或人体环节(body segment)的导电率(或者确定身体或人体环节的电导(reciprocal resistance)或阻抗)允许对相对脂肪含量做出结论。
典型的生物电阻抗测量装置包括八个电极，即四个足部电极，每种情况下两个电极接触一只脚，以及四个手部电极，每种情况下两个电极接触人的一只手。对于每个肢体，可以分配一个电极以施加或注入电流。通过一个电极注入交流电并通过位于另一个肢体上的另一个电极导出，并使用同样位于不同肢体上的另外两个电极测量电压。通过切换到用于电流注入和导出以及用于检测电压差的其它几对电极，可以连续检查不同的人体环节。当电流注入到一只手和一只脚内，且当测量相同手的另一电极上和相同脚的另一电极上的电压时，可以测量身体的整个一侧。大多数测量电路以及控制与分析单元位于主板上，该主板通过电缆与肢体上的远程定位电极相连接。尤其地，产生施加于身体的交流电的交变电流源也位于主板上，该交流电的幅值由控制与分析单元控制。这种电路设计在图3中原理性地示出。控制与分析单元2位于主板1上，且与电压测量电路10连接，电压测量电路10又依次与电极16和17连接。控制与分析单元2也接收电流测量电路11的输出信号。此外，控制与分析单元2提供可以确定交变电流源3的幅值的控制信号。交流电从交变电流源3通过电缆19并进一步通过电极15施加到身体。在这种布置中通过电缆19和电缆22提供电流，且测量电极16和17之间的电压。为了精确测量阻抗14，必须尽可能精确地知道施加到身体的电流。在这一方面，图3所示的结构是有缺陷的，因为交变电流源3产生的交流电必须通过一段相当长的导体传导到身体的电极的施加点上。导体的寄生电容会导致损耗，尤其是对于较高频率的交流电，从而不能精确获知实际注入的交流电。因此，也不能以精确的方式测量阻抗。
在WO 97/01303中描述了按照权利要求1的前序的用于生物电阻抗分析的装置。电路的原理结构如图4所示，除了前置放大器6和8与主板1分离且放置的与电压测量电极更近，前置放大器发送输出信号至电压测量电路10之外，其大部分与前文结合图3所述的结构相应。而且，电流测量电路12被设置为与主板分离，由该电流测量电路12确定通过电极18导出的电流，且将所确定的值发送给控制与分析单元2。还是在这种布置中，要施加的交流电由主板上的交变电流源3产生，且在进一步传导至施加电极15的过程中由于寄生电容遭受损耗，该损耗不可能被精确预测。然而，在这种布置中，真实流动的电流由电流测量电路12测量，以使得这种测量的电流能与电极16和17之间测得的电压一起考虑，从而确定阻抗。不过在这种布置中，需要附加的电流测量电路12。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有简单结构的生物电阻抗测量装置，通过该简单结构可以以精确的方式测量阻抗；尤其是通过对所施加电流的精确调整来实现。
依据本发明，每个电流施加电极都设有与主板分离、且设置在电流施加电极附近、且由控制与分析单元远程控制的交变电流源。在这种方式中，具有期望幅值的交流电在电流施加电极附近产生，然后提供给该电极。这种情况下所施加的交流电的幅值是充分知晓的，且不会在传导至电极的途中受寄生电容的影响。仅仅来自主板上的控制与分析单元的控制信号必须发送给每个电流源，该控制信号指示将产生的交流电的幅值。这种控制信号可以以一种不易受干扰的方式从控制与分析单元传至远程电极，使得关于实际产生的交流电的幅值不具有不确定性。在电极处施加的交流电具有精确的已知幅值，另外两个电极之间的电压可以简单地测量，而且基于已知的幅值和测得的电压也可以最终确定阻抗，而不需要对实际施加的交流电或导出的交流电进行单独地电流测量。因此可以省去电流测量电路。以这种方式实现了具有简单电路设计的结构，然而该结构允许高精度的阻抗测量。
在优选的实施例中，电压测量电极的前置放大器同样设置于各个电极附近，以便最小化这种方式下因前置放大器输入之前的电流通路引起的电容量。
在优选的实施例中，交变电流源的远程控制由控制与分析单元使用通过双绞线电缆传输的差分信号来执行。或者，交变电流源的控制可以使用通过屏蔽导体传输至交变电流源的信号来实现。
在优选的实施例中，来自位于电压测量电极附近的前置放大器的电压测量信号可以作为差分信号通过双绞线电缆传输至控制与分析单元，或者可以作为绝对信号(absolute signal)通过屏蔽电缆传输至控制与分析单元。而且，在优选的实施例中，每个导出电流的电极可以通过屏蔽电缆和控制与分析单元连接。
附图说明
下面参考附图中例示的实施例描述本发明，其中
图1示出了生物电阻抗测量装置的电路原理图；
图2示出了生物电阻抗测量装置的可选实施例的电路原理图；
图3示出了现有技术的生物电阻抗测量装置的电路原理图；
图4示出了现有技术的生物电阻抗测量装置的另一电路原理图。
具体实施方式
在图1和2所示的本发明的实施例中，经交变电流源4通过电极15将交流电施加到身体，该交变电流源4设置为远离主板1的分离部件且位于施加电极15的附近。在这种方式中，由于交流电由离电极很近的交变电流源4产生，信号在从主板到肢体处的远程电极的途中不可能会受到任何衰落。在这种方式中，交变电流源4产生的具有由控制与分析单元预定的已知幅值的交流电不可能恶化，且因此被控制与分析单元2精确获知。通过电极16和17来测量电压，测得的信号经前置放大器6和8传输给电压测量电路10，可以确定与施加的交流电相应的电压，且可以从中得到阻抗。因此原则上不再需要单独的电流测量，从而在图1所示的实施例中省去了电流测量电路。
在图2所示的实施例中，主板上设有增补电流测量电路11以允许互相校验。
当使用高质量交变电流源，可以避免测量电流，因为如果精确控制交变电流源的话，就可以很充分地知晓交流电。这种方式下可以节省用于测量电流的整个电路部件，从而可以简化生物电阻抗测量装置。
此外，所施加的交流电的幅值可以在随后的测量中以一种更可靠的方式再现，因为在随后的测量中所施加的交流电的幅值不能被随后的测量中变化的电缆通路所更改。

Claims (9)

1.一种用于确定人体的成分数据的生物电阻抗测量装置，所述装置包括若干测量电极(15、16、17、18)，位于主板(1)上的测量电路(2、10)，该电路包括电压测量电路(10)和控制与分析单元(2)，其根据预定的测量方案布置以将来自可控交变电流源(4)的交流电施加到特定于对于身体的各个测量方案的电极(15)，且通过另一电极(18)导出交流电，且借助于另外两个电极(16、17)用所述电压测量电路(10)确定产生的电压，且在此基础上确定人体环节的阻抗，其特征在于，每个电压施加电极(15)都设有与所述主板(1)分离，且位于所述电流施加电极(15)附近的远程控制交变电流源(4)。
2.如权利要求1所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，在用于电压测量的所述电极(16、17)附近，对于每个电极，设有与所述主板(1)分离的前置放大器(6、8)。
3.如权利要求1所述的生物电阻抗测量装置，其还包括用于测量所施加的交流电的电路(11)。
4.如权利要求1所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，所述电极成对地布置到人体四肢中的每一个。
5.如权利要求1所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，所述控制与分析单元(2)产生在双绞线电缆上传输至所述交变电流源的、作为差分信号的控制信号，以控制所述交变电流源(4)。
6.如权利要求1所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，所述控制与分析单元使用在屏蔽电缆上传输至所述交变电流源的信号对所述交变电流源(4)执行控制。
7.如权利要求2所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，来自位于所述电极附近的所述前置放大器(6、8)的电压测量信号，作为差分信号在双绞线电缆上传输至所述主板(1)，从而传输至所述控制与分析单元(2)。
8.如权利要求2所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，来自位于所述电极附近的前置放大器(6，8)的电压测量信号在屏蔽电缆上传输至所述主板(1)，从而传输至所述控制与分析单元(2)。
9.如权利要求2所述的生物电阻抗测量装置，其特征在于，将交流电从身体导出的每个电极通过屏蔽电缆与所述主板连接。
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