CN103815905B - 一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪。该分析仪包括阻抗测量电路、体重测量电路、测量电极、PC上位机及打印机。检测电极直接与人体接触，用于输出和检测信号；阻抗测量电路用于对人体阻抗信息的采集并传输数据给上位机；体重测量电路测量人体体重并向上位机传输数据；上位机具有人机交互界面，提供用户数据输入和人体成分数据显示成像并控制打印机打印数据报告。该分析仪有三种工作模式：一是传统的通过手和脚测量人体整体的成分分析；一是实现用户想要测量的身体任意局部成分分析；最后一种针对腹部脂肪较多的人群，该人体成分分析仪能测量并上位机图像显示被测者腹部脂肪含量。本分析仪适应性强，人性化更强，功能性更好。

Description

一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪

技术领域

本发明属于人体成分检测与分析技术领域，涉及一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪。

背景技术

生物电阻抗技术最早始于19世纪末20世纪初，它是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的无损伤检测技术。生物阻抗分析法(BIA)是一种将生物阻抗技术用在评估人体身体成分的间接方法，通过注入和检测人体的电信号得到阻抗值，并根据人体的电阻抗特性与身体成分之间存在的统计规律，分析出人体的身体成分。多频阻抗分析法即生物阻抗频谱(BIS)是随着电子技术的发展，将多频测量应用于人体成分分析的方法。

电阻抗成像技术是根据人体内不同组织具有不同的电导率这一物理原理，通过给人体注入很小的安全电流，测量体表电位来提取人体内部电导特性的信息，重构出人体内部的电参数分布或其变化的图像为医学诊断提供有用信息。电阻抗成像技术通过配置于人体体表的电极阵，提取与人体生理，病理状态相关的电特性信息，既能反映解剖学结构，也可以给出功能性图像，还因其无创、无辐射、设备简单、成本低廉、可连续使用、不要求特殊使用环境等鲜明的特点而受到当今生物医学工程学界的广泛关注。

生物组织含有大量不同形状的细胞，这些细胞之间的液体可视为电解质。由于细胞膜的存在，当直流或者低频电流施加于生物组织时，细胞可视为绝缘体，电流将绕过细胞，主要流经细胞外液。当电流的频率增加时，细胞膜的容抗减小，一部分电流将穿过细胞膜流经细胞内液。研究表明，当电流频率小于50KHz时，主要测量的是细胞外液体的电阻；当在较高频率情况下，电流可以部分地通过细胞膜，从而可测量到细胞内和细胞外液体的电阻。可知，非脂肪组织含有大量的水分和电解质，电阻抗较低，而脂肪是无水物质，电阻抗较高。因此人体内非脂肪越多，电阻抗越低。根据这个原理，运用统计学上多元线性回归法，建立阻抗，身高，体重，年龄，性别等与人体成分的回归方程，可以很好的用于人体成分的预测。

现阶段主流的生物阻抗分析仪器是将人体分成四肢和躯干五段进行成分分析，通过四肢注入和检测信号，得出测量者整体、四肢和躯干的相对人体成分。这种阻抗分析仪对身体局部的成分分析具有相当大的局限性，例如健美人士比较看重手臂上部肌肉，而现有的阻抗分析仪器并不能满足这种要求。而通过四肢注入和检测的方式很难满足身体局部成分分析的要求。本发明在满足人体整体成分分析的同时，提出了一种人体任意局部成分分析的阻抗分析仪器。能测量被测者身体任意局部的阻抗并同时分析其身体成分。本发明在拥有传统人体成分分析和任意局部人体成分分析的同时还能充分利用该仪器的功能，特别针对关注腹部脂肪的人士，提供腹部脂肪测量并图像直观性显示，这是至今为止利用人体成分分析仪实现的创新型突破。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪，通过对电极的搭配使用和阻抗测量电路及上位机的充分应用，不仅实现传统的整体人体成分分析，还是实现人体任意局部成分分析，及针对腹部脂肪关注人士对腹部脂肪测量和图像显示。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪，包括：检测电极、阻抗测量电路、体重测量电路、打印机和上位机；检测电极直接与人体接触，用于输出和检测信号，电极的数目为16个电极做成8个复合式电极，电极的外形结构随测量方式的改变而改变；阻抗测量电路用于对人体阻抗信息的采集并传输数据给上位机，阻抗电路整体由主控芯片控制，主控芯片控制恒流源电路产生0～1MHz可调的1mA～5mA可变的恒流信号，恒流信号通过主控芯片控制的开关整列输出到指定的检测电极中，检测的电压型信号通过主控芯片控制的另一组开关阵列流入信号调理电路中，然后经过模数转换电路进入主控芯片中保存并处理后传输到上位机中；体重测量电路直接由主控芯片控制测量人体体重并向上位机传输数据；上位机具有人机交互界面，提供用户数据输入和人体成分数据显示成像并控制打印机打印数据报告；该分析仪具有三种工作模式：第一种是传统的通过手和脚测量人体整体的成分分析；第二种是实现用户想要测量的身体任意局部成分分析；第三种是针对腹部脂肪较多的人群，该人体成分分析仪能测量并上位机图像显示被测者腹部脂肪含量。

进一步，所述人体成分分析仪的检测电极采用复合式电极结构；复合式电极包括两个引线接口，内圈外加两个外环的结构，内圈和最外面的环为金属导电材料，紧靠内圈的中间环为绝缘材料，两个引线接口分别连接内圈和最外面的环；内圈的导电端口是恒流源的输出端口，外环的导电端口是信号的检测端口。

进一步，所述人体成分分析仪的8个复合式检测电极，分析仪工作模式不同时，电极的引出结构不一样。当分析仪工作在第一种模式时，两个复合式电极固定在手握柄上，两个复合式电极固定在脚踏板上，这四个电极的形状和大小随着手握柄和脚踏板的大小和形状而改变，但复合式电极的结构不变，剩下的四个复合式电极暂时不用；当分析仪工作在第二种模式时，电极连接成贴片式电极，形状和大小与医用心电电极一样，贴于人体的指定部位；当分析仪工作在第三种模式时，8个复合式电极引出均匀固定在一条带子上，将带子围绕被测者腹部一圈固定，用于输出和检测信号。

进一步，所述人体成分分析仪的第二种工作模式能实现人体任意局部成分分析，对于手上臂、手下臂、小腿、大腿等成分分析，只需要将电极贴于用户想测量身体局部的两端，我们便能得到该局部的成分分析结果。

进一步，所述人体成分分析仪的第三种工作模式中，8个复合电极组成的带子围绕被测者腹部一圈绑定，上位机接受阻抗测量电路测量的数据生成电阻抗断层图像；电阻抗断层图中以不同的颜色深度表示不同的的细胞组织，同种颜色的范围大小和宽度表示同种细胞组织的厚度和多少，图像中从中间代表脂肪的颜色宽度我们可以知道被测者实际脂肪的厚度，并在图像旁边对代表脂肪颜色的宽度表示腹部实际脂肪含量及健康状况加以说明，并给出指导性建议。

进一步，所述人体成分分析仪的上位机拥有人机交互界面，测试者输入自身数据，选择全身、身体局部或者腹部脂肪成像测量进行成分分析，并按照相应的方式控制阻抗测量电路工作及电极形式选择并通过人机交互界面的选择控制打印机打印测试结果报告。

本发明的有益效果在于：1、本发明适应性强，能完成人体整体成分分析的同时还能满足用于对身体任意局部进行人体成分分析的要求，摒弃了以往只有手部和脚部电极的思路，而采用了根据不同用户的人体成分分析需求，而选择相应的测量方式和相应人体部位进行人体成分分析，特别针对关注腹部脂肪的人士，提供腹部脂肪测量并图像直观性显示，本发明应用范围广，极大的满足了用户对人体成分分析的需求。2、本发明抗干扰能力强，测量精度高，测量速度快，数据从输出到输入有一套完备的抗干扰和提高精度的方案。3、检测电极不同于以往人体成分分析仪器电极结构，而是采用复合式的电极，该复合式电极不仅精简了电极结构，更能在一定程度上抵消与人体的接触阻抗。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述分析仪的电路结构图；

图2为复合式电极示意图；

图3为腹部的电阻抗成像示意图；

图4为分析仪工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明所述分析仪的电路结构图，如图所示，本发明所述分析仪由阻抗测量电路、体重测量电路、测量电极、PC上位机及打印机等组成。检测电极直接与人体接触，用于输出和检测信号，电极的数目为16个电极做成8个复合式电极，电极的外形结构随测量方式的改变而改变；阻抗测量电路用于对人体阻抗信息的采集并传输数据给上位机，阻抗电路整体由主控芯片控制，主控芯片控制恒流源电路产生0～1MHz可调的1mA～5mA可变的恒流信号，恒流信号通过主控芯片控制的开关整列输出到指定的检测电极中，检测的电压型信号通过主控芯片控制的另一组开关阵列流入信号调理电路中，然后经过模数转换电路进入主控芯片中保存并处理后传输到上位机中；体重测量电路直接由主控芯片控制测量人体体重并向上位机传输数据；上位机具有人机交互界面，提供用户数据输入和人体成分数据显示成像并控制打印机打印数据报告。在本实施例中，采用8个复合电极，复合电极的基本结构如图2所示。

图3为腹部的电阻抗成像示意图，当8个复合电极组成的带子围绕被测者腹部一圈绑定，上位机接受阻抗测量电路测量的数据生成如图3所示的电阻抗断层图像。电阻抗断层图中以不同的颜色深度表示不同的的细胞组织，同种颜色的范围大小和宽度表示同种细胞组织的厚度和多少，图3中中间白色区域表示被测者的脂肪，箭头所指向的白色区域的宽度代表被测者脂肪的含量，白色区域越宽表示被测者脂肪含量越多，从图3中的1、2、3子图可以看出被测者的脂肪含量是越来越多的。

图4为分析仪工作流程图，该分析仪的具体工作过程为：首先启动设备，测试人员可以通过PC上位机查看历史结果，如要进行新的测量，则通过上位机人机交互界面输入初始数据。同时，因为本发明所述的人体成分分析仪不仅能够对人体整体成分进行分析，还能够对人体任意局部成分进行分析及腹部脂肪测量成像，所以测试者在输入初始数据以后需要进行测量方式的选择，如果选择对人体整体成分进行分析则使四肢接触电极，如果选择对局部成分进行分析则在身体局部贴上电极，如果选择腹部脂肪测量成像则用8个复合电极做成的电极带围绕被测者腹部一圈固定。之后，进行测量，分析仪中的阻抗测量电路会将阻抗值发送至上位机，上位机会根据接收到的阻抗值和体重测量电路返回的数据进行分析，并显示分析结果或将结果进行打印输出，以便患者进行查询。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪，其特征在于：包括：检测电极、阻抗测量电路、体重测量电路、打印机和上位机；检测电极直接与人体接触，用于输出和检测信号，检测电极的数目为16个电极做成8个复合式电极，检测电极的外形结构随测量方式的改变而改变；阻抗测量电路用于对人体阻抗信息的采集并传输数据给上位机，阻抗测量电路包括恒流源电路，阻抗测量电路整体由主控芯片控制，主控芯片控制恒流源电路产生0～1MHz可调的1mA～5mA可变的恒流信号，恒流信号通过主控芯片控制的开关阵列输出到指定的检测电极中，检测的电压型信号通过主控芯片控制的另一组开关阵列流入信号调理电路中，然后经过模数转换电路进入主控芯片中保存并处理后传输到上位机中；体重测量电路直接由主控芯片控制测量人体体重并向上位机传输数据；上位机具有人机交互界面，提供用户数据输入和人体成分数据显示成像并控制打印机打印数据报告；该分析仪具有三种工作模式：第一种是传统的通过手和脚测量人体整体的成分分析；第二种是实现用户想要测量的身体任意局部成分分析；第三种是针对腹部脂肪较多的人群，该人体成分分析仪能测量并上位机图像显示被测者腹部脂肪含量；

所述人体成分分析仪的检测电极采用复合式电极结构；复合式电极包括两个引线接口，内圈外加两个外环的结构，内圈和最外面的环为金属导电材料，紧靠内圈的中间环为绝缘材料，两个引线接口分别连接内圈和最外面的环；内圈的导电端口是恒流源的输出端口，外环的导电端口是信号的检测端口；

所述人体成分分析仪的8个复合式检测电极，分析仪工作模式不同时，复合式检测电极的引出结构不一样；当分析仪工作在第一种模式时，两个复合式检测电极固定在手握柄上，两个复合式检测电极固定在脚踏板上，这四个复合式检测电极的形状和大小随着手握柄和脚踏板的大小和形状而改变，但复合式检测电极的结构不变，剩下的四个复合式检测电极暂时不用；当分析仪工作在第二种模式时，复合式检测电极连接成贴片式电极，形状和大小与医用心电电极一样，贴于人体的指定部位；当分析仪工作在第三种模式时，8个复合式检测电极引出均匀固定在一条带子上，将带子围绕被测者腹部一圈固定，用于输出和检测信号；

所述人体成分分析仪的第二种工作模式能实现人体任意局部成分分析，对于手上臂、手下臂、小腿、大腿成分分析，只需要将复合式检测电极贴于用户想测量身体局部的两端，便能得到该局部的成分分析结果；

所述人体成分分析仪的第三种工作模式中，8个复合式检测电极组成的带子围绕被测者腹部一圈绑定，上位机接收阻抗测量电路测量的数据生成电阻抗断层图像；电阻抗断层图像中以不同的颜色深度表示不同的细胞组织，同种颜色的范围大小和宽度表示同种细胞组织的厚度和多少，从电阻抗断层图像中中间代表脂肪的颜色宽度我们可以知道被测者实际脂肪的厚度，并在电阻抗断层图像旁边对代表脂肪颜色的宽度表示腹部实际脂肪含量及健康状况加以说明，并给出指导性建议。

2.根据权利要求1所述的一种实现人体任意分段测量的人体成分分析仪，其特征在于：所述人体成分分析仪的上位机拥有人机交互界面，测试者输入自身数据，选择第一种、第二种或第三种工作模式进行成分分析，并按照相应的方式控制阻抗测量电路工作及检测电极形式选择并通过人机交互界面的选择控制打印机打印测试结果报告。