CN105455810A - 一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，包括：柔性脚环环带和阻抗检测系统，所述阻抗检测系统包括主控板、干电极、供电模块和指示灯模块，所述干电极、指示灯模块和供电模块均与主控板电气连接；所述柔性脚环环带具有左柔性脚环环带和右柔性脚环环带，当检测人体生物电阻抗时所述左柔性脚环环带和右柔性脚环环带电气连通；所述阻抗检测系统，用于对人体生物电阻抗进行检测，得到人体生物电阻抗数值；所述供电模块，用于为主控板提供电源。具有体积小，使用方便和测量数据精确等优点。

Description

一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环

技术领域

本发明涉及一种可穿戴设备技术，特别涉及一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环。

背景技术

评估人体营养状况变化对人体成分测量的需要变得越来越重要。由于疾病、暴饮暴食、体育、营养不良(神经性厌食症)或由于营养干预计划，可以影响身体储备差异例如身体脂肪，非脂肪的质量，骨矿物质的质量或细胞质量组件可能增加或减少。而这些变化都需要有效的人体成分测量技术得以检测得到。此外，对于人体成分及其分布的研究对肥胖诱发的疾病如非胰岛素依赖性糖尿病、胆囊疾病、冠心病、高血压等的治疗都有积极意义。

测量人体成分的方法有水下称重法、人体测量法、总体水法、总体钾法等，而生物电阻抗法提供了一种相对比较简便的测量人体成分的方法，其利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的检测技术，具有无创、无害、廉价、操作简单和功能信息丰富的特点，而且具有测量结果准确、测量可重复性高等优点。

目前市场上的智能电子称可用来测量人体成分，但其设备笨重，体积大，不方便随身携带，不可以做到随时随地测量；另一方面，可用来测量人体成分的智能电子称的电路又相对简单，可集成度高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，该可穿戴脚环是一种方便携带、简单易用、无创性并且可以有效测量人体成分的可穿戴设备。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，包括：

柔性脚环环带，所述柔性脚环环带具有左柔性脚环环带和右柔性脚环环带，柔性脚环环带上嵌有干电极，所述干电极可与人体脚踝处皮肤直接接触；所述左柔性脚环环带和右柔性脚环环带的内部都嵌有导体，所述导体用于测量时使左柔性脚环环带和右柔性脚环环带电气连通；

阻抗检测系统，所述阻抗检测系统用于对人体生物电阻抗进行检测，得到人体生物电阻抗数值；

蓝牙数据传输模块，所述蓝牙数据传输模块用于将阻抗检测系统检测到的人体生物电阻抗数值传输到智能设备；

主控板，所述主控板为MCU及其外围电路；

供电模块，所述供电模块用于为主控板提供电源；

指示灯模块，所述指示灯模块具有电量状态指示灯、蓝牙连接状态指示灯和检测状态指示灯，所述指示灯模块与主控板电气连接；所述电量状态指示灯用于显示供电模块的电量，所述蓝牙连接状态指示灯用于显示蓝牙数据传输模块和智能设备的连接状态，所述检测状态指示灯用于显示阻抗检测系统的测量状态；

智能设备，用于接收蓝牙数据传输模块传输的人体生物电阻抗数值，计算分析人体生物电阻抗数值以得出人体成分数值和人体成分分析数据，并且把人体成分数值和人体成分分析数据以图表形式进行直观展示。

在本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环中，所述阻抗检测系统包括主控板、干电极、供电模块和指示灯模块，所述干电极、指示灯模块和供电模块均与主控板电气连接。

本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环中，所述智能设备为智能手机或电脑，内部具有：

数据接收模块，用于接收人体生物电阻抗数值，并将人体生物电阻抗数值交给数据运算模块进行运算；

数据运算模块，用于利用人体生物电阻抗数值计算得出人体成分数值，并将人体成分数值交给数据分析模块进行处理；

数据分析模块，用于利用数据运算模块计算出的人体成分数值，结合人自身的身高、体重、年龄和性别数据，分析人体成分数值得到人体成分分析数据，并将人体成分数值和人体成分分析数据传输给绘图制表模块；

绘图制表模块，用于将人体成分分析数据和人体成分数值绘制成表格或图像；

数据存储模块，用于存储数据运算模块计算出的人体成分数值和数据分析模块得出的人体成分分析数据；

人机交互模块，将绘图制表模块绘制的表格或图像展示给用户。

本发明的原理：在本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环中，利用阻抗检测系统测量得出的人体生物电阻抗数值，以及用户在智能设备输入的身高、体重、年龄和性别数值，计算得出人体成分数值，包括肌肉率、水分率、蛋白质率、内脏脂肪、骨重率、脂肪率、基础代谢率等数值。

在本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环中，所述人体成分分析数据包括每项人体成分数值属于标准、偏多还是偏少，并给出改善建议。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明把可测量人体成分的设备做成脚环形式，体积小，可以24小时随身佩戴，可随时进行人体成分监测，使用方便。2、设备测量数据精确，跟市面上已有的智能电子称数据进行对比，数据误差小于2％。

3、设置做成脚环形式，可扩展性强，可加入加速度传感器，陀螺仪传感器，GPS定位传感器，实现人体的步数统计，运动形式判断和室外定位等功能。

附图说明

图1为本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环与智能设备系统结构方框图。

图2为本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环阻抗检测系统和蓝牙数据传输模块方框图。

图3为本发明的智能设备系统结构方框图。

图4为本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环外观图；其中，41代表柔性脚环环带，42代表干电极，43代表主控板与指示灯外壳，44代表连接左右脚环的带子，45代表连接左右脚环的磁性干电极。

图5为本发明基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环系统实际测量场景图；其中，40代表整个可穿戴脚环，50代表人的腿部。

图6为本发明实际测量场景的等效图，其中，51代表等效的人体生物电阻抗。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，主要包括：柔性脚环环带09、阻抗检测系统10，用于对人体生物电阻抗进行检测，得到人体生物电阻抗数值；蓝牙数据传输模块20，用于将阻抗检测系统10检测到的人体生物电阻抗数值传输到智能设备30；智能设备30，用于接收蓝牙数据传输模块20的人体生物电阻抗数值，并且计算出人体成分数值，包括肌肉率、水分率、蛋白质率、内脏脂肪、骨重率、脂肪率、基础代谢率等，根据人体成分数值及身高、体重、年龄和性别数值，得出人体成分分析数据的标准、偏高和偏低情况；对人体成分数值和人体成分分析数据进行存储；然后把数据绘制成图表进行展示。

如图2所示，阻抗检测系统10包括干电极11、供电模块12、指示灯模块13和主控板14。所述干电极11、供电模块12、指示灯模块13和蓝牙数据传输模块20都分别与主控板14电气连接，所述干电极11与人体脚踝处皮肤接触。

本发明通过将微弱的电信号通过干电极11导入人体，通过测量得到人体的等效电阻抗，即所述人体生物电阻抗数值，然后利用所述人体生物电阻抗数值根据各种经验计算公式计算出各项人体成分数值。这里给出人体成分数值的其中一项脂肪的经验计算公式TanitaBF-639公式，如下：

$\frac{{\mathrm{\ρ}}_{DB}}{kg\·L^{-1}}=1.1000696-0.107903\frac{mZ/H^2}{kg\·\mathrm{\Ω}\·{\mathrm{cm}}^{-2}}+0.00017Z/\mathrm{\Ω},$

其中，ρ_DB是人体密度，m是人体质量，Z是电阻抗模值，H是人的身高，分母表示的是分子物理单位。

女性计算公式为：

${\mathrm{\ω}}_{BF}=100\[4.57\×{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{DB}}{kg\·L^{-1}}\right)}^{-1}-4.142\]\×2.5,$

其中，ω_BF是人体脂肪分数，ρ_DB是人体密度，分母表示的是分子物理单位。

男性计算公式为：

${\mathrm{\ω}}_{BF}=100\[4.57\×{\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_{DB}}{kg\·L^{-1}}\right)}^{-1}-4.142\]\×2,$

式中，ω_BF是人体脂肪分数，ρ_DB是人体密度，分母表示的是分子物理单位。

如图3所示，智能设备包括数据接收模块31、数据运算模块32、数据分析模块33、绘图制表模块34和数据存储模块35。数据接收模块31用于接收来自阻抗检测系统10的人体生物电阻抗数值，并将人体生物电阻抗数值传给数据运算模块32；数据运算模块32根据各种经验计算公式计算出人体成分数值，包括肌肉率、水分率、蛋白质率、内脏脂肪、骨重率、脂肪率、基础代谢率等数值，并将数值传给数据分析模块33；数据分析模块33根据计算出的人体成分数值及人体自身的身高、体重、年龄和性别数据，得出人体成分分析数据的标准、偏高和偏低情况，然后把数据交给绘图制表模块34；绘图制表模块34根据人体成分数值和人体成分分析数据绘制成直观地图表展示给用户；数据运算模块32、数据分析模块33分别把人体成分数值和人体成分分析数据存储到数据存储模块35。

如图4所示，可穿戴脚环40包括柔性脚环环带41、干电极42、主控板、指示灯模块43、连接左右脚环的带子44和连接左右脚环的磁性干电极45。两段柔性脚环环带41和主控板与指示灯外壳43组成的脚环和现有技术中的智能手环的外观是类似的，加上嵌在环带表面两个干电极42，共同构成一个可检测生物电阻抗的脚环。

如图5所示，是可穿戴脚环的实际测量时候的场景图。人的腿部50的左脚和右脚上各戴一个脚环，平时不需要测量时，连接左右脚环的带子44是环绕在柔性脚环环带41上面的，当需要测量时，双腿自然站立，把连接左脚环和右脚环的柔性脚环环带44拉开，使左脚环和右脚环的柔性脚环环带44上面的磁性电极45相吸，从而让左脚环和右脚环电气导通，把人体等效成一个电阻抗进行测量。

如图6所示，是图5可穿戴脚环进行测量时的等效电路图。其中，电阻Z是等效的人体电阻抗51，而由电压源V和电流源I构成的整体就是等效的脚环阻抗检测系统10，根据欧姆定律，由电压和电流可以测得电阻抗。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，其特征在于，包括：柔性脚环环带和阻抗检测系统，所述阻抗检测系统包括主控板、干电极、供电模块和指示灯模块，所述干电极、指示灯模块和供电模块均与主控板电气连接；

所述柔性脚环环带具有左柔性脚环环带和右柔性脚环环带，当检测人体生物电阻抗时所述左柔性脚环环带和右柔性脚环环带电气连通；

所述阻抗检测系统，用于对人体生物电阻抗进行检测，得到人体生物电阻抗数值；

所述供电模块，用于为主控板提供电源。

2.根据权利要求1所述的基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，其特征在于，还包括：指示灯模块、蓝牙数据传输模块和智能设备，所述蓝牙数据传输模块与主控板电气连接，所述蓝牙数据传输模块和智能设备无线连接；

所述蓝牙数据传输模块，用于将阻抗检测系统检测到的人体生物电阻抗数值传输到智能设备；

所述左柔性脚环环带和右柔性脚环环带的内部都嵌有导体，所述导体用于使左柔性脚环环带和右柔性脚环环带电气连通；

所述指示灯模块具有电量状态指示灯、蓝牙连接状态指示灯和检测状态指示灯，所述指示灯模块与主控板电气连接；所述电量状态指示灯用于显示供电模块的电量，所述蓝牙连接状态指示灯用于显示蓝牙数据传输模块和智能设备的连接状态，所述检测状态指示灯用于显示阻抗检测系统的测量状态；

智能设备，用于接收蓝牙数据传输模块传输的人体生物电阻抗数值，并计算分析人体生物电阻抗数值以得出人体成分数值和人体成分分析数据，并且把人体成分数值和人体成分分析数据以图表形式进行直观展示。

3.根据权利要求2所述的基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，其特征在于，所述智能设备为智能手机或电脑，所述干电极嵌在柔性脚环环带上，所述导体为电线或者导电金属片，所述主控板为MCU及其外围电路。

4.根据权利要求2所述的基于生物电阻抗可测量人体成分的可穿戴脚环，其特征在于，所述智能设备内部具有数据接收模块、数据运算模块、数据分析模块、绘图制表模块、数据存储模块和人机交互模块；

所述数据接收模块，用于接收人体生物电阻抗数值，并将人体生物电阻抗数值交给数据运算模块进行运算；

所述数据运算模块，用于利用人体生物电阻抗数值计算得出人体成分数值，并将人体成分数值交给数据分析模块进行处理；

所述数据分析模块，用于利用数据运算模块计算出的人体成分数值，结合人自身的身高、体重、年龄和性别数据，分析人体成分数值得到人体成分分析数据，并将人体成分数值传输给绘图制表模块；

所述绘图制表模块，用于将人体成分分析数据和人体成分数值绘制成表格或图像；

所述数据存储模块，用于存储数据运算模块计算出的人体成分数值和数据分析模块得出的人体成分分析数据；

所述人机交互模块，将绘图制表模块绘制的表格或图像展示给用户。