CN114041775A - 一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置及方法，该装置包括测量人体腹部脂肪的可安紧贴于人体腹部的电极、微处理器以及分别与微处理器连接的电流激励源、信号处理模块、蓝牙通讯模块。本发明的装置借助安装于腹部表面的电极，通过微处理器将电流激励源的输出电流加在被测部位，得到相应部位的测量信号，通过对测量信号的处理分析得到被测部位的相应生物阻抗值，再结合被测者的年龄、身高、体重、腰围、臀围、体重指数及腰臀围比等信息进行多元回归分析，求得被测者腹部脂肪的面积，得到被测者的腹部脂肪含量。

Description

一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置及方法。

背景技术

心血管疾病是重病和死亡的主要原因，除了高血压，血脂异常和吸烟史等其他危险因素之外，已经确定脂肪组织的分布与心血管并发症的发病相关。许多纵向研究表明，体型的形态与心血管并发症的发生呈正相关。其中中心性肥胖对人体健康具有更严重的危害。相关研究表明，腹内脂肪的堆积与多种代谢异常密切相关。生物阻抗法测量人体腹部脂肪测量系统是根据脂肪组织导电能力的不同而间接计算人体脂肪组织面积的方法。

生物组织在低频区域(小于1MHz)细胞外液、细胞内液的电化学性质接近于电阻，而细胞膜则可等效为电容。目前最广泛的三组建等效电路如图1所示，其中R_i、R_e、C_m分别为细胞内液等效电阻、细胞外液等效电阻与细胞膜等效电容。

生物阻抗三元件等效电路模型在复平面上的轨迹是第四象限的一个半圆，称为阻抗圆图，如图1所示，其电阻抗特征方程为

其中R₀、R_∞、τ分别代表频率为0的阻抗值、频率为无穷大处的阻抗值、时间常数。然而，因人体体重、体液固含量或脂肪含量的变化很难得到真实准确的生物阻抗值。

发明内容

本发明目的是：针对以上现有技术，提供一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置及方法，实现中心性肥胖的早期预测。

本发明的技术方案是：

一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置，包括电流激励发生模块、阻抗测量及信号处理控制模块，其中：

所述电流激励发生模块包括依次连接的微处理器、电流激励源和两个刺激电极；所述微处理器控制电流激励源产生正弦电流，两个刺激电极3将产生的正弦电流注入到人体被测部位；

所述阻抗测量及信号处理控制模块包括：测量腹部脂肪生物阻抗的两个测量电极、前端信号处理模块、幅相检测模块；所述前端信号处理模块，用于将两个测量电极采集得到的阻抗信号进行放大和滤波处理，并将输出信号传输到幅相信号检测模块；所述的幅相信号检测模块，用于提取测量信号和参考信号的幅值比和相位差，发送至所述微处理器；

所述两个刺激电极分别为第一刺激电极、第二刺激电极，对称放置于肚脐两侧腹部，两个测量电极分别为第一测量电极、第二测量电极，对称放置于肚脐两侧腹部，且位于两个刺激电极之间的位置。

优选的，在进行腹部脂肪生物阻抗测量时，两个测量电极和两个刺激电极的位置摆放分两种：位置A和位置B，分别测量出腹部皮下脂肪生物阻抗Z_SFA和腹部总体脂肪生物阻抗Z_TFA，所述腹部总体脂肪包括腹部皮下脂肪及腹部内脏脂肪；两个刺激电极在位置A的间距小于在位置B的间距，两个测量电极在位置A的间距大于在位置B的间距。

优选的，所述装置的内部集成电路板，采用柔性线路板，通过改变形状，更加贴合测量部位。

优选的，所述微处理器还连接有蓝牙通信模块，与外部智能终端无线连接，实现通讯。

一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估方法，包括如下步骤：

步骤1)：通过微处理器控制电流激励发生模块产生不同频率的刺激电流并通过所述的电流激励发生模块的两个刺激电极注入被测部位；

步骤2)：测量腹部脂肪生物阻抗时，同样通过腹部脂肪模块的两个测量电极测量腹部肚脐两侧装有刺激电极的部位之间的电势，根据电极位置A和电极位置B两个不同位置放置测量电极和刺激电极，记录位置A测得的测量电极间电势差算得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA和位置B测得的测量电极间电势差算得的皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA；

步骤3)由测得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA、皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA已构造的腹部脂肪的电阻抗模型求得内脏脂肪对应的电阻抗Z_VFA。

步骤4)结合受试者的年龄、身高、体重、腰围、臀围、体重指数及腰臀围比进行多元回归分析，得到内脏脂肪面积。

优选的，所述刺激电流频率范围为20kHz～300kHz，刺激电流大小为0.3～3.0mA。

优选的，所述腹部脂肪生物阻抗测量模块中步骤3)由测得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA、皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA，根据公式：

求得内脏脂肪对应的电阻抗Z_VFA，并使用多元回归分析得到内脏脂肪面积的计算表达式。

本发明的优点是：

1、本发明装置借助置于被测者腹部表面的电极，通过微处理器控制，产生不同频率的刺激电流，作用于被测部位，分别测量被测者腹部皮下脂肪生物阻抗和腹部总体脂肪生物阻抗，并根据构造的腹部脂肪生物阻抗模型来得到内脏脂肪的阻抗值，结合受试者的年龄(Age)、身高(Height)、体重(Weight)、腰围(Wc)、臀围(Hc)、体重指数(BMI)及腰臀围比(WHR)等进行分析，综合得出被测者腹部脂肪含量情况。通过综合对比腹部脂肪生物阻抗及各种相关参数分析人体脂肪含量情况，能够避免单一情况分析引起的误判。

2、腹部脂肪含量的累积大多是一个较为缓慢的过程，具有时间累积性，本发明可以用于定期检测，得到生物阻抗的长期监测数据，可对腹部脂肪含量情况进行综合判断。本发明的腹部脂肪含量评估装置还具有无创、安全、无毒无害、价格适宜和信息丰富等特点。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是生物阻抗等效电路模型图；

图2是本发明人体腹部脂肪含量评估装置的原理图；

图3是本发明人体腹部脂肪含量评估装置的实物示意图；

图4是生物阻抗测量模块电极摆放位置A示意图；

图5是生物阻抗测量模块电极摆放位置B示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置，包括电流激励发生模块、阻抗测量及信号处理控制模块，其中：

所述电流激励发生模块包括依次连接的微处理器11、电流激励源12和两个刺激电极3；所述微处理器11控制电流激励源12产生正弦电流，两个刺激电极3将产生的正弦电流注入到人体被测部位；

所述阻抗测量及信号处理控制模块包括：测量腹部脂肪生物阻抗的两个测量电极4、前端信号处理模块15、幅相检测模块16；所述前端信号处理模块，用于将两个测量电极4采集得到的阻抗信号进行放大和滤波处理，并将输出信号传输到幅相信号检测模块16；所述的幅相信号检测模块16，用于提取测量信号和参考信号14的幅值比和相位差，发送至所述微处理器11；所述微处理器11还连接有系统校准模块17、蓝牙通信模块18，蓝牙通信模块18与外部智能终端无线连接，实现通讯，用于后期数据处理、存储及显示。

如图3所示，所述人体腹部脂肪含量评估装置的内部集成电路板2，采用柔性线路板，可一定程度的改变形状，更加贴合测量部位1。所述两个刺激电极3分别为第一刺激电极3a、第二刺激电极3b，对称放置于肚脐两侧腹部，用于将产生的正弦电流注入到人体被测部位；两个测量电极4分别为第一测量电极4a、第二测量电极4b，对称放置于肚脐两侧腹部，且位于两个刺激电极3之间的位置，用于采集被测部位上注入刺激电流两点之间电位差，并传输电位差信号到所述信号调理模块15，前端信号处理模块15将采集得到的阻抗信号进行多级放大和滤波处理后传输到幅相信号检测模块16。

如图4、5所示，在进行腹部脂肪生物阻抗测量时，两个测量电极4和两个刺激电极3的位置摆放分两种：位置A和位置B，分别测量出腹部皮下脂肪生物阻抗Z_SFA和腹部总体脂肪生物阻抗Z_TFA，所述腹部总体脂肪包括腹部皮下脂肪及腹部内脏脂肪；两个刺激电极3在位置A的间距小于在位置B的间距，两个测量电极4在位置A的间距大于在位置B的间距。

本实施例中，在图4位置A测量时两个刺激电极间隔24cm，图5位置B中两个刺激电极间隔30cm。刺激电极可采用宽度为0.8厘米的带状电极或直径为3厘米的梧桐胶电极，或一次性心电图Ag/AgCI粘贴电极。

本发明实施例的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估方法，包括如下步骤：

步骤1)：通过微处理器控制电流激励发生模块产生不同频率的刺激电流并通过所述的电流激励发生模块的第一刺激电极3a、第二刺激电极3b注入被测部位；所述刺激电流频率范围为20kHz～300kHz，刺激电流大小为0.3～3.0mA。

步骤2)：测量腹部脂肪生物阻抗时，同样通过腹部脂肪模块的通过第一测量电极4a和第二测量电极4b测测量腹部肚脐两侧装有刺激电极的部位之间的电势，根据电极位置A和电极位置B两个不同位置放置测量电极和刺激电极，记录位置A测得的测量电极间电势差算得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA和位置B测得的测量电极间电势差算得的皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA；

步骤3)由测得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA、皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA已构造的腹部脂肪的电阻抗模型，根据公式：

求得内脏脂肪对应的电阻抗Z_VFA，并使用多元回归分析得到内脏脂肪面积的计算表达式。

步骤4)结合受试者的年龄(Age)、身高(Height)、体重(Weight)、腰围(Wc)、臀围(Hc)、体重指数(BMI)及腰臀围比(WHR)等进行多元回归分析，得到内脏脂肪面积，反映出健康状况。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置，其特征在于，包括电流激励发生模块、阻抗测量及信号处理控制模块，其中：

所述电流激励发生模块包括依次连接的微处理器（11）、电流激励源（12）和两个刺激电极（3）；所述微处理器（11）控制电流激励源（12）产生正弦电流，两个刺激电极（3）将产生的正弦电流注入到人体被测部位；

所述阻抗测量及信号处理控制模块包括：测量腹部脂肪生物阻抗的两个测量电极（4）、前端信号处理模块（15）、幅相检测模块（16）；所述前端信号处理模块，用于将两个测量电极（4）采集得到的阻抗信号进行放大和滤波处理，并将输出信号传输到幅相信号检测模块（16）；所述的幅相信号检测模块（16），用于提取测量信号和参考信号的幅值比和相位差，发送至所述微处理器（11）；

所述两个刺激电极（3）分别为第一刺激电极（3a）、第二刺激电极（3b），对称放置于肚脐两侧腹部，两个测量电极（4）分别为第一测量电极（4a）、第二测量电极（4b），对称放置于肚脐两侧腹部，且位于两个刺激电极（3）之间的位置。

2.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置，其特征在于，在进行腹部脂肪生物阻抗测量时，两个测量电极（4）和两个刺激电极（3）的位置摆放分两种：位置A和位置B，分别测量出腹部皮下脂肪生物阻抗Z_SFA和腹部总体脂肪生物阻抗Z_TFA，所述腹部总体脂肪包括腹部皮下脂肪及腹部内脏脂肪；两个刺激电极（3）在位置A的间距小于在位置B的间距，两个测量电极（4）在位置A的间距大于在位置B的间距。

3.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置，其特征在于，所述装置的内部集成电路板，采用柔性线路板，通过改变形状，更加贴合测量部位。

4.根据权利要求1所述的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估装置，其特征在于，所述微处理器（11）还连接有蓝牙通信模块（18），与外部智能终端无线连接，实现通讯。

5.一种基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估方法，包括如下步骤：

步骤1）：通过微处理器控制电流激励发生模块产生不同频率的刺激电流并通过所述的电流激励发生模块的两个刺激电极注入被测部位；

步骤2）：测量腹部脂肪生物阻抗时，同样通过腹部脂肪模块的两个测量电极测量腹部肚脐两侧装有刺激电极的部位之间的电势，根据电极位置A和电极位置B两个不同位置放置测量电极和刺激电极，记录位置A测得的测量电极间电势差算得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA和位置B测得的测量电极间电势差算得的皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA；

步骤3）由测得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA、皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA已构造的腹部脂肪的电阻抗模型求得内脏脂肪对应的电阻抗Z_VFA。

6.步骤4）结合受试者的年龄、身高、体重、腰围、臀围、体重指数及腰臀围比进行多元回归分析，得到内脏脂肪面积。

7.根据权利要求5所述的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估方法，其特征在于：

所述刺激电流频率范围为20kHz~300kHz，刺激电流大小为0.3~3.0mA。

8.根据权利要求5所述的基于生物阻抗的人体腹部脂肪含量评估方法，其特征在于：

所述腹部脂肪生物阻抗测量模块中步骤3）由测得的腹部皮下脂肪所对应的阻抗信息Z_SFA、皮下脂肪和内脏脂肪所对应的整体腹部脂肪的阻抗信息Z_TFA，根据公式：

求得内脏脂肪对应的电阻抗Z_VFA，并使用多元回归分析得到内脏脂肪面积的计算表达式。

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