CN115919281A - 一种生物阻抗的测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物阻抗的测定装置及方法。其中，生物阻抗的测定装置包括：两个测量电极、两个环形电极、电压检测设备及恒流源；其中所述两个测量电极分别置于待测部位的测量位置的两端，并分别与电压检测设备的两个输入端子相连；所述两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连。采用环形电极作为激励电极，进行四电极的生物阻抗测定，可以让待测部位多个均匀分布的位点都能与测定电路相连，获得均衡的电流，从而获得唯一的阻抗测定值，进而解决了现有技术中存在的阻抗测定值无法确定的技术问题。

Description

一种生物阻抗的测定装置及方法

技术领域

本发明涉及生物阻抗测定领域，并且更具体地，涉及一种生物阻抗的测定装置及方法。

背景技术

生物阻抗是身体组织的一种电学特性，由于生物组织不同成分的导电性不同，生物阻抗可以反映组织的组成和结构。目前，通常用于身体成分分析，包括评价身体的肌肉、脂肪和含水量。生物阻抗目前也被应用于经络研究，沿经络的阻抗被称作经络阻抗。

目前，用于生物阻抗测定的电极多为点电极。点电极下被测组织中的电流密度高于被测组织其它部位，即电流分布不均匀，如图1所示。这样待测部位的实际电流具有不确定性，因而测得的阻抗也不够准确。另外，测得的阻抗随激励电流的变化而变化。在这种情况下，由于不同的激励电流下会有不同的阻抗值，因此很难确定哪个值能准确地反映真实的阻抗，无法确定阻抗测定值。

发明内容

针对现有技术中存在的阻抗测定值无法确定的技术问题，本发明提供一种生物阻抗的测定装置及方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种生物阻抗的测定装置，包括：

两个测量电极、两个环形电极、电压检测设备及恒流源；其中

所述两个测量电极分别置于待测部位的测量位置的两端，并分别与电压检测设备的两个输入端子相连；

所述两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连。

可选地，所述环形电极为连续的电极片或者由多个电极组成的电极组。

可选地，所述电极组中的电极为点电极，并固定在弹性的绷带上，用导线连在一起。

可选地，所述电极组中的电极间的间距为3-7cm，电极数目为3-12个，未拉伸时绷带长度为9-35cm。

可选地，所述恒流源为电压控制的交流恒流源。

可选地，所述测定装置还包括中央控制模块，所述中央控制模块用于控制激励电流的频率和强度以及阻抗的测定。

可选地，通过所述中央控制模块计算出阻抗值及相位角，进而根据阻抗值及相位角计算出待测部位的相关参数。

根据本发明的另一个方面，提供了一种生物阻抗的测定方法，包括：

确定待测部位；

把两个测量电极置于待测部位的测量位置的两端，并与电压检测设备的两个输入端子相连；

将两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连；

通过激励电极施加一定频率范围和一定强度的恒定电流在电路中，通过测量电极测定在各个频率下的测定部位两端的电压；

根据测定的电压，计算在不同频率下的阻抗值和相位角；

根据阻抗值和相位角，计算待测部位的相关参数。

可选地，相关参数包括：电阻、电抗、细胞内体积、细胞外体积、身体含水量、脂肪含量和肌肉含量。

可选地，所述相关参数应用于身体成分分析和经络阻抗测定。

从而，本发明考虑到点电极形成的香蕉型电流，测定的阻抗值随测定电压而变化的现象可能与电流的不均一有关，因此采用环形电极作为激励电极，进行四电极的生物阻抗测定，可以让待测部位多个均匀分布的位点都能与测定电路相连，获得均衡的电流，从而获得唯一的阻抗测定值，进而解决了现有技术中存在的阻抗测定值无法确定的技术问题。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1是现有技术的利用点电极进行四电极阻抗测定中的电流分布示意图；

图2是本发明一示例性实施例提供的生物阻抗的测定装置的结构示意图；

图3是本发明一示例性实施例提供的利用环状电极进行四电极阻抗测定中的电流分布示意图；

图4是本发明一示例性实施例提供的利用多个点电极制作弹性环形电极的示意图；

图5是本发明一示例性实施例提供的小臂和小腿阻抗测定的电极放置示意图；

图6A是现有的小臂阻抗测定结果图；

图6B是本发明一示例性实施例提供的小臂阻抗测定结果图；

图7是本发明一示例性实施例提供的生物阻抗的测定方法的流程示意图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。

应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

还应理解，在本发明实施例中，“多个”可以指两个或两个以上，“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。

还应理解，对于本发明实施例中提及的任一部件、数据或结构，在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下，一般可以理解为一个或多个。

另外，本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还应理解，本发明对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以相互参考，为了简洁，不再一一赘述。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图2是本发明一示例性实施例提供的生物阻抗的测定装置的结构示意图。如图2所示，生物阻抗的测定装置包括：两个测量电极、两个环形电极、电压检测设备及恒流源；其中所述两个测量电极分别置于待测部位的测量位置的两端，并分别与电压检测设备的两个输入端子相连；所述两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连。

在本发明实施例中，考虑到点电极形成的香蕉型电流，测定的阻抗值随测定电压而变化的现象可能与电流的不均一有关，因此本发明采用环形电极作为激励电极，进行四电极的生物阻抗测定。其中，环形电极为几个电极连在一起，均匀地绕放置点一圈，相当于一根导电线或导电片绕放置点一圈，如图2所示。

进一步地，四电极阻抗的测定需要恒流源通过激励电极提供恒定交流电流，需要电压计(对应于图2的锁相放大器)通过测定电极来测定待测点间的电压，最后计算获得待测部位的阻抗值。由于采用环形电极作为激励电极，因此可以让待测部位多个均匀分布的位点都能与测定电路相连，获得均衡的电流(如图3所示)，从而获得唯一的阻抗测定值。进而解决了现有技术中存在的阻抗测定值无法确定的技术问题。

可选地，所述环形电极为连续的电极片或者由多个电极组成的电极组。

在本发明实施例中，环状电极的作用是让待测部位多个均匀分布的位点都能与测定电路相连，以便获得均衡的电流。为此，可以采用一条导电片或导电线绕待测部位一周并连入电路；也可以用两个垂直放置的心电极四肢夹将四个金属片固定于待测部位两两相对的四面并与电路相连；也可以采用多个电极均匀地分布在待测部位一周，连在一起并连入电路。

在一个具体实施例中，连续的电极片和皮肤紧密接触，至少有三个电极片。

可选地，所述电极组中的电极为点电极，并固定在弹性的绷带上，用导线连在一起。

在本发明实施例中，待测部位可以为人体的四肢，也可以为人体的经络线以及经络线之外的旁开部位。其中，经络线为上肢的心经、心包经、肺经、大肠经、三焦经和小肠经以及下肢的肾经、肝经、脾经、胃经、膀胱经和胆经。当待测部位为人体的四肢时，环形电极可以置于手腕和同一手臂的肘上部、肘下部或大臂上端，或者置于脚踝和膝盖下部或膝盖下部。

如图4所示，考虑到四肢不是一个规则的几何体，将符合医疗器械标准的点电极连在一起形成电极环，固定在待测部位可以有效地保证电极和皮肤的紧密接触。为了增加紧密接触的力量，采用弹性材料，将多个点电极固定在弹性的绷带上，做成一个弹性的电极环。同时，弹性的电极环可以适应周长不同的四肢部位。

可选地，所述电极组中的电极间的间距为3-7cm，电极数目为3-12个，未拉伸时绷带长度为9-35cm。

在本发明实施例中，可以将4-10个心电电极片间隔4-6厘米固定在弹性绷带的一侧(如图4所示的内侧电极)，在另一侧，用导线将电极片的另一端连接起来，并通过纽扣电极线与电路相连(如图4所示的外侧导线)。同时，在绷带的两端分别固定按扣的公扣和母扣，收尾相连，形成电极环(如图4所示的电极环)。根据电极环尺寸的范围，按扣可以有1-4个备选位置，连接相邻电极的导线的长度根据弹性绷带的弹性为未拉伸长度的110-150％。借助于弹性和按扣的作用，一条电极带可以应用于周长在17-21cm的四肢部位阻抗的测定。这条电极带可以用于小臂和腿部阻抗的测定(如图5所示)。

从而，本发明可以将三个以上的点电极均匀地固定在弹性绷带上，这些电极通过导线连在一起，进而与电路相连。利用弹性绷带，可以增加电极带的适用性，即周长在一定范围内胳膊或腿都可以用同一个电极带进行测定。另外，电极带上设置多个暗扣(或挂钩)，可以形成不同直径的环形电极，进一步地增加了适用性。除这种方法，也可以使用连续的导电线或导电板做环形电极。

可选地，所述恒流源为电压控制的交流恒流源。

在本发明实施例中，恒流源为电压控制的交流恒流源(对应于图2中的压控恒流源)，压控交流恒流源通过激励电极向待测部位提供恒定交流电流。

可选地，所述测定装置还包括中央控制模块，所述中央控制模块用于控制激励电流的频率和强度以及阻抗的测定。

在本发明实施例中，测定装置还包括中央控制模块(对应于图2所示的中央控制)，通过中央控制模块提供输入电压，进行激励电流的频率和强度以及阻抗的测定的控制。

可选地，通过所述中央控制模块计算出阻抗值及相位角，进而根据阻抗值及相位角计算出待测部位的相关参数。

在本发明实施例中，通过中央控制模块可以先计算出阻抗值及相位角，然后根据阻抗值及相位角进一步计算出待测部位的相关参数。其中，待测部位的相关参数例如但不限于包括：电阻、电抗、细胞内体积、细胞外体积、身体含水量、脂肪含量和肌肉含量。

在本发明实施例中，以小区域的阻抗，比如经络的阻抗为研究对象，进一步阐述本发明提出的生物阻抗的测定装置的工作原理，具体如下：

使用接触面积较小的测定电极。考虑到激励电极对结果影响很大，采用两个心电电极做激励电极(对应于图5中的点电极小臂测定)，测定心包经的阻抗，发现采用150mV-450mV(相应的激励电流为0.1mA-0.3mA)激励电压测得的阻抗值并不一致(如图6A所示)，450mV测定的阻抗值高于其它。这与皮肤表面单个点电极引起的电流密度不同有关。

因此，为了准确地测定经络的阻抗，使用环形电极作为激励电极进行测定(对应于图5中的电极带小臂测定)，结果表明，在不同的激励电压下，在各个频率下的阻抗非常一致(如图6B所示)，表明利用本发明提出的生物阻抗的测定装置可以获得唯一的经络阻抗值。

从而，本发明考虑到点电极形成的香蕉型电流，测定的阻抗值随测定电压而变化的现象可能与电流的不均一有关，因此采用环形电极作为激励电极，进行四电极的生物阻抗测定，可以让待测部位多个均匀分布的位点都能与测定电路相连，获得均衡的电流，从而获得唯一的阻抗测定值，进而解决了现有技术中存在的阻抗测定值无法确定的技术问题。

图7是本发明一示例性实施例提供的生物阻抗的测定方法的流程示意图。如图7所示，生物阻抗的测定方法包括：

确定待测部位；

把两个测量电极置于待测部位的测量位置的两端，并与电压检测设备的两个输入端子相连；

将两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连；

通过激励电极施加一定频率范围和一定强度的恒定电流在电路中，通过测量电极测定在各个频率下的测定部位两端的电压；

根据测定的电压，计算在不同频率下的阻抗值和相位角；

根据阻抗值和相位角，计算待测部位的相关参数。

可选地，相关参数包括：电阻、电抗、细胞内体积、细胞外体积、脂肪含量和肌肉含量。

可选地，相关参数应用于身体成分分析和经络阻抗测定。

本发明的实施例的生物阻抗的测定方法与本发明的另一个实施例的生物阻抗的测定装置相对应，在此不再赘述。

以上结合具体实施例描述了本发明的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种生物阻抗的测定装置，其特征在于，包括：两个测量电极、两个环形电极、电压检测设备及恒流源；其中

所述两个测量电极分别置于待测部位的测量位置的两端，并分别与电压检测设备的两个输入端子相连；

所述两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连。

2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述环形电极为连续的电极片或者由多个电极组成的电极组。

3.根据权利要求2所述的测定装置，其特征在于，所述电极组中的电极为点电极，并固定在弹性的绷带上，用导线连在一起。

4.根据权利要求3所述的测定装置，其特征在于，所述电极组中的电极间的间距为3-7cm，电极数目为3-12个，未拉伸时绷带长度为9-35cm。

5.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述恒流源为电压控制的交流恒流源。

6.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括中央控制模块，所述中央控制模块用于控制激励电流的频率和强度以及阻抗的测定。

7.根据权利要求6所述的测定装置，其特征在于，通过所述中央控制模块计算出阻抗值及相位角，进而根据阻抗值及相位角计算出待测部位的相关参数。

8.一种生物阻抗的测定方法，其特征在于，包括：

确定待测部位；

把两个测量电极置于待测部位的测量位置的两端，并与电压检测设备的两个输入端子相连；

将两个环形电极分别放置在待测部位的两侧，并分别与恒流源中的两个输出端子相连；

通过激励电极施加一定频率范围和一定强度的恒定电流在电路中，通过测量电极测定在各个频率下的测定部位两端的电压；

根据测定的电压，计算在不同频率下的阻抗值和相位角；

根据阻抗值和相位角，计算待测部位的相关参数。

9.根据权利要求8所述的测定方法，其特征在于，相关参数包括：电阻、电抗、细胞内体积、细胞外体积、身体含水量、脂肪含量和肌肉含量。

10.根据权利要求9所述的测定方法，其特征在于，所述相关参数应用于身体成分分析和经络阻抗测定。

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