CN117598681A - 用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法 - Google Patents
用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117598681A CN117598681A CN202311398880.8A CN202311398880A CN117598681A CN 117598681 A CN117598681 A CN 117598681A CN 202311398880 A CN202311398880 A CN 202311398880A CN 117598681 A CN117598681 A CN 117598681A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- muscle
- phase angle
- water content
- measuring
- space average
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 title claims abstract description 167
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 244000309466 calf Species 0.000 claims abstract description 10
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 22
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 20
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 12
- 206010061692 Benign muscle neoplasm Diseases 0.000 claims description 10
- 201000004458 Myoma Diseases 0.000 claims description 10
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 claims description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 238000011871 bio-impedance analysis Methods 0.000 claims description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 4
- 208000001076 sarcopenia Diseases 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002593 electrical impedance tomography Methods 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 210000003722 extracellular fluid Anatomy 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000037191 muscle physiology Effects 0.000 description 1
- 210000001087 myotubule Anatomy 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
- A61B5/0536—Impedance imaging, e.g. by tomography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
- A61B5/0537—Measuring body composition by impedance, e.g. tissue hydration or fat content
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6828—Leg
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Surgery (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physiology (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
本发明公开了用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法,包括穿戴式传感器组件,穿戴式传感器组件通过导线连接有多路复用器,多路复用器通过导线连接有阻抗分析仪和计算机,计算机还通过导线依次连接有生物电阻抗分析仪和检测电极;具体步骤如下:穿戴式传感器组件将测量的阻抗数据发送到计算机;计算机保存阻抗数据并计算,得到空间平均相位角;根据小腿肌肉组织分布,生成分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测;生物电阻抗分析仪、检测电极测得细胞外含水量比率;重复步骤1两次,通过高斯‑牛顿法重建得到电导率分布图像;计算电导率分布图像得到空间平均电导率并与细胞外含水量比率比较,完成对肌量变化的定量化检测。
Description
技术领域
本发明属于医疗辅助装置技术领域,具体涉及一种用于测量人体肌肉和肌量的装置,还涉及一种用于测量人体肌肉和肌量的测量方法。
背景技术
肌少症是一种与全身肌质下降和肌量减少的肌肉生理功能减退相关的病症。
现有技术中针对肌肉和肌量的评估方法为断层成像模式诊断,如磁共振成像和双能X射线吸收仪来评估肌质,但以上两种技术成本高昂,且无法在床边进行长期监测;也有使用肌肉物理测试,如握力、6分钟步行测试和医学研究委员会肌肉量表来评估肌肉和肌量;但测试的准确性不高,对医学诊断者的专业能力要求也十分严格。
因肌少症患者的肌肉电学特性与正常者有明显差异,人体肌肉的电学信号直接反映了肌肉活动的生理特性,这种生理特性与肌肉细胞外液体积具有良好的相关性;而通过电阻抗断层成像技术利用观察区域内物质阻抗分布进行成像,采用各种激励模式,对人体施加安全驱动电流或电压,通过生物组织在安全激发下测量响应信息,重建人体内部的电阻抗分布图像。
因此,亟需一种通过电阻抗断层成像技术来评估肌肉和肌质的装置及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量人体肌肉和肌量的装置,具有通过电阻抗成像方法可视化检测肌质和定量化检测肌量的特点;
本发明的另一个目的是提供一种用于测量人体肌肉和肌量的测量方法。
本发明的一个方案为,用于测量人体肌肉和肌量的装置,包括穿戴式传感器组件,穿戴式传感器组件通过导线连接有多路复用器,多路复用器分别通过导线连接有阻抗分析仪和计算机,计算机还通过导线依次连接有生物电阻抗分析仪和检测电极。
本发明的特点还在于,
穿戴式传感器组件包括绷带,绷带内表面均匀粘贴有十六个电极,十六个电极均导线连接多路复用器;
电极宽度均为4.8mm~5.2mm;
电极和检测电极的材质均为Ag或Cu。
本发明的另一个方案为,用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,该方法使用用于测量人体肌肉和肌量的装置,具体步骤如下:
步骤1、穿戴式传感器组件将测量的阻抗数据发送到计算机;
步骤2、计算机保存阻抗数据并计算,得到空间平均相位角;
步骤3、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区,生成分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测;
步骤4、生物电阻抗分析仪、检测电极测得细胞外含水量比率;
步骤5、重复步骤1两次,将得到的两组阻抗数据通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像;计算电导率分布图像得到空间平均电导率并与细胞外含水量比率比较,完成对肌量变化的定量化检测。
本发明另一个方案的特点还在于,
步骤1具体步骤如下:
步骤1.1、以坐姿状态在脚腕上方260mm~280mm的小腿处穿戴穿戴式传感器组件,多路复用器通过导线将阻抗分析仪发送的激励信号传输至穿戴式传感器组件上的电极;激励信号频率为4HZ~5HZ;
步骤1.2、穿戴式传感器组件(1)接收激励信号并收集阻抗数据通过导线传输至安装Phython软件的计算机(4)。
步骤2具体步骤如下:
步骤2.1、计算机接收阻抗数据,通过电导率和介电常数计算肌肉相位角,计算公式为
其中,Φ为肌肉相位角,σ为电导率,ω为角频率,ε为介电常数;
步骤2.2、将步骤2.1测得的肌肉相位角传输给安装Phython软件的计算机进行有限处理后将肌肉相位角数据分离为公式(2)中的n个像素图像;公式(2)为
Φ=[Φ1,…,Φn,…,Φn]T∈Rn (2)
其中,Φn为将生物内部分离为n个像素元素后第n个网格(1≤n≤N)中的相位角;
步骤2.3、计算所有区域的空间平均相位角,计算公式为
其中,<Φ>n为空间平均相位角。
步骤3具体步骤如下:
步骤3.1、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区;4个肌区包括腓肠肌组成的M1肌室,比目鱼肌组成的M2肌室,胫骨后肌、趾长屈肌和拇长屈肌组成的M3肌室、由胫骨前肌、趾长伸肌和腓骨长肌组成的M4肌室;
步骤3.2、通过下列公式计算每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M;
其中,nM是第M隔室内的第n个像素数,NM是第M间隔室内的总网格数;
步骤3.3、通过二维肌肉相位角成像方法根据每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M分别将图像重建为分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测。
步骤4具体步骤如下:
步骤4.1、以坐姿状态在两脚踝处夹定检测电极并连接生物电阻抗分析仪,将数据传输至计算机;
步骤4.2、通过生物电阻抗分析方法直接测量得到小腿的细胞外含水量和身体总含水量;
步骤4.3、通过小腿的细胞外含水量和身体总含水量,计算得到细胞外含水量比率,计算公式为
βri=ECW/TBW (5)
其中,ECW为小腿的细胞外含水量,TBW为身体总含水量,βri为细胞外含水量比率。
步骤5具体步骤如下:
步骤5.1、重复步骤1两次,第一组得到的阻抗数据为Zf1,第二组得到的阻抗数据为Zf2;
步骤5.2、将第一组得到的阻抗数据为Zf1和第二组得到的阻抗数据为Zf2,通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像,计算公式为
σ=JTΔZ-(JTJ+μI)-1JTΔZ (6);
其中,J为雅可比矩阵,JT为雅可比矩阵的转置,μ为超参数,ΔZ为Zf2与Zf1之间的阻抗差;阻抗差的表示方法为
其中,f2为第二组激励信号,f1为第一组激励信号;
步骤5.3、通过步骤5.2中的电导率分布图像通过矩阵区域划分计算得到空间平均电导率,将空间平均电导率与步骤3中细胞外含水量比率比较,若空间平均电导率大于细胞外含水量比率,则为肌量增加,完成对肌量变化的定量化检测。
本发明的有益效果是:
本发明通过电阻抗成像方法,获得小腿的阻抗数据计算肌肉相位角,根据小腿肌肉组织分布将小腿分为四个肌区分别成像,可视化检测肌质并且可以定量化检测肌量,易于操作、无创、无害、成本低,方便且更加快速的针对肌少症患病情况进行评估。
附图说明
图1是本发明用于测量人体肌肉和肌量的装置的结构示意图;
图2是本发明用于测量人体肌肉和肌量的方法的流程示意图;
图3是本发明用于测量人体肌肉和肌量的方法中针对步骤2划分区域示意图;
图中,1.穿戴式传感器组件,2.多路复用器,3.阻抗分析仪,4.计算机,5.生物电阻抗分析仪,6.检测电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于测量人体肌肉和肌量的装置,如图1所示,包括穿戴式传感器组件1,物理场分布信息被转换为电信号,即根据物理场电特性的变化获得测量值。穿戴式传感器组件1通过导线连接有多路复用器2,多路复用器2分别通过导线连接有阻抗分析仪3和计算机4,多路复用器2和阻抗分析仪3用于收集传感器处理数据,计算机4安装Phython软件从测量信号重建物理场参数分布,计算机4还通过导线依次连接有生物电阻抗分析仪5和检测电极6。
穿戴式传感器组件1包括绷带101,绷带101内表面均匀粘贴有十六个电极102,十六个电极102均导线连接多路复用器2;十六个电极102均匀间隔为16.5mm;
电极102宽度均为4.8mm~5.2mm;电极102和检测电极6的材质均为Ag或Cu,Ag或Cu均为易导电金属材料。
如图2所示,用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,具体步骤为:
步骤1、穿戴式传感器组件1将测量的阻抗数据发送到计算机4;计算机4中安装Phython软件;
步骤1.1、以坐姿状态在脚腕上方260mm~280mm的小腿处穿戴穿戴式传感器组件1,多路复用器2通过导线将阻抗分析仪3发送的激励信号传输至穿戴式传感器组件1上的电极;激励信号频率为4HZ~5HZ;正弦电流的幅值设置为1mA
步骤1.2、穿戴式传感器组件1接收激励信号并收集阻抗数据通过导线传输至安装Phython软件的计算机4。
步骤2、计算机4保存阻抗数据并计算,得到空间平均相位角;
步骤2.1、计算机4接收阻抗数据,通过电导率和介电常数计算肌肉相位角,计算公式为
其中,Φ为肌肉相位角,σ为电导率,ω为角频率,ε为介电常数;
步骤2.2、将步骤2.1测得的肌肉相位角传输给安装Phython软件的计算机4进行有限处理后将肌肉相位角数据分离为公式(2)中的n个像素图像;公式(2)为
Φ=[Φ1,…,Φn,…,Φn]T∈Rn (2)
其中,Φn为将生物内部分离为n个像素元素后第n个网格(1≤n≤N)中的相位角;
步骤2.3、计算所有区域的空间平均相位角,计算公式为
其中,<Φ>n为空间平均相位角。
如图3所示,步骤3、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区,生成分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测;
利用肌肉相位角成像方法对整体区域进行成像,获得与肌质相关的二维相位角图像,图像颜色越深,肌肉相位角越高,肌质越高;步骤3是因为每个肌区中的肌质并不均匀,有必要对四个肌区进一步使用分区断层成像,来实现肌质的可视化。
步骤3.1、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区;4个肌区包括腓肠肌组成的M1肌室,比目鱼肌组成的M2肌室,胫骨后肌、趾长屈肌和拇长屈肌组成的M3肌室、由胫骨前肌、趾长伸肌和腓骨长肌组成的M4肌室;
步骤3.2、通过下列公式计算每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M;
其中,nM是第M隔室内的第n个像素数,NM是第M间隔室内的总网格数;
步骤3.3、通过二维肌肉相位角成像方法根据每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M分别将图像重建为分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测。
步骤4、生物电阻抗分析仪5、检测电极6测得细胞外含水量比率;
步骤4.1、以坐姿状态在两脚踝处夹定检测电极6并连接生物电阻抗分析仪5,将数据传输至计算机4;
步骤4.2、通过生物电阻抗分析方法直接测量得到小腿的细胞外含水量和身体总含水量;
步骤4.3、通过小腿的细胞外含水量和身体总含水量,计算得到细胞外含水量比率,计算公式为
βri=ECW/TBW (5)
其中,ECW为小腿的细胞外含水量,TBW为身体总含水量,βri为细胞外含水量比率。
步骤5、重复步骤1两次,将得到的两组阻抗数据通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像;计算电导率分布图像得到空间平均电导率并与细胞外含水量比率比较,完成对肌量变化的定量化检测。
步骤5.1、重复步骤1两次,第一组得到的阻抗数据为Zf1,第二组得到的阻抗数据为Zf2;
步骤5.2、将第一组得到的阻抗数据为Zf1和第二组得到的阻抗数据为Zf2,通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像,计算公式为
σ=JTΔZ-(JTJ+μI)-1JTΔZ (6);
其中,J为雅可比矩阵,JT为雅可比矩阵的转置,μ为超参数,ΔZ为Zf2与Zf1之间的阻抗差;阻抗差的表示方法为
其中,f2为第二组激励信号,f1为第一组激励信号;
步骤5.3、通过步骤5.2中的电导率分布图像通过矩阵区域划分计算得到空间平均电导率,将空间平均电导率与步骤3中细胞外含水量比率比较,若空间平均电导率大于细胞外含水量比率,则为肌量增加,完成对肌量变化的定量化检测。
空间平均电导率对于细胞外含水量比率的相对增加影响电导率分布图部分区域颜色变深,表示肌肉纤维体积增大,因而在相同横截面积内,肌量随也随之增加。
实施例1
本实施例提供一种用于测量人体肌肉和肌量的装置,包括穿戴式传感器组件1,穿戴式传感器组件1通过导线连接有多路复用器2,多路复用器2分别通过导线连接有阻抗分析仪3和计算机4,计算机4还通过导线依次连接有生物电阻抗分析仪5和检测电极6。
穿戴式传感器组件1包括绷带101,绷带101内表面均匀粘贴有十六个电极102,十六个电极102均导线连接多路复用器2。
电极102宽度均为4.8mm~5.2mm。电极102和检测电极6的材质均为Ag或Cu。
实施例2
本实施例提供一种用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,具体步骤如下:
步骤1、穿戴式传感器组件1将测量的阻抗数据发送到计算机4;
步骤1.1、以坐姿状态在脚腕上方260mm~280mm的小腿处穿戴穿戴式传感器组件1,多路复用器2通过导线将阻抗分析仪3发送的激励信号传输至穿戴式传感器组件1上的电极;激励信号频率为4HZ~5HZ;
步骤1.2、穿戴式传感器组件1接收激励信号并收集阻抗数据通过导线传输至安装Phython软件的计算机4。
步骤2、计算机4保存阻抗数据并计算,得到空间平均相位角;
步骤2.1、计算机4接收阻抗数据,通过电导率和介电常数计算肌肉相位角,计算公式为
其中,Φ为肌肉相位角,σ为电导率,ω为角频率,ε为介电常数;
步骤2.2、将步骤2.1测得的肌肉相位角传输给安装Phython软件的计算机4进行有限处理后将肌肉相位角数据分离为公式(2)中的n个像素图像;公式(2)为
Φ=[Φ1,…,Φn,…,Φn]T∈Rn (2)
其中,Φn为将生物内部分离为n个像素元素后第n个网格(1≤n≤N)中的相位角;
步骤2.3、计算所有区域的空间平均相位角,计算公式为
其中,<Φ>n为空间平均相位角。
步骤3、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区,生成分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测;
步骤3.1、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区;4个肌区包括腓肠肌组成的M1肌室,比目鱼肌组成的M2肌室,胫骨后肌、趾长屈肌和拇长屈肌组成的M3肌室、由胫骨前肌、趾长伸肌和腓骨长肌组成的M4肌室;
步骤3.2、通过下列公式计算每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M;
其中,nM是第M隔室内的第n个像素数,NM是第M间隔室内的总网格数;这两个数据通过有限元运算获得。
步骤3.3、通过二维肌肉相位角成像方法根据每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M分别将图像重建为分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测。
步骤4、生物电阻抗分析仪5、检测电极6测得细胞外含水量比率;
步骤4.1、以坐姿状态在两脚踝处夹定检测电极(6)并连接生物电阻抗分析仪(5),将数据传输至计算机(4);
步骤4.2、通过生物电阻抗分析方法直接测量得到小腿的细胞外含水量和身体总含水量;
步骤4.3、通过小腿的细胞外含水量和身体总含水量,计算得到细胞外含水量比率,计算公式为
βri=ECW/TBW (5)
其中,ECW为小腿的细胞外含水量,TBW为身体总含水量,βri为细胞外含水量比率。
步骤5、重复步骤1两次,将得到的两组阻抗数据通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像;计算电导率分布图像得到空间平均电导率并与细胞外含水量比率比较,完成对肌量变化的定量化检测。
步骤5.1、重复步骤1两次,第一组得到的阻抗数据为Zf1,第二组得到的阻抗数据为Zf2;
步骤5.2、将第一组得到的阻抗数据为Zf1和第二组得到的阻抗数据为Zf2,通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像,计算公式为
σ=JTΔZ-(JTJ+μI)-1JTΔZ (6);
其中,J为雅可比矩阵,JT为雅可比矩阵的转置,μ为超参数,ΔZ为Zf2与Zf1之间的阻抗差;阻抗差的表示方法为
其中,f2为第二组激励信号,f1为第一组激励信号;
步骤5.3、通过步骤5.2中的电导率分布图像通过矩阵区域划分计算得到空间平均电导率,将空间平均电导率与步骤3中细胞外含水量比率比较,若空间平均电导率大于细胞外含水量比率,则为肌量增加,完成对肌量变化的定量化检测。
实施例3
本实施例提供一种用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法,包括穿戴式传感器组件1,穿戴式传感器组件1通过导线连接有多路复用器2,多路复用器2分别通过导线连接有阻抗分析仪3和计算机4,计算机4还通过导线依次连接有生物电阻抗分析仪5和检测电极6。
穿戴式传感器组件1包括绷带101,绷带101内表面均匀粘贴有十六个电极102,十六个电极102均导线连接多路复用器2。
电极102宽度均为4.8mm~5.2mm。电极102和检测电极6的材质均为Ag或Cu。
具体步骤如下:
步骤1、穿戴式传感器组件1将测量的阻抗数据发送到计算机4;
步骤2、计算机4保存阻抗数据并计算,得到空间平均相位角;
步骤3、根据小腿肌肉组织分布,将空间平均相位角划分为4个肌区,生成分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测;
步骤4、生物电阻抗分析仪5、检测电极6测得细胞外含水量比率;
步骤5、重复步骤1两次,将得到的两组阻抗数据通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像;计算电导率分布图像得到空间平均电导率并与细胞外含水量比率比较,完成对肌量变化的定量化检测。
Claims (10)
1.用于测量人体肌肉和肌量的装置,其特征在于,包括穿戴式传感器组件(1),所述穿戴式传感器组件(1)通过导线连接有多路复用器(2),所述多路复用器(2)分别通过导线连接有阻抗分析仪(3)和计算机(4),所述计算机(4)还通过导线依次连接有生物电阻抗分析仪(5)和检测电极(6)。
2.根据权利要求1所述的用于测量人体肌肉和肌量的装置,其特征在于,所述穿戴式传感器组件(1)包括绷带(101),所述绷带(101)内表面均匀粘贴有十六个电极(102),十六个所述电极(102)均导线连接所述多路复用器(2)。
3.根据权利要求2所述的用于测量人体肌肉和肌量的装置,其特征在于,所述电极(102)宽度均为4.8mm~5.2mm。
4.根据权利要求2所述的用于测量人体肌肉和肌量的装置,其特征在于,所述电极(102)和检测电极(6)的材质均为Ag或Cu。
5.用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,其特征在于,该方法使用权利要求1-4中任意一项所述的用于测量人体肌肉和肌量的装置,具体步骤如下:
步骤1、穿戴式传感器组件(1)将测量的阻抗数据发送到计算机(4);
步骤2、计算机(4)保存阻抗数据并计算,得到空间平均相位角;
步骤3、根据小腿肌肉组织分布,将所述空间平均相位角划分为4个肌区,生成分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测;
步骤4、生物电阻抗分析仪(5)、检测电极(6)测得细胞外含水量比率;
步骤5、重复步骤1两次,将得到的两组阻抗数据通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像;计算所述电导率分布图像得到空间平均电导率并与所述细胞外含水量比率比较,完成对肌量变化的定量化检测。
6.根据权利要求5所述的用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,其特征在于,所述步骤1具体步骤如下:
步骤1.1、以坐姿状态在脚腕上方260mm~280mm的小腿处穿戴穿戴式传感器组件(1),多路复用器(2)通过导线将阻抗分析仪(3)发送的激励信号传输至穿戴式传感器组件(1)上的电极;激励信号频率为4HZ~5HZ;
步骤1.2、穿戴式传感器组件(1)接收所述激励信号并收集阻抗数据通过导线传输至安装Phython软件的计算机(4)。
7.根据权利要求5所述的用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,其特征在于,所述步骤2具体步骤如下:
步骤2.1、计算机(4)接收所述阻抗数据,通过电导率和介电常数计算肌肉相位角,计算公式为
其中,Φ为肌肉相位角,σ为电导率,ω为角频率,ε为介电常数;
步骤2.2、将步骤2.1测得的肌肉相位角传输给安装Phython软件的计算机(4)进行有限处理后将肌肉相位角数据分离为公式(2)中的n个像素图像;公式(2)为
Φ=[Φ1,...,Φn,...,Φn]T∈Rn (2)
其中,Φn为将生物内部分离为n个像素元素后第n个网格(1≤n≤N)中的相位角;
步骤2.3、计算所有区域的空间平均相位角,计算公式为
其中,<Φ>n为空间平均相位角。
8.根据权利要求5所述的用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,其特征在于,所述步骤3具体步骤如下:
步骤3.1、根据小腿肌肉组织分布,将所述空间平均相位角划分为4个肌区;所述4个肌区包括腓肠肌组成的M1肌室,比目鱼肌组成的M2肌室,胫骨后肌、趾长屈肌和拇长屈肌组成的M3肌室、由胫骨前肌、趾长伸肌和腓骨长肌组成的M4肌室;
步骤3.2、通过下列公式计算每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M;
其中,nM是第M隔室内的第n个像素数,NM是第M间隔室内的总网格数;
步骤3.3、通过二维肌肉相位角成像方法根据每个肌肉分区的空间平均相位角<Ф>M分别将图像重建为分区域肌质二维相位角图像,完成对肌质的可视化检测。
9.根据权利要求5所述的用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,其特征在于,所述步骤4具体步骤如下:
步骤4.1、以坐姿状态在两脚踝处夹定检测电极(6)并连接生物电阻抗分析仪(5),将数据传输至计算机(4);
步骤4.2、通过生物电阻抗分析方法直接测量得到小腿的细胞外含水量和身体总含水量;
步骤4.3、通过所述小腿的细胞外含水量和身体总含水量,计算得到细胞外含水量比率,计算公式为
βri=ECW/TBW (5)
其中,ECW为小腿的细胞外含水量,TBW为身体总含水量,βri为细胞外含水量比率。
10.根据权利要求5所述的用于测量人体肌肉和肌量的测量方法,其特征在于,所述步骤5具体步骤如下:
步骤5.1、重复步骤1两次,第一组得到的阻抗数据为Zf1,第二组得到的阻抗数据为Zf2;
步骤5.2、将第一组得到的阻抗数据为Zf1和第二组得到的阻抗数据为Zf2,通过高斯-牛顿法重建得到电导率分布图像,计算公式为
σ=JTΔZ-(JTJ+μI)-1JTΔZ (6);
其中,J为雅可比矩阵,JT为雅可比矩阵的转置,μ为超参数,ΔZ为Zf2与Zf1之间的阻抗差;阻抗差的表示方法为
其中,f2为第二组激励信号,f1为第一组激励信号;
步骤5.3、通过步骤5.2中的电导率分布图像通过矩阵区域划分计算得到空间平均电导率,将空间平均电导率与步骤3中所述细胞外含水量比率比较,若空间平均电导率大于所述细胞外含水量比率,则为肌量增加,完成对肌量变化的定量化检测。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311398880.8A CN117598681A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311398880.8A CN117598681A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117598681A true CN117598681A (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=89955061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311398880.8A Pending CN117598681A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117598681A (zh) |
-
2023
- 2023-10-26 CN CN202311398880.8A patent/CN117598681A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bera | Applications of electrical impedance tomography (EIT): a short review | |
EP1180967B1 (en) | Electric mammograph | |
Zou et al. | A review of electrical impedance techniques for breast cancer detection | |
RU2127075C1 (ru) | Способ получения томографического изображения тела и электроимпедансный томограф | |
JP2015512658A (ja) | 組織内の周波数に対する表面下抵抗率の相対的空間変化を決定するためのデバイス、システム及び方法 | |
JP2016527943A (ja) | 組織の湿潤度を決定する小型でウェアラブルな家庭用装置 | |
US6351666B1 (en) | Method and apparatus for sensing and processing biopotentials | |
Shiga et al. | A new simple measurement system of visceral fat accumulation by bioelectrical impedance analysis | |
Bera et al. | Surface electrode switching of a 16-electrode wireless EIT system using RF-based digital data transmission scheme with 8 channel encoder/decoder ICs | |
Singh et al. | A low-cost portable wireless multi-frequency electrical impedance tomography system | |
Shiga et al. | A simple measurement method of visceral fat accumulation by bioelectrical impedance analysis | |
Ogawa et al. | Investigation of physiological swelling on conductivity distribution in lower leg subcutaneous tissue by electrical impedance tomography | |
Luo et al. | In vivo muscle conduction study of the tongue using a multi-electrode tongue depressor | |
Caicedo-Eraso et al. | Use of electrocardiogram (ECG) electrodes for Bioelectrical Impedance Analysis (BIA) | |
CN117598681A (zh) | 用于测量人体肌肉和肌量的装置及测量方法 | |
RU2153285C1 (ru) | Электрический маммограф | |
PL218085B1 (pl) | Sposób i urządzenie do bezinwazyjnego badania struktury i składu chemicznego kości z eliminacją wpływu tkanek otaczających | |
RU109394U1 (ru) | Электроимпедансный томограф | |
Dubiel | Bioelectrical impedance analysis in medicine | |
Akagi et al. | Methodological issues related to thickness-based muscle size evaluation | |
Yap et al. | Bio-conductivity characteristics of chronic kidney disease stages examined by portable frequency-difference electrical impedance tomography | |
Kanti Bera et al. | Common ground method of current injection in electrical impedance tomography | |
Bera | Studies on Multifrequensy Multifunction Electrical Impedance Tomography (MfMf-EIT) to Improve Bio-Impedance Imaging | |
RU66932U1 (ru) | Электроимпедансный компьютерный маммограф | |
Yin et al. | Comparison of three kinds of electrode–skin interfaces for electrical impedance scanning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |