CN2156809Y - 人体脂肪分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化的人体脂肪分析 仪，它依据特定频率下的高频电流阻抗与人体脂肪量 有严格的数学关系，因而设计了由微处理系统，标准 信号发生器，人体阻抗信号采集系统，模数转换接口， 仪器电源五部分组成的人体脂肪分析仪，借助于实验 总结出的经验公式和理论数据，及编制好的管理软 件，将40-50KHz电流下人体阻抗处理出人的瘦体 重，脂肪含量，基础代谢率等指标直读或打印出来，是 目前最经济实用的脂肪测定仪。

Description

本实用新型属于一种特种频率下电流阻抗的测量与分仪装置，具体应用于对人体脂肪的测试。

人体脂肪含量对于评价人的营养状况，是否应当做减肥处理指标维持人体内脂肪含量标准都具有十分重要的意义。在临床保健上脂肪含量偏离标准的教值也具有特殊的意义。因此脂肪测定受到临床医学，保健部门的普遍关注。目前，国内外对人体脂肪的测量有人体密度法，同位素稀释法，X线摄影法，超声波法等等。用以上方法获得的测量值均有一定精度。但其需要特殊设备，投次操作复杂。目前只能在高档次实验机构中采用，不可能普及推广到临床医学中，以上测量更不可能应用于基层医疗单位。近年来，学术界推荐应用皮皱厚度方法测量脂肪。此法简单易行，但标准无法确定，测量误差大，实际上没有临床价值。以上均称为间接法测理，均须一系列的计算和数值处理才能得到脂肪含量值。做为直读脂肪含量的测试装置到今还未见问世。

本实用新型的目的在于提供一种直读式人体脂肪分析仪的结构设计，采用特种频率下人体的电流阻抗测试，借助于经验公式准确测算出被测人的瘦体重，体脂重和基础代谢率。

过过大量的实验证明人体的脂肪含量与人体生理阻抗之间存在着特定的连系，特别是某些特定频率下采用恒稳电流源测量时人体的脂肪含量与人体生理阻抗之间存在着严格的数学关系，本实用新型正是在这理论研究的基础上而设计成功的。这一特定频频值为40－60KHz，稳恒电流700－1000MA。通过对大量试验数据做统计处理，回归分析和与标准仪器值对照修正后的经验公式为。

①生理阻抗值Z：（UR／UZ）×RB，其中UR为特定频率下测得的标准电阻RB上的压降，Uz为同样测试条件下人体（手、足之间）的压降，RB为标准电阻值。

②瘦体重WL：I×（ht）2／z＋Cz

体脂重WF=Wt－W1

其中C1、C2为常数，据性别年令而不同，男性C1在0.8－0.9之间，单位为欧姆·公斤／cm2。C2D4.9－5.4之间单位公斤。ht为身高，单位cm。Wt为人体重。女姓C1为0.75－0.85之间，C2在4.1－5.1之间。

③基础代谢率BMR=C3×Wt＋C4Wt为体重，C3、C4为选择字数，C3为0.04－0.1之间，C4在2－4之间，根据性别、年龄、体重、体脂重等因素选择。

本实用新型正是大量的实验与经验数据的统计处理为前题而提出的，是本发明的依据，也是创造的关键技术资料。

为实现本实用新型的发明目的，设计该脂肪分析仪由以下5部分组成（参考图1）。（a）一个微处理系统1，基本上采用常规微处理器的结构和配置。重要的是具有一个存贮有本发明经验公式，及标准人体阻抗数值和处理程序的只读存贮器，借助于这些经验公式数据和程序可以方便地计算出被测人的脂肪参数并通过处围设备输出显示或打印来，实现直读的功能。（b）一个标准号发生器，其作用是生成40－60KHZ的标准方波信号，并将其处理成为稳恒流，并从其中将处理完的标准测量信号引至被测人体。（c）人体阻抗信号采集处理系统它将特定频率下恒流通手人体（手足之间）测其压降值，通过对比转化成为人体阻抗值对应的模拟电参数。（d）模数转换接口，将采集系统处理的模拟量进行模数转化，处理成数字量送入单片机系统进行处理。（e）分析仪的电源系统，此部分为整个仪器提供稳恒的＋5V，±12V工作电压。以上五部分构成一个完整的人体脂肪分析仪。将特定频率下的电流通过人体之间，测出其相对于标准电阻的模拟阻抗参数。通过模数转换输入单片机微处理系统，借助于只读存贮器中的经验公式，标准人体参数及编好的处理程序计算出被测人体的瘦体重，脂肪量和基础代谢率，再通过显示和打印系统直读出来供给临床治疗，减肥或保健的做参考依据。下面结合附图给出的电原理图进一步说明本发明的目的是如何实现的：

图1为本分析仪的结构原理构图，其中1代表微处理系统，1A代表单片机8031，1B代表控制器，1C代表存贮器，1E代表中间数据存贮器，1F代表操作键盘，1G代表显示器，1H代表微型打印机，以上各部件采用传统连接方式组合在一起。

图2为标准信号发生器械的电原理图，U2－U4为运算放大器。

图3为人体阻抗信号采集系统3的电原理图其中U5－U10为运算放大器，K1为单片机程序控制的双刀三掷模拟开关。E1－E4为四个测量电极。

图4为模数转换接口的电原理图，其中K2为单片机程序控制的单刀三掷模拟开关。

以上附图中2A代表方波整形电路，2B代表有源带通滤波器，2C代表电压电流变换器。3A代表信号采集电路，3B代表信号放大电路，3C代表全波峰值检波电路，3D代表稳幅电路。

由附图可以看出信号发生器的设计目的是生成一个频率40－60KHZ的稳流源，本设计中标准信号发生器2的信号源引自于单片机8031的内部定时器，引出频率值依靠内部管理程序设定，信号源引出后通至方波整形电路2A分频、整形、放大和光电隔离，然而送至有源带通滤波器2B，滤波后信号再送至电压电流变换器2C处理成为恒流源。其中标准信号发生器2中的方波整形电路2A由集成块74LS74，74LS04，光电耦合器TIL117和精密电位器W1构成，经分频整形，放大、光电隔离后的标准信号经精密电位器W1的调整后由滑动臂送至带通滤波器2B。此时的信号频率已处理为40－60KHZ之间。有源带通滤波器2B运算放大器U1及电阻R1、R2、R3、R4、R5电容C1、C2，电位器W2搭成有源阻容网络。经该网络调整后的正弦电压信号由运放U1的输出端引至电压电流变换器2C。电压电流变换器2C由运算放大器U2与电阻R6－R9构成的加法器，U3与电阻R10－R12构成的反相器，U4与电阻R13构成的跟随器三部分组成，由以上几部构成一个高内阻恒流源结构，然后恒稳电流自U3端出输经电阻R2，电容C3引至人体阻抗信号采集系统3。

图3给出了人体阻抗信号采集系统3的实用电原理图。该部分是本发明的设计关键之一。人体中电导与含水量、离子浓度有关，而瘦体几乎包括全身的水份和电介质，所以瘦体组织的电导率比脂肪组织大得多，也就是说脂肪越多电阻越大。在实际测量中又证明所用测量电流的频率与所测体结果的影响较大具有线性关系。1KHZ以下的电流主要通过细胞外液，500KHZ以上的电流主要过细胞内、外液，而40－60KHZ做为测量电流最易反应出脂肪量。为进一步消除干扰因素本发明采用四路电极设置在同侧手足之间以减少皮肤与电极间的相互影响。四路电极中的信号注入极（E3、E4）置在同手、足的远端，E3通过标准电阻R14接信号发生器械的输出端，E4接地端。信号取出极（E1、E2）置在人体同侧手、足的近端，这样可以有效地排除电流信号微小变化产生的影响。信号采集电路3A由受程序控制的模拟开关K1，与模拟开关K1相连接的标准电阻R14和电阻R15、R16、R17，四路电极（E1-E4），及防止屏蔽线信号短路而设置的运算放大器U11所组成。模拟开关的控制线接至单片机8031的P1.0、P1.1接口上，模拟开关为双刀三掷型，将采集到的标准电阻压降，人体压降两组数值通过模拟开关K1送至信号放大电路3B。信号放大电路3B由运算放大器U5、U6、U7电阻R20－R25，电位器W3搭成，经放大器3B放大的信号由运放U7的输出端引至全波峰值检波电路3C。全波峰值检波电路3C由运算放大器U8、U9，电阻R26－R31，二极管D1－D5组成，检波后信号送至稳幅电路3D。稳幅电路3D由运算放大器U10，滤波电容C4，放三极管G1，电阻R32和触发门M组成。来自单片机8031的触发信号通过触发门M加到三极管G1的基极上，每次采样都使G1导通        放滤波电容C4上的电荷从而消除每次测量值之间的相互影响，而U10起隔离作用，使输出幅值更加稳定，稳幅后的信号模拟量送至模数转换接口4。

从图4可以看出模数转换接口4为一双积分式12位A／D转换电路，其组成包括一个受单片机8031的程序控制的单刀三掷式模拟开关K2，积分器CA3140，比较器L311和电容C5、C6电阻R32、R33搭接而成。转换后的数字信号送至单片机8031的P1.5口，模拟开关K2的程序控制线接单片机8031的P1.2、P1.3口。由单片机8031内部定时器做积分时间控制和测量计数，二次积分的转换是通过比较器LM311的输出由8031的P1.5口读入，再由程序控制模拟开关K2来实现的。采样电压Vi和基准电压VREF的输入由程序控制模拟开关K2来实现转换。

电源系统与采用微机系统的常规装备，即包括电源变压器，整流器，稳压电路，向仪器输出＋5V，±12V直流稳压即解满足仪器的要求。

该分析仪应用时将四路电极按图3所示设置在被测者同侧足、手的相应位置，由键盘输入被测者的年龄、性别、体重基本参数，启动测试程序后即刻从显示系统或打印机上得出有关瘦体重，脂肪量和基础代谢率等一系列数据，并提出是否应减肥和减肥量的建议，其数据复现性好，准确度高。

根据以上结构制成的人体脂肪分析仪，其体积小、重量轻，价格便宜，适宜装备基层医疗单位。特别是本分析基具有直读效果，其计算结果重复率高、准确。经发明人选择82各志愿者，分两组连续三次测量，其测出的误差值低于0.5％，重复性好。与美国产BC－300测量R值相比较，准确率高达99.95％。特别是采用体脂比来判断人体肥胖比单一体重法判断更加科学，由于其操作简便，测量值临床意义明显，因而具较高的实用价值。

Claims (8)

1、一种人体脂肪分析仪，其特征在于该分析仪由以下5部分组成：

a.微处理系统1，其中包括一个固化有经验公式和人体阻抗处理程序的只读存贮器，

b.标准信号发生器2，其中引出恒流标准测量信号至被测人体，

c.人体阻抗信号采集处理系统3，

d.模数转换接口4，

e.分析仪电源系统5。

2、根据权利要求1所说的人体脂肪分析仪，其特征在于微处理系统包括单片机1A，控制器1B，地址锁存器材1C，只读存贮器1D，中间数据存贮器1E，操作键盘作1F，显示器1C，微型打印机1H，采用传统连接方式将各部组合在一起。

3、根据权利要求1所说的人体脂肪分析仪，其特征在于标准信号发生器Z的信号源引自单片机8031的内部定时器，频率值由内部程序设定，信号发生器结构中包括方波整形电路2A，有源带通滤波器2B，电压电流变换器2C三部分电路。

4、根据权利要求3所说的人体脂肪分析仪，其特征在于标准信号发生器械中的方波整形电路2A由集成块74LS74，74LS04和光电耦合器TIL117精密电位器W1构成，经分频、整形、放大、光电隔离后的标准信号经精密电位器W1的滑动臂送到带通滤波器2B，带通滤波器2B由运算放大器U1及电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2，电位器W2搭成有源阻容网络，经过该网络调的正弦电压信号由运放U1的输出端引至电压、电流变换器2C，电压电流变换器2C由运放U2与电阻R6、R9构成的加法器，U3与电阻R10－R12构成的反相器，U4与电阻R13构成的跟随器三部分组成，由U3输出端引出的稳恒电流信号经电阻R2，电容C3引至人体阻抗信号采集系统3。

5、根据权利要求1所说的人体脂肪分析仪，其特征在于人体阻抗信号采集系统3由信号采集电路3A，信号放大电路3B，全波峰值检波电路3C，稳幅电路3D四部分组成。

6、根据权利要求5所说的人体脂肪分析仪，其特征在于人体阻抗采集系统3中的信号采集电路3A由受程序控制的模拟开关K1，与模拟开关K1相连接的标准电阻R14、R15、R16、R17，四路电极（E1－E4），防屏蔽线短路信号的运算放大器U11组成，模拟开关K1的控制线接单片机的R1.0、R1.1口，模拟开关K1为双刀三掷型，采集信号送入信号放大电路3B，信号放大电路3B由运算放大器U5、U6、U7，电阻R20－R26，电位器W3搭成，经放大器3B放大的信号由运放U7的输出端引至全波峰值检波电路3C，全波峰值检波电路3C由运算放大器U8、U9，电阻R26－R31，二极管D1－D5组成，采集信号经全波峰值检波后送到稳幅电路双3D，稳幅电路3D由运算放大器U10，滤波电容C4，电放三极管G1，电阻32和触发门M组成，来自单片机的触发信号经触发门加到三极管G1的基极，稳幅后的信号模拟量送到模数转换接口4。

7、根据权利要求1所说的人体脂肪分析仪，其特在于模数转换接口4为一双积分式12位A／D转换电路。

8、根据权利要求7所说的人体脂肪分析仪，其特征在于模数转换接口4由受单片机程序控制的单刀三掷式模拟开关K2，积分器CA3140，比较器LM311和电容C5、C6电阻R32、R33，R34搭接而成，数字信号接至单片机P1.5口，模拟开关K2的程序控制线接单片机8031的P1.2、P1.3口。

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