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Die
Erfindung betrifft ein Gerät
und ein Verfahren zum Messen des bioelektrischen Widerstands in
mehreren menschlichen Körperteilen,
insbesondere ein Gerät
und ein Verfahren zum einfachen Messen des Körperfetts in unterschiedlichen
Körperteilen einer
Person, wie z. B. Körperfett
in ihrem Kopf, ihrem Rumpf sowie ihren Gliedmaßen.
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Es
gibt eine Reihe von bekannten Verfahren zur exakten Körperfettmessung,
wie z. B.: das Verfahren durch Neutronstrahlung, die Verdünnungsmethode
mittels Isotope, die Nah-Infrarot-Spektroskopie, das Messverfahren
des Kaliumgehaltes im menschlichen Körper, die Computertomografie,
die Magnetresonanztomografie, das DEXA-Verfahren (Dual-Energy-X-ray-Absorptionmetry)
usw. Aber sie alle sind leider wenig praxistauglich, weil sie eine
aufwendige Anschaffung der Spezialvorrichtungen und eine komplizierte
Handhabung erfordern. Im medizinischen Alltag wird ein sog. BIA-Verfahren
(Bioimpedanzanalyse) als eine einfache und sichere Methode betrachtet,
weil sie keine speziellen Kenntnisse von dem Bedienungspersonal
verlangt.
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Bei
einem im Allgemeinen geltenden BIA-Verfahren werden heutzutage die
menschlichen Körperzusammensetzungen
und wichtige Daten für diese
Zusammensetzung zuerst durch eine Unterwasserwägung bzw. eine DEXA-Messung
festgestellt. Dann werden die erfassten Werte als ein einziger Normwert
zur Beurteilung der BIA-Messwerte genutzt. Einer der Nachteile des
BIA-Verfahrens besteht darin, dass der oben genannte Normwert bei den
meisten Entwicklungen einer Beurteilungsmethode als allgemein geltend
betrachtet wird, ganz egal, ob sich die Beurteilung dabei um den
Gesamtkörper,
um vier Gliedmaßen
oder nur um den Rumpf handelt.
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Im
Bezug auf die 1 nehmen wir an, dass sich ein
menschlicher Körper
aus zwei Bestandteilen, nämlich
Fett- und Nichtfettanteil, zusammensetzt, wobei der Nichtfettanteil
noch Knochenmasse, Körperflüssigkeit
und Organmasse beinhaltet. So entstehen zwei Beziehungen, eine ist
die Beziehung zwischen der Fettmasse, Knochenmasse, Körperflüssigkeit
und Organmasse, die andere ist zwischen der Fettmasse und Nichtfettmasse.
Aufgrund dieser beiden Beziehungen werden die gemessenen BIA-Werte beurteilt und
die entsprechende Körperflüssigkeit einer
zu messende Person errechnet. Die Formeln, die bei der Beurteilung
verwendet werden, hängen noch
von Rasse, Geschlecht, Gesundheits- und Trainingszustand der zu
messende Person ab. Deswegen müssen
die vorhandenen Gleichungen zur Beurteilung des Körperfetts
unbedingt verbessert werden, um einer bestimmten Zielgruppe anzupassen.
Obwohl viele Forscher durch ihre mehrjährige Arbeiten schon eine Reihe
von Formeln, die zur Beurteilung des Verhältnisses zwischen Fettanteil
und Nichtfettanteil eines menschlichen Körpers dienen, entwickelt haben,
werden die Arbeiten auf diesem Forschungsgebiet immer noch fortgesetzt,
weil die bestehenden Formeln neben ihren Vorteilen immer noch Nachteile aufweisen.
Bei einer normalen Messung nach dem BIA-Verfahren werden Messwerte
durch die Elektroden gemessen, die an Handwurzel bzw. an Knöchel einer
zu messende Person angebracht sind. Es ist allen bekannt, dass sich
die Gliedmaßen
in Gewebestruktur stark von dem Rumpf unterscheiden, sodass die
Leitfähigkeit
der beiden Körperteile
auch ganz unterschiedlich ist. Überdies
sind die Querschnitte von Oberglied, Rumpf und Unterglied auch unterschiedlich.
Deswegen ist es nicht vernünftig,
dass ein einziger Normwert bezüglich
des Verhältnisses
der Fettmasse zu der Nichtfettmasse bei der Beurteilung allgemein
geltend für
alle Körperteile
wie Oberglied, Rumpf und Unterglied gemacht wird. Außerdem werden
alle Messwerte an den vier Gliedmaßen gemessen. Es ist nicht
möglich,
einen relativ genauen Messwert an dem Kopf einer zu messende Person
zu messen. Deshalb ist das Verfahren zu verbessern.
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Durch
die Erfindung werden ein Gerät
und ein Verfahren zum Messen des bioelektrischen Widerstands in
mehreren menschlichen Körperteilen geschaffen,
das sich hauptsächlich auf
einer Berechnungsplattform stützt,
auf der eine Moduldatenbank mit den grundlegenden Daten errichtet
wird. Mit Hilfe einer ausgewählten
Modulgruppe aus der Moduldatenbank können die Beurteilungseinheiten
der oberen und unteren Gliedmaßen
sowie die Beurteilungseinheiten des Gesamtkörpers einschließlich der
vier Gliedmaßen
und des Rumpfs festgestellt werden, wobei nur ein einfaches Messen
des bioelektrischen Widerstandes in einem oberen bzw. einem unteren Glied
durchgeführt
werden muss. Nach dem Vergleich der Messwerte können die Beurteilungseinheiten
für den
Rumpf und den Kopf errechnet werden, und daher auch die Daten über die
Körperzusammensetzung
sowohl im Kopf als auch in vier Gliedmaßen, sodass eine einfachere
Datenerfassung für
die Körperzusammensetzung
durch ein schnelles Messen möglich
ist.
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Die
Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen anhand
der Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm zur Analyse von Bestandteilen des menschlichen Körpers;
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2 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Messverfahrens;
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3 eine
schematische Darstellung für
das erfindungsgemäße Messen;
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4 ein
Blockdiagramm der Hardware-Anordnung gemäß der Erfindung;
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5 eine
schematische Darstellung zum Messen und Simulieren von Bestandteilen
des menschlichen Körpers;
und
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6 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen
einer Modulgruppe.
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In 2, 3 und 4 wird
gezeigt, wie eine Erfassung der BIA-Werte im Kopf und in vier Gliedmaßen durch
das erfindungsgemäße Gerät und dessen
Verfahren möglich
ist. Bei diesem Verfahren 10 ist die zu messende Person 20 durch
einzelne Elektrodenpaare 30 an ihren Gliedmaßen 21, 22, 23, 24 mit
einem Messgerät 40 elektrisch
verbunden. Das Messgerät 40 bildet
eine Beurteilungsplattform 41. Die zu messende Person 20 gibt
ihre grundlegenden Personendaten ein; das Messgerät 40 misst
die grundlegenden BIA-Werte der zu messende Person aus und vergleicht
sie mit den Werten in der entsprechenden Modulgruppe, um die Beurteilungseinheiten schnell
zu errechnen, damit sich die BIA-Werte jeweils für die einzelnen Glieder, den
Rumpf 25 und den Kopf 26 schließlich resultieren
können.
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Das
Messgerät 40 bildet
dabei eine Beurteilungsplattform 41. Wie die 4 zeigt,
verfügt
die Beurteilungsplattform 41 über eine Moduldatenbank 410 und
eine Programm-Datenbank 411, wobei die Beurteilungsplattform 41 eine
Zentraleinheit 42 besitzt, die intern mit der Moduldatenbank 410,
der Programm-Datenbank 411 und
extern mit einem A/D-Wandler 43 und einigen Elektrodenpaaren 30, die
jeweils an Gliedmaßen 21, 22, 23, 24 einer
zu messende Person anzubringen sind, angeschlossen ist. In der Moduldatenbank 410 sind
umfangsreiche Messergebnisse von unterschiedlichen, zu messenden
Personen 20 gespeichert, einschließlich der Werte über die
Körperzusammensetzungen
einzelner Glieder, des Kopfs 26 und des Rumpfs 25 sowie einzelner
Beurteilungseinheiten zusammen mit ihren Analysenschablonen und
Parametern. An der Zentraleinheit 42 ist je ein Eingabegerät 44 und
ein Ausgabegerät 45 angeschlossen.
Das Eingabegerät 44 kann
eine Tastatur, eine Taste oder ein Touchscreen-Bildschirm sein.
Das genannte Ausgabegerät 45 ist
ein Ausgabebildschirm. Nachdem eine zu messende Person 20 ihre
Personendaten mittels eines Eingabegerätes 44 eingegeben
hat, wählt
die Beurteilungsplattform 41 eine entsprechende Modulgruppe
in der Moduldatenbank 410 aus und misst die BIA-Werte an
den Gliedmaßen
der zu messende Person 20. Nach dem Vergleich der Messwerte
mit der ausgewählten
Modulgruppe werden die Daten der Körperzusammensetzung an anderen
Gliedern sofort errechnet. Das Verfahren ist ganz praktisch für eine schnelle
und genaue Beurteilung der Körperzusammensetzung
im Kopf 25 und im Rumpf 25, weil es nicht möglich ist,
die Elektrodenpaare 30 direkt am Kopf bzw. am Rumpf 26 einer
zu messende Person anzubringen.
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Das
erfindungsgemäße Messverfahren 10 umfasst
folgende Schritte:
Eingeben der grundlegenden Personendaten 11:
Die zu messende Person 20 gibt ihre Personendaten wie Körpergröße, Körpergewicht
und Alter usw. ein.
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Auswählen der
Modulgruppe 110: Die Beurteilungsplattform 41 errichtet
eine entsprechende Modulgruppe anhand der vorhandenen Moduldaten in
der Moduldatenbank 410. Messen 12: Durch die Elektrodenpaare 30,
die jeweils an Gliedern 21, 22, 23, 24 einer
zu messende Person 20 angebracht werden, werden die BIA-Werte
an den entsprechenden Stellen gemessen. Jede der hier verwendeten Elektrodenpaare 30 besteht
aus einer Sende-Elektrode 300 und einer Empfangs-Elektrode 301.
Wie in den 3 und 4 dargestellt,
steuert die Monochip-Zentraleinheit
des Messgeräts 40 in
Zusammenarbeit der Programm-Datenbank die Elektrodenpaare 30,
die beim Messen an den Gliedmaßen 21, 22, 23, 24 der
zu messende Person angebracht sind, und den A/D-Wandler 43 an.
Dadurch können
die Sender- und Empfangs-Elektroden 300, 301 innerhalb
einer kurzen Zeit von einigen Sekunden schnell ein- bzw. ausgeschaltet
werden oder auf ein entsprechendes Elektrodenpaar umgeschaltet werden,
um die entsprechenden BIA-Werte
zu messen, aber ohne dass die zu messende Person 20 dabei
ihre Körperhaltung ändern muss.
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Während eines
BIA-Messvorgangs steht die zu messende Person 20 ganz entspannt
auf den Fußelektroden,
je eine Elektrode in ihren beiden Händen haltend, wobei sie ihre
beiden Arme und beiden Beine ein bisschen spreizt. Die Anschlussart
der Elektroden ist in der 3 dargestellt,
wobei die Elektroden E1, E3, E5 und E7 je einen Strom aussenden,
sie sind nämlich
Sende-Elektroden 301, während
E2, E4, E6 und E8 die Messelektroden, nämlich die Empfangs-Elektroden 301 eines
Elektrodenpaars 30, sind. Da der Widerstand zwischen den
einzelnen Messelektroden viel höher
als der menschliche Widerstand ist, kann ihr Einfluss auf den Strom
beim Messen vernachlässigt
werden.
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Die
Elektrodenpaare 30 sind aus einem dünnen Rostfreistahl hergestellt,
sodass sie eine gute Leitfähigkeit
besitzen. E1, E2, E3 und E4 befinden sich jeweils an zwei Messhebeln,
während
E5, E6, E7 und E8 an den beiden Seiten der Grundplatte einer Testplattform
angeordnet sind.
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Der
Wechselstrom kann unterschiedliche Stromkreise zwischen unterschiedlichen
Elektroden bilden. Durch das Messen an unterschiedlichen Messelektroden
kann man ein unterschiedliches Ergebnis erhalten. Wird ein Stromkreis
beispielsweise zwischen E1 und E5 gebildet, kann der bioelektrische Widerstand
(RRA) für
das rechte Oberglied 21 zwischen E2 und E4 gemessen werden.
Wird zwischen E2 und E6 gemessen, resultiert ein Summenbetrag (RRT
= RRA + RT + RRL), der aus den BIA-Werten des rechten Oberglieds 21,
des rechten Unterglieds 23 und des Rumpfs 25 zusammensetzt.
Der BIA-Wert (RRL) kann dementsprechend zwischen E6 und E8 gemessen
werden. Nach dem gleichen Prinzip können die BIA-Werte jedes einzelnen
Körperteils erfasst
werden. Sie sind zum Beispiel der BIA-Wert (RLA) für das linke
Oberglied 22, der BIA-Wert (RRA) für das rechte Oberglied 21,
der Summenbetrag (RRT) für
das rechte Oberglied 21, das rechte Unterglied 23 und
den Rumpf 25, der BIA-Wert (RLL) für das linke Unterglied 24 und
der BIA-Wert (RRL) für das
rechte Unterglied 23.
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Die
Beurteilungsplattform 41 wählt in der Moduldatenbank 410 eine
entsprechende Modulgruppe aus, die zu einer messenden Person 20 gut
passt. Nach einem einfachen Messen der BIA-Werte an irgendeiner
Körperseite,
hier zum Beispiel die BIA-Werte an dem linken Oberglied 22 und
an dem linken Unterglied 24, kann die Beurteilungsplattform 41 die
Beurteilungseinheiten für
die gegenüberliegende
Körperseite
(hier zum Beispiel für
das rechte Oberglied 21 und das rechte Unterglied 23)
errechnen. Aus dem gleichen Grund kann die Beurteilungsplattform 41 auch
die Beurteilungseinheiten für
das linke Oberglied 22 und das linke Unterglied 24 errechnen,
wenn die BIA-Werte des rechten Oberglieds 21 und des rechten
Unterglieds 23 zur Verfügung
stehen. Im Bezug auf 2 werden zuerst die Beurteilungseinheit 120 für ein Oberglied
und die Beurteilungseinheit 121 für ein Unterglied gemessen,
dann hat die Beurteilungsplattform 41 in der entsprechenden
Modulgruppe die Beurteilungseinheit 122 für alle vier
Gliedmaßen
und den Rumpf und die Beurteilungseinheit 123 für den ganzen
Körper
errechnet.
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Vergleich 13:
Der Vergleich erfolgt in der Modulgruppe. Durch den einfachen Vergleich
kann die Beurteilungseinheit 130 für den Rumpf 26 errechnet werden,
indem zweimal die Summe der Beurteilungseinheit 120 für das Oberglied
und der Berechnungseinheit 121 für das Unterglied aus der Beurteilungseinheit 122 für alle vier
Gliedmaßen
und den Rumpf abgezogen werden. Wird die Beurteilungseinheit 122 für alle vier
Gliedmaßen
und den Rumpf aus der Beurteilungseinheit 123 abgezogen,
so wird die Beurteilungseinheit 131 für den Kopf 26 errechnet. So
können
die Berechnungseinheiten für
den Rumpf 25 und für
den Kopf 26 ganz schnell errechnet werden, ohne dass dabei
die Elektroden wirklich an dem Rumpf bzw. am Kopf angebracht werden
müssen.
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Bestätigen 14:
Bestätigen
der einzelnen Beurteilungseinheiten in der Modulgruppe.
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Datenerfassen 15:
Beurteilungseinheiten aufs Neue zu erfassen.
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Ermitteln
der BIA-Werte für
die Zusammensetzung des Kopfs und der einzelnen Glieder 16:
Anhand der einzelnen Beurteilungseinheiten werden die Beurteilungseinheit 130 für vier Gliedmaßen und
den Rumpf und die Beurteilungseinheit 131 für den Gesamtkörper bestätigt. Wenn
die bekannten Beurteilungseinheiten der einzelnen Glieder jeweils
von einer der beiden Beurteilungseinheiten 130 und 131 abgezogen
werden oder wenn sich die Beurteilungseinheiten 130 und 131 voneinander
subtrahieren, wird die Beurteilungseinheit für den Kopf und die für den Rumpf
errechnet, sodass auch dadurch die BIA-Werte jeweils für den Kopf
bzw. für
den Rumpf errechnet werden.
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Um
eine wirksame Moduldatenbank 410 zu errichten, müssen folgende
Arbeitsschritte befolgt werden:
Messen 50: Es muss
eine umfangreiche Datenerfassung jeweils für unterschiedliche Zielgruppen
wie Sportler, gesunde Leute oder Studenten durchgeführt werden.
Das Ziel der Datenerfassung ist, die BIA-Werte der menschlichen
Körperzusammensetzungen
der zu messenden Personen 20 zu erfassen.
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Messen
an einer Körperseite 51:
Bei der oben genannten Datenerfassung werden die BIA-Werte der zu
messende Personen 20 nur an einer bestimmten Körperseite
gemessen, z. B.: nur an rechtem Oberglied 21 oder an rechtem
Unterglied 23. Dann wird der Gesamtkörper der zu messende Personen
nach dem DEXA-Verfahren
gemessen, um den Nichtfettanteil in ihren einzelnen Körperteilen festzustellen.
Die festgestellten Werte über
den Nichtfettanteil in einzelnen Körperteilen der zu messenden
Personen werden mit den DIA-Werten, die durch das Messen 51 an
einer Körperseite
erfasst sind, vergleichen, um eine Beziehungsformel zu bilden.
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Vergleichen 52:
Die bei dem Messen 51 an einer Körperseite erfassten BIA-Werte
werden mit den Messergebnissen des Gesamtkörpers verglichen, um die Unterschiede
dabei aufzuzeigen. Die Differenzzahlen, die zu groß sind,
werden beim Vergleich weggelassen.
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Modulgruppen
errichten 53: Dabei wird ein menschlicher Körper in
6 Hauptteile eingeteilt. Diese sind das rechte Oberglied 21,
das linke Oberglied 22, das rechte Unterglied 23,
das linke Unterglied 24, der Rumpf 25 und der
Kopf 26. Durch die statistischen Analyseverfahren werden
die gemessenen BIA-Werte mit den Nichtfettmassen in unterschiedlichen
Körperteilen
verglichen und die Beurteilungseinheiten für das einzelne Oberglied bzw.
Unterglied errechnet. Die hier genannte Beurteilungseinheit ist
in Form einer statistischen Gleichung: FFM Unterglied
= C1 + C2(h2/Ri) + C3w FFM Oberglied = C4
+ C5(h2/Ri) + C6w
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Unter
der Berücksichtigung
des Nichtfettanteils in der Körperzusammensetzung
des Gesamtkörpers,
der vier Gliedmaßen
und des Rumpfs werden die BIA-Werte des einzelnen Ober- bzw. Unterglieds
durch die Statistikverfahren analysiert und folgende Gleichungen
abgeleitet: Sie sind: FFM Vier Glieder und Rumpf
= C7 + C8(h2/(RA + T + RL)) + C9w FFM Gesamtkörper = C11
+ C12(h2/R(RA + T + RL)) + C13w
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In
den Gleichungen: h ist Körpergröße in m, w
gleicht dem Körpergewicht
in kg, FFM ist die Nichtfettmasse, C1–C13 sind die statistischen
Gleichungen.
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Die
Differenzen unterschiedlicher Gleichungen werden genutzt, um die
Nichtfettmassen der einzelnen Körperteile
zu errechnen. Dabei: FFM Rumpf = FFM Vier Gliedmaßen und
Rumpf – 2 FFM
Unterglieder – 2
FFM Oberglieder FFM Kopf = FFM Gesamtkörper – FFM Vier
Glieder und Rumpf
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Werden
die Nichtfettmassen des Rumpfs 25 und des Kopfs 26 errechnet,
dann werden die Werte der Körperzusammensetzung
im Ganzen errechnet, sodass die Nichtfettmassen in der entsprechenden Körperzusammensetzung
auch errechnet werden. Durch die statistischen Analysen wird eine
im Allgemeinen gültige
Gleichung erhalten, damit die Nichtfettmassen einer zu messende
Person 20 in einzelnen Körperteilen errechnet werden
können.
Die Verhältnisse
der Fett- und Nichtfettmassen der zu messende Personen 20 in
ihrem Gesamtkörper
bzw. in einzelnen Körperteilen
zu ihrem Körpergewicht
bilden die grundlegenden Inhalte der entsprechenden Datenbank.
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Es
ist doch berechtigt, den Gesamtkörper
einer zu messende Person 20 zur Berechnung in einzelne
Körperteile
einzuteilen. Nach der vorliegenden Erfindung wird ein menschlicher
Körper
in sechs Teile eingeteilt, nämlich
den rechten Arm, den linken Arm, das rechte Bein, das linke Bein,
den Rumpf und den Kopf, um ganz genau auf die Verhältnisse
der Körperzusammensetzungen
in einzelnen Körperteilen zu
deren Nichtfettmassen einzugehen zu können. Durch die statistischen
Analyseverfahren können
die Beurteilungseinheiten jeweils für ein Unterglied oder für ein Oberglied
errechnet werden, wobei die BIA-Werte für die Körperzusammensetzung und für die Nichtfettmassen
nur an einem entsprechenden Körperteil
gemessen werden. Das Verfahren gilt auch für das Messen der Nichtfettmassen
des Gesamtkörpers,
der vier Gliedmaßen
und des Rumpfs, weil es von den BIA-Werten R (RA + T + RL) abhängt, die
an einer Körperseite
gemessen werden und sich aus den BIA-Werten eines Oberglieds, eines
Unterglieds und des Rumpfs zusammensetzen. Mit Hilfe einer Statistikanalyse
können
die Verhältnisse
der Nichtfettmassen jeweils zur Körpergröße, Körpergewicht und Körperzusammensetzung
herausgefunden und die passenden Gleichungen dementsprechend abgeleitet
werden. Dann werden die einzelnen Gleichungen voneinander subtrahiert,
um die Gleichungen für
die Nichtfettmassen des Rumpfs und des Kopfs zu errechnen. Die abgeleiteten
Statistik-Gleichungen zur Beurteilung der Nichtfettmassen für den Rumpf
selbst und für
den Rumpf und Kopf zusammen werden als Parameter der einzelnen Modulgruppen
aufgelistet und zur Verfügung
gestellt.
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- 10
- Messverfahren
- 11
- Eingeben
der grundlegenden Personendaten
- 110
- Auswählen der
Modulgruppe
- 12
- Messen
- 120
- Oberglied-Beurteilungseinheit
- 121
- Unterglied-Beurteilungseinheit
- 122
- Beurteilungseinheit
für alle
vier Gliedmaßen und
den Rumpf
- 123
- Beurteilungseinheit
für den
ganzen Körper
- 13
- Vergleichen
- 130
- Rumpf-Beurteilungseinheit
- 131
- Kopf-Beurteilungseinheit
- 14
- Bestätigen
- 15
- Datenerfassen
- 16
- Ermitteln
der BIA-Werte für
die Zusammensetzung des Kopfs und der einzelnen Glieder
- 20
- zu
messende Person
- 30
- Elektrodenpaar
- 300
- Sende-Elektrode
- 301
- Empfangs-Elektrode
- 40
- Messgerät
- 41
- Beurteilungsplattform
- 411
- Programm-Datenbank
- 410
- Moduldatenbank
- 42
- Zentraleinheit
- 43
- A/D-Wandler
- 44
- Eingabegerät
- 45
- Ausgabegerät
- 21
- rechtes
Oberglied
- 22
- linkes
Oberglied
- 23
- rechtes
Unterglied
- 24
- linkes
Unterglied
- 25
- Rumpf
- 26
- Kopf
- 50
- Messen
- 51
- Messen
an einer Körperseite
- 52
- Vergleichen
- 53
- Herstellen
einer Modulgruppe