DE102011118808A1

DE102011118808A1 - Verfahren zur Plausibilisierung

Info

Publication number: DE102011118808A1
Application number: DE201110118808
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Großmann; Björn Jensen
Original assignee: Seca AG
Current assignee: Seca AG
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Das Verfahren dient zur Plausibilisierung von elektrischen Impedanz-Messwerten. Die Messwerte werden bei der Messung der Bio-Impedanz einer Person ermittelt. Realteile und Imaginärteile der Impedanz-Messwerte werden für eine Mehrzahl unterschiedlicher Frequenzen ermittelt und in einer komplexen Darstellungsebene lokalisiert. Die Darstellungsebene ist durch eine Koordinatenachse für den Imaginärteil und eine Koordinatenachse für den Realteil definiert. Die Lokalisierung der Messwerte in der komplexen Darstellungsebene wird mit einem Sollverlauf verglichen und die Messwerte werden bei der Überschreitung einer vorgebbaren Abweichung vom Sollverlauf als nicht plausibel bewertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung von elektrischen Impedanz-Messwerten, die bei einer Messung der Bio-Impedanz einer Person ermittelt werden.
Die Messung der elektrischen Impedanz einer Person erfolgt typischerweise unter Verwendung eines sogenannten Body-Composition-Analysers (BCA), um Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Körpers der betreffenden Person zu gewinnen. Üblicherweise werden Gewichtsanteile von Muskelmasse, Knochen, Fett und Wasser bestimmt. Bei der Durchführung derartiger Messverfahren nimmt die Person häufig eine Positionierung auf einer Messeinrichtung ein und steht hierbei mit den Füßen jeweils auf zwei Paaren von Elektroden. Zusätzlich werden manuell Handelektroden ergriffen oder kontraktiert.
Die Güte der bertreffenden Messwerte und somit auch die Güte der hieraus abgeleiteten Informationen über die Zusammensetzung des Körpers hängen von einer Vielzahl von Störfaktoren ab. Dies sind beispielsweise die Körperhaltung, die Qualität des Kontaktes mit den Elektroden und die Positionierung der Elektroden relativ zum Körper.
Häufig tritt darüber hinaus das Problem auf, dass die betreffende Person während der Durchführung der Messung nicht still steht, sondern Bewegungen durchführt. Dies hat zur Folge, dass bei einer sequentiellen Gewinnung von mehreren Messwerten sowohl genaue als auch ungenaue Messwerte ermittelt werden.
Angestrebt wird bei einer Durchführung von Messungen der betreffenden elektrischen Impedanz, mit einer möglichst kurzen Messdauer auszukommen und möglichst nur qualitativ gute Messwerte zu berücksichtigen. Mit den bislang bekannten Verfahren ist dies nicht in einer völlig zufriedenstellenden Art und Weise möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, dass eine automatisierte Plausibilisierung der Messwerte durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Realteile und Imaginärteile der Impedanz-Messwerte für eine Mehrzahl unterschiedlicher Frequenzen ermittelt und hinsichtlich ihrer örtlichen Lokalisierung in einer komplexen Darstellungsebene, die durch eine Koordinatenachse für den Imaginärteil und eine Koordinatenachse für den Realteil definiert wird, mit einem Sollverlauf verglichen werden und dass der Messwert bei Überschreitung einer vorgebbaren Abweichung vom Sollverlauf als nicht plausibel bewertet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich grafisch dadurch veranschaulichen, dass in der komplexen Ebene ein Sollverlauf dargestellt wird, der für alle Frequenzen zwischen Null und Unendlich eine typische Positionierung der Realteile und der Imaginärteile der Impedanz-Messwerte wiedergibt. Weist der Realteil und/oder der Imaginärteil eines konkreten Messwertes einen Abstand zu dem seiner Messfrequenz zugehörigen Punkt auf dem Sollverlauf auf, der eine maximal zulässige Abweichung in Betrag und/oder Phase überschreitet, so ist der betreffende Messwert nicht plausibel.
Bekannt ist grundsätzlich nicht nur der geometrische Sollkurvenverlauf, sondern auch jeder Punkt auf diesem Verlauf der eindeutig einer Messfrequenz zugeordnet werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Abweichung eines Messwertes, der bei konkreter Messfrequenz ermittelt wurde, gegenüber dem zugehörigen Punkt auf der Sollkurve in Betrag und Phase zu ermitteln.
Insbesondere ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens daran gedacht, nicht einen unveränderlich in der komplexen Zahlenebene lokalisierten Sollverlauf zu verwenden, sondern anhand der konkret ermittelten Messwerte zu prüfen, ob diese auf einer Kurvenform liegen, die dem Sollverlauf entspricht. Bei einer Verfahrensdurchführung kann somit beispielsweise zwischen den konkret ermittelten Messwerten interpoliert werden und hieraus der sich ergebende Kurvenverlauf bestimmt werden. Dieser Verlauf wird dann hinsichtlich seiner Kurvenform und der frequenzabhängigen Positionierung der einzelnen Messwerte mit dem vorgegebenen Sollverlauf verglichen.
Insbesondere ist es somit unerheblich, ob der durch die ermittelten Messwerte vorgegebene Kurvenverlauf beispielsweise gegenüber einer erwartenden Kurvenform hinsichtlich der Realteile und/oder der Imaginärteile verschoben ist oder ob eine andere Skalierung erfolgt. Wesentlich ist die Übereinstimmung mit der vorgegebenen Kurvenform.
Insbesondere ist daran gedacht, während der Durchführung einer Messung eine frequenzabhängige Messreihe durchzuführen, die einzelne Messwerte bei unterschiedlichen Messfrequenzen ermittelt und abspeichert. Diese Messfrequenzen reichen dabei von sehr kleinen Werten bis zu den technisch noch realisierbaren sehr großen Werten. Für die spätere Auswertung werden dann nur die als plausibel bewerteten Messwerte verwendet.
Eine typische Verfahrensdurchführung wird dadurch definiert, dass als Sollverlauf ein Kreisabschnitt in der komplexen Ebene verwendet wird.
Gemäß einem typischen Verfahrensablauf ist vorgesehen, dass bei der Durchführung der Messung die Frequenz von einem Minimalwert auf einen Maximalwert verändert wird.
Insbesondere ist daran gedacht, dass der Minimalwert Null Hertz und der Maximalwert Unendlich beträgt.
Zur Gewährleistung einer möglichst genauen Berücksichtigung des Sollverlaufes wird vorgeschlagen, dass mindestens drei Messwerte bestimmt werden.
Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, dass mindestens acht Messwerte bestimmt werden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 Ein elektrisches Ersatzschaltbild des menschlichen Körpers bei der Messung der Bio-Impedanz,
2 eine Darstellung von Messwerten der Bio-Impedanz sowie einer Referenzkurve in der komplexen Zahlenebene,
3 eine Ortskurve für den elektrischen Widerstand der Anordnung gemäß 1 bei einem Frequenzbereich von Null bis Unendlich,
4 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Ermittlung einer Fitkurve mit Hilfe von Stützstellen aus einer Reihe von Messwerten,
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Vergleiches von vorliegenden Messwerten mit berechneten Werten aus der Fitkurve gemäß 4,
6 eine Darstellung der Betragsabweichungen von Messungen einer Messreihe von zugehörigen Punkten auf der Fitkurve sowie eine Prüfung, ob Messwerte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegen,
7 eine weitere Darstellung zur Betrachtung von Phasenabweichungen von Messungen einer Messreihe von zugehörigen Punkten auf der Fitkurve sowie die entsprechende Prüfung, ob die Messwerte innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegen und
8 eine Formel zur Berechnung der komplexen Impedanz eines „Constant Phase Elementes”.
1 veranschaulicht ein elektrisches Ersatzschaltbild (1) für den menschlichen Körper bei der Messung der Bio-Impedanz. Das Ersatzschaltbild umfasst zwei zueinander parallele Zweige (2, 3), wobei im Zweig (2) ein Widerstand (4) und im Zweig (3) die Reihenschaltung eines Widerstandes (5) und eines Kondensators (6) angeordnet ist. Die Zweige (2, 3) sind jeweils im Bereich von Anschlüssen (7, 8) zusammengeführt.
Der Kondensator (6) ist im Ersatzschaltbild (1) lediglich beispielhaft dargestellt. Insbesondere ist auch daran gedacht, statt des Kondensators (6) ein sogenanntes „Constant Phase Element” zu verwenden.
Wird an die Anschlüsse (7, 8) eine Gleichspannung angelegt, so ist elektrisch unter Berücksichtigung des Kondensators (6) nur der Widerstand (4) wirksam.
Wird an die Anschlüsse (7, 8) eine Wechselspannung angelegt, so erfolgt bei zunehmender Frequenz zunehmend eine elektrische Parallelschaltung der Widerstände (4, 5). Aufgrund der komplexen Impedanz des „Constant Phase Elementes” (6) ist jedoch eine Phasenverschiebung zu beobachten.
Das ”Constant Phase Element” verhält sich weitgehend wie ein nicht idealer Kondensator.
2 zeigt die Impedanz des Ersatzschaltbildes (2) innerhalb der komplexen Zahlenebene in Form einer Ortskurve (9). Es ist zu erkennen, dass für einen Gleichstromfall und somit für eine Frequenz von Null die Impedanz lediglich einen Realteil aufweist, wobei diese durch den Widerstand (4) bestimmt ist. Mit zunehmender Frequenz nimmt der Realteil ab und der Betrag des Imaginärteiles nimmt zunächst zu. Bei einer unendlichen Frequenz beträgt der Betrag des Imaginärteiles der Impedanz wieder Null und die Impedanz besitzt lediglich einen Realteil, der sich aus der Parallelschaltung der Widerstände (4, 5) ergibt.
Die dargestellte exakte halbkreisförmige Ortskurve (9) ergibt sich bei Berücksichtigung des Kondensators (6) im Ersatzschaltbild (1). Wird statt des Kondensators (1) das bereits erwähnte ”Constant Phase Element” verwendet, so besitzt die Ortskurve (9) die Form eines kürzeren Kreisabschnittes.
Der Sollkurvenverlauf kann beispielsweise geometrisch ermittelt werden. Der betreffende Kreisabschnitt wird mit Hilfe von drei Stützstellen aus der Messreihe bestimmt und anschließend erfolgt eine Ermittlung der Bauteilwerte des Ersatzschaltbildes. Der Schnittpunkt zwischen der Ortskurve und der reellen Achse mit dem größeren Abstand zur Imaginärachse entspricht dem Wert des Widerstandes (4). Der Schnittpunkt zwischen der Ortskurve und der reellen Achse mit dem geringeren Abstand zur Imaginärachse entspricht dem Wert der Parallelschaltung der beiden Widerstände (4, 5). Die Werte dieser beiden Widerstände sind hierdurch definiert.
Die komplexe Impedanz des ”Constant Phase Elementes” ergibt sich aus der Formel gemäß 8.

Claims

Verfahren zur Plausibilisierung von elektrischen Impedanz-Messwerten, die bei einer Messung der Bio-Impedanz einer Person ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, das Realteile und Imaginärteile der Impedanz-Messwerte für eine Mehrzahl unterschiedlicher Frequenzen ermittelt und hinsichtlich ihrer örtlichen Lokalisierung in einer komplexen Darstellungsebene, die durch eine Koordinatenachse für den Imaginärteil und eine Koordinatenachsen für den Realteil definiert wird, mit einem Sollverlauf verglichen werden und dass der Messwert bei Überschreitung einer vorgebbaren Abweichung vom Sollverlauf als nicht plausibel bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollverlauf ein Halbkreis in der komplexen Ebene verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung der Messung die Frequenz von einem Minimalwert auf einen Maximalwert verändert wird,
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Minimalwert Null Hertz und der Maximalwert Unendlich beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Messwerte bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens acht Messwerte bestimmt werden.