一種用於肝病營養狀態檢測的方法及裝置的製作方法

2023-09-23 10:00:00

專利名稱：一種用於肝病營養狀態檢測的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於肝病營養狀態檢測的方法及裝置，特別涉及一種採用三維生物阻抗合成技術檢測肝病營養狀態的方法及其測量裝置。
背景技術：
肝是人體的「化工廠」，營養物質的產生源於肝，肝功能的改變影響了機體營養物質的合成和代謝，同時肝病病人可能伴有胃腸黏膜病變，膽囊排入小腸的膽鹽減少，腸道自主神經調節功能下降和蠕動功能減退等症狀，導致腸道消化和吸收功能明顯削弱，營養素的吸收受到嚴重影響。故肝病病人臨床營養不良的發生率較高。因此，準確判斷肝病病人的營養狀況，對於臨床治療和改善病人的預後都十分必要。生物電阻抗技術利用不同頻率下相同電極間的電阻抗值的變化間接測定細胞內、外液的量，從而得到人體成分組成，包括脂肪量、瘦體組織量、機體水分總量、基礎代謝量、去脂肪體重、細胞內外液總量、肌肉形態、健康評估等指標，在肝病病人營養狀況的評價中可起到重要作用。但是所得到的體成分是利用患者阻抗、身高、體重、年齡等信息通過經驗公式獲得的，這就造成了人體成分信息誤差偏大，可能會影響評價結果。利用生物阻抗測量的結果直接評價肝病患者營養狀態，減少評價方法對年齡、體重等指標的依賴，可以提高評價結果的準確性。目前可以利用的指標是生物阻抗的模量和相角。通過對大量健康人群生物阻抗的測量可以繪製生物阻抗矢量圖，以及容受橢圓，根據患者的生物阻抗矢量在圖中的位置即可判斷肝病營養狀態。目前相關技術主要集中在生物阻抗的測量方法，如美國專利3971365，以及由生物阻抗測量技術發展而來的體成分分析技術和裝置，如美國專利5335667，6643543B2，2011/0237926A1，6256532B1，5720296 和中國專利 201080056731.8，200610014163.0。以上文獻中所描述的人體阻抗測量方法均採用從人體四肢注入電流的方法，同樣從四肢測量電壓，進而得到人體阻抗信息，這些文獻對電流發生電路和阻抗測量電路進行了詳細描述，包括電極形狀、人體成分分析 方法。但這些方法都是針對人體四肢和軀幹的阻抗測量方法，所得到的體成分信息也是整個人體的信息。目前尚無針對某種疾病或某個器官的阻抗測量方法和疾病評價方法。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術的僅測量人體垂直方向阻抗繪製生物阻抗矢量圖的缺點，提出一種基於人體三維阻抗測量的新型肝病營養狀態檢測的方法及裝置。本發明檢測方法考慮了人體阻抗的各向異性，在通過位於四肢的電極測量軀幹阻抗的同時，測量患者肝臟所在平面沿矢狀軸、冠狀軸和垂直軸三維阻抗，獲取人體軀幹部位在三個方向上阻抗的模量和相角，將三維阻抗信息進行疊加得到合成阻抗的模量和相角，以三維阻抗信息繪製生物阻抗矢量圖，即在複平面內繪製患者生物阻抗的模量和相角，並將其與正常人群生物阻抗統計特徵對比，根據患者生物阻抗矢量所在位置評價肝病患者營養狀態。用於肝病營養狀態檢測的方法的步驟為:首先分別測量人體軀幹部分沿垂直軸、冠狀軸和矢狀軸三個方向的阻抗，然後將三個方向的阻抗疊加為三維合成阻抗；根據測得阻抗的模量和相角在複平面上分別繪製三維合成阻抗、垂直軸方向阻抗、冠狀軸方向阻抗和矢狀軸方向阻抗的生物阻抗矢量圖；所述的生物阻抗矢量圖由正常人群阻抗信息和肝病患者阻抗信息組成，生物阻抗矢量圖中的容受橢圓根據正常人群的阻抗信息繪製，生物阻抗矢量圖中的阻抗矢量根據患者阻抗信息繪製，根據患者生物阻抗矢量的位置評價肝病營養狀態。應用本發明方法的裝置:肝病營養狀態檢測系統包括8個電流注入電極、8個電壓測量電極、兩個多路開關、電流發生裝置、電壓放大器、解調器和工控機。所述的工控機中含有多路開關控制模塊、合成阻抗分析模塊和生物阻抗矢量繪圖工具。所述的電流發生裝置產生頻率為IkHz IMHz的正弦電流，通過一個多路開關選擇不同位置的電流注入電極，將電流注入人體；通過另一個多路開關選擇對應的電壓測量電極，兩個多路開關均由工控機中的多路開關控制模塊控制，電壓測量電極測得電壓信號並經過電壓放大器、解調器將電壓信號送至工控機。工控機中的合成阻抗分析模塊根據電流注入電極和電壓測量電極的位置信息確定患者肝臟所在平面的冠狀軸、矢狀軸和垂直軸方向上的阻抗分量並生成合成阻抗，進而輸入生物阻抗矢量繪圖工具，繪製生物阻抗矢量圖和容受橢圓，分析肝臟營養狀態。所述的8 個電流注入電極中，有4個分別位於四肢，與一般的人體成分分析系統相同，即人體左右手背和左右足背或足底各一個；另外4個電流注入電極分布在人體肝臟所在平面上:在人體腹部和背部，以及左右兩側各放置一個電流注入電極。8個電壓測量電極與電流注入電極的布置方式相同，即在每個電流注入電極的附近，5cm範圍內，布置一個電壓測量電極。通過四肢電極得到軀幹垂直軸方向上阻抗的方法與一般阻抗測量設備相同，通過腹部和背部上的一對電流注入電極和一對電壓測量電極可以獲得矢狀軸方向上的阻抗，通過腰兩側的一對電流注入電極和一對電壓測量電極可以獲得冠狀軸方向上的阻抗。所述的合成阻抗分析模塊將放置在人體四肢、腹部和背部，以及腰左右兩側三個方向阻抗的實部和虛部分別疊加，即計算三個方向分量的均方根，然後計算合成阻抗的相角和模量。所述的生物阻抗矢量繪圖工具可在複平面上繪出測得的生物阻抗，同時該工具含有正常人體三維生物阻抗矢量資料庫，根據資料庫內數據可確定理想三維阻抗位置，並繪出50%、75%和95%容受橢圓，根據被測患者三維生物阻抗矢量所在位置，即可評價肝病營養狀態。與現有技術相比，本發明具有以下特點:(I)人體的電學特性是各向異性的，特別是肝臟所在水平面還含有胃等器官，使得該位置阻抗與方向具有密切關係，本發明所測量的人體三維阻抗比普通的一維軀幹阻抗含有更豐富的人體肝臟營養狀態信息。(2)採用測量直接得到的三維合成阻抗的模量與相角對肝病營養狀態進行評價，避免使用人體體重、年齡、性別等信息，也不採用任何經驗公式，從而減少了誤差。(3)用來評價肝病患者營養狀態的資料庫同時包含大量正常人群和肝病患者人群，所測得生物阻抗矢量易於與已知信息進行匹配。


圖1本發明用於肝病營養狀態檢測裝置的原理圖；圖2本發明用於肝病營養狀態檢測裝置中電流注入電極和電壓測量電極在肝臟所在平面的分布圖；圖3本發明用於肝病營養狀態評價的生物阻抗矢量圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。圖1所示為本發明用於肝病營養狀態檢測裝置的原理圖。如圖1所示，本發明肝病營養狀態檢測系統包括8個電流注入電極、8個電壓測量電極、兩個多路開關9、10、電流發生裝置11、電壓放大器12、解調器13和工控機17。所述的工控機17中含有多路開關控制模塊14、合成阻抗分析模塊15和生物阻抗矢量繪圖工具16。所述的電流發生裝置11產生頻率為IkHz IMHz的正弦電流。本發明通過第一多路開關9選擇不同位置的電流注入電極，將電流注入人體，通過第二多路開關10選擇與電流發生裝置11連接的電流注入電極對應的電壓測量電極，兩個多路開關9、10的開斷均由工控機17中的多路開關控制模塊14控制。電壓測量電極測得電壓信號經過電壓放大器12、解調器13將電壓信號送至工控機17。工控機17中的合成阻抗分析模塊15根據電流注入電極和電壓測量電極的位置信息確定患者肝臟所在平面的冠狀軸、矢狀軸和垂直軸方向上的阻抗分量並生成合成阻抗，進而輸入生物阻抗矢量繪圖工具16，繪製生物阻抗矢量圖和容受橢圓，分析肝臟營養狀態。以人體18肝臟所在水平橫截面為XOY平面，以該橫截面中心為原點建立坐標系。la、2a、3a、4a為第一至第四電流注入電極，四個電流注入電極la、2a、3a、4a分別位於人體的右足、左足、右手和左手，與之對應的四個電壓測量電極分別為lb、2b、3b、4b，第一電壓測量電極lb、第二電壓測量電極2b、第三電壓測量電極3b、第四電壓測量電極4b分別和第一電流注入電極la、第二電流注入電極2a、第三電流注入電極3a、第四電流注入電極4a對應布置於人體的右足、左足、右手和左手。圖2為本發明用於肝病營養狀態檢測裝置中電流注入電極和電壓測量電極在肝臟所在平面的分布圖。5a、6a、7a、8a為肝臟所在平面19的電流注入電極，5b、6b、7b、8b為肝臟所在平面19的電壓測量電極，第五電流注入電極5a和第六電流注入電極6a在X軸上，分別位於人體右側和左側，第五電壓測量電極5b和第六電壓測量電極6b對應第五電流注入電極5a和第六電流注入電極6a分別布置於人體右側和左側；第七電流注入電極7a和第八電流注入電極8a在Y軸上，分別位於人體腹側和背側，第七電壓測量電極7b和第八電壓測量電極8b對應第七電流注入電極7a和第八電流注入電極8a分別布置在人體腹側和背偵U。電流注入電極中5a、6a的連線及電壓測量電極中5b、6b的連線沿冠狀軸方向，位於肝臟所在水平面上；電流注入電極中7a、8a的連線及電壓測量電極中7b、8b的連線沿矢狀軸方向，亦位於肝臟所在水平面上。8個電流注入電極la_8a均與多路開關9相連，8個電壓測量電極lb_8b均與多路開關10相連。工控 機17中含有多路開關控制模塊14、合成阻抗分析模塊15和生物阻抗矢量圖繪製工具16。多路開關控制模塊14通過控制第一多路開關9中開關的斷開與閉合使8個電流注入電極中的兩個分六次與電流發生裝置11相連接，第一次為電流注入電極5a和6a,第二次為電流注入電極7a和8a,第三次為電流注入電極Ia和3a,第四次為電流注入電極2a和4a,第五次為電流注入電極Ia和2a,第六次為電流注入電極3a和4a。通過第二控制多路開關10中開關的斷開與閉合使兩個電壓測量電極與電壓放大器12連接，兩個電壓測量電極序號與兩個電流注入電極相對應，如電流注入電極Ia對應電壓測量電極lb，電流注入電極2a對應電壓測量電極2b，以此類推。電壓放大器12將兩個電壓測量電極之間的電壓信號放大，然後將此放大的電壓信號輸入解調器13，解調器13將電壓信號轉化為與電壓放大器連接的兩個電壓測量電極之間的阻抗的模量和相角。經解調器13處理後的阻抗模量和相角信息輸出到合成阻抗分析模塊15生成三維阻抗的模量與相角，再輸入到生物阻抗矢量圖繪製工具16形成最終的生物阻抗矢量圖及容受橢圓。下面以Y方向，即矢狀軸方向阻抗測量為例說明本發明的工作原理。首先通過工控機17中的多路開關控制模塊14使第一多路開關9將第七電流注入電極7a、第八電流注入電極8a和電流發生裝置11連通，同時使第二多路開關10將第七電壓測量電極7b、第八電壓測量電極Sb與電壓放大器12連通。電流發生裝置11可產生頻率為IHz IMHz的正弦波電流。用第七電壓測量電極7b、第八電壓測量電極8b測得的電壓除以注入電流的值即可得到Y方向的阻抗Ry+jXy，Ry為阻抗的實部，Xy為虛部。同理可得到X方向，即冠狀軸方向上的阻抗Rx+jXx。Z方向，即垂直狀軸方向上的軀幹部分的阻抗可通過第一至第四電流注入電極la_4a，第一至第四電壓測量電極lb_4b求得，如在電流注入電極Ia和3a之間通入電流I,在電壓測量電極Ib和3b之間得到電壓U1，在電流注入電極2a和4a之間通入電流I，在電壓測量電極2b和4b之間得到電壓U2，在電流注入電極Ia和2a之間通入電流I，在電壓測量電極Ib和2b之間得到電壓U3，在電流注入電極3a和4a之間通入電流I，在電壓測量電極3b和4b之間得到電壓U4，則軀幹部分垂直方向阻抗為:Rz+jXz= (U^U2-U3-U4) / (21)。工控機17中的合成阻抗分析模塊15分別計算X、Y、Z三個方向上阻抗的模量和相角，Χ、Υ、Ζ三個方向上的模量RX、RY、RZ和相角ΘΧ、0y、ΘΖ分別為:
權利要求
1.一種用於肝病營養狀態檢測的方法，其特徵是:所述的方法通過對人體三維阻抗的測量，獲取人體軀幹部位在三個方向上阻抗的相角和模量，將三維阻抗信息進行疊加得到合成阻抗的模量和相角，並繪製生物阻抗矢量圖，根據測得的阻抗矢量所在位置，評價肝病營養狀態。
2.按照權利要求1所述的用於肝病營養狀態檢測的方法，其特徵是:所述方法的步驟為:首先分別測量人體軀幹部分沿垂直軸、冠狀軸和矢狀軸三個方向的阻抗，然後將三個方向的阻抗疊加為三維合成阻抗；根據測得阻抗的模量和相角在複平面上分別繪製三維合成阻抗、垂直軸方向阻抗、冠狀軸方向阻抗和矢狀軸方向阻抗的生物阻抗矢量圖；所述的生物阻抗矢量圖由正常人群阻抗信息和肝病患者阻抗信息組成，生物阻抗矢量圖中的容受橢圓根據正常人群的阻抗信息繪製，生物阻抗矢量圖中的阻抗矢量根據患者阻抗信息繪製，根據肝病患者生物阻抗矢量的位置評價肝病營養狀態。
3.應用權利要求1所述的用於肝病營養狀態檢測方法的檢測裝置，其特徵是:所述的檢測裝置包括8個電流注入電極(Ia 8a)、8個電壓測量電極(lb 8b)、兩個多路開關(9，10)、電流發生裝置(11)、電壓放大器(12)、解調器(13)和工控機(17);電流注入電極的一端直接與人體(18)連接，第一多路開關(9)的兩端分別與電流輸入電極的另一端及電流發生裝置(11)相連；電壓測量電極的一端直接與人體(18)連接，第二多路開關(10)的兩端分別與電壓測量電極的另一端及電壓放大器(12)的輸入端相連；解調 器(13)的輸入端與電壓放大器(12)的輸出端相連，解調器(13)的輸出端連接到工控機(17);工控機(17)中含有多路開關控制模塊(14)、合成阻抗分析模塊(15)和生物阻抗矢量繪圖工具(16);電流發生裝置(11)產生正弦電流，通過第一多路開關(9)選擇不同位置的電流注入電極將電流注入人體(18)，通過第二多路開關(10)選擇對應的電壓測量電極；兩個多路開關(9，10)均由工控機(17)中的多路開關控制模塊(14)控制，測得電壓信號並經過電壓放大器(12)、解調器(13)將信號送至工控機(18);工控機中的合成阻抗分析模塊(15)根據電流注入電極和電壓測量電極的位置信息確定人體冠狀軸、矢狀軸和垂直軸方向上的阻抗分量並生成合成阻抗，進而輸入到生物阻抗矢量繪圖工具(16)，繪製出合成阻抗的容受橢圓圖，及人體冠狀軸、矢狀軸和垂直軸三個方向上生物阻抗容受橢圓圖，根據生物阻抗所在位置分析肝臟營養狀態。
4.按照權利要求2所述的檢測裝置，其特徵是四個所述的電流注入電極(la、2a、3a、4a)分別位於人體的右足、左足、右手和左手，與四個所述的電流注入電極(la、2a、3a、4a)對應的四個電壓測量電極分別為第一電壓測量電極(lb)、第二電壓測量電極(2b)、第三電壓測量電極(3b)、第四電壓測量電極(4b);第一電壓測量電極(lb)、第二電壓測量電極(2b)、第三電壓測量電極(3b)、第四電壓測量電極(4b)分別和第一電流注入電極(la)、第二電流注入電極(2a)、第三電流注入電極(3a)、第四電流注入電極(4a)對應布置於人體的右足、左足、右手和左手；第五電流注入電極(5a)和第六電流注入電極(6a)在X軸上，分別位於人體右側和左側；第五電壓測量電極(5b )布置於人體右側,和第五電流注入電極(5a)相對應，第六電壓測量電極(6b)布置於人體的左側,和第六電流注入電極(6a)相對應；第七電流注入電極(7a)和第八電流注入電極(8a)在Y軸上，分別位於人體腹側和背側；第七電壓測量電極(7b)布置在人體腹側，和第七電流注入電極(7a)相對應，第八電壓測量電極(8b)布置在人體的背側，和第八電流注入電極(8a)相對應。8個電流注入電極(la_8a)均與第一多路開關(9)相連，8個電壓測量電極(Ib-Sb)均與第二多路開關(10)相連。
5.按照權利要求2所述的檢測裝置，其特徵是:第五電流注入電極(5a)和第六電流注入電極(6a)的連線，以及第五電壓測量電極(5b)和第六電壓測量電極(6b)的連線沿冠狀軸方向，位於肝臟所在水平面上；第七電流注入電極(7a)和第八電流注入電極(8a)的連線，以及第七電壓測量電極(7b)和第八電壓測量電極(Sb)的連線沿矢狀軸方向，亦位於肝臟所在水平 面上。
全文摘要
一種用於肝病營養狀態檢測的方法及裝置，通過對人體三維阻抗的測量，獲取人體軀幹部位在三個方向上阻抗的相角和模量，將三維阻抗信息疊加得到合成阻抗的模量和相角，並繪製生物阻抗矢量圖，根據測得的阻抗矢量所在位置評價肝病營養狀態。應用本發明檢測方法的裝置中，電流發生裝置(11)通過多路開關(9)選擇不同位置的電流注入電極將電流注入人體(19)，通過多路開關(10)選擇對應的電壓測量電極，測量電極之間的電壓經過電壓放大器(12)、解調器(13)將信號送至工控機(17)。工控機根據電流注入電極和電壓測量電極的位置信息確定人體冠狀軸、矢狀軸和垂直軸方向上的阻抗分量並生成合成阻抗，分析肝臟營養狀態。
文檔編號A61B5/053GK103230272SQ201310144368
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月23日 優先權日2013年4月23日
發明者張廣浩, 吳昌哲, 段鍾平, 霍小林 申請人:中國科學院電工研究所, 首都醫科大學附屬北京佑安醫院