生物電阻抗測量裝置的製作方法
2023-06-08 19:22:01 2
專利名稱：生物電阻抗測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定人體的成分數據的生物電阻抗測量裝置。
技術背景
人體的導電率受其含水量的強烈影響。由於身體沒有脂肪的區域，諸如肌肉和體 液包含身體含水量的主要部分，而另一方面脂肪組織具有相對低的含水量，因此至少如果 考慮諸如人的身高和體重的進一步數據，那麼確定身體或人體環節(body segment)的導電 率(或者確定身體或人體環節的電導(reciprocal resistance)或阻抗)允許對相對脂肪 含量做出結論。
典型的生物電阻抗測量裝置包括八個電極，即四個足部電極，每種情況下兩個電 極接觸一隻腳，以及四個手部電極，每種情況下兩個電極接觸人的一隻手。對於每個肢體， 可以分配一個電極以施加或注入電流。通過一個電極注入交流電並通過位於另一個肢體上 的另一個電極導出，並使用同樣位於不同肢體上的另外兩個電極測量電壓。通過切換到用 於電流注入和導出以及用於檢測電壓差的其它幾對電極，可以連續檢查不同的人體環節。 當電流注入到一隻手和一隻腳內，且當測量相同手的另一電極上和相同腳的另一電極上的 電壓時，可以測量身體的整個一側。大多數測量電路以及控制與分析單元位於主板上，該主 板通過電纜與肢體上的遠程定位電極相連接。尤其地，產生施加於身體的交流電的交變電 流源也位於主板上，該交流電的幅值由控制與分析單元控制。這種電路設計在圖3中原理 性地示出。控制與分析單元2位於主板1上，且與電壓測量電路10連接，電壓測量電路10 又依次與電極16和17連接。控制與分析單元2也接收電流測量電路11的輸出信號。此 外，控制與分析單元2提供可以確定交變電流源3的幅值的控制信號。交流電從交變電流 源3通過電纜19並進一步通過電極15施加到身體。在這種布置中通過電纜19和電纜22 提供電流，且測量電極16和17之間的電壓。為了精確測量阻抗14，必須儘可能精確地知道 施加到身體的電流。在這一方面，圖3所示的結構是有缺陷的，因為交變電流源3產生的交 流電必須通過一段相當長的導體傳導到身體的電極的施加點上。導體的寄生電容會導致損 耗，尤其是對於較高頻率的交流電，從而不能精確獲知實際注入的交流電。因此，也不能以 精確的方式測量阻抗。
在WO 97/01303中描述了按照權利要求1的前序的用於生物電阻抗分析的裝置。 電路的原理結構如圖4所示，除了前置放大器6和8與主板1分離且放置的與電壓測量電 極更近，前置放大器發送輸出信號至電壓測量電路10之外，其大部分與前文結合圖3所述 的結構相應。而且，電流測量電路12被設置為與主板分離，由該電流測量電路12確定通過 電極18導出的電流，且將所確定的值發送給控制與分析單元2。還是在這種布置中，要施加 的交流電由主板上的交變電流源3產生，且在進一步傳導至施加電極15的過程中由於寄生 電容遭受損耗，該損耗不可能被精確預測。然而，在這種布置中，真實流動的電流由電流測 量電路12測量，以使得這種測量的電流能與電極16和17之間測得的電壓一起考慮，從而 確定阻抗。不過在這種布置中，需要附加的電流測量電路12。發明內容
本發明的目的是提供一種具有簡單結構的生物電阻抗測量裝置，通過該簡單結構 可以以精確的方式測量阻抗；尤其是通過對所施加電流的精確調整來實現。
依據本發明，每個電流施加電極都設有與主板分離、且設置在電流施加電極附近、 且由控制與分析單元遠程控制的交變電流源。在這種方式中，具有期望幅值的交流電在電 流施加電極附近產生，然後提供給該電極。這種情況下所施加的交流電的幅值是充分知曉 的，且不會在傳導至電極的途中受寄生電容的影響。僅僅來自主板上的控制與分析單元的 控制信號必須發送給每個電流源，該控制信號指示將產生的交流電的幅值。這種控制信號 可以以一種不易受幹擾的方式從控制與分析單元傳至遠程電極，使得關於實際產生的交流 電的幅值不具有不確定性。在電極處施加的交流電具有精確的已知幅值，另外兩個電極之 間的電壓可以簡單地測量，而且基於已知的幅值和測得的電壓也可以最終確定阻抗，而不 需要對實際施加的交流電或導出的交流電進行單獨地電流測量。因此可以省去電流測量電 路。以這種方式實現了具有簡單電路設計的結構，然而該結構允許高精度的阻抗測量。
在優選的實施例中，電壓測量電極的前置放大器同樣設置於各個電極附近，以便 最小化這種方式下因前置放大器輸入之前的電流通路引起的電容量。
在優選的實施例中，交變電流源的遠程控制由控制與分析單元使用通過雙絞線電 纜傳輸的差分信號來執行。或者，交變電流源的控制可以使用通過屏蔽導體傳輸至交變電 流源的信號來實現。
在優選的實施例中，來自位於電壓測量電極附近的前置放大器的電壓測量信 號可以作為差分信號通過雙絞線電纜傳輸至控制與分析單元，或者可以作為絕對信號 (absolute signal)通過屏蔽電纜傳輸至控制與分析單元。而且，在優選的實施例中，每個 導出電流的電極可以通過屏蔽電纜和控制與分析單元連接。
下面參考附圖中例示的實施例描述本發明，其中
圖1示出了生物電阻抗測量裝置的電路原理圖2示出了生物電阻抗測量裝置的可選實施例的電路原理圖3示出了現有技術的生物電阻抗測量裝置的電路原理圖4示出了現有技術的生物電阻抗測量裝置的另一電路原理圖。
具體實施方式
在圖1和2所示的本發明的實施例中，經交變電流源4通過電極15將交流電施加 到身體，該交變電流源4設置為遠離主板1的分離部件且位於施加電極15的附近。在這種 方式中，由於交流電由離電極很近的交變電流源4產生，信號在從主板到肢體處的遠程電 極的途中不可能會受到任何衰落。在這種方式中，交變電流源4產生的具有由控制與分析 單元預定的已知幅值的交流電不可能惡化，且因此被控制與分析單元2精確獲知。通過電 極16和17來測量電壓，測得的信號經前置放大器6和8傳輸給電壓測量電路10，可以確定 與施加的交流電相應的電壓，且可以從中得到阻抗。因此原則上不再需要單獨的電流測量，從而在圖1所示的實施例中省去了電流測量電路。
在圖2所示的實施例中，主板上設有增補電流測量電路11以允許互相校驗。
當使用高質量交變電流源，可以避免測量電流，因為如果精確控制交變電流源的 話，就可以很充分地知曉交流電。這種方式下可以節省用於測量電流的整個電路部件，從而 可以簡化生物電阻抗測量裝置。
此外，所施加的交流電的幅值可以在隨後的測量中以一種更可靠的方式再現，因 為在隨後的測量中所施加的交流電的幅值不能被隨後的測量中變化的電纜通路所更改。
權利要求
1.一種用於確定人體的成分數據的生物電阻抗測量裝置，所述裝置包括若干測量電極 (15、16、17、18)，位於主板(1)上的測量電路O、10)，該電路包括電壓測量電路(10)和控制 與分析單元(2)，其根據預定的測量方案布置以將來自可控交變電流源的交流電施加 到特定於對於身體的各個測量方案的電極(15)，且通過另一電極(18)導出交流電，且藉助 於另外兩個電極(16、17)用所述電壓測量電路(10)確定產生的電壓，且在此基礎上確定人 體環節的阻抗，其特徵在於，每個電壓施加電極(15)都設有與所述主板(1)分離，且位於所 述電流施加電極(15)附近的遠程控制交變電流源G)。
2.如權利要求1所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，在用於電壓測量的所述電 極(16、17)附近，對於每個電極，設有與所述主板(1)分離的前置放大器(6、8)。
3.如權利要求1所述的生物電阻抗測量裝置，其還包括用於測量所施加的交流電的電 路(11)。
4.如權利要求1所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，所述電極成對地布置到人 體四肢中的每一個。
5.如權利要求1所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，所述控制與分析單元(2)產 生在雙絞線電纜上傳輸至所述交變電流源的、作為差分信號的控制信號，以控制所述交變 電流源⑷。
6.如權利要求1所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，所述控制與分析單元使用 在屏蔽電纜上傳輸至所述交變電流源的信號對所述交變電流源(4)執行控制。
7.如權利要求2所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，來自位於所述電極附近的 所述前置放大器(6、8)的電壓測量信號，作為差分信號在雙絞線電纜上傳輸至所述主板 (1)，從而傳輸至所述控制與分析單元(2)。
8.如權利要求2所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，來自位於所述電極附近的 前置放大器(6，8)的電壓測量信號在屏蔽電纜上傳輸至所述主板(1)，從而傳輸至所述控 制與分析單元(2)。
9.如權利要求2所述的生物電阻抗測量裝置，其特徵在於，將交流電從身體導出的每 個電極通過屏蔽電纜與所述主板連接。
全文摘要
本發明提供了一種用於確定人體的成分數據的生物電阻抗測量裝置，所述裝置包括若干個測量電極(15、16、17、18)，位於主板(1)上的測量電路(2、10)，該電路包括電壓測量電路(10)和控制與分析單元(2)，其根據預定的測量方案布置以將來自可控交變電流源(4)的交流電施加到特定於對於身體的各個測量方案的電極(15)，且通過另一電極(18)導出交流電，且藉助於另外兩個電極(16、17)用電壓測量電路(10)確定產生的電壓，且在此基礎上確定人體環節的阻抗，其特徵在於每個電壓施加電極(15)設有與主板(1)分離，且位於電流施加電極(15)附近的遠程控制交變電流源(4)。
文檔編號A61B5/053GK102028464SQ20101050485
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月8日 優先權日2009年10月1日
發明者威勒斯·法蘭克 申請人:塞卡股份公司