一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀的製作方法
2023-10-09 17:39:39
一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀。該分析儀包括阻抗測量電路、體重測量電路、測量電極、PC上位機及印表機。檢測電極直接與人體接觸，用於輸出和檢測信號；阻抗測量電路用於對人體阻抗信息的採集並傳輸數據給上位機；體重測量電路測量人體體重並向上位機傳輸數據；上位機具有人機互動界面，提供用戶數據輸入和人體成分數據顯示成像並控制印表機列印數據報告。該分析儀有三種工作模式：一是傳統的通過手和腳測量人體整體的成分分析；一是實現用戶想要測量的身體任意局部成分分析；最後一種針對腹部脂肪較多的人群，該人體成分分析儀能測量並上位機圖像顯示被測者腹部脂肪含量。本分析儀適應性強，人性化更強，功能性更好。
【專利說明】一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀
【技術領域】
[0001]本發明屬於人體成分檢測與分析【技術領域】，涉及一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀。
【背景技術】
[0002]生物電阻抗技術最早始於19世紀末20世紀初，它是利用生物組織與器官的電特性及其變化提取與人體生理、病理狀況相關的生物醫學信息的無損傷檢測技術。生物阻抗分析法(BIA)是一種將生物阻抗技術用在評估人體身體成分的間接方法，通過注入和檢測人體的電信號得到阻抗值，並根據人體的電阻抗特性與身體成分之間存在的統計規律，分析出人體的身體成分。多頻阻抗分析法即生物阻抗頻譜(BIS)是隨著電子技術的發展，將多頻測量應用於人體成分分析的方法。
[0003]電阻抗成像技術是根據人體內不同組織具有不同的電導率這一物理原理，通過給人體注入很小的安全電流，測量體表電位來提取人體內部電導特性的信息，重構出人體內部的電參數分布或其變化的圖像為醫學診斷提供有用信息。電阻抗成像技術通過配置於人體體表的電極陣，提取與人體生理，病理狀態相關的電特性信息，既能反映解剖學結構，也可以給出功能性圖像，還因其無創、無輻射、設備簡單、成本低廉、可連續使用、不要求特殊使用環境等鮮明的特點而受到當今生物醫學工程學界的廣泛關注。
[0004]生物組織含有大量不同形狀的細胞，這些細胞之間的液體可視為電解質。由於細胞膜的存在，當直流或者低頻電流施加於生物組織時，細胞可視為絕緣體，電流將繞過細胞，主要流經細胞外液。當電 流的頻率增加時，細胞膜的容抗減小，一部分電流將穿過細胞膜流經細胞內液。研究表明，當電流頻率小於50KHz時，主要測量的是細胞外液體的電阻；當在較高頻率情況下，電流可以部分地通過細胞膜，從而可測量到細胞內和細胞外液體的電阻。可知，非脂肪組織含有大量的水分和電解質，電阻抗較低，而脂肪是無水物質，電阻抗較高。因此人體內非脂肪越多，電阻抗越低。根據這個原理，運用統計學上多元線性回歸法，建立阻抗，身高，體重，年齡，性別等與人體成分的回歸方程，可以很好的用於人體成分的預測。
[0005]現階段主流的生物阻抗分析儀器是將人體分成四肢和軀幹五段進行成分分析，通過四肢注入和檢測信號，得出測量者整體、四肢和軀幹的相對人體成分。這種阻抗分析儀對身體局部的成分分析具有相當大的局限性，例如健美人士比較看重手臂上部肌肉，而現有的阻抗分析儀器並不能滿足這種要求。而通過四肢注入和檢測的方式很難滿足身體局部成分分析的要求。本發明在滿足人體整體成分分析的同時，提出了一種人體任意局部成分分析的阻抗分析儀器。能測量被測者身體任意局部的阻抗並同時分析其身體成分。本發明在擁有傳統人體成分分析和任意局部人體成分分析的同時還能充分利用該儀器的功能，特別針對關注腹部脂肪的人士，提供腹部脂肪測量並圖像直觀性顯示，這是至今為止利用人體成分分析儀實現的創新型突破。
【發明內容】
[0006]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，通過對電極的搭配使用和阻抗測量電路及上位機的充分應用，不僅實現傳統的整體人體成分分析，還是實現人體任意局部成分分析，及針對腹部脂肪關注人士對腹部脂肪測量和圖像顯不。
[0007]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0008]一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，包括:檢測電極、阻抗測量電路、體重測量電路、印表機和上位機；檢測電極直接與人體接觸，用於輸出和檢測信號，電極的數目為16個電極做成8個複合式電極，電極的外形結構隨測量方式的改變而改變；阻抗測量電路用於對人體阻抗信息的採集並傳輸數據給上位機，阻抗電路整體由主控晶片控制，主控晶片控制恆流源電路產生O~IMHz可調的ImA~5mA可變的恆流信號,恆流信號通過主控晶片控制的開關整列輸出到指定的檢測電極中，檢測的電壓型信號通過主控晶片控制的另一組開關陣列流入信號調理電路中，然後經過模數轉換電路進入主控晶片中保存並處理後傳輸到上位機中；體重測量電路直接由主控晶片控制測量人體體重並向上位機傳輸數據；上位機具有人機互動界面，提供用戶數據輸入和人體成分數據顯示成像並控制印表機列印數據報告；該分析儀具有三種工作模式:第一種是傳統的通過手和腳測量人體整體的成分分析；第二種是實現用戶想要測量的身體任意局部成分分析；第三種是針對腹部脂肪較多的人群，該人體成分分析儀能測量並上位機圖像顯示被測者腹部脂肪含量。
[0009]進一步，所述人體成分分析儀的檢測電極採用複合式電極結構；複合式電極包括兩個引線接口，內圈外加兩個外環的結構，內圈和最外面的環為金屬導電材料，緊靠內圈的中間環為絕緣材料，兩個引線接口分別連接內圈和最外面的環；內圈的導電埠是恆流源的輸出埠，外環的導電埠是信號的檢測埠。
[0010]進一步，所述人體成分分析儀的8個`複合式檢測電極，分析儀工作模式不同時，電極的引出結構不一樣。當分析儀工作在第一種模式時，兩個複合式電極固定在手握柄上，兩個複合式電極固定在腳踏板上，這四個電極的形狀和大小隨著手握柄和腳踏板的大小和形狀而改變，但複合式電極的結構不變，剩下的四個複合式電極暫時不用；當分析儀工作在第二種模式時，電極連接成貼片式電極，形狀和大小與醫用心電電極一樣，貼於人體的指定部位；當分析儀工作在第三種模式時，8個複合式電極引出均勻固定在一條帶子上，將帶子圍繞被測者腹部一圈固定，用於輸出和檢測信號。
[0011]進一步，所述人體成分分析儀的第二種工作模式能實現人體任意局部成分分析，對於手上臂、手下臂、小腿、大腿等成分分析，只需要將電極貼於用戶想測量身體局部的兩端，我們便能得到該局部的成分分析結果。
[0012]進一步，所述人體成分分析儀的第三種工作模式中，8個複合電極組成的帶子圍繞被測者腹部一圈綁定，上位機接受阻抗測量電路測量的數據生成電阻抗斷層圖像；電阻抗斷層圖中以不同的顏色深度表示不同的的細胞組織，同種顏色的範圍大小和寬度表示同種細胞組織的厚度和多少，圖像中從中間代表脂肪的顏色寬度我們可以知道被測者實際脂肪的厚度，並在圖像旁邊對代表脂肪顏色的寬度表示腹部實際脂肪含量及健康狀況加以說明，並給出指導性建議。
[0013]進一步，所述人體成分分析儀的上位機擁有人機互動界面，測試者輸入自身數據，選擇全身、身體局部或者腹部脂肪成像測量進行成分分析，並按照相應的方式控制阻抗測量電路工作及電極形式選擇並通過人機互動界面的選擇控制印表機列印測試結果報告。
[0014]本發明的有益效果在於:1、本發明適應性強，能完成人體整體成分分析的同時還能滿足用於對身體任意局部進行人體成分分析的要求，摒棄了以往只有手部和腳部電極的思路，而採用了根據不同用戶的人體成分分析需求，而選擇相應的測量方式和相應人體部位進行人體成分分析，特別針對關注腹部脂肪的人士，提供腹部脂肪測量並圖像直觀性顯示，本發明應用範圍廣，極大的滿足了用戶對人體成分分析的需求。2、本發明抗幹擾能力強，測量精度高，測量速度快，數據從輸出到輸入有一套完備的抗幹擾和提高精度的方案。3、檢測電極不同於以往人體成分分析儀器電極結構，而是採用複合式的電極，該複合式電極不僅精簡了電極結構，更能在一定程度上抵消與人體的接觸阻抗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0016]圖1為本發明所述分析儀的電路結構圖；
[0017]圖2為複合式電極示意圖；
[0018]圖3為腹部的電阻抗成像示意圖；
[0019]圖4為分析儀工作流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0021]圖1為本發明所述分析儀的電路結構圖，如圖所示，本發明所述分析儀由阻抗測量電路、體重測量電路、測量電極、PC上位機及印表機等組成。檢測電極直接與人體接觸，用於輸出和檢測信號，電極的數目為16個電極做成8個複合式電極，電極的外形結構隨測量方式的改變而改變；阻抗測量電路用於對人體阻抗信息的採集並傳輸數據給上位機，阻抗電路整體由主控晶片控制，主控晶片控制恆流源電路產生O~IMHz可調的ImA~5mA可變的恆流信號，恆流信號通過主控晶片控制的開關整列輸出到指定的檢測電極中，檢測的電壓型信號通過主控晶片控制的另一組開關陣列流入信號調理電路中，然後經過模數轉換電路進入主控晶片中保存並處理後傳輸到上位機中；體重測量電路直接由主控晶片控制測量人體體重並向上位機傳輸數據；上位機具有人機互動界面，提供用戶數據輸入和人體成分數據顯示成像並控制印表機列印數據報告。在本實施例中，採用8個複合電極，複合電極的基本結構如圖2所示。
[0022]圖3為腹部的電阻抗成像示意圖，當8個複合電極組成的帶子圍繞被測者腹部一圈綁定，上位機接受阻抗測量電路測量的數據生成如圖3所示的電阻抗斷層圖像。電阻抗斷層圖中以不同的顏色深度表示不同的的細胞組織，同種顏色的範圍大小和寬度表示同種細胞組織的厚度和多少，圖3中中間白色區域表示被測者的脂肪，箭頭所指向的白色區域的寬度代表被測者脂肪的含量，白色區域越寬表示被測者脂肪含量越多，從圖3中的1、2、3子圖可以看出被測者的脂肪含量是越來越多的。
[0023]圖4為分析儀工作流程圖，該分析儀的具體工作過程為:首先啟動設備，測試人員可以通過PC上位機查看歷史結果，如要進行新的測量，則通過上位機人機互動界面輸入初始數據。同時，因為本發明所述的人體成分分析儀不僅能夠對人體整體成分進行分析，還能夠對人體任意局部成分進行分析及腹部脂肪測量成像，所以測試者在輸入初始數據以後需要進行測量方式的選擇，如果選擇對人體整體成分進行分析則使四肢接觸電極，如果選擇對局部成分進行分析則在身體局部貼上電極，如果選擇腹部脂肪測量成像則用8個複合電極做成的電極帶圍繞被測者腹部一圈固定。之後，進行測量，分析儀中的阻抗測量電路會將阻抗值發送至上位機，上位機會根據接收到的阻抗值和體重測量電路返回的數據進行分析，並顯示分析結果或將結果進行列印輸出，以便患者進行查詢。
[0024]最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的`改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，其特徵在於:包括:檢測電極、阻抗測量電路、體重測量電路、印表機和上位機；檢測電極直接與人體接觸，用於輸出和檢測信號，電極的數目為16個電極做成8個複合式電極，電極的外形結構隨測量方式的改變而改變；阻抗測量電路用於對人體阻抗信息的採集並傳輸數據給上位機，阻抗電路包括恆流源電路，阻抗電路整體由主控晶片控制，主控晶片控制恆流源電路產生O~IMHz可調的ImA~5mA可變的恆流信號，恆流信號通過主控晶片控制的開關整列輸出到指定的檢測電極中，檢測的電壓型信號通過主控晶片控制的另一組開關陣列流入信號調理電路中，然後經過模數轉換電路進入主控晶片中保存並處理後傳輸到上位機中；體重測量電路直接由主控晶片控制測量人體體重並向上位機傳輸數據；上位機具有人機互動界面，提供用戶數據輸入和人體成分數據顯示成像並控制印表機列印數據報告；該分析儀具有三種工作模式:第一種是傳統的通過手和腳測量人體整體的成分分析；第二種是實現用戶想要測量的身體任意局部成分分析；第三種是針對腹部脂肪較多的人群，該人體成分分析儀能測量並上位機圖像顯示被測者腹部脂肪含量。
2.根據權利要求1所述的一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，其特徵在於:所述人體成分分析儀的檢測電極採用複合式電極結構；複合式電極包括兩個引線接口，內圈外加兩個外環的結構，內圈和最外面的環為金屬導電材料，緊靠內圈的中間環為絕緣材料，兩個引線接口分別連接內圈和最外面的環；內圈的導電埠是恆流源的輸出埠，外環的導電埠是信號的檢測埠。
3.根據權利要求1所述的一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，其特徵在於:所述人體成分分析儀的8個複合式檢測電極，分析儀工作模式不同時，電極的引出結構不一樣；當分析儀工作在第一種模式時，兩個複合式電極固定在手握柄上，兩個複合式電極固定在腳踏板上，這四個電極的形狀和大小隨著手握柄和腳踏板的大小和形狀而改變，但複合式電極的結構不變，剩下的四個複合式電極暫時不用；當分析儀工作在第二種模式時，電極連接成貼片式電極，形狀和大小與醫用心電電極一樣，貼於人體的指定部位；當分析儀工作在第三種模式時，8個複合式電極引出均勻固定在一條帶子上，將帶子圍繞被測者腹部一圈固定，用於 輸出和檢測信號。
4.根據權利要求1所述的一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，其特徵在於:所述人體成分分析儀的第二種工作模式能實現人體任意局部成分分析，對於手上臂、手下臂、小腿、大腿等成分分析，只需要將電極貼於用戶想測量身體局部的兩端，便能得到該局部的成分分析結果。
5.根據權利要求1所述的一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，其特徵在於:所述人體成分分析儀的第三種工作模式中，8個複合電極組成的帶子圍繞被測者腹部一圈綁定，上位機接受阻抗測量電路測量的數據生成電阻抗斷層圖像；電阻抗斷層圖中以不同的顏色深度表示不同的的細胞組織，同種顏色的範圍大小和寬度表示同種細胞組織的厚度和多少，圖像中從中間代表脂肪的顏色寬度我們可以知道被測者實際脂肪的厚度，並在圖像旁邊對代表脂肪顏色的寬度表示腹部實際脂肪含量及健康狀況加以說明，並給出指導性建議。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的一種實現人體任意分段測量的人體成分分析儀，其特徵在於:所述人體成分分析儀的上位機擁有人機互動界面，測試者輸入自身數據，選擇全身、身體局部或者腹部脂肪成像測量進行成分分析，並按照相應的方式控制阻抗測量電路工作及電極形式選擇並通過人機交`互界面的選擇控制印表機列印測試結果報告。
【文檔編號】A61B5/053GK103815905SQ201410098107
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】何為, 肖曉明, 吳慶揚, 賀中華, 林海濤, 吳嘉敏, 賀玉成, 李永, 陳濤 申請人:四川宇峰科技發展有限公司