專利名稱：人體脂肪成分測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種醫療儀器的改進，確切地說它是一種用于測量人體脂肪成份的裝置。
測量人體脂肪成份是評價人體肥胖程度及營養狀況的客觀指標。肥胖和營養不良同時危害著人類的健康。肥胖不僅影響人體健美，還是許多疾病的禍根，也是加速人體衰老的重要原因，肥胖直接影響到人的壽命。肥胖者患糖尿病、腦出血、冠心病、高血壓、肝硬化、膽結石等疾病的機率是正常人的2至3倍，肥胖者的壽命較正常人明顯縮短。目前多以體重來判斷肥胖的程度，但體重過重與肥胖有著很大的區別，體重過重有兩種情況一是體內肌肉較多，而脂肪并不過多，這種情況實際上并不是肥胖；另一種情況是體內脂肪過多，這才是真正的肥胖。因此，測量人體內的脂肪含量對客觀評價人體肥胖程度就顯得十分必要。另一方面，營養不良也正嚴重危害著世界上數億人的健康，測量人體體內脂肪含量也是評價人體營養狀況的重要指標。目前測量人體脂肪成份的主要方法有五種水下稱重密度法、同位素標記法、用體重與身高粗略估算法、紅外線分析法及超聲波測量法。這些方法的理論基礎是將人體成份分為脂類和非脂類兩大物質，即通常所稱的“二室模型”。這些方法雖在臨床上不同程度地起了一定的作用；但是，它們要么設備龐大，價格昂貴，要么技術復雜，難以使用，且其效果均不夠理想。
上述已有技術在《中華預防醫學雜志》1983年第63卷第6期pp386－389由徐愛華等撰寫的“對肥胖的幾種估計方法”及《The AmericanJournal of Clinical Nutrition》1984年第40卷pp1123－1130由Conway JM等撰寫的“A new approch for the estimation of bodycompositioninfrared interactance”文章中均有反映。
本實用新型目的就在于克服已有技術的不足，而研制出來的一種利用交流信號通過人體時人體體內電阻阻值的大小與體內脂肪含量的多少的相關性來測量人體脂肪成份的裝置。
圖1是本實用新型外部結構和測量狀態示意圖。其中1是殼體、2是開關、3是指示燈、4是打印機、5是按鍵、6是數碼管、7是電極、18、19、20、21是連接線、22是被測人體。
圖2是本實用新型電原理圖。其中8是信號發生器、9是電極連接線路、10是信號變換器、11是中央控制器。
圖3是電極7的結構示意圖。其中12是導電膏、13是環形鋁電極、14是外殼、15是園形鋁電極、16是絕緣材料、17是固定栓。
圖4是程序流程圖。
本實用新型的原理是根據當交流信號通過人體時，人體體內電阻阻值的大小與體內脂肪含量的多少的相關性，即體內脂肪含量越多，人體體內電阻阻值越大的這種內在關系，通過測量人體體內電阻阻值來間接換算出人體脂肪成份(Fat)。其表達式為Fat＝K1·Wt－K2·Ht－K3·R＋K0式中K0、K1、K2、K3分別是常數，R為交流信號通過人體時所測量出的人體體內電阻阻值，Wt為被測人體體重(Kg)，Ht為被測人體的身高(m)，Fat為被測人體的脂肪成份絕對量，單位為Kg。
本實用新型的實現是將一標準電阻與被測人體串聯，當交流信號通過被測人體和標準電阻時均會產生電壓降。由此可以通過人體體內電阻與標準電阻上的電壓降之比及標準電阻的阻值來計算出被測人體體內電阻阻值，從而再進一步換算出被測人體的脂肪含量。
參見圖1和圖2按圖1將兩個電極7，一個置于被測人體的手背表面，另一個置于其腳背表面。其具體連接方式是信號發生器8輸出的信號V1經連接線18與置于手背表面的電極7的環形鋁電極13相接，并送至第1個信號變換器10的輸入端，而連接線19與手背表面圓形鋁電極15相連接，于是在手背表面的環形鋁電極和圓形鋁電極之間行成一個r手電阻，且獲得一個電壓信號V2并送至第2個信號變換器10的輸入端。同樣連接線20與置于腳背表面的電極7的環形鋁電極13及第3個信號變換器10的輸入端相連接，而連接線21與圓形鋁電極15、第4個信號變換器10的輸入端及與人體串聯的標準電阻R5(10KΩ)相連接。同手背表面一樣，在腳背表面也會形成一個r腳電阻，并可獲得一個電壓信號V3送至第3個信號變換器10的輸入端，在標準電阻R5上也會獲得一個電壓信號V4，并送至第4個信號變換器10的輸入端。于是不難解釋在r手與r腳之間就會得到作用于被測人體的電壓降｜V2－V3｜，即有一個被測人體體內電阻R存在，且r手、R、r腳、R5相互串聯起來，與信號發生器8構成一個回路。接通電源后，由信號發生器8產生的交流信號在流經相互串聯的人體體內電阻R和標準電阻R5的兩端時分別產生交流電壓降。利用變換器10將這些交流電壓信號轉換成直流電壓信號，然后再經模／數(A／D)轉換將直流電壓信號變換成計算機能識別的數字信號，并輸入中央控制器10進行分析處理后計算出人體的阻值R(Ω)。即R＝ (被測人體上電壓降)/(標準電阻上電壓降) ×標準電阻阻值＝ (｜V2－V3｜)/(V4) ·R5然后再結合被測人體的身高Ht、體重Wt等因素換算出人體脂肪絕對量Fat，并分析比較被測人體肥胖程度(Fat％)，最后由打印機4一次自動打印出各有關結果。
本實用新型的軟件設計把對信號的檢測、被測人體的電阻測算和被測人體脂肪含量的計算及肥胖程度的分析有機地結合起來。對95名健康志愿者的人體交流電阻與水下稱重密度法測得的人體脂肪含量進行比較后得出人體脂肪含量的計算公式為
Fat(Kg)＝0.6457Wt－0.085Ht＋0.02373R＋0.1513Age－17.78……(脂肪絕對量)Fat％＝ (Fat(Kg))/(Wt(Kg)) ·100％……(脂肪相對量)式中Age為被測人體的年齡，其余同前述。
根據以上計算出來的人體脂肪相對量可以判斷人體是否肥胖和肥胖的程度，判斷標準如表1所示。
表1 肥胖判斷標準(Fat％)
為驗證本實用新型的準確性，用實際測量結果與水下稱重密度法測量結果比較(表2)，兩組結果之間無顯著性差異(P＞0.10)。
表2 本實用新型測量結果與水下稱重密度法測量結果比較
為驗證本實用新型的重復性，在實驗中對同一個體重復測量10次，測量結果如表3所示，10次重復測量的重復性好，變異系數為3％左右。
表3 重復測量結果(Fat,Kg)
此外，通過測量171例正常人的脂肪含量(表4)，結果表明女性體內脂肪含量明顯高于男性，各相同年齡組的兩性之間的差異均有顯著性意義；無論男性還是女性，體內脂肪含量均隨年齡增加而增加。
表4 正常成人脂肪成份測量結果<
綜上可見，本實用新型實現了測量自動化、智能化，具有操作簡便、精度高、準確性好、重復性強等優點。
本實用新型的實施也可借助圖1、圖2和圖3來說明信號發生器8是采用5G8038單片精密函數波形發生集成電路為波形發生器，產生精度較高的正弦交流信號，頻率為100KHz。信號變換器10是采用集成運算放大器3140×2×4組成的理想二極管電路來實現交流信號的交流一直流變換，即將正弦交流信號之電壓線性地變換成直流電壓(圖2)。
中央控制器11是選用MCS－51系列的8031單片微型計算機做為該系統的核心，以ADC0809為模／數轉換器件，分別配以EPROM2764和RAM6264做為程序存儲器和數據存儲器。由于8031管腳的限制，8031的PO口即作地址總線的低八位又作數據總線，為達到分時復用的目的，與地址譯碼器相連。單片機的地址由地址譯碼器決定。由D8255可編程I／O芯片提供三個并行口直接驅動打印機，并擴展5×5健盤和六個數碼管做為人機界面。
電極7的功能是將人體與信號發生器連接起來組成回路并獲取交流電信號通過人體時的電壓降。由于人體皮膚阻抗較大，為準確測量人體內部電阻，必須排除皮膚阻抗的影響，為此我們專門設計了鋁環狀電極，該電極由一片圓形鋁電極15和一環形鋁電極13組成，二者之間隔以5毫米的絕緣材料16。在使用時涂上少許導電膏12即可。該電極不僅消除了皮膚阻抗的影響而且大大降低了電極成本。
權利要求1.一種人體脂肪成份測量儀，主要由殼體、按健、數碼管、電極、信號發生器、電極連接線路、信號變換器、中央控制器及打印機組成，其特征在于信號發生器(8)的輸出端經連接線(18)與置于手背表面電極(7)的環形鋁電極(13)和第1個信號變換器(10)的輸入端相連接；連接線(19)與置于手背面電極(7)的圓形鋁電極(15)及第2個信號變換器(10)的輸入端相連接；連接線(20)與置于腳背表面電極(7)的環形鋁電極(13)和第3個信號變換器(10)的輸入端相連接；連接線(21)與置于腳背表面電極(7)的圓形鋁電極(15)、第4個信號變換器(10)的輸入端及人體串聯標準電阻R5的一端相連接。
2.按照權利要求1所述的測量儀，其特征在于電極(7)有一個環形電極(13)和一個圓形電極(15)。
專利摘要人體脂肪成分測量儀，主要由信號發生器、信號變換器、中央控制器、電極、電極連接線路及打印機組成。它是根據當交流信號通過人體時，人體體內電阻阻值與體內脂肪含量的相關性，將一標準電阻與被測人體串聯，利用在其上面所產生的電壓降，經計算機進行信號處理來計算出人體體內電阻，結合被測人體的身高、體重、年齡計算出人體的脂肪絕對量和相對量，并打印出各個數據。具有測量智能化、精確度高、重復性好、操作簡便等優點。
文檔編號G01N27/02GK2164046SQ9322101
公開日1994年5月4日 申請日期1993年8月9日 優先權日1993年8月9日
發明者徐順清 申請人:徐順清
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
