一种可校正的压变式人体体积测量装置、方法及系统与流程

本发明涉及一种体积测量装置、方法及系统，特别是涉及一种可校正的压变式人体体积测量装置、方法及系统。

背景技术：

药物直接作用于人体，正确的使用能达到用药目的，而错误的使用不仅对治疗无效，还有可能危害用药者健康。目前，医生或药剂师的用药指导一般是基于患者的体重的，即根据体重确定患者的用药量，但仅仅根据体重确定患者的用药量往往不够准确，如果能给合人体体积及密度来确定患者的用药量，则将大大提高用药的准确性，因此，如何简单快捷准确地获得人体体积变得尤为重要。

传统中仅仅以身高体重来衡量人的体质，未考虑到人的体积、密度差别，事实上即便是身高体重完全相同的人体，也存在天然的人体厚薄、宽窄及结实程度的差别，从而影响了临床上精准的用药及营养成分的补充。

传统的人体体积测量有两种方法：1、估算法，即利用人的重量除以人体密度，一般将人的密度约等于1g/cm³；2、排水法，将人全身浸入一装了水的固定容器中，根据水位变化或溢出的水量来计量。然而，由于估算法只是通过将人的密度约等于1估算出人体体积，其得到的结果准确性差；而排水法需要全身浸入水中，除了不方便之外，还造成水资源浪费,增加了公共器具的消毒成本。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种可校正的压变式人体体积测量装置、方法及系统，以实现人体体积简单、快速、准确地测量。

为达上述及其它目的，本发明提出一种可校正的压变式人体体积测量装置，所述人体体积测量装置包括内含空气的测量容器，所述测量容器设有气体注入装置以及气压检测装置，所述气体注入装置用于提供注入空气，所述气压检测装置用于检测所述测量容器内的气压值，所述气压检测装置通过测量注入定量气体前后所述测量容器内的气压变化以计算出人体的体积。

进一步地，所述人体体积测量装置还包括体重测量装置，所述体重测量装置用于测量人体的体重，以根据计算得出的人体的体积计算出人体的密度。

为达到上述目的，本发明还提供一种可校正的压变式人体体积测量方法，包括如下步骤：

步骤一，测量人体进入之前测量容器内的气压值；

步骤二，令人体进入测量容器，并注入一定量的空气，测量此时所述测量容器内的气压值；

步骤三，根据人体进入测量容器前与人体进入测量容器并注入空气后的测量容器内的压强变化确定压强比例系数，以及根据注入的气体量、测量容器内的原始气体量确定气体质量比例系数，利用压强比例系数、气体质量比例系数以及测量容器的容积计算出人体的体积。

进一步地，于步骤三中，根据如下公式计算出人体的体积：

其中，a为压强比例系数，b为气体质量比例系数，v1为测量容器的原有气体体积。

进一步地，a为所述步骤二获得的气压值与所述步骤一获得的气压值的比值，所述步骤二中注入的空气量为bn1，其中n1为所述测量容器内的原始气体量，b为气体质量比例系数。

进一步地，于步骤三之后，该压变式人体体积测量方法还包括如下步骤：

步骤四，确定校正系数a；

步骤五，利用校正系数对步骤三计算出的人体体积进行校正，获得最终的人体体积。

进一步地，步骤四进一步包括如下步骤：

根据步骤三获得的体积确定校准标准件；

获得人体与校准标准件在同温、同测量容器获得的两种气压数据比值作为校正系数a。

进一步地，于步骤五之后，还包括如下步骤：

利用体重测量装置获取人体的重量；

根据人体的重量与体积计算人体的密度。

进一步地，通过步骤二至步骤五分别计算出人体吸气末、呼气末的体积，并计算其平均值，得出三种不同状态下的人体的体积。

为达到上述目的，本发明还提供一种可校正的压变式人体体积测量系统，包括：

第一气压测量单元，用于测量人体进入之前测量容器内的气压值；

第二气压测量单元，于人体进入测量容器后，注入一定量的空气，测量此时所述测量容器内的气压值；

体积计算单元，用于根据人体进入测量容器前后的测量容器内的压强值确定压强比例系数，以及根据注入的气体量、测量容器内的原始气体量确定气体质量比例系数，并利用压强比例系数、气体质量比例系数以及测量容器的容积计算出人体的体积。

与现有技术相比，本发明一种可校正的压变式人体体积测量装置、方法及系统通过将人体置入含有定量容积的测量容器中，通过测量人体进入测量容器的气压变化获得人体的体积及密度，并利用与人体同体积的校准标准件获得校正系数对校正结果予以校正，实现了人体体积简单、快速、准确地测量。

附图说明

图1为本发明一种可校正的压变式人体体积测量装置的结构示意图；

图2为本发明一种可校正的压变式人体体积测量方法的步骤流程图；

图3为本发明一种可校正的压变式人体体积测量系统的系统架构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种可校正的压变式人体体积测量装置的结构示意图。如图1所示，本发明一种可校正的压变式人体体积测量装置，包括内含空气的测量容器1，所述测量容器1设有气体注入装置2以及气压检测装置3，所述气体注入装置2用于提供注入空气，在本发明较佳实施例中，可通过气体注入装置2注入定量空气，所述气压检测装置3用于检测所述测量容器1内的气压值，当人体5进入含有空气的所述测量容器1后，所述气压检测装置3通过测量人体进入测量容器1前与人体进入测量容器1并注入定量空气后所述测量容器1内的气压变化，这样就可以根据阿佛加德罗定律及克拉珀龙－克劳修斯方程式，计算出人体的体积。

较佳地，本发明之压变式人体体积测量装置还包括体重测量装置4，所述体重测量装置4用于测量人体的体重，并根据计算得出的人体体积，计算获得人体的密度。

图2为本发明一种可校正的压变式人体体积测量方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种可校正的压变式人体体积测量方法，包括如下步骤：

步骤201，测量人体进入之前测量容器内的气压值，在本发明具体实施例，利用气压检测装置可以测得此时测量容器内的压强值p1。

步骤202，令人体进入测量容器，并注入一定量的空气，测量此时所述测量容器内的气压值。在本发明具体实施例中，当人体进入测量容器后，通过气体注入装置注入与测量容器内的气体的原始量成一定比例的气体，并利用气压检测装置检测获得此时测量容器内的压强值p2。假设，本发明中的气体为空气，测量容器内的空气量为n1，注入的空气量为bn1，测量此时测量容器内的压强值p2。

步骤203，根据人体进入测量容器前与人体进入测量容器并注入定量空气后的测量容器内的压强值确定压强比例系数，以及根据注入的气体量、测量容器内的原始气体量确定气体质量比例系数，利用压强比例系数、气体质量比例系数以及测量容器的容积计算出人体的体积。在本发明具体实施例中，假设人体进入测量容器前的压强值为p1，人体进入后的压强值为p2，则p2＝ap1，a为压强比例系数，测量容器内的原始气体量为n1，注入的气体量为bn1，b为气体质量比例系数，然后根据压强比例系数与气体质量比例系数以及测量容器的容积根据如下公式(1)计算出人体的体积：

其中，a为压强比例系数，b为气体质量比例系数，v1为测量容器的原有气体体积。

较佳地，可通过步骤202与步骤203分别计算出人体吸气末、呼气末的人体体积，并计算其平均值，得出三种不同状态下的人体体积。

以下将说明公式(1)的推导过程：

根据阿佛加德罗定律：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数,克拉珀龙－克劳修斯方程式为：pv＝nrt，所有气体r值均相同。压强、温度和体积采用国际单位(si)，则p表示压强，单位：pa；v表示气体体积，单位：m³；n表示物质的量，单位：mol；t表示热力学温度，单位：k(开尔文)；r表示气体常数，r＝8.314pa·m³/mol·k。

测量测量容器原始气压p1；

当vx体积的人进入仪器，注入bn1空气，此时可获得p2的测量值，p2＝ap1，此时测量容器内除去人体外的空气体积v2为：

v2＝v1-vx

测量容器内除去人外的空气的量为：

n2＝n1+bn1-(vx/v1)n1

通过如下计算：

当t1＝t2(温度不变)，

预设测量容器：预设测量容器的容积v1为2m³，n1为体积为v1的原始体积的空气质量(2m³)，假设b＝1/10(注入2m³*1/10空气)

v2＝v1-vx＝2m³-vx，

测量容器内除去人外的空气的量为：

n2＝n1+bn1-(vx/v1)n1＝n1+1/10n1-(vx/2)n1

通过如下计算：

当t1＝t2(温度不变)，

或：

较佳地，于步骤203之后，本发明还包括如下步骤：

步骤204，确定校正系数a；在本发明具体实施例中，a＝p/p2，其中，p与p2为校准标准件与人体在相应环境下的气压值，

步骤205，利用校正系数对步骤203计算出的人体体积进行校正，获得最终的人体体积。即校正后人体体积v为：v＝vx/a。

具体地，确定校正系数a进一步包括如下步骤：

根据步骤203获得的体积确定校准标准件，在本发明中，校准标准件可采用水，也可采用其他的物质，这里选取与人体体积大致相等的标准件，一般来说，为了实施的方便性，不可能为每个人体都设置校准标准件，本实施例对每段体积范围设置了标准件，例如1-10立方分米的体积对应的校准标准件为5立方分米，10-20立方分米的体积对应的校准标准件为15立方分米，20-30立方分米的体积对应的校准标准件为25立方分米，30-40立方分米的体积对应的校准标准件为35立方分米……，则可以根据步骤203获得体积确定校准标准件；

获得人体与校准标准件在同温、同测量容器获得的两种气压数据比值作为校正系数a。

较佳地，于步骤205之后，本发明还包括如下步骤：

利用体重测量装置获取人体的重量，例如，可以采用体重秤等体重检测装置测量获得人体的重量；

根据人体的重量与体积计算人体的密度，具体地，人体的密度可通过如下式子计算获得：

人体的密度＝人体的重量/人体的体积v。

以下将通过一具体实施例来进一步说明本发明：

1、利用人体进入含有空气的测量容器，通过测量注入定量空气前后的气压变化，根据阿佛加德罗定律及克拉珀龙－克劳修斯方程式，计算出人体体积，结合测量人体重量，计算人体密度。

2、分别测量吸气末、呼气末的人体体积，计算其平均值，得出三种不同状态下的人体体积及人体密度。

3、获得校正系数。由于人体以及测量容器在不同气压、温度下，体积会有轻微变化，利用分级标准件容积(例如采用水作为校准标准件)在同条件下获得基准气压，同体积的标准件与人体在同温、同测量容器获得的两种气压数据比值即为调整系数。

4、获得校正后的人体体积，计算人体密度。

5、利用arduino微控制器平台，接受气压传感器的压力及重量输入，通过上述公式计算，记录、输出人体体积数据(吸气末、呼气末、两者平均值3种)及人体密度数据。

图3为本发明一种可校正的压变式人体体积测量系统的系统架构图。如图3所示，本发明一种可校正的压变式人体体积测量系统，包括：

第一气压测量单元301，用于测量人体进入之前测量容器内的气压值，在本发明具体实施例，在人体进入之前，测量容器内具有原始定量的空气，第一气压测量单元301利用气压检测装置可以测得此时测量容器内的压强值p1。

第二气压测量单元302，于人体进入测量容器后，注入一定量的空气，测量此时所述测量容器内的气压值。在本发明具体实施例中，当人体进入测量容器后，通过气体注入装置注入与测量容器内的气体的原始量成一定比例的气体，并利用气压检测装置检测获得此时测量容器内的压强值p2。假设，本发明中的气体为空气，测量容器内的空气量为n1，注入的空气量为bn1，测量此时测量容器内的压强值p2。

体积计算单元303，用于根据人体进入测量容器前后的测量容器内的压强值确定压强比例系数，以及根据注入的气体量、测量容器内的原始气体量确定气体质量比例系数，并利用压强比例系数、气体质量比例系数以及测量容器的容积计算出人体的体积。在本发明具体实施例中，假设人体进入测量容器前的压强值为p1，人体进入后的压强值为p2，则p2＝ap1，a为压强比例系数，测量容器内的原始气体量为n1，注入的气体量为bn1，b为气体质量比例系数，然后根据压强比例系数与气体质量比例系数以及测量容器的容积根据如下公式(1)计算出人体的体积：

其中，a为压强比例系数，b为气体质量比例系数，v1为测量容器的原有气体体积。

较佳地，可通过第二气压测量单元302与体积计算单元303分别计算出人体吸气末、呼气末的人体体积，并计算其平均值，得出三种不同状态下的人体体积。

较佳地，本发明之压变式人体体积测量系统还包括：

校正系数确定单元304，用于确定校正系数a；

体积校准单元305，利用校正系数对体积计算单元303计算出的人体体积进行校正，获得最终的人体体积。即校正后人体体积v为：v＝vx/a。

具体地，校正系数确定单元304可通过如下步骤实现：

根据体积计算单元303获得的体积确定校准标准件，在本发明中，校准标准件可采用水，这里选取与人体体积大致相等的标准件。一般来说，为了实施的方便性，不可能为每个人体都设置校准标准件，本实施例对每段体积范围设置了标准间，例如1-10立方分米的体积对应的校准标准件为5立方分米，10-20立方分米的体积对应的校准标准件为15立方分米，20-30立方分米的体积对应的校准标准件为25立方分米，30-40立方分米的体积对应的校准标准件为35立方分米……，则可以根据体积计算单元303获得体积确定校准标准件；

获得校准标准件与人体在同温、同测量容器获得的两种气压数据比值作为校正系数a。例如：a＝p/p2，p为校准标准件在相应环境下的气压值。

较佳地，本发明还压变式人体体积测量系统还包括密度计算单元306，利用体重测量装置获取人体的重量，并根据人体的重量与体积计算人体的密度。例如，可以采用体重秤等体重检测装置测量获得人体的重量，然后通过如下式子计算获得的密度：

人体的密度＝人体的重量/人体的体积v。

综上所述，本发明一种可校正的压变式人体体积测量装置、方法及系统通过将人体置入含有定量空气的测量容器中，通过测量人体进入测量容器的气压变化获得人体的体积及密度，并利用与人体同体积的校准标准件获得校正系数对校正结果予以校正，实现了人体体积简单、快速、准确地测量。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。