专利名称：测量人体脂肪用的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及简单、精确测量人体皮下脂肪量和内脏脂肪量用的方法和设备。
背景技术：
阻抗CT系统利用介质具有各自不同电阻抗值这一事实，得出三维物体中介质的空间分布。阻抗CT系统使电流通过物体，测量该物体表面上感应的电势分布，并根据该电势分布显现该物体内部的阻抗分布。如日本医学和生物工程学会公布的报告Bio MedicalEngineering(BME)Vol.8，No.8(1994)中所述，该系统用于测量人体中血液、肺，脂肪等的分布。
除了阻抗CT系统以外，还有其他用于测量电阻抗值并得出皮下脂肪和内脏脂肪量的设备。这些设备的一个例子为日本专利待审查公开公报No.11-113870(称为“相关技术1”)中公开的一种人体脂肪测量设备。另一个例子为日本专利待审查公开公报No.11-123182(称为“相关技术2”)中公开的内部脂肪测量仪。相关技术1将多个电极贴到物体(人)的表面上，测量电极之间的阻抗值，并产生由该附贴电极确定的该物体横截面的阻抗矩阵。相关技术1的运算装置计算该阻抗矩阵与一系数矩阵的乘积，且该系数矩阵根据通过一输入装置输入的该对象贴有电极部分的信息得出，并根据该乘积，产生该对象的横截面人体脂肪分布。相关技术2围绕对象的身体缠绕一条带子。带子内部具有一些电极对，每一对由构成电极的电流通路和一测量电极组成。基本上以规则的间隔设置这些电极对。选择两个电极对，并在构成所选择电极对的电极的电流通路之间流过AC电流，以形成电流通路。该测量电极测量该电流通路中的阻抗值。适当选择这两个电极对，使相邻电极主要测量皮下脂肪，相对电极主要测量内脏脂肪。
发明内容
用阻抗CT系统测量人体脂肪的设备其空间分辨率不足以测定内部脂肪分布，从而不能精确计算人体脂肪量。此外，该设备必须执行多次数学计算以获得人体脂肪量。
相关技术1没有对如何形成电极附贴部分的系数矩阵，以及如何根据阻抗和系数矩阵的乘积产生横截面人体脂肪分布图像提供具体的说明。
相关技术2可以测量对象的皮下脂肪量。不过所测得的脂肪量包括该对象中其他介质的量和分布的影响，因而不精确。此外，由于对象皮下脂肪层的极大影响，故相关技术2不能精确测量该对象的内脏脂肪。
本发明提供一种人体脂肪测量设备，易于安装在人体上，并能够容易且精确地测量诸如层状皮下脂肪的厚度和横截面面积的量，以及人体的内脏脂肪量。
根据本发明第一方面，一种人体脂肪测量设备，其具有一第一电极组，该第一电极组包括以对象肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的至少一个电极；一第二电极组，该第二电极组包括设置在该对象背部表面上的至少一个电极；一第三电极组，该第三电极组包括设置在该对象表面上、基本上处于该第一和第二电极组中间位置的至少两个电极；一测量装置，该测量装置在从该第一电极组选择出的一个电极与从第二电极组选择出的一个电极之间提供电流，并测量该第三电极组两个电极之间产生的电压；以及一计算装置，其根据所测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
根据本发明第二方面，一种人体脂肪测量设备，其具有一第一电极组，该第一电极组包括以对象肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的至少一个电极；一第二电极组，该第二电极组包括设置在该对象背部表面上的至少三个电极；一测量装置，该测量装置在从该第二电极组选择出的两个电极之间提供电流，并测量从该第一电极组选择出的一个电极与从该第二电极组选择出的一个电极之间产生的电压；以及一计算装置，其根据所测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
通过将该对象躯体的周长、性别和/或年龄考虑在内，任何一方面的设备均可提高对象腹部脂肪计算的精度。
根据本发明第三方面，一种人体脂肪测量带，具有一对准对象肚脐的肚脐标记；一第一电极组，该第一电极组包括以该肚脐标记对准的该对象的肚脐作为参考位置、设置在该对象腹部表面上的至少一个电极；一第二电极组，该第二电极组包括设置在该对象背部表面上的至少一个电极；以及一第三电极组，该第三电极组包括设置在该对象表面上基本上处于该第一和第二电极组中间位置处的至少两个电极。
根据本发明第四方面，一种人体脂肪测量设备，其具有设置在对象圆周表面上的两个供电电极，且该电极之间的距离与该对象周长相比足够短；一设置在该对象上其中一个供电电极附近的第一测量电极；一设置在该对象上基本上横过该对象与该供电电极相对的第二测量电极；一电压测量装置，该电压测量装置在该供电电极之间提供电流，并测量该第一与第二测量电极之间产生的电压；以及一计算装置，其根据所测得的电压和代表该对象尺寸的特征量计算该对象的内脏脂肪量。
在本说明中，“内脏脂肪量”共同表示一对象内部存在的脂肪量。即，内脏脂肪量包括对象内部器官周围的内脏脂肪量和诸如肝脂肪的一般内部脂肪量。
代表对象尺寸的“特征量”是一种反映该对象横截面尺寸的量，如在对象给定高度处的总横截面面积S，围绕对象横截面的周长U，对象腹部与背部之间的纵向宽度W1，或者对象腰窝之间的横向宽度W2。
附图简要说明
图1表示根据本发明第一实施例的人体脂肪测量设备；图2A和2B表示根据第一实施例一种变型的人体脂肪测量设备；图3表示根据基于第一实施例的第一变型例的人体脂肪测量设备；图4表示根据基于第一实施例的第二变型例的人体脂肪测量设备；图5A和5B表示电极之间的边缘距离；图6表示根据第二变型例的一种变形的人体脂肪测量设备；图7表示根据本发明第二实施例的人体脂肪测量设备；图8表示围绕一对象身体缠绕的图7中的设备；图9表示根据第二实施例的一种变形的人体脂肪测量设备；图10表示根据基于第二实施例的第三变型例的人体脂肪测量设备；图11表示根据基于第二实施例的第四变型例的人体脂肪测量设备；图12表示根据基于第二实施例的第五变型例的人体脂肪测量设备；图13表示根据基于第二实施例的第六变型例的人体脂肪测量设备；图14表示固定在对象身体上的图13中的设备；图15表示根据基于第二实施例的第七变型例的人体脂肪测量设备；图16A和16B表示通过从第一和第二电极组选择不同电极构成的电流通路的例子；图17表示根据本发明第三实施例的人体脂肪测量设备；图18到20表示根据第三实施例形成的用于测量电压的电流通路的例子；图21表示根据基于第三实施例的第八变型例的人体脂肪测量设备；图22到24表示根据第八变型例形成的用于测量电压的电流通路的例子；图25表示根据第七和第八变型例的组合的人体脂肪测量设备；图26A和26B为表示由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)与由第七变型例设备测得的数值之间关系的曲线，这些数值基于本发明人进行的试验；图26A的数值是关于男性的，图26B的数值是关于女性的；图27的曲线表示年龄与由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)之间的关系；图28的曲线表示由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)与用不考虑年龄的相关公式计算出的内脏脂肪面积之间的关系；以及图29的曲线表示由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)与用考虑年龄的相关公式计算出的内脏脂肪面积之间的关系。
实施本发明的最佳方式第一实施例图1表示根据本发明第一实施例的人体脂肪测量设备。该设备具有设置在例如对象(人)101体表上的两个供电电极102和103。电极102和103之间的距离与对象101的周长相比足够短。该设备还具有一电源104，以在电极102与103之间供给电流；一设置在电极102附近的第一测量电极105；一设置在对象101表面上、基本上横跨对象101与电极102和103相对的第二测量电极111；一测量电极105与111之间产生的电压的伏特计107；和一人体脂肪计算装置125，其根据伏特计107测得的电压和代表对象101尺寸的特征量计算该对象101的内脏脂肪量。该对象101具有皮下脂肪108，阻抗不同于皮下脂肪108的非脂肪部分109，和阻抗不同于非脂肪部分109的内脏脂肪110。人体脂肪计算装置125可以为计算机。
将说明利用图1的设备测量人体脂肪量的方法。电源104向设置在对象101圆周表面上的电极102与103之间供给电流。电极102和103之间的距离与对象101的周长相比足够短。伏特计107测量第一与第二测量电极105和111之间产生的电压。靠近电极102设置电极105，横跨对象101与电极102和103相对设置电极111。计算装置125根据测得的电压和代表该对象101尺寸的特征量，计算对象101的内脏脂肪量。
伏特计107测得的电压V相当于皮下脂肪108的量，而表示对象101尺寸的特征量相当于皮下脂肪108与内脏脂肪110数量之和。例如，该特征量为对象101的总横截面面积S，围绕对象101横截面的周长U，对象101腹部与背部之间的纵向宽度W1，或对象101腰窝之间的横向宽度W2。因此，电压V与表示对象101尺寸的特征量之差提供内脏脂肪110的量。确定电极102，103和105在对象101上的位置，以便最精确地得出内脏脂肪110的量。例如，将它们设置在皮下脂肪108的量较大处该对象101背部上。
电源104可以为DC和AC中任何一种。如果电源104为AC电源，那么在伏特计107测量电压即电压的幅值或有效值时可同时测量相位延迟。所测得的相位延迟适用于分析数据。在测量人体时，AC易于控制。AC电源的频率可以为10kHz到500kHz，最好为50kHz到200kHz，并且电流值可以为0.3mA到3mA。
为了计算内脏脂肪110的量，必须准备将伏特计107测得的电压V和表示对象101尺寸如周长U的特征量λ与内脏脂肪110的量m联系起来的关系式。为了准备这种关系式，测量多个具有不同脂肪量的样品的电压V、特征量λ和内脏脂肪量m。在测量电压V时，将相同电流或不同电流施加给该样品。在使用不同电流时，必须基于一个电流将测得的电压标准化。为了测量特征量λ，使用诸如测量软尺和刻度尺的测量装置。为了测量内脏脂肪量m，可使用由X-射线CT系统或MRI系统提供的层析图像；在这些图像的基础上，计算出横截面面积和体积作为内脏脂肪量。如果样品并非人体，可以将其机械切片，以直接测量内脏脂肪的横截面面积和体积。该样品可以具有已知的内部结构。当根据层析图像计算横截面面积时，可以考虑电流扩散。也就是说，不仅可以得出一个截面的层析图像，而且可以得出附近的层析图像，以根据该层析图象的平均值计算内脏脂肪横截面面积，提高计算的正确性。
可通过多变量分析和用线性多项式近似准备上述关系式。例如该关系式为m＝a0+a1·λα-a2·V·λ′β其中a0，a1和a2为回归系数，λ’为表示该对象101尺寸的特征量，并可以等于λ，α和β为一般均为2的指数(α＝β＝2)。指数α和β不限于2，且其被确定为可提供最适宜的关系。如果特征量λ和λ’均为对象101的周长U，则该关系式将表示为m＝a0+a1·U2-a2·V·U2一旦建立起关系式，就根据伏特计107测得的电压V和表示对象101尺寸的特征量计算对象101的内脏脂肪量m。
供电电极102与103之间的距离较好小于对象101周长的1/6，最好小于1/8。如果电极102与103之间的距离太大，则在它们之间输送的电流将流到对象101内部深处。从而，测得的电压V受非脂肪部分109和内脏脂肪110的分布和数量的影响。如果电极102与103之间的距离太小，则对于具有厚皮下脂肪层的对象101而言，该设备的测量灵敏度将降低，并且测得的电压V将受电极形状和尺寸的影响。
测量电极105与供电电极102之间的距离必须处于适当范围内。如果该距离太大，则非脂肪部分109和内脏脂肪110的分布和数量将影响测得的电压V。如果该距离太小，则电极的形状和尺寸以及电极与对象101之间的接触状态将影响测得的电压V。测量电极105与供电电极102之间的距离最好为皮下脂肪108平均厚度的0.5到3倍。如果皮下脂肪108的厚度为1到4cm，则供电电极102与103之间的距离(中心到中心的距离)最好为1cm到15cm，更好是2cm到10cm。此时，测量电极105与供电电极102之间的距离(中心到中心的距离)最好为0.6cm到10cm，更好是1cm到6cm。
对于不同的待测量对象，可以固定电极102与103之间的距离，和电极105与电极102之间的距离。或者，可以根据每个待测对象的周长改变这些距离。当根据对象周长改变电极到电极的距离时，可以将电极安装到由弹性材料如橡胶制成的带子上。当围绕对象身体缠绕带子时，带子根据对象尺寸而伸长。或者，独立测量对象周长，并可以根据测量结果机械调节电极到电极的距离。
电极的形状为例如盘形或矩形。最好电极形状保持相邻电极边缘之间的边缘到边缘的距离L边缘相等，如图5A的矩形和图5B的半圆形。如果采用盘形电极，则它们的直径为0.6cm到3.5cm，最好为1.5cm到2.5cm。如果采用矩形电极，则它们的横向长度为0.6到3cm，纵向长度为1.5到7cm。
根据第一实施例，可以将图1中的电极102，103，105和111改变到对象101圆周表面上其他位置处，以用图1的测量方法测量另一电压。根据多个测得的电压和表示对象101尺寸的特征量，将更加精确地计算该对象101内脏脂肪110的量。
图2A和2B表示图1第一实施例的一种变型。该变型用电极112，113和115代替图1中的电极111。在图2A中，电源104在电极102和103之间供给电流，且伏特计107测量电极105与113之间产生的电压V。在图2B中，电源104在电极112与113之间供给电流，且伏特计107测量电极103与115之间产生的电压V’。人体脂肪计算装置125根据测得的电压V和V’以及代表对象101尺寸的特征量，计算对象101的内脏脂肪量。此时，确定电极在对象101上的位置，以便最精确地测量内脏脂肪110的量。例如，电极102，103和105设置在对象101背部上，电极112，113和115设置在对象101肚脐附近。根据伏特计107测量的电压V和V’以及代表对象101尺寸的特征量λ，计算内脏脂肪110的量m的关系式为
m＝a0+a1·λα-(a2·V+a3·V′)·λ′β此处，a0，a1，a2和a3为回归系数，λ’为表示对象101尺寸的特征量，并可以等于λ，α和β为一般均为2的指数(α＝β＝2)。指数α和β不限于2，且其被确定为可提供最适宜的关系。
第一变型例图3表示根据基于第一实施例的第一变型例的人体脂肪测量设备。该设备具有设置在对象101体表上的两个供电电极102和103。电极102与103之间的距离与对象101的周长相比足够短。该设备还具有一电源104，设置在电极102和103附近的测量电极105和106，一测量电极105与106之间产生的电压的伏特计107，和一根据测得的电压和代表对象101尺寸的特征量计算对象101内脏脂肪量的人体脂肪计算装置125。将第一实施例中电源104的特性，获得关系式的技术，供电电极之间的距离，供电电极与测量电极之间的距离，电极的形状等应用于本变型例。
将说明利用图3的设备测量人体脂肪量的方法。电源104在电极102与103之间供给电流。伏特计107测量测量电极105与106之间产生的电压。计算装置125根据测得的电压和独立测量的代表对象101尺寸的特征量计算对象101的内脏脂肪量。用伏特计107测得的电压V相当于皮下脂肪108的量，从而可根据如第一实施例得出的关系式计算内脏脂肪110的量。确定电极102，103，105和106在对象101上的位置，以便最精确地获得内脏脂肪110的量。例如，将它们设置在对象101皮下脂肪108较大的背部上。
根据第一变型例，可以将图3中的各电极102，103，105和106改变到对象101圆周表面上的其他位置处，以用图3的测量方法测量另一电压。根据多个测得的电压和代表对象101尺寸的特征量，将更加精确地计算对象101的内脏脂肪110的量。
第二变型例图4表示根据基于第一实施例的第二变型例的人体脂肪测量设备。该设备具有两个基本上在对象101圆周表面上彼此相对设置的供电电极116和117，一电源104，设置在对象101圆周表面上电极116附近的两个测量电极118和119，且电极118与119之间的距离远小于对象101的周长，一测量电极118与119之间产生的电压V的伏特计107，和一根据伏特计107测得的电压和代表对象101尺寸的特征量计算对象101内脏脂肪110的量的人体脂肪计算装置125。
供电电极116和117可以分别设置在对象101的背部和腹部上，或者分别设置在对象101的腰窝上。为了更加精确地计算内脏脂肪量，最好电极116和117分别设置在对象101的背部和腹部上。
将解释利用图4的设备测量人体脂肪量的方法。电源104在供电电极116与117之间供给电流。伏特计107测量测量电极118与119之间产生的电压。计算装置125根据测得的电压和独立测出的代表对象101尺寸的特征量计算对象101的内脏脂肪量。用伏特计107测得的电压V相当于皮下脂肪108的量，从而可根据如第一实施例获得的关系式计算内脏脂肪110的量。将第一实施例中电源104的特性，获得关系式的技术，电极的形状等应用于本变型例。
测量电极118与119之间的距离最好小于对象101周长的1/6，更好是小于1/8。如果电极118与119之间的距离太大，则测得的电压V受内脏脂肪110分布和数量的影响。如果电极118与119之间的距离太小，则对于伏特计107的测量灵敏度而言，电极118与119之间产生的电位差不够大。因此，电极118与119之间的距离(中心到中心的距离)最好为3cm或更长。
供电电极116与测量电极118之间的距离必须在适当范围内。如果该距离太大，则非脂肪部分109和内脏脂肪110的分布和数量影响测得的电压V。如果该距离太小，则电极的形状和尺寸以及电极与对象101之间的接触状态影响测得的电压V。电极116与118之间的距离最好为对象101皮下脂肪108平均厚度的0.5到3倍。
根据第二变型例，可以将电源和测量电极改变到对象101圆周表面上其他位置处，以用图4的测量方法测量另一电压。根据多个测得的电压和代表对象101尺寸的特征量，更加精确地计算对象101的内脏脂肪110的量。
图6表示根据第二变型例一种变形的人体脂肪测量设备。该设备具有一电源104，供电电极116和117，设置在电极117附近的两个测量电极120和121，且电极120与121之间的距离远小于对象101的周长，一测量电极120与121之间产生的电压V’的伏特计107，和一人体脂肪计算装置125。计算装置125根据用图4中伏特计107测得的电压V，用图6中的伏特计测得的电压V’和单独测出的代表对象101尺寸的特征量λ，计算对象101内脏脂肪110的量m。计算装置125使用的关系式如下m＝a0+a1·λα-(a2·V+a3·V′)·λ′β其中a0，a1，a2和a3为回归系数，λ’为表示对象101尺寸的特征量，并可以等于λ，α和β为一般均为2的指数(α＝β＝2)。指数α和β不限于2，且其被确定为可提供最适宜的关系。
根据本发明，通过在对象与电极之间施加导电凝胶或导电凝胶片，可减小对象与电极之间的接触电阻。在一天当中对象(人)的电阻抗发生变化。为了校正对象电阻抗在一天当中的变化导致的人体脂肪量测量误差，可以根据测量时刻校正测得的电压。在进餐之前和之后，对象的腹部状态发生变化。为了校正由于进餐导致的人体脂肪量测量误差，可以根据进餐与测量之间经过的时间校正测得的电压。
可以用不同频率的电流测量人体脂肪量。将测得的结果相互比较，以提高人体脂肪测量的可靠性。
第二实施例将说明根据本发明第二实施例的人体脂肪测量设备。该设备测量内脏脂肪量，如人体中内脏脂肪横截面面积。
图7表示根据第二实施例的人体脂肪测量设备。该设备具有一第一电极组1，该第一电极组1包括以对象肚脐作为参考位置、设置在对象(人)腹部表面上的电极；一第二电极组2，该第二电极组包括设置在该对象背部上的电极；一第三电极组3，该第三电极组包括设置在对象表面上处于该第一与第二电极组之间中间位置处的两个电极；一肚脐标记4，指示设置该第一电极组1的参考位置；一实质上无弹性，从而不可伸长的带子5；围绕对象身体固定带子5的带扣6和7；和一控制器8。第一和第二电极组1和2均可包括两个或多个电极。第三电极组3可以包括三个或多个电极。通过这种方式，根据本发明的人体脂肪测量带，包括第一电极组1，第二电机组2，第三电极组3和肚脐标记4。
控制器8具有一测量装置，以在第一电极组1的电极与第二电极组2的电极之间供给电流，并测量第三电极组3的两个电极之间产生的电压。控制器8还具有一计算装置，以根据测得的电压计算带子5所缠绕的对象的腹部脂肪量。该控制器8可以具有一输入装置，以输入与对象有关的物理数据，如周长(腰部测量值)U，性别，年龄(如果需要)等；和一显示器9，以显示所输入的数据以及计算出的脂肪量。该计算装置根据测得的电压和输入的数据如对象的腰部测量值，性别和年龄(如果需要)，计算该对象腹部脂肪量。控制器8通过电线与该第一，第二和第三电极组1，2和3电连接。该电线可以嵌入带子5中，从而它们不会防碍测量操作。
将说明利用图7的设备测量人体脂肪量的方法。如图8所示，围绕对象腰部缠绕带子5，使肚脐标记4对准该对象的肚脐。通过用带扣6调节带子的长度而系紧带子5，并且带扣6与带扣7一起将带子5围绕对象腰部固定。
操作控制器8，以输入诸如对象腰部测量结果U，性别和年龄(如果需要)的物理数据。当按下控制器8上的开始按钮时，控制器8的测量装置在第一电极组1的电极与第二电极组2的电极之间供给电流，并测量第三电极组3两个电极之间产生的电压V。控制器8的计算装置根据测得的电压V和输入的物理数据，计算该对象的腹部脂肪量。所计算出的脂肪量显示在显示装置9上。测量过程中该对象的姿势可以为站，坐或躺。为了测量的方便性和稳定性，最好为站姿。为了与用X-射线CT系统拍摄的腹部层析图像配合使用，躺姿最好。测量过程中对象的呼吸状态可以为自然呼气，自然吸气，最大程度呼气，最大程度吸气等。为了测量的方便性和稳定性，最好为自然呼气和吸气。通常在室温下进行测量。例如，在0到40℃范围的室温下进行测量。为了方便对象，并且为了电极与对象皮肤之间良好的电接触，最佳温度在10到35℃范围内。
所计算出的脂肪量通常为对象腹部内的内脏脂肪量，具体来说是缠绕带子5处对象身体横截面的内脏脂肪横截面面积。通常，具有大量内脏脂肪的人总脂肪量较大(内脏脂肪与皮下脂肪量的总和)。因此，本发明的设备可以近似对象的总脂肪量。
控制器8的测量装置具有一电源和一伏特计。希望该电源为AC电源，因为AC电源易于控制。该AC电源的频率可以在10到500kHz范围内，最好在50到200kHz范围内。该电源提供的电流值可以为0.3到3mA。当伏特计测量电压时(电压的幅值或有效值)，可以同时测量相位延迟。所测得的相位延迟被用于分析数据。
测得的第三电极组3两个电极之间的电压V，表示在基本上横跨对象身体的电极组之间供给电流时，第一与第二电极组1与2之间中间位置处存在的电位梯度。该电位梯度与内脏脂肪量极其相关。如果该梯度的绝对值较大，则内脏脂肪量较大；如果较小，则内脏脂肪量较小。此外，该电位梯度不受皮下脂肪的分布和数量的影响，从而可用于简单、精确地计算内脏脂肪量。
为了计算内脏脂肪量，预先获得将测得的电压V与内脏脂肪量m联系起来的关系式，并保存在控制器8的计算装置中。为了获得该关系式，对具有不同脂肪量m值的多个对象进行测试，并找出上述测得的电压V与内脏脂肪量m之间的关系。当测量电压V时，将相同电流或不同电流施加给该对象。在使用不同电流时，必须基于一个电流将测得的电压标准化。为了测量内脏脂肪量m，可使用由X-射线CT系统或MRI系统提供的层析图像；在这些图像的基础上，计算横截面面积和体积作为内脏脂肪量。当根据层析图象计算横截面面积时，可以考虑电流扩散。即，不仅可以获得一个区域的层析图像，而且可以获得附近区域的层析图像，并且根据该层析图象的平均值计算内脏脂肪横截面面积。这可提高计算的正确性。当根据测得的电压V计算总的脂肪量(内脏和皮下脂肪量之和)时，以同样方式得出关系式。可以从多变量分析和利用线性多项式近似准备该关系式。例如，关系式如下m＝a0+a1·V·Un其中m为表示内脏脂肪量的参数，a0和a1为回归系数，U为对象的腰围值(the waist measurement)，n为可以为零或正实数的指数，并被确定为能提供最佳校正，且一般为n＝1到3。可以增加说明变数数量，以提高关系式的精度。例如，可以采用下式m＝a0+a1·V·Un+a2·Un′和m＝a0+a1·V·Un+a2·V·Un′其中a2为回归系数，n’为被确定来可提供最佳校正的指数。可以根据非线性多项式准备此关系式，以提高计算精度，或者根据将V和U映射成(mapping into)试验测定的m准备此关系式。多种类型的非线性多项式可以采用。例如，可采用下式a0·m3+a1·m2+a2·m+a3＝V·Un其中a0，a1，a2和a3为回归系数。为了提高计算精度，可根据对象性别使用不同的关系式。也就是说，准备出针对男性的关系式和针对女性的关系式，并根据输入该输入装置的与对象性别有关的信息选择其中之一。之后，根据该关系式和测得的电压V计算该对象的内脏脂肪量m。
带子5由基本上无弹性或不可伸长的材料制成，如聚氯乙烯，合成树脂，合成皮革，天然皮革，纺织纤维和非纺织纤维。第一到第三电极组可以直接固定到带子5上，或者可以设置在对象身体上的挠性支撑物上。该支撑物固定到带子5上，并可由合成树脂或橡胶制成。可以从带子5上拆下控制器8、第一到第三电极组、电线等，从而可单独清洗带子5，或用新带子更换它。可以在带子5上增加刻度线，以测量对象的腰围。为了保持带子5在对象腰部的恒定拉紧力，带子5可以具有刻度线，从而根据对象腰围将带扣设置在带子5上适当位置处。带子5可以采用弹性或可拉伸材料，如合成橡胶或天然橡胶，处于除第一与第二电极组1和2之间中间位置以外的部位。为了实现电极与对象皮肤之间的充分接触，带子5可具有一外部第二带子，形成双带子结构。系紧第二带子，将带子5上的电极压紧在对象皮肤上，以保证电极与皮肤之间的电接触。
当围绕对象身体设置第二实施例的设备时，第二电极组2处于对象背部上，第三电极组3处于对象腰窝上。由于第一到第三电极组固定在无弹性带子5上，故根据对象腰围改变第二和第三电极组2和3在对象腰部上的位置。为了提高测量精度，最好通过使第一和第三电极组1和3之间的距离L1与第二和第三电极组2和3之间的距离L2基本相等的方式，将电极固定到带子5上。然后，第三电极组3检测第一和第二电极组1和2之间中点处产生的电压，与对象的腰围无关。当测量腰围值为60到110cm的对象时，沿带子5方向第一与第二电极1与2之间的距离最好为35到50cm，最好为40到45cm。第一电极组1与肚脐标记4之间的距离为例如1cm到6cm。
可以将第二实施例的设备构造成，使第三电极组3处于对象的右或左腰窝上。如果第三电极组3处于对象右腰窝上，则其远离胃部，从而受进食的影响较小。
最好将第三电极组3的两个电极之间的距离设置在最佳范围内。如果该距离太短，则电极之间产生的电位差对于控制器8中测量装置的测量灵敏度而言不够大。电极之间的最佳距离(中心到中心的距离)为3cm或更长。如果该距离太长，则测得的电压将受到皮下脂肪的分布和数量的影响。从而，电极之间的距离最好比对象腰围的1/6短。如果腰围为60到110cm，则第三电极组3的电极到电极的距离最好为3到10cm。
如第一实施例中所述，电极的形状为例如盘形或矩形。如果采用盘形电极，其直径可为0.6cm到3.5cm，最好为1.5cm到2.5cm。如果采用矩形电极，其横向长度可以为0.6到3cm，纵向长度为1.5到7cm。电极的表面形状可以为平坦、凹入或凸起。如果电极表面的曲率半径太小，则电极将不能完全贴在对象皮肤上，或电极与皮肤之间的接触面积随所施加的力而改变，从而使电气条件不稳定。因此，最好电极的曲率半径为5mm或更大。电极可以由镀有金属的合成树脂版，金属板或导电树脂板制成。为了减小接触电阻，可以在各个电极与对象皮肤之间施加导电液体，导电凝胶，导电膏或导电凝胶片。导电液体可以为含离子水，如自来水，化妆水或盐水。为了减小电极与对象皮肤之间的接触电阻，在压下控制器8上的开始按钮开始电测量之前，最好将电极放置在皮肤上数秒到数十秒。
图9表示根据第二实施例一种变型的人体脂肪测量设备。控制器8与带子5分隔开，并通过电线10与之相连。可以从控制器8或带子5上拆下电线10。可使用红外线或电磁波通过无线系统实现控制器8与带子5之间的连接。在这种情形中，控制器8和带子5均具有发射/接收电路。该无线系统可以应用于本发明其他实施例、变型例或其变形。
如上所述，控制器8包括电压测量装置(电路)和计算装置(电路)。控制器8还可以具有一可拆卸存储装置，如存储卡，用于保存计算结果。控制器8可以连接到无线或有线的控制/通信装置，如个人电脑或便携式电话，以控制电压测量、电流供给和计算操作，并传递计算结果。
第三变型例图10表示根据基于第二实施例的第三变型例的人体脂肪测量设备。该变型例采用弹性带子11取代第二实施例的无弹性带子5，并将带扣6安装在带子11一端。第三变型例的其他部件与第二实施例相同。弹性带子11可以由弹性或可伸长材料制成，如合成橡胶，天然橡胶，弹性纺织纤维或褶状合成树脂。带子11可以完全由弹性材料制成，或者可以为弹性和无弹性材料的混合物。通过围绕对象腰部伸长和缠绕带子11，并如第二实施例那样进行测量操作，用图10的设备测量人体脂肪量。
由于带子11由弹性或可伸长材料制成，故电极之间的距离是可调节的，并且随对象腰围改变电极组之间的距离。也就是说，当应用于不同腰围的对象时，第一到第三电极组基本上保持相对腰部位置不变。第一与第二电极组之间的距离L0最好为带子11未伸展长度的1/3到2/3。最好将电极组1到3设置在带子11上，使第一和第三电极组1和3之间的距离L1基本上等于第二和第三电极组2和3之间的距离L2。如果对象的腰围为60到90cm，则带子11的未伸展长度为56到59cm。在这种情形中，沿带子11方向第一和第二电极组1和2之间的距离可以为20到40cm。
如第二实施例，由关系式提供内脏脂肪量m与测得电压V之间的关系。关系式中指数n的典型值为n＝1到3。
根据第三变型例，控制器8可以与带子11分离，并且如图9例子那样通过电线与之相连。
第四变型例图11表示根据基于第二实施例的第四变型例的人体脂肪测量设备。无弹性带子5在两个位置处具有导轨12，并且第二电极组2和第三电极组3设置在导轨12上，从而该电极组可以在导轨12上移动。第四变型例的其他部分与第二实施例相同。用第四变型例的设备测量人体脂肪量的方法，根据对象腰围将第二和第三电极组2和3设置在对象上最佳位置处。其他操作与第二实施例相同。
根据第四变型例，第二和第三电极组2和3可在导轨12上移动。也就是说，可根据对象腰围沿带子5调节电极组之间的距离。第一和第二电极组1和2之间的距离L0最好为对象腰围U的1/3到2/3。最好使第一和第三电极组1和3之间的距离L1与第二和第三电极组2和3之间的距离L2相等。例如，第一和第二电极组之间的距离L0为对象腰围的1/2，第一电极组1与第三电极组3中心位置之间的距离L1’为腰围的1/4。希望将这些电极组设置规则应用于各个对象。导轨12可以沿其方向具有刻度线，从而第二和第三电极组2和3可以适当地设置在导轨12上。
根据第四变型例，如图9的例子那样，控制器8可以与带子5分离，并通过电线与之相连。
第五变型例图12表示根据基于第二实施例的第五变型例的人体脂肪测量设备。该设备具有带子5，而带子5上具有第二电极组接收孔13和第三电极组接收孔14，从而可将第二和第三电极组2和3安装到带子5上，和从带子5上拆下第二和第三电极组2和3。第五变型例的其他部分与第二实施例相同。将说明使用第五变型例设备的人体脂肪测量方法。根据对象腰围选择孔13和14中适当的孔，并将第二和第三电极组2和3放置在所选择的孔中。该方法的其他操作与第二实施例相同。当将第二和第三电极2和3放置在孔13和14中时，它们通过电线与控制器8电连接。
选择孔13和14中适当的孔，并将第二和第三电极组2和3设置在选定的孔中，可根据对象腰围沿带子5方向调节电极组之间的距离。第一和第二电极组1和2之间的距离最好为对象腰围的1/3到2/3。最好使第一和第三电极组1和3之间的距离与第二和第三电极组2和3之间的距离相等。例如，第一和第二电极组1和2之间的距离为对象腰围的1/2，并且第一电极组1与第三电极组3中心位置之间的距离为腰围的1/4。希望将这些电极组设置规则应用于各个对象。希望沿13和14设置刻度线，从而可根据刻度线将第二和第三电极组2和3适当设置。
第六变型例图13表示根据基于第二实施例的第六变型例的人体脂肪测量设备。该设备具有一第一电极组1，该第一电极组包括一以对象肚脐作为参考位置设置在对象腹部表面上的电极；一第二电极组2，该第二电极组2包括一设置在对象背部上的电极；一第三电极组3，该第三电极组包括设置在对象表面上该第一与第二电极组中间位置处的两个电极；一肚脐标记4，其表示设置该第一电极组1的参考位置；一将第一与第三电极组1与3彼此连接的臂15；一将第二与第三电极组2和3彼此连接的臂16；一调节臂15长度的滑块17；和一控制器8。该控制器8具有一测量装置，其在第一电极组1的电极与第二电极组2的电极之间供给电流，并测量第三电极组3的两个电极之间产生的电压；和一计算装置，其根据测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
控制器8可具有一输入装置，以输入诸如对象周长(腰围)、性别、年龄(如果需要)等的物理数据；和一显示器9，以显示所输入的数据和计算出的脂肪量。该计算装置根据测得的电压和诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的数据，计算该对象的腹部脂肪量。控制器8通过电线与第一、第二和第三电极组1，2和3电连接。该电线可以嵌入臂15和16中，从而它们不会防碍测量操作。
将说明利用第六变型例的设备测量人体脂肪量的方法。操纵控制器8以输入诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的物理数据。如图14所示，该设备从对象右腰窝安装到该对象腰部，从而第一和第二电极组1和2分别位于该对象的腹部和背部上。移动滑块17和18，以调节臂15和16的长度，并将第三电极组3紧固到对象腰窝上。肚脐标记4对准对象的肚脐，并将第一和第二电极组1和2压紧在对象皮肤上。按下控制器8上的开始按钮。然后，控制器8的测量装置在第一电极组1的电极与第二电极组2的电极之间供给电流，并测量第三电极组3两个电极之间产生的电压。控制器8的计算装置根据测得的电压和输入的与对象有关的物理数据，计算该对象的腹部脂肪量。计算出的脂肪量显示在显示器9上。
臂15和16由例如塑料(合成树脂)、橡胶、木材或陶瓷制成，并且均为C-形。利用滑块17和18调节臂15和16的长度，以使第一和第三电极组1和3之间的距离与第二和第三电极组2和3之间的距离相等。滑块17和18可以具有刻度线，从而可根据对象腰围进行调节。其上安装第二电极组2的支架可旋转地连接于臂16，以使第二电极组2的取向灵活，并实现第二电极组2与对象皮肤间的正常接触。第一电极组1(控制器8)与臂15之间的连接也可以旋转。
计算出的脂肪量通常为对象的内脏脂肪量，尤其是设置第一到第三电极组的对象身体横截面处的内脏脂肪面积。通常，具有大量内脏脂肪的人具有较大的总脂肪量(内脏与皮下脂肪量之和)。因此，第六变型例的设备可以近似对象的总脂肪量。
第六变型例在测量期间对象姿势和呼吸、电源和伏特计的特性、关系式的准备、第三电极组3的位置、第三电极组3的两个电极之间的距离、电极形状和材料等方面，均仿照第二实施例。
第七变型例图15表示根据基于第二实施例的第七变型例的人体脂肪测量设备。该设备具有一第一电极组19，该第一电极组包括以对象肚脐作为参考位置设置在对象腹部表面表面上的两个电极；一第二电极组20，该第二电极组包括设置在对象背部上的两个电极；一第三电极组3，该第三电极组包括设置在对象表面上该第一与第二电极组19与20之间中间位置处的两个电极；一肚脐标记21，其表示设置该第一电极组19的参考位置；一脊柱标记22，其表示设置该第二电极组20的参考位置；一控制器8；以及将该控制器8电连接到第一到第三电极组上的电线23。
控制器8具有一选择器，其选择该第一电极组19两个电极中的一个，和第二电极组20两个电极中的一个；一测量装置，其在所选择的第一和第二电极组19和20的电极之间供给电流，并测量第三电极组3的两个电极之间产生的电压；以及一计算装置，其根据测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。该控制器8可以具有一输入装置，以输入诸如对象的周长(腰围)、性别、年龄(如果需要)等的物理数据；以及一显示器9，其显示该输入的数据和计算出的脂肪量。该计算装置根据测得的电压和诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的数据，计算该对象的腹部脂肪量。利用粘合材料或诸如吸盘的附加装置将第一到第三电极组固定到对象表面上。
将说明利用图15的设备测量人体脂肪量的方法。肚脐标记21对准对象的肚脐，且第一电极组19贴在对象身体24的腹部表面上。脊柱标记22对准对象的脊柱，且第二电极组20贴在身体背部表面上。第三电极组3贴在身体24表面上该第一与第二电极组19与20之间的中间位置处。此时，第二和第三电极组20和3的高度最好与第一电极组19的高度相同。例如，使用激光指示器朝向身体24表面发射激光束，确定电极组3和20固定的高度。例如，该电极组的固定高度为该对象肚脐的高度。可以沿身体24使用刻度尺测量第一和第二电极组19和20之间的中间位置，并将第三电极组固定到测得的中间位置。操纵控制器8以输入诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的物理数据。按下控制器8上的开始按钮，从而控制器8的选择器从第一和第二电极组19和20每一组中选择一个电极。控制器8的测量装置在第一和第二电极组19和20的选定电极之间供给电流，并测量第三电极组3的两个电极之间产生的电压。控制器8的计算装置根据测得的电压和输入的物理数据计算该对象的腹部脂肪量，并在显示器9上显示出计算出的脂肪量。
计算出的脂肪量通常为该对象的内脏脂肪量，具体来说是对象身体固定第一到第三电极之处横截面上的内脏脂肪横截面面积。通常，具有大量内脏脂肪的人具有较大的总脂肪量(内脏与皮下脂肪量之和)。因此，第七变型例的设备可近似对象的总脂肪量。
可以使用该设备测量第三者的人体脂肪量。在这种情形中，图15的身体24为将要测量人体脂肪量的第三者的身体。
根据第七变型例的电极组3，19和20具有由粘性材料制成的固定部分或诸如吸盘的附件，从而该电极组可以固定到身体24的表面上。每个固定部分均可具有粘性导电凝胶，粘性导电凝胶片，吸盘或采用胶带的结构。
在图15中，利用沿身体24表面弯曲的薄塑料板25同时支撑各电极组中的两个电极。塑料板25基本上不可伸长，从而电极之间的距离保持为恒定数值，并且塑料板25的柔性使电极稳定地与身体24表面相接触。塑料板25可以是透明的，以能通过塑料板25看到身体24的表面。在将电极组固定到身体24上时，易于实现肚脐标记21和脊柱标记22的定位。可从电极组3，19和20上拆下电线23。当将电极组固定到身体24的表面上时，从电极组拆下电线23，并在电极组固定到身体24上之后，将电线23与电极组相连。这可避免电线23妨碍电极组固定到身体24上，使之易于将电极组固定到身体24上。为了使电线23可从电极组拆下，电线23可以通过例如线夹(机械连接)或磁铁(磁连接)与电极组相连。
第七变型例在测量期间对象的姿势和呼吸、电源和伏特计的特性、关系式的准备、第三电极组的位置、第三电极组两个电极之间的距离、电极的形状和材料等方面，均仿照第二实施例。
在图15中，第一和第二电极组19和20均包括多个电极。从第一和第二电极组各选择一个电极，使电流可沿不同方向流动。电流连续沿不同方向流过，并可连续测量第三电极组3的两个电极之间产生的电压，以根据多个测得的电压正确计算内脏脂肪量。可以根据多变量分析准备测得的电压V1，V2，…和Vp与内脏脂肪量m的关系式如下m＝a0+(a1·V1+a2·V2+…+ap·Vp)·Un＝a0+Un∑iai·Vi其中a0，a1，…，ap为回归系数，U为对象的腰围，n为可以为零或正实数并且被确定为可提供最佳关系的指数。如果量m为诸如内脏脂肪横截面面积的绝对值，则一般n＝3。如果量m为相对值，如内脏脂肪横截面面积与对象身体总横截面面积的比，则一般n＝1。为了提高计算精度，可根据对象性别使用不同的关系式。
图16A和16B表示通过从第一和第二电极组19和20选择不同电极构成的电流通路的例子。
<男性与女性之间的相关性差别>
图26A和26B的曲线表示由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)与由第七变型例的设备测得的值之间的关系，其中图26A的数据有关男性，图26B的数据有关女性。本发明人通过实验获得图26A和26B中的数据。横坐标表示测得的电压乘以(腰围)3，纵坐标表示根据由X-射线CT系统采集的腹部层析图像获得的内脏脂肪面积。黑点代表被检测的男性与女性对象。使用图15的人体脂肪测量设备，使1mA 100kHz AC电流通过图16中的电流通路，进行实验。在室温下测量电压。
如从图26A和26B显然可以看出，男性与女性之间存在明显差别。在使用本发明的人体脂肪测量设备时，最好分别准备针对男性和女性的关系式，并根据通过控制器8的输入装置输入的对象性别，采用其中之一。
<考虑到年龄对人体脂肪量(内脏脂肪量)的计算>
本发明的人体脂肪测量设备所用的关系式中将对象年龄Z包含在内，提高了内脏脂肪量的计算精度。
图28的曲线表示由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)S与用不考虑年龄的关系式计算出的内脏脂肪面积之间的关系。根据本发明人进行的实验获得这些关系。利用图15的人体脂肪测量设备，使1mA 100kHz的AC电流通过图16A的电流通路，进行实验。在室温下测量电压。被检测对象为男性。横坐标表示由下面的关系式计算出的内脏脂肪面积SS＝a0+a1·V·U3其中V为测得的电压，U为对象的腰围。实验表明复相关系数为R＝0.856。
图29的曲线表示由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)与用将年龄考虑在内的关系式计算出的内脏脂肪面积之间的关系。横坐标表示根据下面的关系式计算出的内脏脂肪面积SS＝a0+a1·V·U3+b·Z其中V为测得的电压，U为对象的腰围，Z为对象的年龄，a0，a1和b为回归系数。实验表明复相关系数为R＝0.928。
如从图28与29的比较显然可以看出，将对象年龄增加到关系式中，如图29，获得接近于“1”的复相关系数，表明所计算内脏脂肪量的精度提高。图27的曲线表示年龄与由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量(面积)之间的关系，表明对象的年龄Z与由X-射线CT系统测得的内脏脂肪面积具有弱相关性，即相关系数为R＝0.0424。从而，除了期望将对象年龄Z与测得的电压V和对象腰围U结合以外，还希望更大提高由X-射线CT系统测得的内脏脂肪量与由本发明的设备测得的内脏脂肪量之间的相关性。上述改善可能来自于包含对象年龄的关系式适当校正估计对象内脏脂肪面积时该对象电阻抗的年龄依赖性这个事实。
第二实施例和基于第二实施例的变型例3到7其中任何一个都可以在输入装置中输入对象的年龄Z，并将年龄Z包含在说明变量中，以提高用于估计内脏脂肪量的关系式的精度。该关系式如下m＝a0+a1·V·Un+b·Zm＝a0+a1·V·Un+a2·Un′+b·Z或a0·m3+a1·m2+a2·m+a3＝V·Un+b·Z其中b为回归系数。根据第七变型例，还可以采用下面的公式m＝a0+(a1·V1+a2·V2+…+ap·Vp)·Un+b·Z＝a0+Un∑iai·Vi+b·Z(i＝1，2，…p)根据图15中的设备，第一和第二电极组19和20均具有多个电极。在这种情形中，适当选择供电电极和电压测量电极，测量多个电压，以计算人体脂肪量。例如，向从第一和第二电极组19和20选择出的各个电极供给电流。使用第一和第二电极组19和20的其余电极测量它们之间产生的电压V’，以获得相应腹部区域处的总脂肪量m’。例如，总脂肪量为皮下脂肪横截面面积与内脏脂肪横截面面积之和。可根据多变量分析准备包含电压V’和总脂肪量m’的关系式如下m′＝a0+a1·V′·Un或m′＝a0+a1·V′·Un+b·Z其中a0，a1和b为回归系数，U为对象腰围，n为可以为零或正实数并且被确定为可提供最适宜关系的指数。
第三实施例图17表示根据本发明第三实施例的人体脂肪测量设备。该设备测量皮下脂肪量以及内脏脂肪量，且皮下脂肪量可以为对象(人)皮下脂肪层的厚度或横截面面积，内脏脂肪量可以为该对象中的内脏脂肪横截面面积。
第三实施例的设备具有一第一电极组28，该第一电极组包括以对象肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的三个电极；一第二电极组29，该第二电极组29包括设置在该对象背部上的三个电极；一肚脐标记30，其表示设置第一电极组28的参考位置；一脊柱标记31，其表示设置第二电极组29的参考位置；一将第一与第二电极组28与29彼此连接的电线32；和一控制器8。该控制器8具有一测量装置，其在从第二电极组29选择出的两个电极之间供给电流，并测量从第一电极组28选择出的一个电极与从第二电极组29选择出的一个电极之间产生的电压。该控制器8还具有一计算装置，以根据测得的电压计算该对象腹部的人体脂肪量。该控制器8可以具有一输入装置，其输入诸如该对象周长(腰围)、性别、年龄(如果需要)等的物理数据；和一显示器9，其显示所输入的数据和计算出的脂肪量。
该计算装置根据测得的电压和诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的数据计算该对象的腹部脂肪量。控制器8通过电线与第一和第二电极组28和29电连接。连接控制器8与第二电极组29的电线可以嵌入缆线32中。缆线32可以为由塑料(合成树脂)、橡胶、木材或陶瓷制成的C-型臂。
将说明利用第三实施例的设备测量人体脂肪量的方法。操纵控制器8以输入物理数据，如将要测量人体脂肪量的对象的腰围、性别和年龄(如果需要)。将肚脐标记30对准对象的肚脐，并用一只手将第一电极组28压紧在对象腹部表面上。利用另一只手，将脊柱标记31对准该对象的脊柱，并将第二电极组29压紧在对象背部。保持这种状态不变，并按下控制器8上的开始按钮。从而，控制器8的测量装置在从第二电极组29中选择出的两个电极之间供给电流，并测量从第一电极组28中选择出的一个电极与从第二电极组29中选择出的一个电极之间产生的电压V1。控制器8的计算装置根据测得的电压V1和输入的物理数据，计算该对象的腹部脂肪量。在显示器9上显示计算出的脂肪量。肚脐标记30和脊柱标记31用于指示对象身体表面上设置电极组28和29的位置。这使电极能在具有任何腰围的任何对象上稳定地保持相对位置不变。图18表示测量电压V1时由第三实施例的设备形成的电流通路的一个例子。
根据第三实施例的人体脂肪测量设备能测量皮下脂肪量，皮下脂肪量可以是对象身体上设置第一和第二电极组28和29的横截面处的皮下脂肪厚度或横截面面积；以及内脏脂肪量，内脏脂肪量可以为同一横截面处的内脏脂肪横截面面积。
从设置在对象背部上的第二电极组29中选择两个供电电极，从而它们在对象背部上皮下脂肪附近流过电流。因此，测得的电压V1相当于该对象背部上皮下脂肪的厚度。根据电压V1，可计算出背部上设置第二电极组29之处的平均皮下脂肪厚度d。根据电压V1，还可以近似得出对象身体横截面上的皮下脂肪横截面面积S。
为了计算给定对象的皮下脂肪厚度d和横截面面积S，必须准备出将这些量与测得电压联系起来的关系式，并保存在控制器8的计算装置中。为了准备出该关系式，通过与上述相同方式对多个具有不同皮下脂肪量的对象测量电压V1。在测量对象上的电压时，可以将相同电流或不同电流施加给该对象。当将不同电流施加给对象时，必须基于一个电流将测得的电压标准化。为了测量该对象皮下脂肪的厚度d和横截面面积S，采用X-射线CT系统或MRI系统来提供该对象的层析图像，并基于层析图像，得出皮下脂肪厚度和横截面面积。
可以通过多变量分析和利用线性多项式近似准备出上述关系式。例如，提供皮下脂肪厚度d的关系式如下d＝a0+a1·V1·Un其中a0和a1为回归系数，U为对象腰围，n为可以为零或正实数的指数，其被确定为提供最适宜关系的指数且一般为1。同样，提供皮下脂肪横截面面积S的关系式如下S＝a0+a1·V1·Un如果S为皮下脂肪横截面面积的绝对值，则n一般为2。如果S为皮下脂肪横截面面积与总横截面面积的比，则n一般为零。可以增加说明变量的数量，以提高关系式的精度。例如，可采用下式d＝a0+a1·V1·Un+a2·Un′和S＝a0+a1·V1·Un+a2·Un′其中a2为回归系数，n’为零或正实数且被确定为可提供最适宜关系的指数。可根据非线性多项式准备该关系式，以提高计算精度。
可以在控制器8的输入装置中输入对象的年龄Z，从而年龄Z包含在说明变量中，以提高该关系式的精度，如下所示d＝a0+a1·V1·Un+b·Z 或者d＝a0+a1·V1·Un+a2·Un′+b·ZS＝a0+a1·V1·Un+b·Z 或者S＝a0+a1·V1·Un+a2·Un′+b·Z其中b为回归系数。
为了进一步提高计算精度，可以根据对象性别使用不同关系式。也就是说，分别针对男性和女性准备关系式，并根据输入装置中输入的对象性别选择用于脂肪计算的关系式。根据所选择的关系式和测得的电压V1，计算对象皮下脂肪的厚度d或横截面面积S。
图17的人体脂肪测量设备的第一电极组28中有三个或多个电极。因此，除测量电压V1以外，控制器8的测量装置可以在从第一电极组28中选择出的两个电极之间供给电流，并且测量从第一电极组28选择出的一个电极与从第二电极组29选择出的一个电极之间产生的电压V2，以提高皮下脂肪横截面面积S的计算精度。在这种情形中，控制器8的计算装置可以保存下列关系式S＝a0+(a1·V1+a2·V2)·Un其中a2为另一回归系数。该关系式可以包括年龄项“+b·Z”。图19表示测量电压V2的电流通路的一个例子。
根据测得的电压V1和输入的腰围U，第三实施例能测量内脏脂肪量，如对象身体上设置第一和第二电极组28和29的横截面处内脏脂肪横截面面积。电压V1相当于皮下脂肪量，腰部测量结果相当于总脂肪量(内脏和皮下脂肪量之和)。从而，它们之差相当于内脏脂肪量。
为了计算内脏脂肪量，提前准备将电压V1和腰围U与内脏脂肪量m联系起来的关系式，并保存在控制器8的计算装置中。为了准备该关系式，采用第二实施例的技术。可以通过多变量分析和利用线性多项式近似准备该关系式。例如，由下式给出该关系式m＝a0+a1·Un′-a2·V1·Un其中a0，a1和a2为回归系数，U为对象腰围，n和n’为可以为零或正实数的指数，并被确定为可提供最适宜关系。如果量m表示内脏脂肪横截面面积绝对值，则一般n’＝1到2且n＝2。可以将该关系式准备成非线性多项式形式，以提高计算精度。
可以在控制器8的输入装置中输入对象的年龄Z，从而年龄Z包含在说明变量中，以提高关系式的精度，如下所示m＝a0+a1·Un′-a2·V1·Un+b·Z其中b为回归系数。为了进一步提高计算精度，可根据对象性别使用不同的关系式。也就是说，分别针对男性和女性准备关系式，并根据输入装置中输入的对象性别选择用于对象脂肪计算的关系式。根据所选择的关系式、测得的电压V1和对象腰围U，计算该对象的内脏脂肪量m。
图17的人体脂肪测量设备在第一电极组28中具有三个或多个电极。因此，除测量电压V1以外，控制器8的测量装置可以测量上述电压V2，以便提高内脏脂肪量m的计算精度。在这种情形中，控制器8的计算装置可以保存下列关系式m＝a0+a1·Un′-(a2·V1+a3·V2)·Un或m＝a0+a1·Un′-(a2·V1+a3·v2)·Un+b·Z图17的人体脂肪测量设备在第一电极组28中包括不止两个电极。因此，控制器8的测量装置可以在从第一电极组28选择出的一个电极与从第二电极组29选择出的一个电极之间供给电流，并测量第一电极组28的一个剩余电极与第二电极组29的一个剩余电极之间产生的电压V3，以便提高内脏脂肪量m的计算精度。图20表示测量电压V3的电流通路的一个例子。在这种情形中，计算装置中保存的关系式可以如下m＝a0+a1·Un′+(a2·V3-a3·V1)·Un或m＝a0+a1·Un′+(a2·V3-a3·V1-a4·V2)·Un该公式可以包含年龄项“b·Z”。与腰围U相同，电压V3与总脂肪量相应，从而该公式可以省略“a1·Un′”项。
第二电极组29的电极之间的距离被设置在最佳范围之内。两个供电电极之间的距离较好小于对象腹部周长的1/6，最好小于对象腹部周长的1/8。如果该距离太长，则电极之间供给的电流将流到对象身体内部深处，从而测得的电压V1受该对象肌肉和内脏脂肪的分布和数量的影响。如果该距离太短，则随皮下脂肪厚度增大，测量装置的测量灵敏度下降，此外测得的电压V1受电极形状和尺寸的影响。电压测量电极与该电压测量电极附近的供电电极之间的距离，最好为对象皮下脂肪厚度的大约0.5到3倍。如果该距离太大，则由于皮下脂肪导致的压降对于所测电压V1的贡献变小，降低测量精度。此外，较大距离会降低该测量装置在具有较薄皮下脂肪层的对象上的测量灵敏度。如果该距离太短，则该设备的测量灵敏度随皮下脂肪加厚而降低，而且测得的电压V1受电极的形状与尺寸以及电极与对象之间接触状态的影响。如果对象的腰围为60到90cm，并且该对象的皮下脂肪厚度为1到4cm，则较好将供电电极之间的距离(中心到中心的距离)设定为1到15cm，最好为2到10cm。并且较好将电压测量电极与和该电压测量电极相邻的供电电极之间的距离(中心到中心距离)设定为0.6到10cm，最好为1到6cm。相同电极距离适用于第一电极组28的电极。
第三实施例在测量期间对象的姿势和呼吸、电源和伏特计的特性、电极形状和材料等方面仿照第二实施例。
第八变型例图21表示根据基于第三实施例的第八变型例的人体脂肪测量设备。该设备具有一第一电极组28，该第一电极组包括以对象肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的三个电极；一第二电极组29，该第二电极组29包括设置在对象背部上的三个电极；一肚脐标记30，其指示设置第一电极组28的参考位置；一脊柱标记31，其指示设置第二电极组29的参考位置；一控制器8；和将第一与第二电极组28及29电连接在控制器8上的电线23。控制器8具有一测量装置，其在从第二电极组29选择出的两个电极间供给电流，并测量从第一电极组28选择出的一个电极与从第二电极组29选择出的一个电极之间产生的电压。该控制器8还具有一计算装置，其根据测得的电压计算该对象腹部的人体脂肪量。控制器8可以具有一输入装置，以输入诸如对象周长(腰围)、性别、年龄(如果需要)等的物理数据；和一显示器9，以显示该输入的数据和计算的脂肪量。计算装置根据测得的电压和诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的数据，计算该对象的腹部脂肪量。用粘合材料或者诸如吸盘的附件将第一和第二电极组28和29固定导对象表面上。
将说明利用图21的设备测量人体脂肪量的方法。将肚脐标记30对准对象的肚脐，并将第一电极组28固定到该对象身体24的腹部表面上。将脊柱标记31对准对象的脊柱，并将第二电极组29固定到身体24的背部表面上。最好使第二电极组29的固定高度与第一电极组28相同。例如，使用激光指示器将一激光束发射到身体24的表面上，以确定电极组的固定高度。电极组的固定高度为，例如该对象肚脐的高度。操纵控制器8以输入诸如对象腰围、性别和年龄(如果需要)的物理数据。按下控制器8上的开始按钮，且控制器8的测量装置在从第二电极组29选择出的两个电极间供给电流，并测量从第一电极组28选择出的一个电极与从第二电极组29选择出的一个电极之间产生的电压。控制器8的计算装置根据测得的电压和输入的物理数据，计算该对象的腹部脂肪量。在显示器9上显示出计算出的脂肪量。
可以使用该设备测量第三方的人体脂肪量。在这种情形中，图21的身体24为将要测量人体脂肪量的第三方的身体。
第八变型例在可测量的人体脂肪量、测量原理、准备关系式的技术、电极组的电极之间的距离等方面仿照第三实施例。图22，23和24分别表示为测量第三实施例中定义的电压V1，V2和V3而形成的第八变型例中电流通路的例子。根据第二实施例的第七变型例的说明中有关具有粘合材料或诸如吸盘的附件的结构，基本上适用于第八变型例。第八变型例在测量期间对象的姿势和呼吸、电源和伏特计的特性、电极的形状和材料等方面仿照第二实施例。
本发明第二与第三实施例的组合可提供另一种人体脂肪测量设备。图25表示一种根据基于第二实施例的第七变型例与基于第三实施例的第八变型例的组合的人体脂肪测量设备的例子。
在图25中，控制器8中的测量装置在第一电极组28的三个电极之一与第二电极组29的三个电极之一间供给电流，测量第三电极组3的两个电极之间产生的电压V，在从第二电极组29选择出的两个电极之间供给电流，并测量从第一电极组28选择出的一个电极与从第二电极组29选择出的一个电极之间产生的电压V1。控制器8的计算装置根据电压V，并通过第二实施例第七变型例的方法计算内脏脂肪量，同时，根据电压V1并通过第三实施例第八变型例的方法计算内脏脂肪量。在显示器9上显示出所计算的内脏脂肪量。
将根据这两种方法计算出的内脏脂肪量相互比较，以提高脂肪量计算的可靠度。如果它们彼此区别很大，则显示器9可能显示出提示重新测量的信息。
根据本发明，可以使用不同频率电流进行人体脂肪测量，并将测得的结果相互比较，以提高人体脂肪测量的可靠性。
第二和第三实施例的任何一种人体脂肪测量设备均可将一日之内对象(人)的电阻抗变化考虑在内。也就是说，可根据测量时间校正测得的电压，以便校正该对象电阻抗随时改变引起的所计算人体脂肪量的误差。在进食之前和之后，人体胃部状态发生改变。因此，可根据进食之后到测量时经过的时间，校正测得的电压。这可以校正由于进食导致的所计算人体脂肪量的误差。该计算装置可保存一参考电压范围，从而当由于例如，对象皮肤与电极之间不适当接触引起测得电压偏离该参考电压范围时，在显示器9上显示出错误信息。
可以将测得的人体脂肪量如内脏脂肪横截面面积或皮下脂肪横截面面积，显示为以cm2或英寸2为单位的绝对值。或者，测得的脂肪面积可以乘以适当的系数，以提供一标准化数值。当以cm2为单位显示脂肪面积时，可以按照1cm2，2cm2，5cm2，10cm2，20cm2等的间隔进行显示。如果采用大间隔，如10cm2和20cm2，则不仅可以显示脂肪面积的绝对值，而且可以同时显示具有更小间隔的标准化数值或测得的电压，以灵敏地表示出脂肪量的变化。这在以英寸为单位显示测得的脂肪量时同样适用。测得的人体脂肪量可以与用于传统人体脂肪计的人体脂肪比联系起来并转换成人体脂肪比，且以人体脂肪比形式显示在显示器9上。医学观点认为内脏脂肪会引起与生活方式相关的疾病，如高血脂、糖尿病、高血压等。可以基于测得的内脏脂肪量在显示器9上显示健康忠告。
如上所述，根据本发明的人体脂肪测量设备易于应用于对象，并易于精确测量诸如对象皮下脂肪层厚度或横截面面积的皮下脂肪量和内脏脂肪量。
本申请要求2001年2月22日申请的日本专利申请No.2001-046661，2001年4月13日申请的No.2001-115607和2001年7月6日申请的No.2001-206937的优先权，这些申请的全部内容在此引作参考。虽然上面参考本发明某些实施例描述了本发明，不过本发明不限于上述实施例。根据其教导，本领域技术人员显然可以想到上述实施例的变型和改变。参考后面的权利要求限定本发明的范围。
权利要求
1.一种用于测量人体脂肪的设备，包括一第一电极组，其包括至少一个以对象肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的电极；一第二电极组，其包括至少一个设置在该对象背部表面上的电极；一第三电极组，其包括至少两个设置在该对象表面上该第一与第二电极组之间中间位置处的电极；一测量装置，以测量该第三电极组预先确定的两个电极之间产生的电压，且该电压响应从该第一电极组选择出的一个电极与从第二电极组选择出的一个电极之间供给的电流产生；以及一计算装置，以根据测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
2.如权利要求1所述的设备，还包括一输入装置，以输入该对象腹部的周长，该计算装置根据测得的电压和所输入的周长，计算该对象的腹部脂肪量。
3.如权利要求1所述的设备，其中该第二电极组以对象脊柱为基准设置在该对象背部表面上。
4.如权利要求1和2中任何一个所述的设备，其中该第一、第二和第三电极组安装在一基本上无弹性的带子上；并且该第一和第三电极组之间的距离基本等于该第三和第二电极组之间的距离。
5.如权利要求1和2中任何一个所述的设备，其中该第一、第二和第三电极组安装在一弹性带子上；并且通过带子的弹性调节电极组之间的距离。
6.如权利要求1和2中任何一个所述的设备，其中该第一、第二和第三电极组安装在一基本上无弹性的带子上；并且该带子具有调节电极组之间距离的调节器。
7.如权利要求1和2中任何一个所述的设备，还包括将第一与第三电极组相互连接，将第二与第三电极组相互连接的连接件。
8.如权利要求1和2中任何一个所述的设备，还包括将该第一、第二和第三电极组固定到该对象表面上的附件。
9.如权利要求1所述的设备，其中该腹部脂肪量为内脏脂肪量。
10.一种用于测量人体脂肪的设备，包括一第一电极组，其包括至少一个设置在对象腹部表面上的电极；一第二电极组，其包括至少一个设置在该对象背部表面上的电极；一第三电极组，其包括至少两个设置在该对象表面上该第一与第二电极组之间中间位置处的电极；一测量装置，以测量该第三电极组预先确定的两个电极间产生的电压，且该电压响应从该第一电极组选择出的一个电极与从该第二电极组选择出的一个电极之间供给的电流产生；一输入装置，以输入对象腹部周长、对象性别，并且如果需要还输入对象的年龄；以及一计算装置，以根据测得的电压和所输入的对象周长、性别和年龄，计算该对象的内脏脂肪量。
11.一种用于测量人体脂肪的带子，包括一待与对象肚脐对准的肚脐标记；一第一电极组，其包括至少一个通过将该肚脐标记对准该对象肚脐而设置在该对象腹部表面上的电极；一第二电极组，其包括至少一个设置在该对象背部表面上的电极；以及一第三电极组，其包括至少两个设置在该对象表面上该第一与第二电极组之间中间位置处的电极。
12.如权利要求11所述的带子，还包括一电源电路，以在从该第一电极组选择出的一个电极与从第二电极组选择出的一个电极之间供给电流；一电压测量电路，以测量该第三电极组预先确定的两个电极之间产生的电压；和一计算电路，以根据测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
13.如权利要求11所述的带子，还包括一输入装置，以输入该对象腹部的周长，该计算电路根据测得的电压和所输入的周长计算该对象的腹部脂肪量。
14.如权利要求12所述的带子，还包括一和与该带子分离的控制装置进行通信的发送/接收电路，该发送/接收电路发送与计算出的脂肪量有关的信息，并接收与电压测量有关的信息。
15.一种用于测量人体脂肪的设备，包括一第一电极组，其包括至少一个以对象肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的电极；一第二电极组，其包括至少三个设置在该对象背部表面上的电极；一测量装置，以在从该第二电极组选择出的两个电极之间供给电流，并测量从该第一电极组选择出的一个电极与从该第二电极组选择出的一个电极之间产生的电压；以及一计算装置，以根据测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
16.如权利要求15所述的设备，还包括一输入装置，以输入该对象腹部的周长，该计算装置根据测得的电压和所输入的周长计算腹部脂肪量。
17.如权利要求15所述的设备，其中以该对象脊柱为基准该第二电极组设置在该对象背部表面上。
18.如权利要求15所述的设备，还包括一将该第一与第二电极组彼此连接的连接件。
19.如权利要求15所述的设备，还包括将该第一和第二电极组的电极固定到该对象表面上的附件。
20.如权利要求15所述的设备，其中该腹部脂肪量为内脏脂肪量或皮下脂肪量。
21.一种用于测量人体脂肪的设备，包括一第一电极组，其包括至少一个设置在对象腹部表面上的电极；一第二电极组，其包括至少三个设置在该对象背部表面上的电极；一测量装置，以在从该第二电极组选择出的两个电极之间供给电流，并测量从该第一电极组选择出的一个电极与从该第二电极组选择出的一个电极之间产生的电压；一输入装置，以输入该对象腹部的周长、对象性别、并且如果需要还输入对象年龄；以及一计算装置，以根据测得的电压和所输入的对象周长、性别和年龄，计算该对象的内脏脂肪量。
22.一种用于测量人体脂肪的设备，包括两个设置在对象圆周表面上的供电电极，且该电极之间的距离远小于该对象的周长；一第一测量电极，设置在该对象上该供电电极其中之一附近；一第二测量电极，设置在该对象上横跨该对象基本上与该供电电极相对；一电压测量装置，以在该供电电极之间供给电流，并测量该第一与第二测量电极之间产生的电压；以及一计算装置，以根据测得的电压和代表该对象尺寸的特征量，计算该对象的内脏脂肪量。
23.一种用于测量人体脂肪的设备，包括两个设置在对象圆周表面上的供电电极，且该电极之间的距离远小于该对象的周长；两个均设置在对象上该供电电极附近的测量电极；一电压测量装置，以在该供电电极之间供给电流，并测量该测量电极之间产生的电压；以及一计算装置，以根据测得的电压和代表该对象尺寸的特征量计算该对象的内脏脂肪量。
24.一种用于测量人体脂肪的设备，包括两个供电电极，其设置在对象圆周表面上横跨该对象基本上彼此相对；两个设置在该供电电极其中之一附近的测量电极，且该测量电极之间的距离远小于该对象的周长；一测量装置，以在该供电电极之间供给电流，并测量该测量电极之间产生的电压；以及一计算装置，以根据测得的电压和代表该对象尺寸的特征量计算该对象的内脏脂肪量。
全文摘要
一种设备，该设备具有一第一电极组(1)，其包括至少一个以对象(人)肚脐为参考位置设置在该对象腹部表面上的电极；一第二电极组(2)，其包括至少一个设置在该对象背部表面上的电极；一第三电极组(3)，其包括至少两个设置在该对象表面上该第一与第二电极组(1，2)之间中间位置处的电极；以及一控制器(8)，其在从该第一电极组(1)选择出的一个电极与从该第二电极组(2)选择出的一个电极之间供给电流，测量该第三电极组(3)两个电极之间产生的电压，并根据测得的电压计算该对象的腹部脂肪量。
文档编号A61B5/053GK1492744SQ0280536
公开日2004年4月28日 申请日期2002年2月15日 优先权日2001年2月22日
发明者恩田智彦, 片岛充弘, 野岛润一, 藤波进, 田代和宏, 一, 宏, 弘 申请人:花王株式会社