专利名称：人体脂肪成分测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医疗仪器的改进，确切地说它是一种用于测量人体脂肪成份的装置。
测量人体脂肪成份是评价人体肥胖程度及营养状况的客观指标。肥胖和营养不良同时危害着人类的健康。肥胖不仅影响人体健美，还是许多疾病的祸根，也是加速人体衰老的重要原因，肥胖直接影响到人的寿命。肥胖者患糖尿病、脑出血、冠心病、高血压、肝硬化、胆结石等疾病的机率是正常人的2至3倍，肥胖者的寿命较正常人明显缩短。目前多以体重来判断肥胖的程度，但体重过重与肥胖有着很大的区别，体重过重有两种情况一是体内肌肉较多，而脂肪并不过多，这种情况实际上并不是肥胖；另一种情况是体内脂肪过多，这才是真正的肥胖。因此，测量人体内的脂肪含量对客观评价人体肥胖程度就显得十分必要。另一方面，营养不良也正严重危害着世界上数亿人的健康，测量人体体内脂肪含量也是评价人体营养状况的重要指标。目前测量人体脂肪成份的主要方法有五种水下称重密度法、同位素标记法、用体重与身高粗略估算法、红外线分析法及超声波测量法。这些方法的理论基础是将人体成份分为脂类和非脂类两大物质，即通常所称的“二室模型”。这些方法虽在临床上不同程度地起了一定的作用；但是，它们要么设备庞大，价格昂贵，要么技术复杂，难以使用，且其效果均不够理想。
上述已有技术在《中华预防医学杂志》1983年第63卷第6期pp386－389由徐爱华等撰写的“对肥胖的几种估计方法”及《The AmericanJournal of Clinical Nutrition》1984年第40卷pp1123－1130由Conway JM等撰写的“A new approch for the estimation of bodycompositioninfrared interactance”文章中均有反映。
本实用新型目的就在于克服已有技术的不足，而研制出来的一种利用交流信号通过人体时人体体内电阻阻值的大小与体内脂肪含量的多少的相关性来测量人体脂肪成份的装置。
图1是本实用新型外部结构和测量状态示意图。其中1是壳体、2是开关、3是指示灯、4是打印机、5是按键、6是数码管、7是电极、18、19、20、21是连接线、22是被测人体。
图2是本实用新型电原理图。其中8是信号发生器、9是电极连接线路、10是信号变换器、11是中央控制器。
图3是电极7的结构示意图。其中12是导电膏、13是环形铝电极、14是外壳、15是园形铝电极、16是绝缘材料、17是固定栓。
图4是程序流程图。
本实用新型的原理是根据当交流信号通过人体时，人体体内电阻阻值的大小与体内脂肪含量的多少的相关性，即体内脂肪含量越多，人体体内电阻阻值越大的这种内在关系，通过测量人体体内电阻阻值来间接换算出人体脂肪成份(Fat)。其表达式为Fat＝K1·Wt－K2·Ht－K3·R＋K0式中K0、K1、K2、K3分别是常数，R为交流信号通过人体时所测量出的人体体内电阻阻值，Wt为被测人体体重(Kg)，Ht为被测人体的身高(m)，Fat为被测人体的脂肪成份绝对量，单位为Kg。
本实用新型的实现是将一标准电阻与被测人体串联，当交流信号通过被测人体和标准电阻时均会产生电压降。由此可以通过人体体内电阻与标准电阻上的电压降之比及标准电阻的阻值来计算出被测人体体内电阻阻值，从而再进一步换算出被测人体的脂肪含量。
参见图1和图2按图1将两个电极7，一个置于被测人体的手背表面，另一个置于其脚背表面。其具体连接方式是信号发生器8输出的信号V1经连接线18与置于手背表面的电极7的环形铝电极13相接，并送至第1个信号变换器10的输入端，而连接线19与手背表面圆形铝电极15相连接，于是在手背表面的环形铝电极和圆形铝电极之间行成一个r手电阻，且获得一个电压信号V2并送至第2个信号变换器10的输入端。同样连接线20与置于脚背表面的电极7的环形铝电极13及第3个信号变换器10的输入端相连接，而连接线21与圆形铝电极15、第4个信号变换器10的输入端及与人体串联的标准电阻R5(10KΩ)相连接。同手背表面一样，在脚背表面也会形成一个r脚电阻，并可获得一个电压信号V3送至第3个信号变换器10的输入端，在标准电阻R5上也会获得一个电压信号V4，并送至第4个信号变换器10的输入端。于是不难解释在r手与r脚之间就会得到作用于被测人体的电压降｜V2－V3｜，即有一个被测人体体内电阻R存在，且r手、R、r脚、R5相互串联起来，与信号发生器8构成一个回路。接通电源后，由信号发生器8产生的交流信号在流经相互串联的人体体内电阻R和标准电阻R5的两端时分别产生交流电压降。利用变换器10将这些交流电压信号转换成直流电压信号，然后再经模／数(A／D)转换将直流电压信号变换成计算机能识别的数字信号，并输入中央控制器10进行分析处理后计算出人体的阻值R(Ω)。即R＝ (被测人体上电压降)/(标准电阻上电压降) ×标准电阻阻值＝ (｜V2－V3｜)/(V4) ·R5然后再结合被测人体的身高Ht、体重Wt等因素换算出人体脂肪绝对量Fat，并分析比较被测人体肥胖程度(Fat％)，最后由打印机4一次自动打印出各有关结果。
本实用新型的软件设计把对信号的检测、被测人体的电阻测算和被测人体脂肪含量的计算及肥胖程度的分析有机地结合起来。对95名健康志愿者的人体交流电阻与水下称重密度法测得的人体脂肪含量进行比较后得出人体脂肪含量的计算公式为
Fat(Kg)＝0.6457Wt－0.085Ht＋0.02373R＋0.1513Age－17.78……(脂肪绝对量)Fat％＝ (Fat(Kg))/(Wt(Kg)) ·100％……(脂肪相对量)式中Age为被测人体的年龄，其余同前述。
根据以上计算出来的人体脂肪相对量可以判断人体是否肥胖和肥胖的程度，判断标准如表1所示。
表1 肥胖判断标准(Fat％)
为验证本实用新型的准确性，用实际测量结果与水下称重密度法测量结果比较(表2)，两组结果之间无显著性差异(P＞0.10)。
表2 本实用新型测量结果与水下称重密度法测量结果比较
为验证本实用新型的重复性，在实验中对同一个体重复测量10次，测量结果如表3所示，10次重复测量的重复性好，变异系数为3％左右。
表3 重复测量结果(Fat,Kg)
此外，通过测量171例正常人的脂肪含量(表4)，结果表明女性体内脂肪含量明显高于男性，各相同年龄组的两性之间的差异均有显著性意义；无论男性还是女性，体内脂肪含量均随年龄增加而增加。
表4 正常成人脂肪成份测量结果<
综上可见，本实用新型实现了测量自动化、智能化，具有操作简便、精度高、准确性好、重复性强等优点。
本实用新型的实施也可借助图1、图2和图3来说明信号发生器8是采用5G8038单片精密函数波形发生集成电路为波形发生器，产生精度较高的正弦交流信号，频率为100KHz。信号变换器10是采用集成运算放大器3140×2×4组成的理想二极管电路来实现交流信号的交流一直流变换，即将正弦交流信号之电压线性地变换成直流电压(图2)。
中央控制器11是选用MCS－51系列的8031单片微型计算机做为该系统的核心，以ADC0809为模／数转换器件，分别配以EPROM2764和RAM6264做为程序存储器和数据存储器。由于8031管脚的限制，8031的PO口即作地址总线的低八位又作数据总线，为达到分时复用的目的，与地址译码器相连。单片机的地址由地址译码器决定。由D8255可编程I／O芯片提供三个并行口直接驱动打印机，并扩展5×5健盘和六个数码管做为人机界面。
电极7的功能是将人体与信号发生器连接起来组成回路并获取交流电信号通过人体时的电压降。由于人体皮肤阻抗较大，为准确测量人体内部电阻，必须排除皮肤阻抗的影响，为此我们专门设计了铝环状电极，该电极由一片圆形铝电极15和一环形铝电极13组成，二者之间隔以5毫米的绝缘材料16。在使用时涂上少许导电膏12即可。该电极不仅消除了皮肤阻抗的影响而且大大降低了电极成本。
权利要求1.一种人体脂肪成份测量仪，主要由壳体、按健、数码管、电极、信号发生器、电极连接线路、信号变换器、中央控制器及打印机组成，其特征在于信号发生器(8)的输出端经连接线(18)与置于手背表面电极(7)的环形铝电极(13)和第1个信号变换器(10)的输入端相连接；连接线(19)与置于手背面电极(7)的圆形铝电极(15)及第2个信号变换器(10)的输入端相连接；连接线(20)与置于脚背表面电极(7)的环形铝电极(13)和第3个信号变换器(10)的输入端相连接；连接线(21)与置于脚背表面电极(7)的圆形铝电极(15)、第4个信号变换器(10)的输入端及人体串联标准电阻R5的一端相连接。
2.按照权利要求1所述的测量仪，其特征在于电极(7)有一个环形电极(13)和一个圆形电极(15)。
专利摘要人体脂肪成分测量仪，主要由信号发生器、信号变换器、中央控制器、电极、电极连接线路及打印机组成。它是根据当交流信号通过人体时，人体体内电阻阻值与体内脂肪含量的相关性，将一标准电阻与被测人体串联，利用在其上面所产生的电压降，经计算机进行信号处理来计算出人体体内电阻，结合被测人体的身高、体重、年龄计算出人体的脂肪绝对量和相对量，并打印出各个数据。具有测量智能化、精确度高、重复性好、操作简便等优点。
文档编号G01N27/02GK2164046SQ9322101
公开日1994年5月4日 申请日期1993年8月9日 优先权日1993年8月9日
发明者徐顺清 申请人:徐顺清