人体成分分析仪的原理

人体成分分析仪的原理

[摘要] 针对全身人体成分阻抗测量方法（BIA）和传统分段阻抗测量法存在的问题，在分析人体胸部和腹部对脂肪测量不同影响的基础上，提出了躯干细分BIA模型，研制了基于躯干细分模型的BIA测量系统，进行了新方法的验证和与多层螺旋CT法腹部脂肪测量的对比实验。两种方法对照试验的结果显示出很好的相关性。验证了躯干细分BIA方法的可行性和有效性。躯干细分BIA以人体躯干部分为检测重点，可有效区分躯干上段和下段的阻抗值，分别获取胸部和腹部脂肪含量，克服了全身BIA和传统五段法的缺陷，是对人体成分分析方法的有效改进，将为人体成分研究和临床应用提供更为有效的检测手段。

[关键词] 人体成分；人体成分分析仪；生物电阻抗；躯干细分；

0 引言

人体成分是影响人们健康的重要因素。人体成分分析可以提供人体成分正常值范围，评价生长发育、成熟情况以及老化进程，有助于对营养状况和相关疾病的研究。在儿童生长发育期，监测身体成长变化，了解发育状况，正确指导营养补充，对确保儿童健康成长是非常重要的。在体育运动中，为了减轻体重，提高竞赛成绩，以及在运动员训练过程中，安排合理的运动量，都需要监测体内成分的变化。健美和减肥锻炼如能在脂肪含量监测的指导下进行，也将会收到事半功倍的效果。

1 躯干细分BIA模型

本文的SN-2A人体成分分析仪，细分BIA模型将人体分成八段，其中R1、R3为左、右上肢阻抗，R2为躯干上段（胸），R4、R5为躯干的左、右两侧阻抗，R6为躯干下段阻抗，R7、R8分别为左、右下肢阻抗。躯干下腹部的脂肪含量，即R6是最为关注的指标。躯干细分模型是一个四端网络，实际测量时，可先选择任意两个端口进行电流激励，并选择两个端口测量电压，然后改用其它激励端口和测量端口，逐次测量。可得到该激励-测量模式下的六组测量电压值，供后续计算、分析各段的阻抗值，完成人体成分分析。

2 测量方法与系统

躯干细分人体成分检测系统由硬件检测部分和控制软件组成，躯干细分BIA检测硬件检测电路由恒流源、检测电极开关阵列、信号放大和处理电路、ADuC834主控电路及通讯电路构成。共使用8个电极。在四肢肢端分别放置一个激励电极和一个测量电极。采用四电极测量法，每次测量选定2个激励电极施加测量电流，选定2个检测电极进行测量。

系统的控制选用西奈电子设备公司的ADuC834主控电路来实现。ADuC834具有精度高、体积小、功耗低等优点，而且由于本身能提供程序串行下载，可直接下载调试程序，程序的开发和设计方便。主控电路控制阻抗检测的电流激励和信号检测，阻抗信号及体重信号的模拟/数字变换，系统与上位PC机的通信等功能。

3 实验验证

鉴于多层螺旋CT（MSCT）可以图像方式清晰显示腹部脂肪分布情况，直接进行脂肪的定量测量，是评价人体脂肪组织含量与分布的准确测量方法，本研究设计了躯干细分BIA 检测与MSCT腹部脂肪测量的对照验证，和相关性比较实验。受试者为65名健康志愿者，其中男性30人，女性35人。年龄21～88岁，平均50.82±14.18岁，按男女分组。实验前向受试者说明本实验研究的意义、方法和有关注意事项。记录受试者性别、年龄、身高、体重等。然后采用本文的躯干细分BIA检测系统进行

测量，之后再进行MSCT人体腹部脂肪含量与分布测量。将两种方法的测量结果进行对照。躯干细分BIA法实验得到的FFM体积百分比与MSCT测量结果显示，男性组MSCT非脂肪（FFM）体积百分比与躯干细分BIA法下腹部FFM体积百分比的相关系数r=0.853,

p=2.057e -9 ；女性组的相关系数r=0.816, p=2.369e -9 。这一结果表明，躯干细分BIA方法对于检测人体腹部脂肪含量具有显著的统计学意义，无论是对于男性组还是女性组，其预测结果与MSCT测量结果显示了良好的相关性，其中男性组略高于女性组。

4 讨论

本文在传统五段BIA方法的基础上建立了将躯干段进一步细分的八段BIA模型，将躯干分为上段和下段，以区分胸部和腹部的不同影响。依据该模型设计、研制了躯干细分BIA 人体成分检测系统，并进行了躯干细躯干细分BIA与MSCT腹部FFM体积百分比测量结果，男性(上)30例，女性(下)35例分BIA方法的初步人体实验验证。

躯干细分BIA法与多层螺旋CT腹部脂肪定量检测的对照验证实验表明，躯干细分BIA 法的结果与MSCT法的腹部脂肪测量结果有良好的相关性，具有显著的统计学意义。可望发展成为一种更为有效的人体成分测量方法。

本文提出的躯干细分八段模型，是对人体导电模型的一种优化，是对BIA分段测量技术的提升，更符合临床上将胸腹部肥胖分为皮下脂肪堆积型和内脏脂肪堆积型的理论。躯干细分BIA人体成分检测系统可比现有BIA方法提供更接近人体实际的人体成分测量结果，特别是可区分胸部和腹部的人体成分影响。将为人体成分研究和临床应用提供更为有效的检测手段。