人体脂肪测量系统的实现

医疗卫生装备
!" #$ % $ ’ ( #$ #) ( * " ( #,- ( !
研究论著
下肢阻抗都有二百多欧姆；但躯干却含有人体成分 的百分之四十几。这样，如果躯干阻抗发生了 !"! 的变化（ 即百分之五十的变化） ， 则意味着人体成分 发生百分之二十几的变化；而这时用四电极法所测 的全身阻抗却只有百分之二的改变，无法体现出这 种变化。 所以， 从理论上讲， 要精确、 灵敏地测出人体 的成分变化， 必须测出人体的分段阻抗。 而六电极测 量方法正是基于此点提出的。 六电极测量的方法如图 #，把 # 个发射电极贴 在右手背和右脚背上， # 个测量电极贴在右手腕和 右脚踝上，另外 # 个测量电极贴在左手腕、左脚踝 上。这样右手和左手的测量电极可以测出上肢的阻 抗。因为电流从右手流到右脚，可以认为只经过右 肩、 和右躯干， 不经过左手和左肩， 这样左手的电势 近似右肩的电势，所以右手和左手的电势差近似右 手和右肩的电势差，所得的阻抗可以代替真实的上 肢阻抗。 $%&’(%
E
六电极测量方法 四 传统的测量仪采用的四电极测量方法如图 "。
B
平均电阻率模型 传统的人体生物电阻抗模型采用容积导体模
电极测量方法只测量人体的全身阻抗，从理论上来 讲不准确。 因为躯干阻抗只有二十几欧姆， 而上肢和
型。它的缺点是把人体看成单一的电阻率均匀的圆
・
!"・ !""!年第 # 期
医疗卫生装备
对三种方法（ 新研制脂肪测量仪、 欧姆龙脂肪测 量仪、 水下称重系统） 所测得的第二组 -( 名男性志 愿者的全身脂肪含量两两进行相关分析得到：新研 制脂肪测量仪与水下称重系统的相关系数是 (1’3(，
,((,:(3:6’
修回）
%""上接第 #& 页""） #$!
各平面上风速分布情况 考察图 + 空调冷射流核心平面上的风速分布可 以发现，风口处风速在二维平面方向上也具有近似 按对数规律衰减的特点， 进风口风速较高， 回风口也 具有较大的回风速度，从而整个平面内大部分空间 不满足 !!(13L % D 的技术要求。 但从图 6( 及其余测 点来看，手术舱约 6 % , 以上的空间满足 !!(13L % D 的技术要求。 从 图 +、 图 6( 可 以 很 容 易 地 看 出 ， 舱内风速分 布的均匀性较差。 进风口存在较高的风速， 使有限空 间内各工作区间不同程度地造成较大的吹风感， 影 响了舱内作业人员的舒适性效果和工作效率。 此外，
研究论著
9: ;< = < > & ;< ;? & @ : & ;AB & 9
医疗卫生装备
人 体 脂 肪 测 量 系 统 的 实 现
邓晓刚
（ 第一军医大学
魏
萍
!"#!"! ）
广州市
摘要
本仪器采用比较准确的平均电阻率模型以及六电极分段测量方法。测量时， 人只需站在脚踏
板上， 双手抓住手握架， 就可以测出人体脂肪及其分布。因此更准确、 方便、 快捷、 低费用， 功能更强， 适合家庭使用。本仪器精度达到 !" #$% 。 关键词 人体脂肪； 测量； 仪器 中图分类号： 文献标识码： $GIQJ?" > 文章编号： "##Q9RRSR（ T##T） #J9##Q"9#Q
柱体。实际上， 人体具有复杂的形状， 含有多种组织 成分， 电阻率不同而且各向异性。 因此， 美国 "IIJ 年，
K&,7-& L ? M)4’. 提出平均电阻率模型。
电阻率模型认为人体由不同的组织组成，而且 不同的组织有不同的电阻率； 但是其平均电阻率 !N
O> P K （ O 为人体阻抗， K 是人体长度， > 是人体横截
6 BC>/D>#= EFG9H I1= J#KK#/L J1 MNKNG"7C>= IK#G0 M1 E/KK= J#KK#/L O P#QF9D !/K#Q/0#NG NR 0F09/SNK/9 T#NFKF"09#"/K #LSFQ/G"F LF07NQ 0N /DDFDD 7CL/G TNQH "NLSND#0#NG1 U1 OSSK1 V7HD#NK1 +(@;AW 6-,5X6--, 6’2+ ， , Y9?/G= BFDK#F J1=Z#KTF90 M1 M9/Q7/L= [8#?70 \1 ZN9F= /GQ PCD/G B1 BN]#F91 PF?LFG0/K T#NFKF"09#"/K #LSFQ/G"F /G/KHD#DW 07FN9H /GQ 55@6AW’2X /SSK#"/0#NG NR / GF8 0F"7G#<CF 1 U1OSSK1 V7HD#NK1 6’’; ， 66,
"
讨论 从对比分析的结果来看，新仪器与欧姆龙脂肪
测量仪都和定标系统有较高的相关系数和较低的标 准平方差，说明生物阻抗法可以用来测量人体脂肪 成分。 另外， 新仪器与定标系统的相关系数比欧姆龙 脂肪测量仪与定标系统的相关系数高，而标准平方 差前者比后者低，显示了新研制脂肪测量仪比欧姆 龙脂肪测量仪具有更高的精确性，说明分段电阻率 模型比整体容积导体模型更能反映人体的脂肪分 布；六电极分段测量方法比四电极整体测量方法更 能客观地检测人体的脂肪含量。 今后工作设想： 脱离 @6A 要把它移植到单片机上， 计算机，降低仪器的成本和体积；而且使用电池供 电， 脱离工频干扰， 使之成为家用便携式仪器。@,A 今 后， 将单一频率改成多频率， 使之还可以测量人体细 胞内液、 细胞外液， 进一步提高检测功能。 参考文献
图 ! 程序流程图
电阻定标： 测量定标电阻的电压 @"， 设其电阻为
M"。
测量分段阻抗： 测量分段人体的电压 @(， 分段阻 抗 M(N（ @( = @"） OM"。 相位定标：测量定标电容与定标电阻的的相位 差所对应的电压值 @P。 测量分段相位：测量分段人体与定标电阻的相
!""!年第 # 期 医疗卫生装备 ・ !"・
直流电源稳压成 ?0@ 的直流电源， 给模拟电路供电， 保证仪器的供电稳定。 仪器的设计要求：
图#
卡式仪器方框图
（ 定标电阻：##"!， 误差?0A 。 !） （ 时间常数： #） !#&。 （ 噪声： 当 B" 数等于 ##" ! 时， 8） "B 的噪声相 当于折合输入端的 "*!! 。 （ 恒流源： 频 率 为 0"123?!"A ； 输出电流# :） 输出阻抗!!"D! 。 #C4； （ 输入阻抗： 0） !:"1!。 ） 阻 抗 测 量 ： 范 围 !"! 56""! ， 线性测量误 （ 6 差#0A 。 （ 容 抗 测 量 ： 范 围 !! 50"! ， 线性测量误 E） 差#0A 。 （ F） 4 = > 转换精度： !# G(H。 前 E 项指标符合国家医药管理总局批准的直接 式阻抗血流图仪专业技术标准（ 。 BIJ8K""#LF6） 测试软件的设计： 软件的流程图如图 : 所示。输入的人体参数包 括姓名、 性别、 年龄、 身高、 体重。
（ ,((6:66:(5 收稿
!
人体实验 为了确定新仪器的计算公式。 我们对 +( 名志愿
者， 分别记录他们的年龄、 性别， 测量他们的身高、 体 重， 用新仪器测量他们的分段阻抗和容抗， 用定标系 统测量他们的全身脂肪。然后， 用年龄、 身高、 体重、 分段阻抗、 分段容抗对全身脂肪进行线性回归。 得到 各个参数对全身脂肪的计算公式。 这 +( 名志愿者的数据分成 , 组， 每组各 -( 名。 第一组用来回归公式， 第二组用来检验回归效果。 这 些变量中脂肪是独立变量，其他变量对其进行线性 回归。回归的结果如下：
面积） 与人体成分含量成比例关系。 根据这个模型就无须再把人体看成导电各向同 性的均匀导体， 并且把一部分人体（ 脂肪等） 看成是 绝缘体。也无须把非脂肪组织中的总体水含量看成 有固定的比例。 该模型与人体密度模型类似。 人体密 度模型把人体看成是由有不同密度的不同组织组 成， 但其平均密度与脂肪含量具有正比关系。 根据人 体密度模型产生的人体密度法（ 水下称重法） 是测量 人体脂肪的金标准方法。
./0 $-123(/ 4(15637 4(16(58 4(135596 :,1;+6<6 4 31-;29,:631-5,<,:(12;;9-4,1(55<-:,-51356 其中=/： 年龄， 身高， 体重， 上肢电阻， 7： 8： 96： <6： 上肢容抗， 躯干电阻， 躯干容抗， 下肢电阻， 9,： <,： 9-： 下肢容抗。 <-：
)*+,-./ 等人证实了这一点。同理，
左手和左脚的测量电极可以测出躯干的阻抗，左脚 和右脚的电极可以测出下肢的阻抗。
图 " 四电极测量示意图
图 $ 六电极测量示意图
#
Baidu Nhomakorabea
仪器的研制 产生一个 0"123、 仪器具备以下功能： （ !） 0"""4
的正弦波恒流信号； （ 能测量范围 !"!56""! 的阻 #） 抗； （ 将输入的参 789 能测量范围 "!50"! 的容抗； :） 数和测量的参数转化成脂肪含量； （ 能输入人体的 0） 各种参数； （ 对数据及结果具有数据库管理功能。 6） 本仪器的（ 、 （ 、 （ 三部分功能由计算机完 :） 0） 6） 成。仪器设计成卡式， 插在计算机的 ;<4 插槽上。仪 器外接一个手握架和一个脚踏板。 卡式仪器的方框图如图 8 所示。激励源产生一 个 0"123、 0"""4 正弦波信号注射到人体。从人体检 测到的信号给阻抗测量电路和相位测量电路。这 # 个电路输出直流信号给 4 = > 转换电路。4 = > 转换的 结果通过接口电路输入给计算机进行处理。控制电 路控制仪器进行分段阻抗和相位测量。控制电路的 触发信号来自计算机。稳压源把计算机提供的?!#@
研究论著
!" #$ % $ ’ ( #$ #) ( * " ( #,- ( !
医疗卫生装备
标准平方差是 612;>? ；欧姆龙脂肪测量仪与水下称 重系统的相关系数是 (15(2 ， 标准平方差是 -16,>? 。
位差所对应的电压值 !"#，分段相位 !#$（ !"# % !"） &
’(。
计算分段容抗： 分段容抗 )"$*#&!#。 计算脂肪含量及分布：根据不同性别的统计公 式，代入各参数，计算被测者的全身脂肪含量和分 布。 输出结果： 输出到测量窗体和数据库。
&’()*+(,*-./ -0/ ,1’/2’( 345’2’.,/ 363,’2/ 0-5/ 7-86/ 0(,
!"#$ %&’()*’+*， ,"- .&+* /012 3&456 7&8&6’49 72:&;’8 <+&=245&69> $?’+*@1(? ABCABAD !"#$%&’$ $%& ’((’)’*+, -.*)/0+1&0 -. *%-, (’(&) 2’, 3’0& ’11/)0-.4 */ )&,-,*-5-*6 ()’1*-1’7 ,-8 9&7&1*)/0& *&1%.-:+& ;/) ,&43&.*’7 <=>? $%& ’((’)’*+, /.76 .&&0&0 ,*’.0 /. ’ 3&’,+)-.4 @/’)0 2-*% *%& ;&&* .’B&0 ’.0 */ *’1B7& ’ (’-) /; 3&’,+)-.4 ’11+)’*&C 1/.5&.-&.*C :+-1BC 7/291/,*C ,*)/.4&) -. ;+.1*-/. ’.0 ;-* ;/) *%& .&&0, /; ’.0 ;’3-76? $%& ()&1-,-/. /; *%& ’((’)’*+, 2’, #?"B4? ()*+,%-# @/06 ;’*D 3&’,+)&3&.*D ’((’)’*+, 3/0&7 +,-.4 ’ *%& ,+@A&1* */ ,*-1B,? =* 2’, *%& 1/33+.-*6
当今与人类社会生活密切相关的疾病呈上升趋 势， 越来越引起人们的不安与关注。 而对这些疾病的 预防中， 人体脂肪成分的监测有十分重要的意义。 目 前， 人体脂肪成分的检测方法有： 人体密度法（ 水下 称重法） 、 人体测量法、 生物阻抗分析法、 超声成像 法、 E 射线成像、 F$ 成像、 GH= 成像、中子活化分析 等。其中， 生物阻抗分析法是近年来的研究热门。因 为， 生物阻抗分析法具有无创、 安全、 快捷、 低消耗等 优点。传统的生物阻抗分析法采用容积导体模型和 四电极整体测量方法。该模型和方法理论上存在较 大的缺陷。 美国 K&,7-& L ? M)4’. 提出平均 "IIJ 年， 电阻率模型以及六电极分段测量方法，对原有的模 型和方法做出较大的改进。根据 K&,7-& 的模型和方 法， 本文研制一种新型的人体脂肪测量仪。 并统计出 适合中国人种的脂肪计算公式以及提出一种新的测 量电极。