一種便攜式人體成分分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)人體成分含量進(jìn)行分析的設(shè)備，屬于人體成分檢測(cè)與分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物電阻抗分析法(BIA)是近20年時(shí)間里發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)檢測(cè)人體成分的技術(shù)，因?yàn)槠渚哂袩o(wú)創(chuàng)無(wú)損、測(cè)量的可重復(fù)性高以及動(dòng)態(tài)變化的高敏感度等優(yōu)點(diǎn)，一直成為研究的熱門。
[0003]生物電阻抗分析法是一種通過(guò)電化學(xué)方法測(cè)定人體水分和脂肪的技術(shù)，將微弱的(小于500 μ A)對(duì)人體無(wú)害的交流電信號(hào)導(dǎo)入人體，電流會(huì)隨著電阻小、傳導(dǎo)性能好的體液流動(dòng)。而人體內(nèi)的生物組織含有大量各種形狀的細(xì)胞，這些細(xì)胞之間的液體可以視為電解質(zhì)，具有良好的導(dǎo)電性。由于我們可以把細(xì)胞膜視為電容，當(dāng)直流或者低頻電流施加于生物組織時(shí)，細(xì)胞可以視為絕緣，電流將繞過(guò)細(xì)胞，主要流經(jīng)細(xì)胞外液。當(dāng)電流頻率增加時(shí)，細(xì)胞膜的容抗降低，一部分電流將穿過(guò)細(xì)胞膜流經(jīng)細(xì)胞內(nèi)液。研究表明，當(dāng)電流的頻率小于50ΚΗζ時(shí)，電流基本不流經(jīng)細(xì)胞內(nèi)液，測(cè)試主要測(cè)量細(xì)胞外的電阻；而當(dāng)電流的頻率逐漸增大時(shí)，電流流經(jīng)細(xì)胞內(nèi)液的比例逐漸增大，從而可以同時(shí)測(cè)量細(xì)胞內(nèi)液體和細(xì)胞外液體的阻值。另外，非脂肪組織含有大量的水和電解質(zhì)，導(dǎo)電性能好，電阻抗較小，而脂肪是無(wú)水物質(zhì)，電阻抗較大。因此，當(dāng)向人體施加頻率不同大小恒定的交流電流時(shí)，人體內(nèi)非脂肪越多，電阻抗越低；人體內(nèi)脂肪越多，電阻抗越高。另外，根據(jù)解剖學(xué)與人體組成學(xué)，全身水含量(TBff)與去脂體重(FFM)、全身鉀含量(TBK)與去脂體重、全身鉀含量與體細(xì)胞質(zhì)量(BCM)等成分之間都存在固定的比例。根據(jù)以上原理，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)上的多元線性回歸法，可以建立阻抗、身高、體重、性別、年齡與人體成分含量的回歸方程，可以準(zhǔn)確的用于人體成分含量的測(cè)量。
[0004]現(xiàn)階段主流的人體成分分析儀呈現(xiàn)出兩極分化的趨勢(shì):一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有四電極甚至兩電極，測(cè)量的精度低，測(cè)量?jī)?nèi)容少，一般只能應(yīng)用于脂肪秤等簡(jiǎn)易設(shè)備，不能滿足人們更多的要求；另一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積大，不方便移動(dòng)，須由專業(yè)人員操作，價(jià)格昂貴，基本應(yīng)用于醫(yī)院等專業(yè)機(jī)構(gòu)，普通民眾使用成本過(guò)高。如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN203953657U公開(kāi)的《一種人體成分分析裝置》和CN202141974U公開(kāi)的《具有人體成分分析功能的筆記本電腦》。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有人體成分分析技術(shù)存在的不足，提供一種具有測(cè)量多樣性與準(zhǔn)確性，體積小、操作簡(jiǎn)單快捷、便于測(cè)量的便攜式人體成分分析儀。
[0006]本發(fā)明的便攜式人體成分分析儀，采用如下技術(shù)方案:
[0007]該分析儀，包括主控制芯片、體重測(cè)量電路、參考阻抗電路、人體阻抗測(cè)量電路、測(cè)量電極、通信模塊和上位機(jī)；主控制芯片通過(guò)通信模塊與上位機(jī)連接；人體阻抗測(cè)量電路包括前置濾波放大電路和工作芯片，工作芯片直接與主控制芯片連接，工作芯片內(nèi)含有恒流源產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和電極選通電路，前置濾波放大電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接；體重測(cè)量電路與所述工作芯片直接連接；參考阻抗電路和人體阻抗測(cè)量電路通過(guò)測(cè)量電極連接。
[0008]上位機(jī)包括計(jì)算機(jī)或嵌入式平臺(tái)，這兩個(gè)模塊(計(jì)算機(jī)和嵌入式平臺(tái))相互獨(dú)立，但在工作時(shí)只能有一個(gè)模塊工作。上位機(jī)用于人機(jī)交互、系統(tǒng)初始化、移動(dòng)式采集以及接收和處理數(shù)據(jù)，顯示和管理測(cè)量結(jié)果，用于移動(dòng)式采集和處理數(shù)據(jù)，顯示測(cè)量結(jié)果。
[0009]通信模塊包括串口通信模塊或藍(lán)牙通信模塊，這兩個(gè)模塊相互獨(dú)立，但在工作時(shí)只能有一個(gè)模塊工作；串口通信模塊與計(jì)算機(jī)連接，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制通信；藍(lán)牙通信模塊與嵌入式平臺(tái)連接，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制通信。
[0010]測(cè)量電極包括六路電流電極和六路電壓電極，其中兩路電壓電極和兩路電流電極與參考阻抗電路連接，其余電壓電極和電流電極均與人體直接相連。
[0011]與人體直接相連的電壓電極和電流電極采用復(fù)合電極結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)手握手柄與兩個(gè)腳踩踏板，每個(gè)手握手柄包括一根引線接口，通過(guò)引線接口在手握手柄前端設(shè)置了一路左右對(duì)稱的兩片電流電極，后端設(shè)置了一路左右對(duì)稱的兩片電極；腳踩踏板分為左右獨(dú)立的兩塊，每塊腳踩踏板上設(shè)置一個(gè)引線接口，該引線接口連接一路一片電流電極和一路一片電壓電極，踏板前端設(shè)置有連通電流電極的導(dǎo)電塊，后端設(shè)置有連通電壓電極的導(dǎo)電塊。
[0012]體重測(cè)量電路與工作芯片連接，采用四極橋式壓力傳感器，直接測(cè)量人體體重?cái)?shù)據(jù)并經(jīng)由主控制芯片傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
[0013]參考阻抗電路是細(xì)胞內(nèi)液等效電阻Ri與細(xì)胞膜等效電容C串聯(lián)后再一并與細(xì)胞外液等效電阻Re并聯(lián)。參考阻抗電路在主控制芯片控制下，在每次測(cè)量時(shí)提供固定的參考值，減小測(cè)量誤差，保證測(cè)量精度。
[0014]人體阻抗測(cè)量電路受主控制芯片控制，主要負(fù)責(zé)采集人體四肢阻抗信息和軀干阻抗信息并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)由主控制芯片傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。主控制芯片控制工作芯片中的恒流源電路產(chǎn)生大小恒定為375uA，頻率為1ΚΗζ-250ΚΗζ可調(diào)的施加于參考阻抗電路和人體的電流，然后主控制芯片控制電極選通電路打開(kāi)電流電極，向參考阻抗電路或者人體施加指定頻率的電流，同時(shí)打開(kāi)相應(yīng)的電壓電極，將檢測(cè)到的電壓信號(hào)經(jīng)前置濾波放大電路后送入工作芯片，工作芯片將數(shù)據(jù)處理后經(jīng)由主控制芯片傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。計(jì)算機(jī)或者嵌入式平臺(tái)都擁有人機(jī)交互界面，測(cè)試者可以輸入自身數(shù)據(jù)，控制測(cè)量的開(kāi)始與結(jié)束，并按照設(shè)定的方式控制測(cè)量電路工作，控制相應(yīng)電流電極及電壓電極的選通與關(guān)閉，并能通過(guò)人機(jī)交互界面觀看、存儲(chǔ)或刪除測(cè)量結(jié)果。
[0015]本發(fā)明通過(guò)對(duì)各路測(cè)量電極的合理搭配、參考阻抗電路與人體阻抗測(cè)量測(cè)量電路及上位機(jī)處理能力的充分使用，不僅保證了測(cè)量的多樣性與準(zhǔn)確性，還充分的減小了設(shè)備的體積，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單快捷的便攜式測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明分析儀的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2是本發(fā)明分析儀的工作流程圖。
[0018]圖3是本發(fā)明分析儀的參考阻抗電路原理圖，Re為細(xì)胞外液等效電阻，Ri為細(xì)胞內(nèi)液等效電阻，C為細(xì)胞膜等效電容。
【具體實(shí)施方式】
[0019]如圖1所示，本發(fā)明的便攜式人體成分分析儀包括主控制芯片、體重測(cè)量電路、參考阻抗電路、人體阻抗測(cè)量電路、測(cè)量電極、通信模塊和上位機(jī)。主控制芯片可以采用單片機(jī)。
[0020]主控制芯片通過(guò)通信模塊與上位機(jī)連接。