人體重量、體內脂肪含量和水份含量集成監測儀制造技術

一種帶有人體重量、體內脂肪含量和水份含量測定功能的監測儀，主要由與稱量體重的秤盤結合在一起的腳踏電極板和容柵型電容傳感器、人體生物電阻抗及水份測量電路、稱重傳感器、稱重信號處理電路、微處理器系統、顯示器、鍵盤等組成。通過被測者赤足在秤盤上站立，腳掌與電極板以及容柵型電容傳感器相接觸，測量人體重量的同時，利用不同頻率的交變脈沖電流同時測量人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數，并結合由鍵盤輸入的人體身高、年齡、性別等參數，通過數學模型運算，由顯示器輸出測量的人體重量、人體脂肪含量和人體水份含量，應用于日常生活中被測者在測量重量的同時便捷地測量人體脂肪含量和人體水份含量。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于測試
，更進一步涉及一種帶有人體重量、體內脂肪含量和水份含量測定功能的監測儀。人體重量、體內脂肪含量和水份含量的測量對于評價人體肥胖程度、營養狀態及健康情況具有重要意義。迄今為止，對于人體重量、體內脂肪含量和水份含量等參數，均分別有單獨的測試方法予以測定。應用體重秤稱量人體體重已是廣泛采取的方法。測量人體脂肪含量也有一些相應的方法和成果。如同位素標記法、水下稱重法、身高體重經驗算法、超聲波測量法、紅外線測量法及人體阻抗測量法等。測量人體水份含量有三個指標，即人體總水份(TBW)、細胞內水份(ICW)和細胞外水份(ECW)。而人體總水份(TBW)則等于ICW和ECW之和，他們對于評價人體健康狀況和身體細胞內外體液平衡狀況有重要意義。對于人體水份含量也有相應的方法。常用的測量方法多為藥物稀釋法。如口服一定劑量的安替比林或氧化氚(D2O)，待這些物質均勻地擴散到全身體液后，進行血樣和尿樣的檢驗；也有多因素放射性同位素稀釋法，可以從微觀角度測試包括水份含量在內的多種人體成分。對人體水份含量也有估算的方法，比如西班牙專利(ES9300378)和美國專利(US006151523A)介紹的在人體軀干多處安置電極，通過測量人體生物電阻抗和相應的數學模型估算人體水份含量的方法。以上這些方法均是單一地測試人體脂肪含量或水份含量。也有將人體重量測量與體內脂肪含量集中在一個裝置上完成的方法，如中國專利“帶有人體脂肪含量測定功能的電子秤”(00239320.4)所介紹的通過測量得到的人體體重、人體阻抗與輸入被測者的身高、年齡參數由智能芯片進行綜合判斷得到體內脂肪含量的方法，它同時可以得到人體體重和體內脂肪含量兩個參數。以上這些方法均不能滿足對人體重量、體內脂肪含量和水份含量快捷集中監測的需要。特別是某些藥物稀釋法測人體水份，只能在醫院進行，周期長費用高，并且不能經常實施。而在人們日常起居條件下，通過簡便易行的方法隨時得到人體重量、體內脂肪含量和水份含量三個參數，對于人們控制肥胖、保持體形、防止某些疾病、強體健身等都是十分需要的。本技術的目的在于提供一種將人體重量、體內脂肪含量和水份含量三個參數的測量集成在一個裝置中完成的監測儀。本技術包括與稱量體重的秤盤結合在一起的腳踏電極板和容柵型電容傳感器、人體生物電阻抗及水份測量電路、稱重傳感器、稱重信號處理電路、微處理器系統、顯示器、鍵盤等。其基本原理是當人體赤腳站在監測儀的秤盤上時，被測者的雙腳分別與秤盤之上的電極板和容柵型電容傳感器相接觸。監測儀兩次以不同頻率的微小交變信號由兩只電極板通入人體，測得人體局部生物電阻抗和與人體局部水份有關的局部皮下組織介電常數，同時通過稱重傳感器和電路測得人體重量。將測量得到的人體重量、人體局部生物電阻抗和局部皮下組織介電常數等參數以及從鍵盤輸入的被測者性別、身高、年齡等數據代入數學模型，由微處理器進行運算可分別得到并顯示人體重量、人體脂肪含量、人體總水份(TBW)和細胞內水份與人體總水份之比(ICW/TBW)。各參數的數學模型表達方式如下Fat(%)=FatW]]>Fat=a1H+a2W+a3Rm+a4Y+a0ce-(b1H+b2W)]]>TBW=Fat+K1ϵrK2ϵr+K3]]>ICW/TBW=500+ϵr2K42-ϵr2]]>以上各式中，W為人體重量(kg)，Rm為人體阻抗值(Ω)，εr為與人體局部水份有關的局部皮下組織介電常數，Fat為人體脂肪值(kg)，Fat(％)為人體脂肪含量，H為人體身高(cm)，Y為被測人年齡，a0、a1、a2、a3、a4、b1、b2、c、K1、K2、K3、K4均為系數。在數學模型中，W、Rm、εr為測得參數，H、Y和性別為經鍵盤輸入參數。以下結合附圖對本技術作進一步的描述。附圖說明圖1為本技術系統結構圖。圖2為測量方式示意圖。圖3為秤盤上表面電極板及容柵型電容傳感器結構實施例1示意圖。圖4為秤盤上表面電極板及容柵型電容傳感器結構實施例2示意圖。圖5為容柵型電容傳感器結構實施例1示意圖。圖6為容柵型電容傳感器結構實施例2示意圖。圖7為人體組織阻抗模擬示意圖。圖8為人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數測試原理示意圖。參照圖1，電極板1和2以及容柵型電容傳感器3和4與人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數測試電路5的端口相連，人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數測試電路5與微處理器MCU系統6的兩個端口相連。其中一個端口為微處理器MCU系統6的信號采集端口，另一個端口為微處理器MCU系統6對人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數測試電路5發出切換指令的控制端口，用以切換人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數測量信號。稱重傳感器10的信號線與稱重信號處理電路9相連，處理后的信號由稱重信號處理電路9的輸出端進入微處理器MCU系統6的一個端口。顯示器7與微處理器MCU系統6的輸出端相連，用于輸入參數和測量結果的顯示。鍵盤8與微處理器MCU系統6的I/O端口相連，用于向微處理器MCU系統6輸入參數。參照圖2，本技術的測量方式是被測者裸足立于監測儀秤盤11之上，雙足的足底腳掌分別與置于秤盤11上表面的電極板1和2和容柵型電容傳感器相接觸。這樣可使重量測量、人體阻抗測量和局部皮下組織介電常數同時進行。本技術的秤盤上表面電極板及容柵型電容傳感器結構有兩種實施例。參照圖3，秤盤上表面電極板及容柵型電容傳感器結構實施例1表示了秤盤11上表面布置可與人體雙腳掌相接觸的具有一定表面積的2個以上電極板1和2，在可與人體雙腳掌相接觸處布置1只以上容柵型電容傳感器3和4。參照圖4，秤盤上表面電極板及容柵型電容傳感器結構實施例2表示了稱盤11上表面布置可與人體雙腳掌相接觸的并由導線相連接的若干電極片組成的電極組12、13，在可與人體雙腳掌相接觸處布置1只以上容柵型電容傳感器3和4。參照圖5，容柵型電容傳感器結構的一種實施例是在非金屬材料基板14的一個平面布置兩條金屬線15，兩條線等間距自中心起以園形或矩形向外環繞，兩條線始終不相交。參照圖6，容柵型電容傳感器結構的另一種實施例是在非金屬材料基板14的一個平面布置兩組金屬線16，兩組金屬線互相平行，始終不相交。圖7是本技術為測量人體生物電阻抗和局部組織含水量所抽象的人體組織阻抗模擬示意圖。其中Rc為細胞核外組織的電阻，Ri為細胞核內組織的電阻，C為細胞膜形成的電容。因此人體組織生物電阻抗特性既有電阻特性，也有電容特性，只有使用一定頻率的交變電信號才能得到人體生物電阻抗等結果。圖8則是以圖7為理論基礎之一，測試人體生物電阻抗和局部皮下組織介電常數的原理示意圖。固定電容C1既與正反饋RC振蕩電路18相聯，也與切換電路17相聯。與正反饋RC振蕩電路18相聯的Rm是通過兩腳掌與電極板相接觸而接入的人體阻抗。正反饋RC振蕩電路18的輸出端與微處理器MCU系統6的一個輸入端相聯。與切換電路17相聯的C2為與腳掌接觸的容柵型電容傳感器。切換電路17與微處理器MCU系統6的一個輸出端相聯，微處理器MCU系統6通過該連線控制切換電路17，造成C2或與C本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶有人體重量、體內脂肪含量和水份含量測定功能的監測儀，它包括與稱量體重的秤盤結合在一起的腳踏電極板和容柵型電容傳感器、人體生物電阻抗及水份測量電路、稱重傳感器、稱重信號處理電路、微處理器系統、顯示器、鍵盤等，其特征在于：電極板１和２以及容柵型電容傳感器３和４同時置于稱盤１１上表面，可與被測者腳掌相接觸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉巖，敬剛，金玉葉，
申請(專利權)人：深圳清華大學研究院，
類型：實用新型
國別省市：94[中國|深圳]