人体成分分析仪中多频生物电阻抗的应用
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
1、引言
在人体成分的研究中，测量人体生物电阻抗值可以得到水分、脂肪等与人体健康状况有关的信息，对人身体状况的监视、疾病的早期诊断有着重要的意义[1]。
人体组织的电阻抗特性比一般物体要复杂得多，最明显的特点是电阻抗的值会随着测量频率的变化而变化。
这是由于人体细胞内液体组织不是简单的表现为电阻的特性，细胞内水分与细胞膜的作用更多是以电容的特性存在。
图1 所示为人体皮肤电阻抗的等效电路模型[2]。
其中R1 为活性皮肤中的离子电阻；R2 是基于角质层中离子迁移率的电阻；CPE 是恒定相位角元件，RPOL、CPOL 为其两个参数，用来描述皮肤角质层中的介电弥散和损耗[3][4]。
图1 人体皮肤的等效电路模型该模型的总的导纳如（1）式所示：（1）其中：
显然，CPE 环节的存在，使得人体的生物电阻抗原则上无法用简单的R、C 元件所组成的集总参数电路模型来描述。
传统的人体生物电阻抗检测采用单频法，即只在一个固定频率下，利用正弦波信号进行测量，一般只测量电阻抗的模，所以实现简单，很适合在便携仪器上推广。
但是，单频法无法将CPE 的影响表现出来，测量结果容易出现较大的误差。
为了能够更准确地得到人体生物电阻抗的信息，需要有一种可同时检测多个频率点电阻抗的方法。
人体成分分析仪DBA-610参数技术参数
人体成分分析仪DBA-610参数一、技术参数：1、测量原理：采用多频生物电阻抗技术，在人体躯干及五个节段进行30个阻抗测量，从而计算和得出人体水分、蛋白质、脂肪、无机盐等各个组成成分。
2、测量方式：多频生物电阻抗分析法（BIA法）3、测量频率：35、50、250、500、1000kHz4、电极：四极8点接触式电极5、电流：小于3501.IA★6、测量阻抗范围：20—1200欧，精确度在±3%之内7、测量部位：全身及五个节段（左上肢，右上肢，左下肢，右下肢，躯干）8、输入方式：触摸屏、U盘（将U盘内存储的受测者信息直接导入），接入电脑以后可以通过键盘、鼠标上位机软件控制设备和联网数据传递。
9、显示屏：10.4〃超大液晶触摸屏，高分辨率1024*768,16.2M真彩色10、报告格式：普通A4报告，专用打印报告和二维码报告。
★11、报告类型：人体成分报告、水分报告、身体围度报告、运动营养报告、儿童报告。
12、接口：USB,RS232C（9针串口），VGA,ETHERNET,蓝牙。
其中的USB储存设备：可使用USB存储设备存储数据（与EXCe1.软件兼容）13、测量时间：1分钟以内14、测量体重:5-250KG,精确度在±0.2kg之内。
15、身高范围：90-220cm二、测量指标：1、身体成分分析：细胞内液，细胞外液，总水分，蛋白质，无机盐，体脂肪量,肌肉量，去脂体重，体重及各指标正常参考范围。
2、肌肉脂肪分析：骨骼肌肉量，体脂肪量及正常参考范围。
3、肥胖分析：身体质量指数，体脂肪率，腰臀比，内脏脂肪面积及正常参考范围。
4、节段分析：节段肌肉分析：左臂、右臂、躯干、左腿、右腿各个节段肌肉量分析及正常范围参考。
节段脂肪分析：左臂、右臂、躯干、左腿、右腿各个节段脂肪量分析及正常范围参考。
5、体重控制分析：目标体重，体重控制，肌肉控制，脂肪控制，基础代谢量，总能量消耗，6、体型判定：隐形肥胖、脂肪过量、肥胖、低体重、标准体型、超重肌肉型、低脂肪体体重、低脂肪肌肉型、运动员型九种体型判定。
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
人体生物电阻抗的检测方法及其应用1、引言在人体成分的研究中，测量人体生物电阻抗值可以得到水分、脂肪等与人体健康状况有关的信息，对人身体状况的监视、疾病的早期诊断有着重要的意义[1]。
人体组织的电阻抗特性比一般物体要复杂得多，最明显的特点是电阻抗的值会随着测量频率的变化而变化。
这是由于人体细胞内液体组织不是简单的表现为电阻的特性，细胞内水分与细胞膜的作用更多是以电容的特性存在。
图1 所示为人体皮肤电阻抗的等效电路模型[2]。
其中R1 为活性皮肤中的离子电阻；R2 是基于角质层中离子迁移率的电阻；CPE 是恒定相位角元件，RPOL、CPOL 为其两个参数，用来描述皮肤角质层中的介电弥散和损耗[3][4]。
图1 人体皮肤的等效电路模型该模型的总的导纳如（1）式所示：（1）其中：显然，CPE 环节的存在，使得人体的生物电阻抗原则上无法用简单的R、C 元件所组成的集总参数电路模型来描述。
传统的人体生物电阻抗检测采用单频法，即只在一个固定频率下，利用正弦波信号进行测量，一般只测量电阻抗的模，所以实现简单，很适合在便携仪器上推广。
但是，单频法无法将CPE 的影响表现出来，测量结果容易出现较大的误差。
为了能够更准确地得到人体生物电阻抗的信息，需要有一种可同时检测多个频率点电阻抗的方法。
脉冲式检测法是近几年发展起来的一种无损检测方法。
利用脉冲信号中所含有的多谐波频率成分，能够比正弦波信号激励提供更多的信息，并拥有更快的响应速度。
本文研制了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的脉冲式检测系统，利用该系统，对电阻抗的脉冲式检测方法的可行性进行了分析研究，在此基础上，对人体皮肤水分的脉冲式检测方法进行了实验分析。
2、电阻抗的脉冲式测量原理方波脉冲信号作为电阻抗测量的激励源，波形稳定，易于同数字电路结合实现，且具有较宽的频谱，在防止被测单元极化的同时，能够得到多频率点的信息。
图2 理想方波和实际方波的时域波形图3 理想方波和实际方波的频谱图图2、3 中的细实线为理想方波的时域波形及频谱，图2 中的粗实线、图3 中的虚线分别表示实际方波信号的时域波形及频谱。
人体成份分析仪技术参数
人体成份分析仪技术参数人体成份分析仪技术参数1、1设备用途：通过测量人体成分，来评价人体的营养状态，进行体重管理及健康诊断1.2主要技术性能指标及要求、配置：1.2.1.生物电阻抗分析法(BIA)：（1）阻抗(Z)：通过6个不同的频率（1KHz、5KHz、50KHz、250KHz、500KHz、1000KHz）分别在5个节段部分（右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢）进行30种电阻抗测量（2）电抗(Xc)：通过3个不同的频率（5KHz、50KHz、250KHz）分别在5个节段部分（右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢）进行15种电抗测量1.2.2电极方法：4极8点接触电极*1.2.3.测量方法：节段多频率生物电阻抗测量法（DSM-BIA法）1.2.4.人体成分计算方法：不使用经验值估算1.2.5. 输出值（1）体成分报告纸：人体成分分析(身体总水分、蛋白质、无机盐、体脂肪、肌肉量、体重), 肥胖分析(BMI,体脂百分比), 节段肌肉分析(根据理想体重/根据当前体重: 右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢), 细胞外水分比率分析(细胞外水分比率), 身体变化（体重、骨骼肌重量、体脂肪率、细胞外水分比例），评分, 体重控制(目标体重、体重控制、脂肪控制、肌肉控制), 肥胖评估，营养评估, 身体均衡评估(上肢、下肢、上下肢), 节段脂肪分析(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢), 节段水分分析，节段细胞内水分分析，节段细胞外水分分析, 节段围度分析(颈围、胸围、腹围、臀围，右上臂、左上臂、右大腿、左大腿), 腹部脂肪率(图解), 内脏脂肪水平(图解)，研究项目(细胞内水分、细胞外水分，骨骼肌、基础代谢率、腰臀比、内脏脂肪等级、肥胖度、骨矿物质含量、身体细胞量、上臂围度、上臂肌肉围度,去脂体重指数、脂肪量指数), 电抗,阻抗（2）体水分报告纸：身体水分组成(身体总水分, 细胞内水分,细胞外水分) , 细胞外水分比率分析(细胞外水分比率), 节段体水分分析, 节段细胞外水分比率分析, 身体水分历史记录(体重、身体总水分、细胞内水分、细胞外水分、细胞外水分比率), 节段细胞内水分分析, 节段细胞外水分分析, 人体成分分析(蛋白质、无机盐、体脂肪、去脂体重、骨矿物质含量), 肌肉脂肪分析(体重、骨骼肌含量、肌肉量、体脂肪含量), 肥胖分析(BMI, 体脂百分比), 研究项目(基础代谢率、腰臀比、腹围、内脏脂肪面积、肥胖度、身体细胞量、上臂围度、上臂肌肉围度、TBW/FFM, 去脂体重指数、脂肪量指数),电抗，阻抗. （3）儿童报告纸：体重、身体总水分、蛋白质、无机盐、骨骼肌、体脂肪含量、BMI、体脂百分比、身体均衡图示、成长曲线（身高、体重）、营养评估（蛋白质、无机盐、脂肪）、目标体重、体重控制、脂肪控制、肌肉控制、成长分数、少儿肥胖度、基础代谢量、每个节段和频率的电阻抗值*（4）内脏脂肪面积(图示)；结果解析二维码；相位角（50khz）1.2.6. 显示LOGO：报告纸中显示名称、地址、联系方式*1.2.7. 报告纸类型：体成分结果报告纸, 体水分结果报告纸，儿童结果报告纸，1.2.8. 提示音及语音向导：按键输入及检测过程中提供提示音及语音向导功能1.2.9. 数据存储：通过输入ID号可储存测试结果≥100,000次1.2.10.测试模式：自助模式及专家模式1.2.11.管理员菜单：环境设置: 人体成分仪的设置及数据管理；故障排除: 对常出现的问题进行检查说明1.2.12.支持USB存储设备：可使用USB存储设备存储数据（与Excel和软件兼容）或备份全部数据1.2.13.备份数据：可用USB存储设备备份和恢复体成分的数据1.2.14.其它参数（1）额定电流：80μA（±10Ua）（2）适配器：电源输入：AC 100-240V，50/60Hz，1.2A；电源输出：DC 12V，3.4A （3）显示屏：800*480 10.2英寸薄膜液晶显示屏（4）内部接口：触摸屏、键盘按键（5）外部接口：RS-232C 4个, USB主机接口2个，USB从接口1个，LAN接口（10T）1个，蓝牙接口1个、无线接口1个（6）兼容打印机：激光打印机（设备指定的打印机型号）（7）仪器尺寸：526(W)×854(L)×1175(H):mm；仪器重量：38kg（8）测试时间：1分钟以内即可完成测试（9）操作环境：温度10～40℃，湿度30%～75％RH，70～106kPa（10）储存环境：温度-20～70℃，湿度10%～95％RH，50～106kPa（11）测试体重范围：10～270kg（12）测试身高范围：95～220cm*（13）测试年龄范围：3～99岁14.具有美国FDA认证、CE、ISO认证。
测量方法直接节段多频率生物电阻抗测试法(DSM-BIA法)
人体成分分析仪技术参数测量方法：生物电阻抗测试法生物电阻抗（BIA）：阻抗(Z)，通过3种不同频率( 5kHz, 50kHz, 250kHz) 分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种阻抗测量电抗(X) ：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电抗测量电阻（R）：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电阻测量测量系统：多频8-电极测量频率：5 kHz /50 kHz /250 kHz测量电流：90 μA或以下综合测试结果，自动生成测试意见和建议，特别适合体检中心测量部分：左上肢、右上肢、躯干、右下肢、左下肢阻抗测量范围：75.0～1500.00Ω（0.1Ω单位）体重测量系统：电阻应变式体重最大称量：270kg具有预置皮重功能。
体重最小刻度（最小显示值）：0～270 kg: 0.05 kg脂肪率测量范围：1.0～75.0%（0.1% 单位）体脂肪率判定标准分年龄段说明。
体型分析：九种体形判定,根据人体内脂肪率和肌肉量可提供九种身体类型评价；软件配置：配置电脑后，只要是兼容Windows系统的打印机均可输出测试结果，由电脑向设备发送数据和指令，进行自动化操作。
兼容打印机：激光/喷墨打印机,普通打印机即可测量速度：30秒钟的时间能完成全部测量，并立即得出各项测量值指标，并根据不同受试者的各项测试指标指数得出个性化的分析评定报告。
电源电压：220V AC （50Hz ∕60Hz）额定功率：25W最大测试时间：30秒工作温度范围（储存温度范围）：5℃～35℃（-10℃～+60℃）测试年龄范围：5~99岁；测试身高范围：95-249.9cm输出值（成人报告）：体重、体脂肪率、脂肪量、除脂肪重、肌肉量、骨量、体水分率、身体成分构成图显示、BMI、细胞外液、细胞内液、细胞外液率、细胞外液率平均值、内脏脂肪等级、基础代谢量、基础代谢年龄、腿部肌肉点数、、各部位肌肉综合评价（图表显示）、各部位脂肪综合评价、推定骨量、肌肉平衡分析（图表显示）、体型判定（根据肌肉量与体脂肪率来的判定体型）、目标体重、体重控制、肌肉控制、脂肪控制、显示直流电阻抗/交流电阻抗信息（科研基础数据）输出值（儿童报告）：体重、体脂肪率、脂肪量、除脂肪重、肌肉量、体水分率、身体成分构成图显示、儿童肥胖指数、基础代谢量、各部位肌肉综合评价、各部位脂肪综合评价、健康指数评价：目标体重、体重控制、目标脂肪、脂肪控制、显示直流电阻抗/交流电阻抗信息（科研基础数据）、肌肉量及骨量分析图、成长曲线图。
体验“人体成分分析仪”——生物电阻抗法
体验“人体成分分析仪”——生物电阻抗法生物电阻抗法(Bioelectrlcal Impedance Analysls)是一种通过电学方法测定人体水份的技术。
1、生物电阻抗法（BIA）基本原理人体的体液里有许多离子，因此人体的体液具有导电性。
将微弱的交流电流信号导入人体时，电流会在电阻小、传导性能较好的体液中传输。
在电学中，在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。
因此阻抗包括导体的电阻、电容的容抗和电感的感抗，简称电阻、容抗、感抗；其中容抗、感抗与所加的交流电频率有关，同样的电容、电感，交流电频率越高，容抗越小，而感抗越大；阻抗由电阻R、感抗X c和容抗X L三者组成，但不是三者简单相加，而是三者平方和的平方根。
阻抗常用Z表示，单位是“欧姆”。
体液是导电介质，因此人体相当于导体，具有电阻；细胞壁相当于电容，因为细胞内部和外部都是可以导电的体液，但被细胞壁隔开，因此具有电容效应；人体里面几乎不存在感抗。
如果将人体比作导体的话，那么人体中水分的多少，即反应人体电阻的大小；而容抗在大小则能反应细胞内外水分的比例。
人体总阻抗的大小是两者的平方和的平方根，但在固定频率测试中，人体的阻抗与电阻的相差不多，经常就用电阻R替代阻抗Z。
构成身体的人体成份可分为水(Body water)、蛋白质(Proteln)、体脂(Body Fat)、无机物(Mineral )四种。
这些成份在人体中虽然会因为性别与个人的不同存在着一些差异，但大致上为55:20:20:5的比例。
因此，在这些人体成份中，如果知道了人体水分含量和人体脂肪含量，就可以分别求出这四种成份各自的量。
人体的肌肉的主要成分是蛋白质和人体水份，它们之间存在着一定的比例关系，健康的肌肉是由约73%的水和27%的蛋白质组成。
人体中的无机物主要是人体骨骼的重量，骨的重量又与肌肉量有着密切的关系，即可以由身体水分含量求出蛋白质和无机物的含量。
因此，如果知道人体水分含量和脂肪含量，就可以分别确定人体四大成分并予以分类。
inbody体测仪工作原理
inbody体测仪工作原理
inbody体测仪是一种通过使用多频电阻抗测量技术来评估人体成分的仪器。
其工作原理基于人体组织对电流的传导能力不同，根据不同成分的阻抗特性进行测量。
整个测量过程中，被测试者需要依次站立在测量仪器的金属板上，仪器会通过四个电极分别向人体发送微弱的电流，在仪器内测量电流的传输速度和路径，根据这些数据计算出不同组织、器官和身体部位的生物阻抗。
在inbody体测仪中，用到了不同频率的电流，这是因为不同
频率的电流在人体内传播的路径不同。
低频电流主要传播在细胞膜内外，并反映细胞内液和细胞外液之间的分布情况；而高频电流则主要通过细胞间液传播。
通过测量电阻和反抗电流在身体各部位的传播情况，inbody体测仪可以确定身体组成的百分比，包括肌肉量、脂肪量、水分含量和骨骼重量等。
同时，inbody还可以提供详细的身体部位分析，帮助评估身体的健康状况。
需要注意的是，inbody体测仪是一种相对精确的非侵入性测量方法，但其结果可能会受到一些因素的影响，如身体水分、饮食状况、运动状态等。
因此，在测试过程中，确保在相同条件下进行多次测量可以提高结果的准确性。
人体成分分析仪的测量方法及注意事项
人体成分分析仪的测量方法及注意事项近年来飞速发展的人体成分组成的测定方法可以提供重要临床营养信息。
其中多频生物电阻抗分析法操作简单、安全可靠, 对病人无损伤、无痛苦, 在国外临床实践中已得到广泛应用。
西奈人体成分分析仪是目前较新的一种多频生物电阻抗分析仪器。
本文以此为例，对1 79 例病人进行了人体成分分析, 评估病人的营养状况, 以指导临床营养及饮食, 取得良好效果。
现将测量方法介绍如下。
对就诊的能站立的病人, 用西奈人体成分分析仪进行人体成分分析, 了解病人的营养状况,有效地指导临床营养及饮食。
仪器上有八个接触电极, 分别是左右手部各2 个、左右足部各2 个。
测量时病人赤脚站于检测仪上, 双手握住手部电极, 拇指、其余4 指分别与电极密切接触; 双足跟、前掌分别踏在足部电极上; 上肢下垂, 离开躯干, 输入编号、姓名、年龄、身高、性别后即开始测量, 测量时间大约需要1 ~ 2 分钟。
测定完毕自动打印报告单或存入微机。
为了保证测量结果的准确性, 应注意以下事项:（1）病人应在空腹或进食2 ~ 3 小时后进行测量,测量前排大小便, 尽量穿轻而少的衣服, 以最大限度地减少误差。
因为食物、尿液等不能成为电流的通路, 分析仪可能将其当成脂肪, 而影响分析结果。
（2）测定前要站立5 分钟, 以减少因突然站立血液往下肢流动而造成的影响。
（3）测量时不能带较重物品及饰物, 如手机、钥匙、手镯等。
（4）手足与电极的接触部位要紧密、准确。
（5）测量过程中保持安静, 尽量减少说话。
（6）手足太小的儿童及有手足残疾者, 因不能与八个电极接触, 不宜进行测量。
（7）体重低于20 K g 或高于100 K g 的病人不宜测量。
因体重太轻时结果不够准确, 体重过重时超出仪器负荷, 有可能损坏机器。
（8）带有心脏起搏器的病人不宜进行测量。
因为电流会使起搏器的功能发生紊乱。
随着临床营养学的不断发展, 如何准确全面评价病人的营养状况, 更好地实施临床营养支持治疗, 促进病人早日康复, 越来越受到广大医务工作者的重视。
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人体成分分析仪中多频生物电阻抗的应用
work Information Technology Company.2020YEAR
人体成分分析仪中多频生物电阻抗的应用
目前，国内外很多公司都推出了不同型号的人体成分分析仪，均可实现对人体成分的常规性测试和分析。
但是大都存在以下不足之处：
（1）在人体阻抗测量中，多采用四电极法，虽然减少了接触阻抗的影响，但是由于同时只有两个电极作为测试端，所以并不能测出手脚处的体阻抗，这使得整体测试结果偏大；而且由于每个电极都是作为电流电极和电压电极共用的，这使得测量过程中不可避免地发生电压和电流互相干扰的现象，以上两种因素使得系统误差增大。
（2）目前一些公司研制的仪器可以实现多频检测，这在准确测定人体水分含量上进了一步，但都没有完全实现全自动控制，还需要操作者手动去控制，对非专业人员的使用造成了一定困难。
（3）国内外公司研制的人体成分分析仪，所有的测试数据都需要上传到联机电脑中进行显示、存储、分析、管理，因此一台仪器需要一台专用电脑，这对该仪器的推广使用造成了很大不便。
根据以上情况分析，一些科技研发公司开始研发弥补以上不足的新设备。
本文以西奈SN-2A为例，目前市面上开始采用生物多频电阻抗(MFBIA)的原理来检测，这种仪器可以检测、分析不同频率下(5k、50k、100k、250k、500k)的人体阻抗信号，根据总结出的计算公式(Lukaski方程)，可以计算出一系列人体成分参数，通过这些参数可以诊断出人体成分的变化以及健康状况。
除实现这些基本功能外，还对目前国内外同类仪器存在的问题进行了如下改进：
（1）全机采用八个接触电极，这些电极都是用不锈钢制成，电极接触面由直立的握式电极和脚踏式电极组成。
在左右两个测量回路中，分别使用两个独立电极作为电流电极，电压电极和电流电极都是独立使用，不存在重复使用现象，这保证了在测量过程中电压和电流互不干扰；在任意一个测量回路中，同时都有四个测试电极工作，不仅可以测出准确的身体节段阻抗，还可以测出手脚处的体阻抗以及接触阻抗，这大大提高了测试结果的重复性和准确性。
当选通右半身测量回路时，E1和E7作为电流电极，E3、E4、E5、E6作为电压电极，可以分别测出接触阻抗+右手体阻抗、右上肢阻抗、接触阻抗+右脚体阻抗、右下肢阻抗。
经过简单计算即可得到躯干阻抗。
反之亦然。
（2）仪器操作十分简单，操作者只需按下开机键，其他所有功能都由仪器本身来实现，测量过程中不需要再进行其他操作，这一点对非专业人员的使用来说尤为重要。
（3）仪器通过CAN总线与上位机进行互联，进而实现了一对传输线、Ⅳ台仪器，双向传输多个信号，一台电脑同时监测多台仪器，这为社区医院进行大规模会诊创造了条件，也为以后利用以太网进行远程监控打下坚实的基础。
多频生物电阻抗法有效地解决了同类仪器中存在的不足。
适合家庭医疗保健和医院保健科使用。
在医学临床与基础研究中，测量人体成分具有重要的价值。
它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。
健美和减肥锻炼若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。