人体脂肪测量系统的实现
用于人体成分测定的多频复阻抗同步获取系统
用于人体成分测定的多频复阻抗同步获取系统叶小灿;张弦;王远;马祖长;陈焱焱【摘要】目的设计一种生物组织多频复阻抗同步获取系统,克服多频复阻抗同步测量受栅栏效应影响的问题,用于人体脂肪、肌肉等组成成分的精确测定.方法首先根据频域阻抗测量原理,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)编程实现了一个用于阻抗测量的高精度多频复合激励源,然后设计了适宜于微弱信号的高信噪比调理和采集模块,之后提出一种避免栅栏效应影响的精确离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)分析方法,实现了精准且简便的多频复阻抗同步测量分析系统.最后采用人体RC模型和对比设备分别进行了复阻抗和人体成分测量准确性的验证实验.结果人体阻抗模型测量表明该系统幅值相对误差不超过1％,相位角最大误差不超过0.5°,人体成分主要测量指标与Tanita MC-180测量结果的相关系数r=0.984～0.994(P<0.001).结论该系统同MC-180的测量结果高度显著相关,同时,复杂度低使得该系统易于普及推广,为身体成分的大样本人群普查提供了一种有效的手段.【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】7页(P364-370)【关键词】生物电阻抗;人体成分;多频复阻抗;同步获取;栅栏效应【作者】叶小灿;张弦;王远;马祖长;陈焱焱【作者单位】安徽省食品药品检验研究院合肥 230051;安徽省食品药品审评认证中心合肥 230051;中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031;中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031;中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031【正文语种】中文【中图分类】R318.040 引言人体成分测定是通过测量身体主要组分的物理特性，并依据人体组成学理论计算各组成的含量与分布。
通过人体成分测定可以间接了解人体组织的生理状态和病理状况[1]，对提高身体体质、维持和促进健康、诊断和治疗疾病具有重要意义[2-3]。
智能秤 体脂原理
智能秤体脂原理
智能秤是一种新型的测量仪器，能够准确测量人体的体重并计算出其他相关指标，如体脂率。
智能秤的体脂原理是通过利用电阻测量的方式来计算体脂率。
具体来说，智能秤内部的电极会传输微弱的电流通过人体，这个过程一般是无感知的。
由于不同组织对电流的导电能力不同，电流在通过人体的过程中会遇到不同的阻力。
通过测量电流通过的阻力大小，秤能够计算出不同组织的含量，并根据这些数据推算出体脂率。
智能秤的电阻测量原理基于生物电阻抗法。
这种方法依赖于人体的导电能力和组织的阻抗特性。
我们知道，人体主要由水分、脂肪、肌肉和骨骼组成。
其中水分和肌肉对电流的导电能力较好，而脂肪和骨骼对电流的导电能力较差。
因此，通过测量电流通过身体的难易程度，智能秤可以计算出人体的体脂率。
尽管智能秤能够方便地测量体脂率，但需要注意的是，结果可能会受到多种因素的影响。
例如，饮食、水分摄入、身体活动水平等因素都可能对体脂率的准确度产生影响。
因此，为了获取更准确的数据，建议在测量前保持一致的生活习惯，并在相同的时间和条件下进行测量。
总之，智能秤通过电阻测量的原理来计算体脂率，能够为人们提供一个便捷且相对准确的健康指标。
但需要注意测量结果可能受到多种因素的影响，使用时还需要结合其他指标和专业医生的建议来进行综合判断。
精确测量的体脂秤使用说明
精确测量的体脂秤使用说明体脂秤是一种能够测量人体体脂肪百分比的智能健康仪器。
它采用先进的传感技术和算法，可以准确测量人体的脂肪含量，并提供其他健康指标，如肌肉质量、骨骼质量和水分含量等。
为了正确使用和获取准确的测量数据，下面将为您详细介绍精确测量的体脂秤的使用说明。
1. 准备工作在使用体脂秤之前，您需要进行以下准备工作：1.1 关注身体状况：确保您在测量之前处于平稳的状态，不要进行剧烈运动或进食过多食物。
1.2 脱鞋袜：为了增加皮肤和体脂秤之间的接触面积，您需要脱掉鞋子和袜子，以确保测量的准确性。
1.3 保持稳定：在使用体脂秤时，请确保您的身体保持稳定的姿势，双脚平放在秤面上，身体重心均匀分布。
2. 测量方法2.1 打开体脂秤：按下体脂秤上的开关或触摸屏按钮，确保体脂秤处于工作状态。
在某些型号的体脂秤上，您可能需要通过蓝牙或Wi-Fi连接到智能手机或电脑上的应用程序。
2.2 登录或识别用户：如果体脂秤具有多用户功能，您需要登录或选择您的用户资料。
这样，体脂秤可以根据您的个人设置和历史数据来进行测量和分析。
2.3 平衡测试：在站立在体脂秤上之前，它会进行一次自动平衡测试，以确保准确测量。
请等待直到体脂秤显示“0.0”或指示准备就绪。
2.4 测量体脂：站在体脂秤上，尽量保持姿势平稳。
在数秒内，体脂秤将完成测量，并将结果显示在屏幕上。
3. 数据解读体脂秤测量的结果会显示在屏幕上。
以下是一些常见的测量指标解释：3.1 体脂百分比：体脂百分比是指身体中的脂肪总量占总体重的百分比。
通常，男性的健康范围为6-24%，女性为16-30%。
然而，这些范围可能因个体差异而有所不同。
3.2 肌肉质量：肌肉质量是指身体中的非脂肪组织总量。
通常，肌肉质量高于平均值意味着较强的肌肉力量和代谢。
3.3 骨骼质量：骨骼质量是指骨骼系统中的骨量总量。
一般来说，骨骼质量高于平均值意味着骨骼较强和更好的骨骼健康。
3.4 水分含量：水分含量是指身体中的水总量占总体重的百分比。
利用CT图像脂肪自动识别程序进行内脏脂肪测量和肥胖分型
利用CT图像脂肪自动识别程序进行内脏脂肪测量和肥胖分型邹诚实【期刊名称】《上海医学》【年(卷),期】2015(38)1【摘要】目的探讨利用CT图像脂肪自动识别程序进行内脏脂肪测量和肥胖分型的可行性。
方法对85名志愿者的肚脐、L4和L5椎体平面进行常规条件CT扫描,所得图像应用AVS/Express高级可视化系统开发的CT图像脂肪自动识别程序按-190^-30Hu的脂肪值范围对腹壁皮下脂肪面积(SA)、腹腔内脏器脂肪面积(VA)、腹围(WC)进行自动识别计算,根据上述计算值和BMI实现肥胖分型。
使用SPSS 19.0统计学软件分析VA和SA与年龄、WC、BMI的相关性。
结果 85名志愿者的腹部CT图像导入脂肪识别程序进行脂肪自动识别,有75名自动画出的感兴趣区域(ROI)框体符合要求无需调整,10名需经再次手动细调后进行计算。
84名能在1s 内成功计算出WC和VA、SA,成功率为98.8%。
85名志愿者中,共22名(25.9%)VA≥100cm2,VA≥100cm2者的BMI、WC、VA、SA均显著高于VA<100cm2者(P值均<0.001)。
Pearson相关分析表明,男性VA与BMI、WC、SA均呈正相关(r=0.729、0.861、0.783,P值均<0.000 1),与年龄不相关(P>0.05);女性VA与年龄、BMI、WC、SA均呈正相关(r=0.469、0.506、0.752、0.513,P=0.010、0.005、0.000 1、0.004)。
VA与WC的相关性最好,男性所得直线方程为y=4.460x-274.116(r=0.861),女性为y=2.754x-151.091(r=0.752)。
男性和女性SA与BMI、WC、VA均呈正相关(男性,r=0.832、0.891、0.783,P值均<0.000 1;女性,r=0.773、0.490、0.513,P=0.000 1、0.007、0.004),与年龄均不相关(P值均>0.05)。
人体脂肪测量系统的实现
势 ， 来 越 引起 人 们 的 不 安 与 关 注 。 对 这 些 疾 病 的 越 而 预 防 中 ， 体 脂 肪 成 分 的 监测 有 十 分 重 要 的意 义 。目 人 前 ， 体 脂 肪 成 分 的 检 测 方 法 有 ： 体 密度 法 （ 下 人 人 水 称 重 法 ） 人 体 测 量 法 、 物 阻 抗 分 析 法 、 声 成 像 、 生 超 法 、 射 线 成 像 、 Ｔ成 像 、 Ｉ 像 、 中 子 活 化 分 析 Ｘ Ｃ ＭＲ 成
大 的缺 陷 。 ９ ４年 ， 国 Ｌ ｓ ｅ Ｗ ．Ｏ ｇ ｎ提 出平 均 １９ 美 ｅｌ ｉ ｒａ
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 ， 且 把 一 部 分 人 体 （ 肪 等 ） 成 是 并 脂 看 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 。 模 型 与 人体 密 度 模 型 类 似 。 体 密 该 人 度 模 型 把 人 体 看 成 是 由有 不 同 密 度 的 不 同 组 织 组 成 ， 其 平 均 密 度 与 脂 肪 含 量 具 有 正 比关 系 。根 据 人 但 体 密 度 模 型 产 生 的人 体 密 度 法 （ 下 称 重 法 ） 测 量 水 是 人 体 脂 肪 的金 标 准 方 法 。
板 上 ， 手 抓住 手 握 架 ， 可 以测 出人 体 脂 肪 及 其 分 布 。 双 就 因此 更 准 确 、 便 、 捷 、 费 用 ， 能更 强 ， 方 快 低 功 适 合 家 庭 使 用 。本 仪 器 精 度 达 到 ０． ｇ。 ｉ Ｋ 关键词
中图 分 类 号 ： Ｍ９ ４１ Ｔ ３．
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ＴＨ ＥＳｌ ＆ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ Ｓ ＲＥＰｏ ＲＴ
脂肪检测原理
脂肪检测原理
脂肪检测是指通过一定的方法和仪器对人体内脂肪含量进行测量和分析的过程。
脂肪是人体内的重要营养物质，但过多的脂肪会对健康造成不良影响，因此准确地检测脂肪含量对于健康管理至关重要。
脂肪检测的原理主要包括生物电阻抗法、双能X射线吸收法、核磁共振法等多种方法。
其中，生物电阻抗法是一种简单、快速、非侵入性的脂肪检测方法，被广泛运用于健身房、医疗机构和科研领域。
生物电阻抗法的原理是利用人体组织对电流的传导能力不同来测量脂肪含量。
人体内的脂肪组织对电流的传导能力较差，而肌肉组织对电流的传导能力较好。
通过向人体内部施加微弱的电流，利用电极对电流的传导情况进行测量，就可以间接地推算出人体内脂肪的含量。
双能X射线吸收法是一种较为精确的脂肪检测方法，它利用X射线对人体进
行扫描，通过不同组织对X射线的吸收能力不同来计算出脂肪含量。
这种方法的
优点在于可以精确地测量不同部位的脂肪含量，但缺点是需要辐射，且设备昂贵，不适合大规模应用。
核磁共振法是一种高精度的脂肪检测方法，它利用核磁共振技术对人体内部的
脂肪组织进行成像和定量分析。
这种方法的优点在于可以直观地观察人体内部的脂肪分布情况，对于一些特殊情况下的脂肪检测具有重要意义，但缺点是设备昂贵，操作复杂，不适合大规模普及。
除了以上几种方法，还有一些其他的脂肪检测原理，如皮褶厚度测量法、超声
波扫描法等，它们各有优缺点，适用于不同的场合和需求。
总的来说，脂肪检测的原理是多种多样的，每种方法都有其独特的优势和局限性。
在实际应用中，我们需要根据具体情况选择合适的脂肪检测方法，以确保脂肪含量的准确测量，为健康管理提供科学依据。
生物电感应技术新研究
生物电感应技术新研究生物电感应技术（Bioelectrical Impedance Analysis, BIA）是一种利用人体组织电传导特性的电学方法，通过测量人体电阻和电导率来分析人体组成和代谢状况的技术。
近年来，生物电感应技术在医疗、健康管理和体育训练等领域得到越来越广泛的应用，取得了很多新的研究成果。
一、生物电感应技术的原理及优势生物电感应技术是一种非侵入式、无辐射、简单易操作的分析技术，它利用人体组织对交流电的阻抗作用，测量人体阻抗，通过对电阻抗的分析计算出人体的多种生理参数，如体组成、水分含量、代谢水平等。
生物电感应技术的原理是应用低频电流通过人体组织，测量电导率和电阻，有的还会同时测量生物电，从而分析人体的组织特性和代谢状态。
生物电感应技术在测量人体组成时具有以下优势：1.非侵入式：生物电感应技术是一种无创的检测方法，不需要穿刺或者注射等侵入式操作，能够有效减少检测对患者的创伤和感染风险。
2.精度高：生物电感应技术输出所得数据精度高，重复性好，能够够较准确地反映人体组成和代谢状态，有利于医生和科研人员进行更加精准的诊断、分析。
3.应用范围广：生物电感应技术不受年龄、性别、肢体肥胖度等因素的限制，所有人都能够使用，能够较全面地反映人体的代谢和组成情况，是一种很好的体育、医疗和健康检测工具。
二、生物电感应技术在体育科学中的应用1.身体质量指数（BMI）的测量：生物电感应技术可以精准地测量人体脂肪和肌肉含量的比例，从而获得身体质量指数（BMI）值，是肥胖预防和控制的重要工具。
2.肌肉状态的评估：生物电感应技术可以精确测定骨骼肌含量和分布，同时也能够评估肌肉的状态和健康程度，为体育训练中运动员的肌肉锻炼计划提供支持。
3.运动员的水分管理：生物电感应技术能够测定人体各部位的水分含量，为运动员进行水分管理提供有力帮助，同时也能够帮助运动员更好地制定营养和调节训练计划。
三、生物电感应技术在医学中的应用1.治疗过程监测：生物电感应技术能够较准确地测量并分析患者的水分含量、脂肪含量等多个生理参数，能够帮助医生进行治疗过程的监测和调整，同时也优化了治疗效果。
体脂称的原理
体脂称的原理
体脂称的原理是通过测量人体的电阻来估算体脂肪含量。
人体组织主要分为脂肪组织和非脂肪组织，两者对电流的导电能力不同。
脂肪组织含有较少的水分和较多的脂肪，因此对电流的导电能力较弱；而非脂肪组织则含有较多的水分和较少的脂肪，对电流的导电能力较强。
体脂称通过电极将微弱的电流通过人体传导，然后根据电流通过人体时的阻力来测量体脂肪含量。
体脂称的仪器内部会根据传导电流的阻力计算出体脂肪含量的估算结果。
需要注意的是，体脂称的测量结果只是对体脂肪含量进行估算，并不是绝对准确的。
因为人体的组成和含水量等因素会对测量结果产生影响，所以体脂称的测量结果仅供参考。
此外，要获得准确的测量结果，使用体脂称前需要确保双脚完全接触电极，并且在同一时间、同一环境条件下进行测量。
同时，在进行测量时还应注意仪器的使用说明，遵循使用方法以获得更准确的测量结果。
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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：
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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
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）
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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，
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。
)*+,-./ 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
#
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?!#@
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。
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
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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
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
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医疗卫生装备
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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。 $%&’(%