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)。

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（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。

电子体脂称测量工作原理体脂称是一种通过电子技术对人体体脂肪含量进行测量的仪器。

它广泛应用于健身房、医疗机构以及普通家庭，帮助人们了解自己的身体组成并监控健康状况。

电子体脂称的工作原理涉及电阻、电流和电阻计算等基本物理概念。

一、阻抗测量原理电子体脂称采用的主要测量原理是阻抗测量，也称为生物电阻抗。

当电流通过人体时，会遇到阻力，即阻抗。

因为人体内部主要由水分和其他组织构成，组织的不同阻抗值也不同，从而使电流在通过人体时会遇到不同的电阻。

根据这个原理，电子体脂称可以通过测量电流的阻抗来推算人体的体脂肪含量。

二、测量方式电子体脂称通常有两种测量方式：单频电阻和多频电阻。

单频电阻是指仪器通过一个频率的电流来测量电阻。

多频电阻则是指仪器通过多个频率的电流来进行测量。

多频电阻相比单频电阻更准确，因为不同频率的电流可以穿透或反射不同深度的组织。

通过多频电阻的测量，电子体脂称可以提供更详细和准确的身体组成分析。

三、数据处理电子体脂称在测量完电阻后，会将数据输入到内置的计算系统中进行处理和分析。

该计算系统会根据预先设定的算法和公式，计算出体脂肪含量、肌肉含量、骨骼质量等参数。

同时，它还会结合个人的年龄、性别、身高等信息，进行更精准的结果解读。

通过数据处理，电子体脂称可以提供对身体组成的详细分析和健康评估。

四、使用注意事项虽然电子体脂称在测量身体组成方面提供了方便和准确性，但需要注意以下几点。

首先，测量时应该保持身体稳定，双脚光脚且贴地，双手握住脂肪秤的把手。

其次，最好在早晨起床后、尿液排空前进行测量，以获得更准确的结果。

此外，一般来说，电子体脂称并不适用于身体携带金属物品的情况下，这可能会对测量结果产生干扰。

综上所述，电子体脂称利用阻抗测量原理来推算人体的体脂肪含量。

通过电流的阻抗测量、多频电阻和数据处理，电子体脂称可以提供准确的身体组成分析和健康评估。

然而，在使用电子体脂称时，我们需要注意保持身体稳定，并且选择合适的时间进行测量。

基于生物电阻抗的人体健康监测系统设计刘理云【摘要】基于人体电阻抗随人体脂肪多少的不同而不同,对人体施加恒定安全的小交流电流,则在人体相关部位产生的电势差不同,设计了一人体健康监测系统.介绍了系统的结构与工作原理.系统测量流程,对激励源、激励与检测电极、程控开关、弱信号处理电路做了具体说明.通过实验验证,所设计系统能按人体区段电阻抗监测人体的肥胖程度,以此可作为判断人体健康状况的依据之一.【期刊名称】《太原师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(016)004【总页数】4页(P49-52)【关键词】生物电阻抗;人体健康监测;系统设计【作者】刘理云【作者单位】娄底职业技术学院,湖南娄底417000【正文语种】中文【中图分类】TM933.31 监测原理人体电阻抗随人体脂肪多少(即肥胖程度)的不同而不同，若对人体施加恒定安全的小交流电流，则在人体相关部位产生的电势差不同.利用相应功能的测量系统，测出人体相关部位的电压模值，由于电流恒定不变，电压模值便反映了电阻抗的大小.并按性别、体型、年齡分段与标准值比较，据此判断人体的健康状况[1-3].2 系统设计与原理分析为了提高监测准确度，分别测量左手与右手、左手与左脚、左手与右脚、右手与右脚、右手与左脚、左脚与右脚之间的电阻抗，左手、右手、左脚、右脚各前端分别接两个电极，一个作为电流激励电极，一个作为电压测量电极，据此所设计的系统原理结构如图1所示[4-5].图1 测量系统原理结构图系统通电后，恒流激励源即输出50 KHZ，0.1 mA的恒定安全小交流电流，单片机控制系统处于待测状态，通过按键输入性别、年齡、体型后，顺序测量左手与右手、左手与左脚、左手与右脚、右手与右脚、右手与左脚、左脚与右脚之间的电阻抗.如果要测量左手与右手之间的电阻抗，则由单片机程序控制接通左手和右手上的激励电极与电压检测电极，恒定安全小交流电流便通过激励电极施加在左手与右手之间，通过左手与右手上的电压检测电极便检测出左手与右手之间的电位差，由于电流恒定不变，左手与右手之间的电位差便反映了左手与右手之间的电阻抗大小.要测量其他部位电阻抗，控制、测量原理相同.通过电压检测电极所测电位差信号是弱信号，先通过检测信号预处理电路处理后，送入单片机进行A/D转换，然后由单片机运行所设计程序，与预先存储的标准值比较判断被测人的健康状况，测量结果通过液晶屏显示，也可通过与PC机通信，发送给PC机.3 单片机控制系统程序流程图单片机控制系统程序流程图如图2所示.系统通电后，首先从键盘输入性别、年齡、体型，然后按检测键，依次检测左手与右手、左手与左脚、左手与右脚、右手与右脚、右手与左脚、左脚与右脚之间的电阻抗.将检测值与标准值比较，判断被检测者的健康状况，并将结果显示出来.由于实验条件有限，标准值只能借助别人用水下称重法确定的定标系统[5].图2 单片机控制系统程序流程图4 硬件说明4.1 激励源由于采用电流激励，测量电压的方式进行测量，必须有严格的安全控制要求，本系统采用单片函数发生器MAX038发生一个50 KHZ的恒压正弦波，然后通过电压电流转换电路得到一个50 KHZ，0.1 mA的恒流激励源[1-2].4.2 激励电极与检测电极系统采用四电极进行测量，其中一对为电流激励电极，将恒定幅值的交变电流引入被测体,另一对为电压检测电极，介于两电流电极之间,将检测出被测部位的电位差.由于激励电极与测量电极分离,电压电极处于电流密度分布比较均匀的中间段,当采用高输入阻抗的电压放大器时,电压电极与被测组织间的接触电阻可以忽略不计,同时电极与生物组织电解液之间的极化也可以忽略[2].由于不锈钢材料具有便于制作和不易腐蚀生锈等特点，故选用不锈钢材料制作电极.4.3 程控开关图3 程控开关原理图当要测量人体某区段电阻抗时，则由单片机程序控制接通相应的激励电极与电压检测电极.程控开关采用晶体电压控制制式，如图3所示，当单片机对应I/O口输出低电平时，三极管导通，相当于开关闭合，当单片机对应I/O口输出高电平时，三极管截止，相当于开关断开.4.4 检测信号预处理电路检测电极得到的电信号通常比较微弱，也很容易受噪声的干扰.基于相敏检波原理，用PGA870构成可编程增益放大电路，所设计的检测信号预处理电路如图4所示[6-7].射随电路不会改变信号的幅频特性，用于增强电路的驱动能力，以免因驱动能力弱而使信号被衰减.射随电路采用差分输入形式，以提高共模抑制比.以PGA870 为核心设计了可编程增益放大器.该放大器可防止信号出现饱和失真或超出数据采集的量程范围，同时避免因小信号放大不足而产生较大的量化误差.该放大器输出的信号中，既有被检测信号，也有噪声信号，可通过相敏检波电路检调出有用的信号.图4 检测信号预处理模块电路图5 实验结论通过对系统反复实验调试，对一名身高160 cm，体重52 kg的38岁女性反复测试的结果如表1所示，可见所设计的系统能按人体区段电阻抗监测人体的肥胖程度，以此可作为判断人体健康状况的依据之一.表1 实验测试数据测量项目第一次(Ω)第二次(Ω)第三次(Ω)第四次(Ω)左手与右手之间246244247242左手与左脚之间389386392387左手与右脚之间390387391386右手与右脚之间388390392391右手与左脚之间387390391385左脚与右脚之间1251271301286 结束语基于人体电阻抗随人体脂肪多少(即肥胖程度)的不同而不同，对人体施加恒定安全的小交流电流，则在人体相关部位产生的电势差不同，设计了一人体健康监测系统. 为了提高监测准确度，分别测量左手与右手、左手与左脚、左手与右脚、右手与右脚、右手与左脚、左脚与右脚之间的电阻抗.激励源采用50 KHZ，0.1 mA的小交流电，采用四电极进行测量，其中一对为电流激励电极，另一对为电压检测电极，且电压检测电极介于两电流电极之间,所有电极选用不锈钢材料制作.当要测量某区段电阻抗时，由单片机程序控制接通相应电极进行测量.通过电压检测电极所测电位差信号是弱信号，先通过检测信号预处理电路处理后，送入单片机进行A/D转换，然后由单片机运行所设计程序，与预先存储的标准值比较判断被测人的健康状况，测量结果通过液晶屏显示，也可通过与PC机通信，发送给PC机.参考文献：【相关文献】[1] 高鑫培,尹桂青,孙进明,等.人体脂肪测试仪[J].电子器件,2009(10)：953-959[2] 汤一平，赵煦华.基于ARM的人体脂肪测量仪的设计[J].计算机测量与控制,2008(16)：887-890[3] 黄仲曦.用生物阻抗法测量人体成份(脂肪)的方法研究[D].广州:第一军医大学,2000[4] 毛光金，沈林勇，张煜辉，等.生物电阻抗测量实验的设计与研究[J].工业控制计算机,2014(1)：57-60[5] 刘伟.基于BIA的人体健康监测与智能评价系统研究[D].合肥：合肥工业大学,2013[6] 罗勃，罗卫军.基于MSP430的微弱信号检测装置设计[J].工业控制计算机，2013(5)：15-16[7] 刘国福，杨俊.微弱信号检测技术[M].北京：机械工业出版社,2014。