一種便攜式人體成分分析儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于對人體成分含量進行分析的設備，屬于人體成分檢測與分析技術領域。
【背景技術】
[0002]生物電阻抗分析法(BIA)是近20年時間里發展起來的一項檢測人體成分的技術，因為其具有無創無損、測量的可重復性高以及動態變化的高敏感度等優點，一直成為研究的熱門。
[0003]生物電阻抗分析法是一種通過電化學方法測定人體水分和脂肪的技術，將微弱的(小于500 μ A)對人體無害的交流電信號導入人體，電流會隨著電阻小、傳導性能好的體液流動。而人體內的生物組織含有大量各種形狀的細胞，這些細胞之間的液體可以視為電解質，具有良好的導電性。由于我們可以把細胞膜視為電容，當直流或者低頻電流施加于生物組織時，細胞可以視為絕緣，電流將繞過細胞，主要流經細胞外液。當電流頻率增加時，細胞膜的容抗降低，一部分電流將穿過細胞膜流經細胞內液。研究表明，當電流的頻率小于50ΚΗζ時，電流基本不流經細胞內液，測試主要測量細胞外的電阻；而當電流的頻率逐漸增大時，電流流經細胞內液的比例逐漸增大，從而可以同時測量細胞內液體和細胞外液體的阻值。另外，非脂肪組織含有大量的水和電解質，導電性能好，電阻抗較小，而脂肪是無水物質，電阻抗較大。因此，當向人體施加頻率不同大小恒定的交流電流時，人體內非脂肪越多，電阻抗越低；人體內脂肪越多，電阻抗越高。另外，根據解剖學與人體組成學，全身水含量(TBff)與去脂體重(FFM)、全身鉀含量(TBK)與去脂體重、全身鉀含量與體細胞質量(BCM)等成分之間都存在固定的比例。根據以上原理，運用統計學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，可以準確的用于人體成分含量的測量。
[0004]現階段主流的人體成分分析儀呈現出兩極分化的趨勢:一種結構簡單，只有四電極甚至兩電極，測量的精度低，測量內容少，一般只能應用于脂肪秤等簡易設備，不能滿足人們更多的要求；另一種結構復雜體積大，不方便移動，須由專業人員操作，價格昂貴，基本應用于醫院等專業機構，普通民眾使用成本過高。如中國專利文獻CN203953657U公開的《一種人體成分分析裝置》和CN202141974U公開的《具有人體成分分析功能的筆記本電腦》。

【發明內容】

[0005]本發明針對現有人體成分分析技術存在的不足，提供一種具有測量多樣性與準確性，體積小、操作簡單快捷、便于測量的便攜式人體成分分析儀。
[0006]本發明的便攜式人體成分分析儀，采用如下技術方案:
[0007]該分析儀，包括主控制芯片、體重測量電路、參考阻抗電路、人體阻抗測量電路、測量電極、通信模塊和上位機；主控制芯片通過通信模塊與上位機連接；人體阻抗測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，工作芯片內含有恒流源產生電路、模數轉換電路和電極選通電路，前置濾波放大電路與模數轉換電路連接；體重測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量電路通過測量電極連接。
[0008]上位機包括計算機或嵌入式平臺，這兩個模塊(計算機和嵌入式平臺)相互獨立，但在工作時只能有一個模塊工作。上位機用于人機交互、系統初始化、移動式采集以及接收和處理數據，顯示和管理測量結果，用于移動式采集和處理數據，顯示測量結果。
[0009]通信模塊包括串口通信模塊或藍牙通信模塊，這兩個模塊相互獨立，但在工作時只能有一個模塊工作；串口通信模塊與計算機連接，同時進行數據傳輸和控制通信；藍牙通信模塊與嵌入式平臺連接，同時進行數據傳輸和控制通信。
[0010]測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合電極結構，包括兩個手握手柄與兩個腳踩踏板，每個手握手柄包括一根引線接口，通過引線接口在手握手柄前端設置了一路左右對稱的兩片電流電極，后端設置了一路左右對稱的兩片電極；腳踩踏板分為左右獨立的兩塊，每塊腳踩踏板上設置一個引線接口，該引線接口連接一路一片電流電極和一路一片電壓電極，踏板前端設置有連通電流電極的導電塊，后端設置有連通電壓電極的導電塊。
[0012]體重測量電路與工作芯片連接，采用四極橋式壓力傳感器，直接測量人體體重數據并經由主控制芯片傳輸到上位機。
[0013]參考阻抗電路是細胞內液等效電阻Ri與細胞膜等效電容C串聯后再一并與細胞外液等效電阻Re并聯。參考阻抗電路在主控制芯片控制下，在每次測量時提供固定的參考值，減小測量誤差，保證測量精度。
[0014]人體阻抗測量電路受主控制芯片控制，主要負責采集人體四肢阻抗信息和軀干阻抗信息并將采集到的數據經由主控制芯片傳輸到上位機。主控制芯片控制工作芯片中的恒流源電路產生大小恒定為375uA，頻率為1ΚΗζ-250ΚΗζ可調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，同時打開相應的電壓電極，將檢測到的電壓信號經前置濾波放大電路后送入工作芯片，工作芯片將數據處理后經由主控制芯片傳輸到上位機。計算機或者嵌入式平臺都擁有人機交互界面，測試者可以輸入自身數據，控制測量的開始與結束，并按照設定的方式控制測量電路工作，控制相應電流電極及電壓電極的選通與關閉，并能通過人機交互界面觀看、存儲或刪除測量結果。
[0015]本發明通過對各路測量電極的合理搭配、參考阻抗電路與人體阻抗測量測量電路及上位機處理能力的充分使用，不僅保證了測量的多樣性與準確性，還充分的減小了設備的體積，實現了簡單快捷的便攜式測量。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明分析儀的結構框圖。
[0017]圖2是本發明分析儀的工作流程圖。
[0018]圖3是本發明分析儀的參考阻抗電路原理圖，Re為細胞外液等效電阻，Ri為細胞內液等效電阻，C為細胞膜等效電容。
【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，本發明的便攜式人體成分分析儀包括主控制芯片、體重測量電路、參考阻抗電路、人體阻抗測量電路、測量電極、通信模塊和上位機。主控制芯片可以采用單片機。
[0020]主控制芯片通過通信模塊與上位機連接。