人體成分測量裝置的設(shè)計

　　人體的組成成份及變化情況是評價人們營養(yǎng)狀況和健康水平的重要因素。人體成分的分析越來越受到生理學家、營養(yǎng)學家及醫(yī)生的重視。肥胖已成為在全球范圍患病人數(shù)迅速增加的一種流行性疾病，我國也不例外。特別是人體體內(nèi)的脂肪含量的分析，對于評價人的營養(yǎng)狀況、體質(zhì)研究、臨床疾病治療具有重要的意義。對人體成分的測定方法有很多，如水下稱重法、核磁共振法、同位素稀釋法等，這些方法都需要特殊的儀器和設(shè)備，且儀器設(shè)備大多價格昂貴。針對這種情況，本文根據(jù)生物組織電阻抗特性，應(yīng)用生物電阻抗技術(shù)設(shè)計制作了安全、無損傷、價廉的人體成分測量裝置。生物電阻抗技術(shù)是利用生物組織與器官的電特性來提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫(yī)學信息的無創(chuàng)檢測技術(shù)。其基本測量方式是通過體表電極向檢測對象施加安全的激勵電流，并使用體表電極檢測相應(yīng)的電壓變化，獲取相關(guān)信息。

　　檢測原理

　　人體阻抗特性

　　人體的基本構(gòu)造是細胞，每個細胞有一層細胞膜，細胞膜內(nèi)包裹著細胞內(nèi)液，在細胞間充盈著細胞外液。細胞膜由雙層磷脂分子和蛋白質(zhì)組成，細胞內(nèi)液和細胞外液都相當于電解質(zhì)溶液，因此細胞膜的導(dǎo)電性遠小于細胞內(nèi)外液，近似為絕緣體。當直流或低頻電流施加于生物組織時，由于細胞膜的存在，電流將以任意一種可能的方式繞過細胞，主要流經(jīng)細胞外液;當施加高頻電流時，電流穿過細胞膜，流經(jīng)細胞內(nèi)液。

　　實驗表明，當電流頻率小于50kHz時，電流主要流過細胞外液體;當電流頻率在200kHz以上時，電流可穿過細胞膜。

　　電流流過生物組織時細胞膜等效于電容，而細胞內(nèi)外液等效于電阻。對于整個生物組組織，可視為無數(shù)的細胞的集合，在低頻電流流過時，由于細胞膜的容抗作用，等效于無數(shù)的電容并聯(lián)對電流具有容抗作用，等效于一個總電容，根據(jù)cole-cole模型，當高頻的電流施加于生物組織時，由于細胞內(nèi)外液的電阻抗遠大于細胞膜電容抗，可忽略容抗作用，只考慮電阻抗。其等效電路模型如圖1所示，圖中Ri、Rm分別是細胞內(nèi)液、外液電阻，C為細胞膜電容。