人體成分測量裝置的設(shè)計(jì)

　　人體的組成成份及變化情況是評(píng)價(jià)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(xué)家、營養(yǎng)學(xué)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(duì)于評(píng)價(jià)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(duì)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(jià)格昂貴。針對(duì)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(jì)制作了安全、無損傷、價(jià)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(xué)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(duì)象施加安全的激勵(lì)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(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞有一層細(xì)胞膜，細(xì)胞膜內(nèi)包裹著細(xì)胞內(nèi)液，在細(xì)胞間充盈著細(xì)胞外液。細(xì)胞膜由雙層磷脂分子和蛋白質(zhì)組成，細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液都相當(dāng)于電解質(zhì)溶液，因此細(xì)胞膜的導(dǎo)電性遠(yuǎn)小于細(xì)胞內(nèi)外液，近似為絕緣體。當(dāng)直流或低頻電流施加于生物組織時(shí)，由于細(xì)胞膜的存在，電流將以任意一種可能的方式繞過細(xì)胞，主要流經(jīng)細(xì)胞外液;當(dāng)施加高頻電流時(shí)，電流穿過細(xì)胞膜，流經(jīng)細(xì)胞內(nèi)液。

　　實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電流頻率小于50kHz時(shí)，電流主要流過細(xì)胞外液體;當(dāng)電流頻率在200kHz以上時(shí)，電流可穿過細(xì)胞膜。

　　電流流過生物組織時(shí)細(xì)胞膜等效于電容，而細(xì)胞內(nèi)外液等效于電阻。對(duì)于整個(gè)生物組組織，可視為無數(shù)的細(xì)胞的集合，在低頻電流流過時(shí)，由于細(xì)胞膜的容抗作用，等效于無數(shù)的電容并聯(lián)對(duì)電流具有容抗作用，等效于一個(gè)總電容，根據(jù)cole-cole模型，當(dāng)高頻的電流施加于生物組織時(shí)，由于細(xì)胞內(nèi)外液的電阻抗遠(yuǎn)大于細(xì)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(xì)胞內(nèi)液、外液電阻，C為細(xì)胞膜電容。