人體成分測量裝置的設計

　　人體的組成成份及變化情況是評價(jià)人們營(yíng)養狀況和健康水平的重要因素。人體成分的分析越來(lái)越受到生理學(xué)家、營(yíng)養學(xué)家及醫生的重視。肥胖已成為在全球范圍患病人數迅速增加的一種流行性疾病，我國也不例外。特別是人體體內的脂肪含量的分析，對于評價(jià)人的營(yíng)養狀況、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(chēng)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備，且儀器設備大多價(jià)格昂貴。針對這種情況，本文根據生物組織電阻抗特性，應用生物電阻抗技術(shù)設計制作了安全、無(wú)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(lái)提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫學(xué)信息的無(wú)創(chuàng )檢測技術(shù)。其基本測量方式是通過(guò)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

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

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

　　電流流過(guò)生物組織時(shí)細胞膜等效于電容，而細胞內外液等效于電阻。對于整個(gè)生物組組織，可視為無(wú)數的細胞的集合，在低頻電流流過(guò)時(shí)，由于細胞膜的容抗作用，等效于無(wú)數的電容并聯(lián)對電流具有容抗作用，等效于一個(gè)總電容，根據cole-cole模型，當高頻的電流施加于生物組織時(shí)，由于細胞內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分別是細胞內液、外液電阻，C為細胞膜電容。