(10)授权公告号
(45)授权公告日 (21)申请号 201520035020.2
(22)申请日 2015.01.19
A61B 5/053(2006.01)
(73)专利权人秦皇岛市惠斯安普医学系统有限
公司
地址066004 河北省秦皇岛市秦皇岛开发区
华山中路泾河道3号
(72)发明人周捷 侯永捷 李向东 王佳名
(74)专利代理机构石家庄众志华清知识产权事
务所(特殊普通合伙) 13123
代理人
王苑祥
(54)实用新型名称
(57)摘要
人体阻抗值测定电路，包括控制电路、与控制
路，关键为：信号采集电路中包括分别放置于左
出端连接的电极选通电路、信号提取放大电路及
与信号提取放大电路信号输出端连接的幅值相位
检测电路，电极对中的其中一个经参考电阻与信
号提取放大电路连接、另一个直接与信号提取放
大电路连接，幅值相位检测电路的信号输出端与
控制电路的信号输入端连接。采用八电极法，电极
对的设置就可以在不同的激励电极和测量电极之
间施加不同频率的电信号，测得的结果精度更高，
也可以选择不同部位的电极分别作为激励电极和
测量电极，即可得到所需的分段阻抗值和全身阻
抗值。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(10)授权公告号CN 204484111 U (45)授权公告日2015.07.22
C N 204484111
U
1.人体阻抗值测定电路，包括控制电路（1）、与控制电路（1）控制端连接的信号发生电路（2）及信号采集电路（3），其特征在于：所述的信号采集电路（3）中包括分别放置于人体左手部、右手部、左脚部、右脚部的电极对（3-1），与信号发生电路（2）输出端连接的电极选通电路（3-2）、信号提取放大电路（3-3）及与信号提取放大电路（3-3）信号输出端连接的幅值相位检测电路（3-4），电极对（3-1）中的其中一个电极经参考电阻（R）与信号提取放大电路（3-3）的输入端连接、另一个直接与信号提取放大电路（3-3）的输入端连接，幅值相位检测电路（3-4）的信号输出端与控制电路（1）的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的信号发生电路（2）中包括与控制电路（1）连接的数字隔离器（2-1）、与数字隔离器（2-1）连接的DDS信号发生器（2-2）、低通滤波器
（2-3）及压控电流源（2-4），DDS信号发生器（2-2）的信号输出端与低通滤波器（2-3）的信号输入端连接，低通滤波器（2-3）发出的滤波信号经压控电流源（2-4）发送至电极选通电路（3-2）的输入端。
3.根据权利要求2所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的控制电路（1）中包括MCU控制器（1-1）、与MCU控制器（1-1）连接的USB通讯电路（1-2），数字隔离器（2-1）的受控端与MCU控制器（1-1）的控制端连接，幅值相位检测电路（3-4）的信号输出端与MCU 控制器（1-1）的信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的MCU控制器（1-1）是型号为ATXMEGA32A4的单片机，数字隔离器（2-1）是型号为ADuM1300的三通道数字隔离器，USB通讯电路（1-2）采用CH341T芯片作为通讯芯片。
5.根据权利要求2所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的DDS信号发生器（2-2）的型号为AD9833。
6.根据权利要求2所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的低通滤波器（2-3）是型号为LTC1560-1的数字滤波器。
7.根据权利要求2所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的压控电流源（2-4）是基于Howland电流泵的恒流源。
8.根据权利要求1所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的电极选通电路（3-2）是型号为ADG708的8选1模拟开关。
9.根据权利要求1所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的信号提取放大电路（3-3）是型号为AD8421的运算放大器。
10.根据权利要求1所述的人体阻抗值测定电路，其特征在于：所述的幅值相位检测电路（3-4）是型号为AD8302。
人体阻抗值测定电路
技术领域
[0001] 本实用新型属于生物电阻抗技术领域，涉及一种人体阻抗值测定电路，具体地说是一种为检测人体肥胖度用的人体阻抗值测定电路。
背景技术
[0002] 随着生物电阻抗测量理论的不断完善，生物电阻抗技术逐渐应用到实际生活中，比如人体脂肪度测定仪器。当前生物阻抗测量根据应用目的的不同采取的方法也不尽相同，但应用的等效电路和阻抗特性都是一致的。随着测量技术不断的发展完善，测量频率由开始的单一频率，一般为50kHz发展到多频率测量方式5kHz~1MHz，这样能够获得更丰富的生物电阻抗信息；测量方法也从最初的电桥法经历双电极法、四环电极法、四电极法到目前的八电极法；人体模型也从全身阻抗模型发展为分段阻抗模型。
[0003] 生物组织的电阻抗建模一般分为全身阻抗模型和分段阻抗模型两种，全身阻抗模型将人体看作一个理想的圆柱体，分布均匀，具有相同的电阻率。由于人的形体比较复杂，并不是均匀分布的，电阻率差别较大，因此全身阻抗模型的误差就比较大。而分段阻抗测量将人体分为左右上肢、躯干、左右下肢五个部分，每个部分都看作理想的圆柱体。全身阻抗可以看作是上肢、躯干、下肢三部分阻抗的总和。在人体电阻抗数据分析中，人体躯干部分的阻抗信息受到重点的关注，但是人的躯干阻抗相对于四肢的阻抗来说要小的多，一般只有二十多欧，而四肢的阻抗却有几百欧。这样就要求阻抗测量的精度要高，且对人体进行分段测量，才能最大程度的降低误差。而目前的电阻抗电路远远达不到上述精度要求，以至于不能真正被临床所用。
发明内容
[0004] 本实用新型为了解决上述问题，设计了一种人体阻抗值测定电路，该测定电路对人体进行分段测量，测得的阻抗值精度高，可以满足临床要求，使之真正走进人民大众的生活。
[0005] 本实用新型采用的技术手段是：人体阻抗值测定电路，包括控制电路、与控制电路控制端连接的信号发生电路及信号采集电路，关键在于：所述的信号采集电路中包括分别放置于人体左手部、右手部、左脚部、右脚部的电极对，与信号发生电路输出端连接的电极选通电路、信号提取放大电路及与信号提取放大电路信号输出端连接的幅值相位检测电路，电极对中的其中一个电极经参考电阻与信号提取放大电路的输入端连接、另一个直接与信号提取放大电路的输入端连接，幅值相位检测电路的信号输出端与控制电路的信号输入端连接。
[0006] 所述的信号发生电路中包括与控制电路连接的数字隔离器、与数字隔离器连接的DDS信号发生器、低通滤波器及压控电流源，DDS信号发生器的信号输出端与低通滤波器的信号输入端连接，低通滤波器发出的滤波信号经压控电流源发送至电极选通电路的输入端。
[0007] 所述的控制电路中包括MCU控制器、与MCU控制器连接的USB通讯电路，数字隔离器的受控端与MCU控制器的控制端连接，幅值相位检测电路的信号输出端与MCU控制器的信号输入端连接。
[0008] 本实用新型的有益效果在于：本实用新型采取的模型是对人体进行分段测量，采用八电极法，在每只手和脚上各搁置两个电极，两个电极就可以在不同的激励电极和测量电极之间施加不同频率的交流电流信号，这样测得的结果精度更高，进一步可以减少误差。通过选择不同部位的电极分别作为选择激励电极和测量电极就可以得到六个阻抗值，分别为：左手-右脚、左手-左脚、左手-右手、右手-左脚、右
手-右脚、左脚-右脚，这样，可以根据需要得到所需的分段阻抗值和全身阻抗值。其中全身阻抗值为左手-右脚的阻抗值。可见，本实用新型更能满足不同的临床需求，实用性更高。
附图说明
[0009] 图1是本实用新型的电路结构框图。
[0010] 其中，1是控制电路，2是信号发生电路，3是信号采集电路，R是参考电阻，1-1是MCU控制器，1-2是USB通讯电路，2-1是数字隔离器，2-2是DDS信号发生器，2-3是低通滤波器，2-4是压控电流源，3-1是电极对，3-2是电极选通电路，3-3是信号提取放大电路，3-4是幅值相位检测电路。
具体实施方式
[0011] 人体阻抗值测定电路，包括控制电路1、与控制电路1控制端连接的信号发生电路2及信号采集电路3，重要的是：所述的信号采集电路3中包括分别放置于人体左手部、右手部、左脚部、右脚部的电极对3-1，与信号发生电路2输出端连接的电极选通电路3-2、信号提取放大电路3-3及与信号提取放大电路3-3信号输出端连接的幅值相位检测电路3-4，电极对3-1中的其中一个电极经参考电阻R与信号提取放大电路3-3的输入端连接、另一个直接与信号提取放大电路3-3的输入端连接，幅值相位检测电路3-4的信号输出端与控制电路1的信号输入端连接。
[0012] 所述的信号发生电路2中包括与控制电路1连接的数字隔离器2-1、与数字隔离器2-1连接的DDS信号发生器2-2、低通滤波器2-3及压控电流源2-4，DDS信号发生器2-2的信号输出端与低通滤波器2-3的信号输入端连接，低通滤波器2-3发出的滤波信号经压控电流源2-4发送至电极选通电路3-2的输入端。
[0013] 所述的控制电路1中包括MCU控制器1-1、与MCU控制器1-1连接的USB通讯电路1-2，数字隔离器2-1的受控端与MCU控制器1-1的控制端连接，幅值相位检测电路3-4的信号输出端与MCU控制器1-1的信号输入端连接。
[0014] 所述的MCU控制器1-1是型号为ATXMEGA32A4的单片机，数字隔离器2-1是型号为ADuM1300的三通道数字隔离器，USB通讯电路1-2采用CH341T芯片作为通讯芯片，CH341T 在2.7V~5.5V的电源下工作，解决目前电脑没有232接口的问题。
[0015] 所述的DDS信号发生器2-2的型号为AD9833。
[0016] 所述的低通滤波器2-3是型号为LTC1560-1的数字滤波器。
[0017] 所述的压控电流源2-4是基于Howland电流泵的恒流源。
[0018] 所述的电极选通电路3-2是型号为ADG708的8选1模拟开关。
[0019] 所述的信号提取放大电路3-3是型号为AD8421的运算放大器。
[0020] 所述的幅值相位检测电路3-4是型号为AD8302。
[0021] 在具体实施时，采用第二代PicoPower??技术的XMEGA系列单片机，1.6V电压进行正常运行，因此可作为便携设备；采用USB转串口集成电路CH341T，在2.7V~5.5V的电源下工作，解决目前电脑没有232接口的问题；采用亚德诺半导体公司ADI的三通道数字隔离器ADuM1300，达到隔离效果，减小人体静电及其他的干扰，且具有25KV/μs的瞬态共模抑制能力。采用ADI公司生产的直接数字频率合成DDS芯片AD9833，它能够通过内部编程产生正弦波、三角波和方波三种信号，它具有低功耗、输出频率相位可调、无需外部元件、调整简单等多方面的优势，可以应用到信号激励、液体和气流测量、线路损耗/衰减、扫描/时钟发生器、时域反射等各领域。AD9833内部包含一个28位的频率寄存器，当时钟速率为25MHz时，分辨能力可以达到0.1Hz；而当时钟速率采为1MHz时，分辨能力可以达到0.004Hz。AD9833通过SPI总线与单片机进行通讯来实现数据的写入，最高数据传输速率可达40MHz。采用凌利尔特公司生产的LTC1560-1连续时间噪声低通滤波器。
[0022] MCU控制器1-1控制直接数字频率合成器DDS信号发生器2-2输出不同频率的正弦波信号，经过低通滤波器2-3滤波，使用压控电流源2-4将电压信号转化为峰峰值小于1mA的电流信号，通过电极选通电路3-2选择激励电极和测量电极，交流电流流过人体及参考电阻R就会在激励电极和测量电极两端产生电位差及相位差，通过信号提取放大电路3-3后，使用幅值相位检测电路3-4来拾取幅值和相位差，MCU控制器1-1通过计算得出该频率下的阻抗值，并将该阻抗值通过USB通讯电路1-2上传到上位机平台。本实
用新型采样准确、工作稳定，且携带方便、操作简单。上位机由人体脂肪总量 的计算公式:
[0023]
(1-4)
[0024] 式(1-4)中，为体重；为身高；为人体总阻抗；当性别为男时，，性别为女时，。
[0025] 由人体脂肪总量可通过公式(1-5)计算出脂肪占体重的百分比()。[0026] (1-5)
[0027] 根据可判断被测者的肥胖程度。对于男性来说，在20%～25%之间为超重，>25%属于肥胖；而对于女性，在25%～30%之间为超重，>30%属于肥胖。
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