人体成分测量装置的设计

　　人体的组成成份及变化情况是评价人们营养状况和健康水平的重要因素。人体成分的分析越来越受到生理学家、营养学家及医生的重视。肥胖已成为在全球范围患病人数迅速增加的一种流行性疾病，我国也不例外。特别是人体体内的脂肪含量的分析，对于评价人的营养状况、体质研究、临床疾病治疗具有重要的意义。对人体成分的测定方法有很多，如水下称重法、核磁共振法、同位素稀释法等，这些方法都需要特殊的仪器和设备，且仪器设备大多价格昂贵。针对这种情况，本文根据生物组织电阻抗特性，应用生物电阻抗技术设计制作了安全、无损伤、价廉的人体成分测量装置。生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性来提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的无创检测技术。其基本测量方式是通过体表电极向检测对象施加安全的激励电流，并使用体表电极检测相应的电压变化，获取相关信息。

　　检测原理

　　人体阻抗特性

　　人体的基本构造是细胞，每个细胞有一层细胞膜，细胞膜内包裹着细胞内液，在细胞间充盈着细胞外液。细胞膜由双层磷脂分子和蛋白质组成，细胞内液和细胞外液都相当于电解质溶液，因此细胞膜的导电性远小于细胞内外液，近似为绝缘体。当直流或低频电流施加于生物组织时，由于细胞膜的存在，电流将以任意一种可能的方式绕过细胞，主要流经细胞外液;当施加高频电流时，电流穿过细胞膜，流经细胞内液。

　　实验表明，当电流频率小于50kHz时，电流主要流过细胞外液体;当电流频率在200kHz以上时，电流可穿过细胞膜。

　　电流流过生物组织时细胞膜等效于电容，而细胞内外液等效于电阻。对于整个生物组组织，可视为无数的细胞的集合，在低频电流流过时，由于细胞膜的容抗作用，等效于无数的电容并联对电流具有容抗作用，等效于一个总电容，根据cole-cole模型，当高频的电流施加于生物组织时，由于细胞内外液的电阻抗远大于细胞膜电容抗，可忽略容抗作用，只考虑电阻抗。其等效电路模型如图1所示，图中Ri、Rm分别是细胞内液、外液电阻，C为细胞膜电容。