TWI784480B - 人體阻抗分析儀 - Google Patents

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TWI784480B TW110113626A TW110113626A TWI784480B TW I784480 B TWI784480 B TW I784480B TW 110113626 A TW110113626 A TW 110113626A TW 110113626 A TW110113626 A TW 110113626A TW I784480 B TWI784480 B TW I784480B
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Abstract

一種人體阻抗分析儀，其包含有：一個人電腦、一分析儀與一導線組，該分析儀具有一外殼，所述分析儀的外殼中設有一微控制器、一任意波形發生器、一放大器、一RMS TO DC轉換器、一類比數位轉換器，該任意波形發生器與放大器間並設有一伸出所述外殼的耦接埠，所述導線組則具有四條導線，利用該每一導線之兩端皆分別連接在所述耦接埠與受檢者身體之穴位上，讓所述分析儀與人體間構成一完整之迴路，將令所述受檢者能透過該分析儀取得人體之阻抗值後，再藉由該阻抗值之分析順利完成身體狀況之檢測。

Description

人體阻抗分析儀
本發明係有關於一種用於量測人體四線阻抗值，並經由數學式推導得出虛擬五線阻抗，再利用圖形可視化，判斷受檢者身體情況之「人體阻抗分析儀」。
按，傳統用於人體健康檢查，或診療時提供辨別病灶型態之核磁共振、超音波掃描以及電腦斷層掃描係普遍存在有設備昂貴、檢測價格不菲與掃描時間過久等問題，且該電腦斷層掃描具有輻射性，若長期或經常性的使用恐會導致罹癌風險升高。
又，為了因應我國政府的長照2.0制度，如何快速檢驗身體老化的情形，就顯得相當刻不容緩，且該檢驗還不需花費昂貴的醫療費用與多餘的時間成本，也不須使用侵入性之方式，讓民眾在家中就能隨時隨地的由自己或透過家人之協助檢測身體狀況，當疫情發生時，也能具有盡量不進出醫院之優勢，以大幅提高民眾之受檢意願，乃係本發明人所欲改良之問題所在。
故本發明人即有鑑於此，乃思及創作的意念，遂以多年的經驗加以設計，經多方探討並試作樣品試驗，及多次修正改良，乃推出本發明。
本發明之人體阻抗分析儀，其包含有：一個人電腦、一分析儀與一導線組，該分析儀具有一外殼，所述分析儀的外殼中設有一微控制器、一任意波形發生器、一放大器、一RMS TO DC轉換器、一類比數位轉換器，該任意波形發生器與放大器間並設有一伸出所述外殼的耦接埠，所述導線組則具有四條導線，利用該每一導線之兩端皆分別連接在所述耦接埠與受檢者身體之穴位上，讓所述分析儀與人體間構成一完整之迴路，將令所述受檢者能透過該分析儀取得人體之阻抗值後，再藉由該阻抗值之分析順利完成身體狀況之檢測，其中，所述微控制器是把中央處理單元、記憶體與周邊相關裝置等都整合在一塊積體電路晶片上的微型電腦，它的最大優點是體積小，而可放在該分析儀內部，但由於該微控制器上沒有USB介面，只有UART介面，因此理論上並無法與所述個人電腦做連接，而為了要讓所述個人電腦順利與該微控制器做通訊傳輸，係在所述微控制器上設有一USB TO UART晶片，俾利用該USB TO UART晶片做USB信號轉換成UART信號，或將UART信號轉換成USB信號之通訊協定雙向轉換，讓所述個人電腦能夠對該微控制器下達各項之指令，而所述微控制器也能將測得結果傳回所述個人電腦中，及所述微控制器是以同步串行介面連接所述任意波形發生器，所述任意波形發生器是用來產生不同頻率之正弦波，該產生出之正弦波並帶有高頻之微小電流，讓所述帶有微小電流之正弦波能通過所述導線組之導線的連接，傳入受檢者體內，通過量測電壓值，以獲得人體交流電阻之方式，將令所述人體阻抗分析儀能隨時隨地用於檢測，又經過人體之波型 是利用所述導線再傳回所述分析儀，讓該帶有所述人體交流電阻之波型能利用所述放大器之接續，做訊號倍率之有效放大，所述RMS TO DC轉換器、類比數位轉換器係依序連接在所述放大器與微控制器間，該RMS TO DC轉換器是用來將帶有所述人體交流電阻之波型轉換成直流訊號，以透過該直流訊號的轉換來濾除交流訊號的雜訊，而所述類比數位轉換器則用來將該類比之直流訊號再轉換成數位訊號，通過另一同步串行介面對所述類比數位轉換器與微控制器做連接，將令該數位訊號能經由所述微控制器傳回所述個人電腦，俾以該個人電腦將測得之四線人體阻抗經由數學式推導得出虛擬五線阻抗，再利用圖形之可視化，判斷受檢者之身體情況；藉此，係能構成該人體阻抗分析儀者。
(一)本發明之人體阻抗分析儀，其透過量測四線人體阻抗值經由數學式推導得出虛擬五線阻抗，再利用圖形可視化，判斷受檢者的身體情況，係不用仰賴專業人士解說，在家就能由自己或藉由家人之協助進行施作與判讀，且利用物聯網概念，將受檢者的情況直接遠端傳於醫院或親屬，係能更及時的做狀況處理，也讓受檢者不用頻繁出入醫院，減少不必要的醫療與時間成本浪費者。
(二)本發明之人體阻抗分析儀，其利用蒐集到的三維圖整合並分析各種圖形走勢所對應的病症，再配合所述個人電腦整合大數據資料，可將大量已標記明確病症的圖形進行機器學習訓練神經網路，透過更高頻的訊號來進行測量，也能更有效穿透人體，以大幅提高量測時之準確度者。
(三)本發明之人體阻抗分析儀，其利用四線人體阻抗值轉虛擬五線阻抗可讓量測結果更加準確且快速，使用人工智慧進行判斷受檢者身體情況，並顯示於電腦或手機APP，也能更及時且直接的告知受檢者之身體情況。
本發明部分：
(10):個人電腦
(20):分析儀
(21):外殼
(22):微控制器
(221):USB TO UART晶片
(23):任意波形發生器
(24):放大器
(25):RMS TO DC轉換器
(26):類比數位轉換器
(30):導線組
(31):導線
(32):導電貼片
〔圖一〕係本發明之整體架構圖。
〔圖二〕係本發明之方塊圖。
〔圖三〕係本發明高頻與低頻電流通過細胞的路徑示意圖。
〔圖四〕係本發明四線人體阻抗之取得狀態圖。
〔圖五〕係本發明之可視化圖形一。
〔圖六〕係本發明之可視化圖形二。
〔圖七〕係本發明之可視化圖形三。
〔圖八〕係本發明之可視化圖形四。
為使 貴審查委員對本發明之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如後：通常根據本發明，先請由圖一及圖二所示觀之，其包含有：一個人電腦(PC)(10)、一分析儀(20)與一導線組(30)，該分析儀(20)具有一外殼(21)，所述分析儀(20)的外殼(21)中設有一微控制器(MCU)(22)、一任意波形發生器(DSS)(23)、一放大器(24)、一RMS TO DC轉換器(25)、一類比數位轉換器(ADC 24BIT)(26)，該任意波形發生器(23)與放大器(24)間並設有一伸 出所述外殼(21)的耦接埠，所述導線組(30)則具有四條導線(31)，利用該每一導線(31)之兩端皆分別連接在所述耦接埠與受檢者身體之穴位上，讓所述分析儀(20)與人體間構成一完整之迴路，將令所述受檢者能透過該分析儀(20)取得人體之阻抗值後，再藉由該阻抗值之分析順利完成身體狀況之檢測，其中，所述微控制器(22)是把中央處理單元(CPU)、記憶體與周邊相關裝置等都整合在一塊積體電路晶片上的微型電腦，它的最大優點是體積小，而可放在該分析儀(20)內部，但由於該微控制器(22)上沒有USB介面，只有UART介面，因此理論上並無法與所述個人電腦(10)做連接，而為了要讓所述個人電腦(10)順利與該微控制器(22)做通訊傳輸，係在所述微控制器(22)上設有一USB TO UART晶片(221)，俾利用該USB TO UART晶片(221)做USB信號轉換成UART信號，或將UART信號轉換成USB信號之通訊協定雙向轉換，讓所述個人電腦(10)能夠對該微控制器(22)下達各項之指令，而所述微控制器(22)也能將測得結果傳回所述個人電腦(10)中，及所述微控制器(22)是以同步串行介面(SPI)連接所述任意波形發生器(23)，所述任意波形發生器(23)是用來產生不同頻率之正弦波，該產生出之正弦波並帶有高頻之微小電流，讓所述帶有微小電流之正弦波能通過所述導線組(30)之導線(31)的連接，傳入受檢者體內，通過量測電壓值，以獲得人體交流電阻之方式，將令所述人體阻抗分析儀能隨時隨地用於檢測，又經過人體之波型是利用所述導線(31)再傳回所述分析儀(20)，讓該帶有所述人體交流電阻之波型能利用所述放大器(24)之接續，做訊號倍率之有效放大，所述RMS TO DC轉換器(25)、類比數位轉換器(26)係依序連接在所述放大器(24)與微控制器(22)間，該RMS TO DC轉換器(25)是用來將帶有所述人體交流電阻之波型轉換成直 流訊號，以透過該直流訊號的轉換來濾除交流訊號的雜訊，而所述類比數位轉換器(26)則用來將該類比之直流訊號再轉換成數位訊號，通過另一同步串行介面(SPI)對所述類比數位轉換器(26)與微控制器(22)做連接，將令該數位訊號能經由所述微控制器(22)傳回所述個人電腦(10)，俾以該個人電腦(10)將測得之四線人體阻抗經由數學式推導得出虛擬五線阻抗，再利用圖形之可視化，判斷受檢者之身體情況者。
本發明提供一種人體阻抗分析儀，其中，所述個人電腦(10)是桌上型電腦。
本發明提供一種人體阻抗分析儀，其中，所述個人電腦(10)是筆記型電腦。
本發明提供一種人體阻抗分析儀，其中，所述放大器(24)係進行2至10倍之倍率放大。
本發明提供一種人體阻抗分析儀，其中，所述導線組(30)之四條導線(31)係分別連接在人體四肢之所述穴位上。
本發明提供一種人體阻抗分析儀，其中，所述導線組(30)之四條導線(31)係分別連接在人體四肢對應於內臟之所述穴位上者。
本發明提供一種人體阻抗分析儀，其中，所述導線(31)用來與人體做連接之該端係設有導電貼片(32)，讓所述導線(31)能利用該導電貼片(32)順利黏貼在人體上。
藉由上述人體阻抗分析儀，由於低頻電流只能通過細胞外水分(extracellular water，以下簡稱ECW)，但高頻電流卻可穿透細胞膜，因此利用高頻微電流之所述分析儀(20)所測得的電阻將為身體總水量(total body water，以下簡稱TBW)的電阻，而低頻電流所測得的電阻則為細胞外水分的電阻(該高頻與低頻電流通過細胞之路徑差異係如同圖三所示)，又人體的雙手、雙腳與身體係分別具有一人體Z1阻抗、一人體Z2阻抗、一人體Z3阻抗、一人體Z4阻抗與一人體Z5阻抗，利用所述四導線(31)對該雙手之阻抗、左手與左腳與身體之阻抗、右手與右腳與身體之阻抗、雙腳之阻抗做量測，便能順利獲得所述四線人體阻抗(即S1、S2、S3、S4，該S1=Z1+Z2、S2=Z1+Z3+Z5、S3=Z2+Z4+Z5、S4=Z3+Z4，如圖四所示觀之)，配合下列之方法，便能將該四線人體阻抗轉換成虛擬五線阻抗。
rank(ATA)=rank(A)且rank(AAT)=rank(AT)
若A為行獨立
→rank(ATA)=n=rank(A)→ATA為可逆
→(ATA)-1(ATA)=I→[(ATA)-1AT]A=I
∴A-1=(ATA)-1AT=A+
若A為列獨立
→rank(AAT)=m=rank(A)→AAT為可逆
→(AAT)-1(AAT)=I→A[AT(AAT)-1]=I
∴A-1=AT(AAT)-1=A+
由此可證Amxn可進行pseudo_inverse
又利用奇異值分解(S.V.D)與最小平方近似解(Least Square Solution)求出虛擬反矩陣(pseudo_inverse)。
Figure 110113626-A0305-02-0010-1
求解Z1，Z2，Z3，Z4，Z5 ？
Figure 110113626-A0305-02-0010-10
並使用Matlab計算四線人體阻抗轉換為虛擬五線阻抗，計算方法如下：solutions for Ax=b
det(A)=0
Gauss-Jordan
Pinv()
又上述利用數學式推導得出的所述虛擬五線阻抗，係再利用圖形可視化，讓該檢測結果可更輕易做判讀，該阻抗值之可視化，係如同圖五之可視化圖形所示。
為了更清楚做說明，本發明係分別邀請健康的A女士、健康的B女士、不健康的C女士、81歲高齡的D女士來做此量測，獲得實際數值後再利用圖形可視化做觀察，便可依此判斷其身體之健康狀況，其中：
A女士：47歲、156公分、51公斤、健康
B女士：60歲、153公分、50公斤、健康
C女士：70歲、153公分、50公斤、不健康
D女士：81歲、156公分、56公斤、健康
該A女士、B女士分析後之結果，係如同圖六之可視化圖形所示。
A女士：47歲、156公分、51公斤、健康
B女士：60歲、153公分、50公斤、健康
該B女士、C女士分析後之結果，係如同圖七之可視化圖形所示。
B女士：60歲、153公分、50公斤、健康
C女士：70歲、153公分、50公斤、不健康
由圖八之圖形差異便可輕易判斷出其健康狀況與年齡。
藉由上述人體阻抗分析儀具有下列之優點：(一)其透過量測四線人體阻抗值經由數學式推導得出虛擬五線阻抗，再利用圖形可視化，判斷受檢者的身體情況，係不用仰賴專業人士解說，在家就能由自己或藉由家人之協助進行施作與判讀，且利用物聯網概念，將受檢者的情況直接遠端傳於醫院或親屬，係能更及時的做狀況處理，也讓受檢者不用頻繁出入醫院，減少不必要的醫療與時間成本浪費者；(二)其利用蒐集到的三維圖整合並分析各種圖形走勢所對應的病症，再配合所述個人電腦(10)整合大數據資料，可將大量已標記明確病症的圖形進行機器學習訓練神經網路，透過更高頻的訊號(2M HZ)來進行測量，也能更有效穿透人體，以大幅提高量測時之準確度者；(三)其利用四線人體阻抗值轉虛擬五線阻抗可讓量測結果更加準確且快速，使用人工智慧進行判斷受檢者身體情況，並顯示於電腦或手機APP，也能更及時且直接的告知受檢者之身體情況。
唯以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。
(10):個人電腦
(20):分析儀
(22):微控制器
(221):USB TO UART晶片
(23):任意波形發生器
(24):放大器
(25):RMS TO DC轉換器
(26):類比數位轉換器
(30):導線組

Claims (7)

  1. 一種人體阻抗分析儀，其包含有：一個人電腦、一分析儀與一導線組，該分析儀具有一外殼，所述分析儀的外殼中設有一微控制器、一任意波形發生器、一放大器、一RMS TO DC轉換器、一類比數位轉換器，該任意波形發生器與放大器間並設有一伸出所述外殼的耦接埠，所述導線組則具有四條導線，利用該每一導線之兩端皆分別連接在所述耦接埠與受檢者身體之穴位上，讓所述分析儀與人體間構成一完整之迴路，將令所述受檢者能透過該分析儀取得人體之阻抗值後，再藉由該阻抗值之分析順利完成身體狀況之檢測，其中：
    所述微控制器是把中央處理單元、記憶體與周邊相關裝置等都整合在一塊積體電路晶片上的微型電腦，它的最大優點是體積小，而可放在該分析儀內部，但由於該微控制器上沒有USB介面，只有UART介面，因此理論上並無法與所述個人電腦做連接，而為了要讓所述個人電腦順利與該微控制器做通訊傳輸，係在所述微控制器上設有一USB TO UART晶片，俾利用該USB TO UART晶片做USB信號轉換成UART信號，或將UART信號轉換成USB信號之通訊協定雙向轉換，讓所述個人電腦能夠對該微控制器下達各項之指令，而所述微控制器也能將測得結果傳回所述個人電腦中，及所述微控制器是以同步串行介面連接所述任意波形發生器；
    所述任意波形發生器是用來產生不同頻率之正弦波，該產生出之正弦 波並帶有高頻之微小電流，讓所述帶有微小電流之正弦波能通過所述導線組之導線的連接，傳入受檢者體內，通過量測電壓值，以獲得人體交流電阻之方式，將令所述人體阻抗分析儀能隨時隨地用於檢測，又經過人體之波型是利用所述導線再傳回所述分析儀，讓該帶有所述人體交流電阻之波型能利用所述放大器之接續，做訊號倍率之有效放大；
    所述RMS TO DC轉換器、類比數位轉換器係依序連接在所述放大器與微控制器間，該RMS TO DC轉換器是用來將帶有所述人體交流電阻之波型轉換成直流訊號，以透過該直流訊號的轉換來濾除交流訊號的雜訊，而所述類比數位轉換器則用來將該類比之直流訊號再轉換成數位訊號，通過另一同步串行介面對所述類比數位轉換器與微控制器做連接，將令該數位訊號能經由所述微控制器傳回所述個人電腦，俾以該個人電腦將測得之四線人體阻抗經由數學式推導得出虛擬五線阻抗，再利用圖形之可視化，判斷受檢者之身體情況者。
  2. 如請求項1所述之人體阻抗分析儀，其中，所述個人電腦是桌上型電腦。
  3. 如請求項1所述之人體阻抗分析儀，其中，所述個人電腦是筆記型電腦。
  4. 如請求項1所述之人體阻抗分析儀，其中，所述放大器係進行2至10倍之倍率放大。
  5. 如請求項1所述之人體阻抗分析儀，其中，所述導線組之四條導線係分別連接在人體四肢之所述穴位上。
  6. 如請求項1所述之人體阻抗分析儀，其中，所述導線組之四條導線係分別連接在人體四肢對應於內臟之所述穴位上。
  7. 如請求項1所述之人體阻抗分析儀，其中，所述導線用來與人體做連接之該端係設有導電貼片，讓所述導線能利用該導電貼片順利黏貼在人體上。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1842497A1 (en) * 2006-04-04 2007-10-10 I.D.I. Evolution S.r.l. Identification system of the bone type
CN106470604A (zh) * 2014-06-02 2017-03-01 赛卡股份公司 用于电阻抗分析的采集装置
TW201714576A (zh) * 2015-10-21 2017-05-01 國立交通大學 生物信號之感應器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1842497A1 (en) * 2006-04-04 2007-10-10 I.D.I. Evolution S.r.l. Identification system of the bone type
CN106470604A (zh) * 2014-06-02 2017-03-01 赛卡股份公司 用于电阻抗分析的采集装置
TW201714576A (zh) * 2015-10-21 2017-05-01 國立交通大學 生物信號之感應器

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