DE69623623T2

DE69623623T2 - Vorrichtung und verfahren zur analyse der zusammensetzung von körpersubstanz mittels einer elektroden-anordung zur messung der bioelektrischen impedanz

Info

Publication number: DE69623623T2
Application number: DE69623623T
Authority: DE
Inventors: Ki Chul Cha
Original assignee: Biospace Co Ltd
Current assignee: Biospace Co Ltd
Priority date: 1995-06-24
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: CA2225184A1; DE69623623D1; AU6139396A; KR970000189A; EP0835074A1; JPH10510455A; KR0161602B1; CA2225184C; JP3292373B2; US5720296A; WO1997001303A1; EP0835074B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzusammensetzung basierend auf einer bioelektrischen Impedanzanalyse und ein Verfahren dafür. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen segmentärer Impedanzen des Körpers durch Kontaktieren der Hände und der Füße mit neuen Metallelektroden und ein Verfahren zum Messen segmentärer Impedanzen des Körpers und zum quantitativen Analysieren einer Körperzusammensetzung, wie beispielsweise eines Körperfluids, eines Körperfetts und von ähnlichem.
Ein menschlicher Körper besteht aus Wasser, Protein, Knochen und Fett zusätzlich zu geringen Mengen an segmentären Komponenten. Die Gesamtheit dieser Elemente bildet das Körpergewicht. Ein quantitatives Messen der jeweiligen Elemente wird Körperzusammensetzungsanalyse genannt. Der Anteil, der vom Fett besetzt ist, wird Fettigkeit genannt, und der Anteil, der von der fettfreien Masse (FFM) besetzt ist, wird Magerkeit genannt. In medizinischen Ausdrücken ist von der Körperzusammensetzung eine fettfreie Masse (FFM) die Hauptkomponente zum Stützen des menschlichen Körpers. Patienten, die an Unterernährung bzw. Fehlernährung leiden, die sich beispielsweise auf Krebs und eine Hämodialyse bezieht, werden periodisch einer FFM-Messung unterzogen, um einen Remissionszustand bzw. einen Zustand eines vorübergehenden Abklingens zu bestimmen oder um ein Fortschreiten der Krankheit zu überwachen.
In dem Fall, in welchem ein fetter Mensch Turnübungen durchführt, um das Körpergewicht zu reduzieren, passiert es häufig, dass das Körpergewicht innerhalb einer relativ kurzen Periode von einigen Monaten kaum eine Veränderung zeigt. In diesem Fall wird dann, wenn die Körperzusammensetzung gemessen wird, herausgefunden werden, dass sich die Muskelmenge erhöht hat, obwohl die Fettmenge verringert worden ist. Auf diese Weise kann der Effekt der athletischen Übung bzw. Turnübung auf eine vernünftige Weise geprüft werden. Weiterhin kann basierend auf der Analyse der Körperzusammensetzung das Wachstum von Kindern und der Ernährungszustand von älteren Menschen diagnostiziert werden. Insbesondere kann die segmentäre Wasserverteilung gemessen werden, um einen Hydrationszustand eines Patienten zu bestimmen.
Es gibt verschiedene herkömmliche Verfahren zum Messen der Körperzusammensetzung. Eine von ihnen ist eine Hydrodensitometrie, und dieses Verfahren wird auf die folgende Weise ausgeführt. Das bedeutet, dass der menschliche Körper in Wasser eingetaucht wird, und in diesem Zustand wird das Körpergewicht gemessen. Dann wird basierend auf der Dichte des menschlichen Körpers die Menge an Fett berechnet. Dieses Verfahren basiert auf dem Prinzip, dass Fett leichter als FFM ist. Die Hydrodensitometrie zeigt eine hohe Genauigkeit, und daher wird sie als Standardverfahren verwendet. Jedoch hat es den Nachteil, dass es eine schwierige bzw. aufwendige Aufgabe ist, es auszuführen und es somit nicht auf einen älteren Menschen oder einen Patienten angewendet werden kann.
Ein weiteres herkömmliches Verfahren besteht im Messen der Dicke der subkutanen Fettschicht durch Verwenden eines Tasters bzw. Greifzirkels. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die Genauigkeit niedrig ist.
Weiterhin gibt es photographische Verfahren, wie beispielsweise eine Kernspinresonanz (NMR) und eine Röntgenstrahl-Absorptiometrie mit dualer Energie (DEXA), und Verdünnungsverfahren bzw. Verwässerungsverfahren" wie beispielsweise eine Verdünnung mit schwerem Wasser (D&sub2;O) und Natriumbromid. Jedoch sind diese Verfahren beim Ausführen teuer und sie können daher nicht allgemein auf Patienten auf ökonomische Weise angewendet werden.
Als weiteres Verfahren zum Messen der Körperzusammensetzung gibt es eine bioelektrische Impedanzanalyse (BIA). Dieses Verfahren hat die Vorteile, dass es verglichen mit anderen herkömmlichen Verfahren sicher ist, die Kosten niedrig sind und die Messung auf schnelle Weise durchgeführt wird. Dieses Verfahren wird auf die folgende Weise ausgeführt. Das bedeutet, dass ein schwacher elektrischer Wechselstrom über den menschlichen Körper geführt wird, um den elektrischen Widerstand oder die elektrische Konduktanz bzw. Leitfähigkeit des Körpers zu messen. Die Größe und das Gewicht werden zusätzlich gemessen. Basierend auf diesen gemessenen Werten werden die Menge des Körperfluids, das Fluidgleichgewicht innerhalb und außerhalb der Zelle und die Menge an Körperfett berechnet.
Im US-Patent Nr. 5,335,667 wird das Analyseverfahren basierend auf der bioelektrischen Impedanz auf die folgende Weise ausgeführt. Das bedeutet, dass in einem Zustand, in welchem ein Patient liegt, Kontaktelektroden an die Haut des Körpers angebracht werden. Die Elektroden sind Haftelektroden, die ähnlich den Elektroden für das Elektrokardiogramm sind.
Beim herkömmlichen Verfahren werden vier Elektroden, die ähnlich den Elektroden für den elektrokardiographischen (EKG-)Test sind, am Handgelenk, am Handrücken, am Gelenk und an der Rückseite des Fußes angebracht, um dadurch den menschlichen Körper elektrisch mit einem Impedanzmessinstrument zu verbinden. Dann wird ein elektrischer Strom fließen gelassen, und dann wird der Widerstand zwischen dem Handgelenk und dem Fußgelenk gemessen.
Bei diesem Verfahren werden in einem Zustand, in welchem ein menschlicher Körper liegt, die Eletroden an die Haut des menschlichen Körpers angebracht, und dann wird die Impedanz des menschlichen Körpers gemessen. Dann werden basierend auf den gemessenen Werten die Ergebnisse, wie beispielsweise der Prozentsatz an Körperfett und FFM, durch Verwenden einer BLA-Gleichung erhalten. Daher kann dieses Verfahren nur durch Verwenden einer besonders geübten Person ausgeführt werden. Daher ist es schwierig, dass es an einem öffentlichen Platz, wie beispielsweise in Saungs, in Athletikstudios und ähnlichem verwendet wird.
Weiterhin sind bei diesem Verfahren die Impedanzen der Körpersegmente, wie beispielsweise eines Arms, eines Leibes und eines Beines" schwierig getrennt zu messen, und daher verursacht die Differenz zwischen Individuen bezüglich der regionalen Impedanzverteilung ohne segmentäre Information einen Messfehler.
Weiterhin bringt bei diesem herkömmlichen Verfahren die Messperson die Elektroden an die Körperteile der zu messenden Person an, und daher werden die Anbringungen nicht immer an der exakten Position durchgeführt, wodurch Messfehler erzeugt werden.
Weiterhin gibt es dann, wenn Haare an den Anbringpositionen existieren, die Unannehmlichkeit, dass die Haare vor einem Anbringen der Elektroden entfernt werden müssen.
Weiterhin hat dieses herkömmliche Verfahren den Nachteil, dass die Körperimpedanz gemessen wird und dann ein Computer zum Berechnen des Fettanteils verwendet wird. Das bedeutet, dass die Messperson die Elektroden an die relevanten Positionen des Körpers der zu messenden Person anbringen muss, das Körpergewicht und die Körpergröße separat gemessen werden müssen, und dann ein Computer zum Berechnen des Fettgehalts verwendet werden muss. Daher dauert das Ausführen des Messens und des Analysierens etwa 5 bis 10 Minuten.
Das nächstliegende Dokument US-A-4 947 862 nach dem Stand der Technik offenbart einen Analysierer zum Bestimmen der Menge an Körperfett an einen Patienten. Der Analysierer funktioniert durch Messen des Widerstands und der Reaktanz des menschlichen Körpers. Vier Elektroden werden an den distalen und proximalen Händen und Füßen angebracht. Eine Konstantstromquellenschaltung wird mit einer der Elektroden verbunden. Unter Verwendung eines Impedanzmessinstruments wird eine Impedanz basierend auf einem Spannungs-Strom-Verhältnis gemessen, nachdem ein Wechselstrom zwischen zwei Elektroden fließt, und indem die Spannungsdifferenz zwischen den zwei Elektroden gelesen wird. Das Impedanzmessinstrument wird mittels eines A/D-Wandlers und von Verstärkern als Schnittstellen mit einem Mikrocomputer verbunden. Der Mikrocomputer wird zum Umwandeln von Messungen des Widerstands bzw. der Impedanz und der Reaktanz des menschlichen Körpers zu einer Anzeige der Menge an Körperfett verwendet. Weiterhin ist eine Tastatur zum Eingeben einer Körpergröße, eines Alters und des Geschlechts einer zu testenden Person in den Mikrocomputer vorgesehen.
Bei einem Versuch, die oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Techniken zu überwinden, entwickelten die gegenwärtigen Erfinder eine Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzusammensetzung und ein Verfahren dafür und reichten eine Patentanmeldung, nämlich die koreanische Patentanmeldung Nr. 94-23440, ein, die eingereicht ist am 15. September 1994.
Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung der obigen Erfindung, bei weicher die unterschiedlichen Segmente der Körperimpedanz auf eine angenehme und präzise Weise gemessen und analysiert werden können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Analysieren der Körperzusammensetzung durch Messen der bioelektrischen Impedanz zu schaffen, wobei die Körperzusammensetzung auf einfache und angenehme Weise sogar ohne eine speziell geübte Person analysiert werden kann, und zwar ähnlich dem Messen eines Körpergewichts auf einer elektronischen Waage.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Körperimpedanz zu schaffen, wobei eine Person ihre Handflächen und ihre Fußsohlen an die Metallplattenelektroden ohne Hilfe anderer Menschen anbringen kann, um dadurch eine Impedanzmessvorrichtung schnell und auf angenehme Weise mit dem Körper zu verbinden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum präzisen Messen der segmentären Körperimpedanz durch Anbringen der Handflächen und der Fußsohlen an acht Metallplattenelektroden zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Analysieren der Körperzusammensetzung zu schaffen, wobei das Körpergewicht gleichzeitig gemessen werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Analysieren der Körperzusammensetzung zu schaffen, wobei die Ergebnisse der Analyse der Zusammensetzung über eine Anzeigeeinheit bekannt gemacht werden können, und sofort gedruckt werden können.
Beim Erreichen der obigen Aufgaben enthält die Vorrichtung zum Analaysieren der Körperzusammensetzung basierend auf der bioelektrischen Impedanzanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Anspruchs 7.
Bei der Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzuammensetzung der vorliegenden Erfindung werden die durch den Mikroprozessor verarbeiteten Ergebnisse an der Anzeigeeinheit angezeigt, und dann, wenn es nötig ist, wird eine Drucker zum Drucken der Daten hinzugefügt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren zum Messen der Körperimpedanz gemäß der vorliegenden Erfindung die Schritte des Anspruchs 1.
Die Ergebnisse der Analyse können auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden oder können durch einen Drucker gedruckt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obigen Aufgaben und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch detailliertes Beschreiben des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klarer werden, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine Person zeigt, die die Körperzusammensetzung dadurch misst, dass sie auf der Vorrichtung zum Analyiseren der Körperzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung steht;
Fig. 2 Impedanzmodelle des durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu messenden menschlichen Körpers schematisch darstellt;
Fig. 3 die Schaltung der Vorrichtung zum Analysieren der Körperzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 4A bis 4H elektrische Verbindungen für die Messung segmentärer Körperimpedanzen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Person zeigt, die die Körperzusammensetzung dadurch misst, dass sie auf der Vorrichtung zum Analysieren der Körperzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung steht.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält folgendes: eine Elektrode E1 für die rechte Handfläche, damit sie durch die rechte Hand und die Finger ausschließlich des rechten Daumens umgeben ist; eine Elektrode E2 für den rechten Daumen zum Kontaktieren nur eines rechten Daumens; eine Elektrode 3 für die linke Handfläche, damit sie durch eine linke Handfläche und die linken Finger ausschließlich des linken Daumens umgeben ist; eine Elektrode E4 für den linken Daumen zum Kontaktieren nur eines linken Daumens; eine Elektrode E5 für eine rechte vordere Sohle zum Kontaktieren nur einer rechten vorderen Sohle; eine Elektrode E6 für eine rechte hintere Sohle zum Kontaktieren nur einer rechten hinteren Sohle; eine Elektrode E7 für eine linke vordere Sohle zum Kontaktieren nur einer linken vorderen Sohle; und eine Elektrode E8 für eine linke hintere Sohle zum Kontaktieren nur einer linken hinteren Sohle.
Somit enthält die Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung acht Elektroden zum jeweiligen Kontaktieren von acht Extremitätenteilen des menschlichen Körpers. Eine zu messende Person steht auf der Vorrichtung in einer aufrechten Position und in diesem Zustand werden die Hände und Füße und mit den Metallelektroden kontaktiert. Daher kann die Impedanzmessung auf angenehme bzw. bequeme Weise ausgeführt werden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Eidung ist mit acht Elektroden versehen, um acht Teile des menschlichen Körpers zu kontaktieren, wie es oben beschrieben ist, und das Impedanzmodell des menschlichen Körpers ist so, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 2 stellt schematisch segmentäre Impedanzmodelle dar, die durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden sind.
Sie werden wie folgt angezeigt. Das bedeutet, dass der Widerstand vom rechten Handgelenk zum Gelenk der rechten Schulter durch R1 angezeigt wird, der Widerstand vom linken Handgelenk zum Gelenk der linken Schulter durch R2 angezeigt wird, der Widerstand vom rechten Fußgelenk zum Gelenk des rechten Hüftgelenks durch R3 angezeigt wird, der Widerstand vom linken Fußgelenk zum Gelenk des linken Hüftgelenks durch R4 angezeigt wird, der Widerstand des Leibs durch R5 angezeigt wird, der Widerstand von der Handfläche zum Handgelenk durch Ra angezeigt wird, der Widerstand vom Daumen zum Handgelenk durch Rb angezeigt wird, der Widerstand von der Fußsohle zum Fußgelenk durch Rc angezeigt wird und der Widerstand von der hinteren Sohle zum Fußgelenk durch Rd angezeigt wird.
Fig. 3 stellt die Schaltung der Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die Vorrichtung zum Analysieren der Körperzusammensetzung, die auf dem bioelektrischen Impedanzverfahren basiert, gemäß der vorliegenden Erfindung enthält folgendes:
eine Vielzahl von Elektroden E1-E8 zum jeweiligen Kontaktieren einer rechten Handfläche, eines rechten Daumens, einer linken Handfläche, eines linken Daumens, einer rechten vorderen Sohle, einer rechten hinteren Sohle, einer linken vorderen Sohle und einer linken hinteren Sohle;
ein Impedanzmessinstrument 11 zum Messen der Impedanz basierend auf einem Spannungs-Strom-Verhältnis durch Injizieren eines Wechselstroms zwischen zwei Elektroden und durch Lesen der Spannungsdifferenz zwischen den zwei Elektroden;
einen elektronischen Schalter 10, damit er durch einen Mikroprozessor gesteuert wird, um elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden E1-E8 und dem Impedanzmessinstrument 11 auszuwählen;
einen Gewichtsmesssensor 18 zum Messen des Körpergewichts der zu messenden Person;
eine Tastatur 15 zum Eingeben des Körpergewichts, des Alters und des Geschlechts der zu messenden Person;
einen A/D-Wandler 13 und Verstärker 12 und 19 zur Schnittstellenbildung des Impedanzmessinstruments 11 und des Gewichtssensors 18 mit dem Mikroprozessor 14;
den Mikroprozessor 14 zum Steuern des elektronischen Schalters 10 und zum Verarbeiten der vom Impedanzmessinstrument 11 und von der Tastatur 15 empfangenen Daten; und
eine Anzeigeeinheit 16 zum Anzeigen der verarbeiteten Ergebnisse.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist mit einem Gewichtsmesssensor 18 versehen, um es möglich zu machen, das Körpergewicht einer Person zu messen. Die Information über das so gemessene Körpergewicht wird in den Mikroprozessor 14 eingegeben, und dann werden die Körpergröße, das Alter und das Geschlecht durch die Tastatur 15 eingegeben, so dass der Mikroprozessor 14 die Menge an Körperfluid bzw. -flüssigkeit (TBW), die fettfreie Masse (FFM) und den Anteil an Körperfett (% BF) berechnen kann.
Bei der Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzusammensetzung der vorliegenden Erfindung werden die durch den Mikroprozessor 14 verarbeiteten Ergebnisse auf der Anzeigeeinheit 16 angezeigt, und dann, wenn es nötig ist, wird ein Drucker 17 zum Drucken der Daten hinzugefügt.
Die Fig. 4A bis 4H stellen elektrische Schaltungen dar, die segmentäre Impedanzen eines menschlichen Körpers, der zu messen ist, gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Gemäß den Fig. 2 und 4 werden die Widerstände der unterschiedlichen Körpersegmente R1, R2, R3, R4 und R5 detailliert diesbezüglich beschrieben, wie sie gemessen werden.
Wie es in Fig. 4A gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 für die Elektrode E2 und E4 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 eingeschaltet, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter elektrischer Strom zwischen den Elektroden E2 und E4 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E1 und E5 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E1 und E5 gemessen werden kann.
Somit kann der Widerstand R1 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden, die oben angegeben sind.
Wie es in Fig. 4B gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E1 und E3 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E1 und E3 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E2 und E6 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E2 und E6 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands R1 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Ein weiteres Verfahren zum Messen von R1 ist möglich. Wie es in Fig. 4C gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E2 und E4 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E2 und E4 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E1 und E8 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E1 und E8 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands R1 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Ein weiteres Verfahren zum Messen von R1 ist möglich. Wie es in Fig. 4D gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E2 und E4 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E2 lind E4 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E3 und E7 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E3 und E7 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands R1 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Wie es in Fig. 4E gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E4 und E8 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E4 und E8 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E1 und E5 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E1 und E5 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands R5 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Wie es in Fig. 4F gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E6 und E8 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E6 und E8 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E1 und E5 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E1 und E5 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands R1 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Wie es in Fig. 4G gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E6 und E8 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E6 und E8 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E3 und E7 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E3 und E7 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands R4 aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Wie es in Fig. 4H gezeigt ist, ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E2 und E4 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass ein vom Impedanzmessinstrument 11 erzeugter Strom zwischen den Elektroden E2 und E4 fließen würde. Weiterhin ist der elektronische Schalter 10 zwischen den Elektroden E3 und E7 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden E3 und E7 gemessen werden kann. Dann kann der Wert des Widerstands des gesamten menschlichen Körpers aus dem Strom und der Spannung gemessen werden.
Die Fig. 4A bis 4H stellen nur beispielhafte Fälle zum Messen der segmentären Impedanzen dar, indem ein Stromfluss zwischen zwei Elektroden unter den Elektroden E1 bis E8 veranlasst wird und indem die Spannung zwischen anderen zwei Elektroden gemessen wird. Neben diesen Beispielen kann es andere Verbindungen zum Messen der Impedanzen der Körpersegmente geben.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das Impedanzmessinstrument 11 mit acht Elektroden E1-E8 verbunden. Die acht Elektroden E1-E8 dienen als Stromelektroden oder Spannungselektroden. Die Elektrode E1 und die Elektrode E2 sind durch den elektronischen Schalter 10 durch einen Befehl des Mikroprozessors 14 auf derartige Weise verbunden, dass sie unterschiedlichen Funktionen dienen sollten. Beispielsweise dann, wenn die Elektrode E1 eine Stromelektrode ist, ist die Elektrode E2 eine Spannungselektrode, während dann, wenn die Elektrode E2 eine Stromelektrode ist, die Elektrode E1 eine Spannungselektrode ist. Die Elektroden E3 und E4 werden auch auf derartige Weise verwendet, dass sie unterschielichen Funktionen dienen sollten, und die Elektroden E5 und E6 werden auch auf dieselbe Weise verwendet, während die Elektroden E7 und E8 auch auf dieselbe Weise verwendet werden.
Das bedeutet, dass jede Elektrode E1-E8 als entweder eine Stromelektrode oder eine Spannungselektrode dient. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, werden dann, wenn die Elektroden E1, E3, E5 und E7 als Stromelektroden verwendet werden, die Elektroden E2, E4, E6 und E8 als Spannungselektroden verwendet. Andererseits werden dann, wenn die Elektroden E2, E4, E6 und E8 als Stromelektroden verwendet werden, die Elektroden E1, E3, E5 und E7 als Spannungselektroden verwendet.
Beim Impedanzmessverfahren der vorliegenden Erfindung beeinflussen die Variationen bzw. Schwankungen bezüglich der Werte der Widerstände Ra, Rb, Rc und Rd die gemessenen Werte der segmentären Impedanzen nicht. Das bedeutet, dass dann, wenn eine zu messende Person auf die Elektroden E5-E8 mit beiden Füßen auftritt und die Elektroden E1-E4 mit beiden Händen ergreift, selbst dann, wenn die Kontaktpositionen zwischen den Elektroden und dem Körper etwas verschoben werden, dies die gemessenen Widerstandswerte R1-R5 nicht beeinflusst bzw. beeinträchtigt.
Beim Messen der Impedanzen der unterschiedlichen Körpersegmente müssen die elektrischen Verbindungen zwischen den Elektroden E1-E8 und dem Impedanzmessinstrument 11 viele Male basierend auf der segmentären Messung, die oben beschrieben ist, geändert werden. Um dies zu automatisieren, gibt es den elektronischen Schalter 10, der durch den Mikroprozessor 14 geöffnet/geschlossen wird.
Zwischenzeitlich wird das Körpergewicht durch einen Gewichtsmesssensor 18 gemessen, der unter den Fußelektroden E5-E8 der Vorrichtung zum Analysieren einer Körperzusammensetzung der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Das gemessene Körpergewicht wird über den Verstärker 19 und den A/D-Wandler 17 zum Mikroprozessor 14 transferiert. Die Widerstandswerte R1-R5, die durch das Impedanzmessinstrument 11 gemessen werden, werden auch durch den Verstärker 12 und den A/D-Wandler 17 zum Mikroprozessor 14 transferiert:
Dann werden die Körpergröße, das Alter und das Geschlecht über die Tastatur 15 eingegeben, und diese Daten werden über eine Schnittstelle zum Mikroprozessor 14 transferiert. Basierend auf den Impedanzen, der Körpergröße, dem Gewicht, dem Alter und dem Geschlecht, welche im Mikroprozessor 14 gespeichert sind, wird die Körperzusammensetzung, wie beispielsweise die Menge an Körperfluid (TBW), die fettfreie Masse (FFM), der Körper-Fettanteil (% BF) und das Körperfluidverteilungsverhältnis innerhalb und außerhalb der Zellen, analysiert. Die analysierten Ergebnisse werden auf der Anzeigeeinheit 16 angezeigt und durch den Drucker 17 gedruckt.
Beispiele zum Berechnen der Körperzusammensetzung aus den gemessenen Impedanzen sind wie folgt. Es ist angenommen, dass der linke und der rechte Arm und das linke und das rechte Bein und der Leib fünf zylindrische Leiter sind, die einheitliche Querschnittsbereiche haben und die bezüglich der Länge gleich sind. Basierend auf dieser Annahme werden die Impedanzen R1-R5 gemessen. Der Parallelanschlusswert Rarm für beide Arme ist wie folgt definiert:
Rarm = (R1 · R4)/(R3 + R4) (I)
Der Parallelanschlusswert Rbein für beide Beine ist wie folgt definiert:
Rbein = (R3 · R4)/(R3 + R4) (II)
Der Widerstandswert für den Leib Rleib ist derart definiert, dass er R5 ist.
Die Menge an Wasser, die in einem Körpersegment enthalten ist, ist proportional zu Ht²/R, wobei R den Impedanzwert für das relevante Körpersegment anzeigt und Ht die Körpergröße der Messperson anzeigt.
Das gesamte Körperwasser (TBW) ist die Summe des segmentären Wassers und ist wie folgt definiert:
TBW = C&sub1;·Ht²/Rarm + C2·Ht²/Rbein + C&sub3;·Ht²/Rleib + C&sub4; (III) In der obigen Formel III sind C&sub1;, C&sub2;, C&sub3; und C&sub4; am besten geeignete Konstanten und können aus TBW erhalten werden, welches durch ein Verfahren zum Verdünnen von schwerem Wasser (D&sub2;O-Verdünnung) erhalten wird.
Die Formel III ist im Mikroprozessor 14 gespeichert, und daher kann TBW aus den berechneten Werten für Rarm, Rbein, Rleib und Ht erhalten werden.
Zusätzlich zu diesen Variablen können das Geschlecht und das Alter als zusätzliche Werte verwendet werden:
TBW = C&sub1;·Ht²/Rarm + C2·Ht²/Rbein + C&sub3;·Ht²/Rleib + C&sub4;·Geschlecht + C&sub5;·Alter + C&sub6; (IV)
In der obigen Formel ist das Geschlecht 0 für weiblich und 1 für männlich, während Alter das Alter der zu messenden Person ist.
Die fettfreie Masse (FFM) enthält etwa 73% Wasser und daher ist FFM wie folgt definiert:
FFM = TBW/0,73 (V)
Ein Körperfett enthält eine relativ geringe Menge an Wasser, und daher wird dieser Wassergehalt vernachlässigt. Somit ist die Menge an Körperfett (FAT) derart definiert, dass sie das Gewicht (Wt) minus FFM ist, und ist durch die Formel VI definiert, wodurch ein Anteil an Körperfett (% BF) durch die Formel VII definiert ist.
FAT = Wt - FFM (VI)
% BF = (Wt - FFM) · 100/Wt (VII)
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben ist, kann auch ohne eine Hilfe einer speziell geübten Person die zu messsende Person mit den zwei Beinen auf den Fußelektroden stehen und kann die Handelektrodenstäbe mit zwei Händen ergreifen, so dass die rechte Handfläche, der rechte Daumen, die linke Handfläche, der linke Daumen die rechte vordere Sohle, die rechte hintere Sohle, die linke vordere Sohle und die linke hintere Sohle mit acht unterschiedlichen Elektroden kontaktiert werden würden. Somit werden die Impedanzen der unterschiedlichen Körperteile durch die acht Elektroden automatisch gemessen, und die Körperzusammensetzung wird auf präzise und einfache Weise analysiert.

Claims

1. Verfahren zum Analysieren einer Zusammensetzung eines menschlichen Körpers, welches folgendes aufweist:

(a) Vorsehen von acht Elektroden (E1 bis E8) zum jeweiligen Kontaktieren einer rechten Handfläche, eines rechten Daumens, einer linken Handfläche, eines linken Daumens, einer rechten vorderen Sohle" einer rechten hinteren Sohle, einer linken vorderen Sohle und einer linken hinteren Sohle des menschlichen Körpers;

(b) Vorsehen elektrischer Kontakte zwischen einer zu testenden Person und den Elektroden (E1 bis E8) durch Ergreifen von Handflächen- und Daumenelektroden (E1 bis E4) mit Händen und durch Steigen auf Elektroden für die vorderen und hinteren Sohlen (E5 bis E8) mit bloßen Füßen;

(c) Verbinden irgendwelcher zwei der Elektroden (E1 bis E8) als Stromelektroden mittels eines elektronischen Schalters (10), der durch einen Befehl von einem Mikroprozessor (14) gesteuert wird, um dadurch einen Wechselstrom zwischen den Stromelektroden zu injizieren;

(d) Verbinden irgendwelcher anderer zwei der Elektroden (E1 bis E8), wobei die irgendwelchen anderen zwei der Elektroden (E1 bis E8) unterschiedlich von den Stromelektroden sind, als Spannungselektroden mittels des elektronischen Schalters (10), der durch einen Befehl vom Mikroprozessor (14) gesteuert wird, um dadurch die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungselektroden zu messen;

(e) basierend auf dem durch wiederholtes Durchführen der Schritte (c) und (d) erhaltenen Strom-Spannungs-Verhältnis, Messen von Impedanzen aller Körpersegmente einschließlich einer Impedanz für das rechte Bein, einer Impedanz für das linke Bein, einer Impedanz für den rechten Arm, einer Impedanz für den linken Arm und einer Impedanz für den Leib; und

(f) Analysieren der Zusammensetzung des menschlichen Körpers basierend auf den gemessenen Impedanzen der Körpersegmente.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vier Elektroden als Stromelektroden verwendet werden, während vier der Elektroden als Spannungselektroden verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin ein Messen eines Körpergewichts durch Verwenden eines Gewichtsmesssensors (18) aufweist, um die erfassten Daten in den Mikroprozessor (14) einzugeben.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin ein Eingeben einer Körpergröße, eines Alters und eines Geschlechts einer zu testenden Person über eine Tastatur (15) in den Mikroprozessor (14) aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin ein Anzeigen der analysierten Werte einer Körperzusammensetzung zu einer Bildanzeige (16) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin ein Drucken der Daten der Bildanzeige (16) zu einem Drucker (17) aufweist.

7. Vorrichtung zum Analysieren einer Zusammensetzung des menschlichen Körpers basierend auf einem bioelektrischen Impedanzverfahren, welche Vorrichtung folgendes aufweist:

acht Elektroden (E1 bis E8) zum Kontaktieren einer rechten Handfläche, eines rechten Daumens, einer linken Handfläche, eines linken Daumens, einer rechten vorderen Sohle, einer rechten hinteren Sohle, einer linken vorderen Sohle und einer linken hinteren Sohle des menschlichen Körpers;

ein Impedanzmessinstrument (11) zum Messen der Impedanz basierend auf einem Spannungs-Strom-Verhältnis, nachdem ein Wechselstrom zwischen irgendwelchen zwei der Elektroden (E1 bis E8) als Stromelektroden injiziert worden ist, und durch Lesen der Spannungsdifferenz zwischen irgendwelchen anderen zwei der Elektroden (E1 bis E8), wobei die irgendwelchen anderen zwei der Elektroden (E1 bis E8) unterschiedlich von den Stromelektroden sind, als Spannungselektroden;

einen Mikroprozessor (14);

einen elektronischen Schalter (10), der durch den Mikroprozessor (14) gesteuert wird, um elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden (E1 bis E8) und dem Impedanzmessinstrument (11) auszuwählen, zum Bestimmen der Stromelektroden und der Spannungselektroden; und

einen A/D-Wandler (13) und Verstärker (12, 19), um eine Schnittstelle zwischen dem Impedanzmessinstrument (111) und dem Mikroprozessor (14) zu bilden;

wobei der Mikroprozessor (14) zusätzlich zum Steuern des elektronischen Schalters (10) die vom Impedanzmessinstrument (11) empfangenen Daten verarbeitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die weiterhin einen Gewichtsmesssensor (18) aufweist, um ein Körpergewicht einer zu messenden Person zu messen, wobei der Gewichtsmesssensor (18) mittels des A/D-Wandlers (13) und der Verstärker (12, 19) eine Schnittstelle zum Mikroprozessor (14) bildet, wobei, der Mikroprozessor (14) dazu geeignet ist, die vom Gewichtsmesssensor (18) empfangenen entsprechenden Daten zu verarbeiten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, die weiterhin eine Tastatur (15) aufweist, um die Körpergröße, das Alter und das Geschlecht des menschlichen Körpers, der gemessen wird, in den Mikroprozessor (14) einzugeben, wobei der Mikroprozessor (14) dazu geeignet ist, die von der Tastatur (15) empfangenen entsprechenden Daten zu verarbeiten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, die weiterhin eine Anzeigeeinheit (16) aufweist, um durch den Mikroprozessor (14) verarbeitete Ergebnisse anzuzeigen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die weiterhin einen Drucker (17) aufweist, um durch den Mikroprozessor (14) verarbeitete Ergebnisse zu drucken.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Elektroden (E2; E1) zum Kontaktieren des rechten Daumens und der rechten Handfläche dazu geeignet sind, mit der rechten Hand ergriffen zu werden, und die Elektroden (E4; E3) zum Kontaktieren des linken Daumens und der linken Handfläche dazu geeignet sind, mit der linken Hand ergriffen zu werden, und über einen flexiblen Draht (9) mit einem Hauptkörper der Vorrichtung verbunden sind.