TWI789076B - 具有影像掃描功能的體組成分析系統 - Google Patents

Abstract

一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，其包含：一攝像裝置；一體組成分析儀具有一站台、二扶手及一計算單元，站台設有二第一電極組，二扶手具有一伸縮桿及一握把，各伸縮桿一端樞設站台，而各伸縮桿另一端設有各握把，各握把具有一第二電極組，計算單元電性連接攝像裝置，計算單元包含一身形模組資料庫及一計算邏輯，計算單元接收二第一電極組及二第二電極組測得之電阻、電抗值，以及接收攝像裝置取得之攝像資料，並以身形模組資料庫比對攝像資料後，以計算邏輯計算得到一體組成數據；以及一控制面板，用以顯示體組成數據。

Description

具有影像掃描功能的體組成分析系統

本發明係與體組成分析技術有關，特別是指一種具有影像掃描功能的體組成分析系統。

體組成(Body Composition)可以透過數種不同的方式進行評估，包含：高級的醫療成像設備，如雙能X射線吸收儀(DXA)、電腦斷層掃描(CT)和磁共振成像(MRI)，可提供較高精準度的評估，但檢測成本高，且需專人操作，此外由於電腦斷層掃描的輻射劑量可達普通X光的數百倍以上，因此使用上有其限制。相較之下，雙能X射線吸收儀的輻射劑量極低，且準確性高，已成為體組成分析的黃金標準，但礙於前述成本高、需專人操作等問題，仍然不適合用於常規檢查。其他方法如水中秤重法(Underwater Weighing)、空氣置換體積描記法(ADP)、皮脂厚度測量(Skinfold Measurement)、體圍(Circumference)測量法、同位素稀釋法(Isotope Dilution)、超音波(Ultrasound)測量法、鉀-40測量法(Potassium-40 Counting)及生物阻抗法(Bioelectrical Impedance Analysis-BIA)等方法。

其中，生物電阻抗法因為操作快速、簡易、相對安全且為非侵入性等特點，為目前最常用於人體組成成分估計的方法。生物阻抗法是受測者以躺臥或站立於體組成測量儀，由受測者四肢接觸體組成測量儀之電極並通過微 量的電流，藉著身體不同組織其水分含量以及細胞膜特性的不同，造成對於不同頻率的電流產生不同電阻跟電抗值之特性，得到身體水分含量，傳統方式通常配合受測者的年齡、性別、體重、身高等資料，由估計方程式得到人體各項組成成分，包括身體脂肪重量、非脂肪重量、總含水量、細胞內外液體積等，再進一步推算如骨骼、肌肉、脂肪以及其他組織等所佔的比率或含量。

近年來應用三維人體掃描技術進行人體成分分析的研究越來越普遍，已成為新興的研究方向；例如美國公開第US 2019/0223788 A1號專利中，為了解決三維成像法中直接用體積計算體脂率不夠精確的問題，主要提出的技術為利用三維身體模型確定身體體積與幾何形狀，建立包括圓柱形或錐形形式的多節段的人體阻抗模型，其是於身體節段分別引入多節段的模型，尤其是肩關節、上臂、前臂、手、大腿、膝關節或小腿等，接下來以至少兩個電極量測人體阻抗，得到特別是身體節段的詳細阻抗，最後通過將各節段的部分身體脂肪含量相加，得到全身的體脂肪含量。

然而，上述專利所提供人體攝影是以站立並以雙手接觸電極的方式進行測量，其至少有二個待改善之缺失：

1.當受測者站立於旋轉盤上進行旋轉掃描時，難免會產生擺動或姿態改變，進而影響體組成測量儀所測得之電阻及電抗值有所不同，導致測量結果不夠準確。

2.當受測者雙手接觸電極時，手臂會與軀幹形成的夾角，當夾角過小，手臂肌膚會接觸到軀幹肌膚，或者衣物會產生接觸的問題，進而影響體組成測量儀所測得之電阻及電抗值產生誤差，導致測量無法有重複性，亦沒有準確性，而若是要求受測者維持手臂與 軀幹一定角度的夾角，又可能會發生擺動或姿態改變，亦會導致測量結果不夠準確。

本發明之主要目的乃在於提供一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，相較於先前技術，能避免受測者產生擺動或姿態改變，進而提升測量結果的準確性。

本發明之另一主要目的乃在於提供一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，相較於先前技術，可依受測者之身形進行調整，令受測者姿態維持在最適當的測量狀態，且可提供受測者支撐，使受測者不易產生擺動或姿態改變，能提升測量結果的具有重複性並提升準確性

為了達成上述之目的，本發明提供之一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，其包含一攝像裝置；一體組成分析儀，距離該攝像裝置有一預定距離，該體組成分析儀具有一站台、二扶手及一計算單元，該站台設有二第一電極組，該二扶手具有一伸縮桿及一握把，各該伸縮桿一端樞設該站台，而各該伸縮桿另一端設有各該握把，各該握把具有一第二電極組，該計算單元電性連接該攝像裝置，該計算單元包含一身形模組資料庫及一計算邏輯，該計算單元接收該二第一電極組及該二第二電極組測得之電阻、電抗值，以及接收該攝像裝置取得之攝像資料，藉由該身形模組資料庫比對攝像資料後，以該計算邏輯計算得到一體組成數據；以及一控制面板，電性連接該體組成分析儀、該攝像裝置及該計算單元，並用以顯示該體組成數據。

藉此，本發明提供之一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，藉由該站台設置該二扶手之技術特徵，能避免受測者產生擺動或姿態改變，進而提升測量結果的準確性。

以及，本發明提供之一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，藉由該站台設置該二扶手之技術特徵，可提供需要輔具或扶手才能站立的受測者便於體組成數據的測量。

此外，本發明所提供之具有影像掃描功能的體組成分析系統，藉由二伸縮桿及二伸縮桿樞設站台之技術特徵，可依受測者之身形進行對二把手的角度進行調整，令受測者姿態維持在最適當的測量狀態，且可提供受測者支撐，使受測者不易產生擺動或姿態改變，能令測量結果的具有重複性並提升準確性。

10:具有影像掃描功能的體組成分析系統

20:攝像裝置

21:攝像鏡頭

23:Y軸向支架

30:體組成分析儀

31:站台

313:第一電極組

315:轉盤

317:重量感測器

33:扶手

331:伸縮桿

333:握把

335:第二電極組

35:計算單元

351:身形模組資料庫

353:計算邏輯

355:判斷邏輯

40:控制面板

10’:具有影像掃描功能的體組成分析系統

21’:攝像鏡頭

319’:環狀導軌

圖1係本發明之第一較佳實施例之結構示意圖。

圖2係本發明之第一較佳實施例之方塊圖。

圖3係本發明之第一較佳實施例之使用狀態圖。

圖4係本發明之第二較佳實施例之結構示意圖。

為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲針對以下第一較佳實施例，並配合圖式1-4說明如後，其中：本發明之具有影像掃描功能的體組成分析系統10，主要包含一攝像裝置20、一體組成分析儀30及一控制面板40。

如圖1所示，該體組成分析儀30距離該攝像裝置20有一預定距離，該預定距離係以該攝像裝置20欲取得之攝像資料需求而定，如：取得受測者局部或全身之攝像資料。

如圖1、2所示，該體組成分析儀30具有一站台31、二扶手33及一計算單元35，該站台31設有二第一電極組313，該二扶手33具有一伸縮桿331及一握把333，各該伸縮桿331一端樞設該站台31，而各該伸縮桿331另一端設有各該握把333，各該握把333具有一第二電極組335，該計算單元35電性連接該攝像裝置20、該二第一電極組313及該二第二電極組335，該計算單元35包含一身形模組資料庫351及一計算邏輯353，該計算單元35接收該二第一電極組313及該二第二電極組335測得之電阻、電抗值，以及接收該攝像裝置20取得之攝像資料，並由該身形模組資料庫351比對該攝像裝置20取得之攝像資料後，以該計算邏輯353計算得到一體組成數據。

該控制面板40電性連接該體組成分析儀30、該攝像裝置20及該計算單元35，並用以顯示該體組成數據。

因此，本發明所提供之具有影像掃描功能的體組成分析系統10，藉由該站台31設置該二扶手33之技術特徵，能避免受測者產生擺動或姿態改變，進而提升測量結果的準確性。

以及，本發明所提供之具有影像掃描功能的體組成分析系統10，藉由該站台31設置該二扶手33之技術特徵，可提供需要輔具或扶手才能站立的受測者便於該體組成數據的測量。

此外，本發明所提供之具有影像掃描功能的體組成分析系統10，藉由該二伸縮桿331及該二伸縮桿331樞設該站台31之技術特徵，可依受測者之身形對該二扶手33的角度進行調整，令受測者姿態維持在最適當的測量狀態，且可提供受測者支撐，使受測者不易產生擺動或姿態改變，能令測量結果具有重複性並提升準確性。

在第一較佳實施例中，該二第一電極組313及該二第二電極組335為八電極模式，該二第一電極組313及該二第二電極組335分別具有電流感測電極與電流發射電極。

在第一較佳實施例中，該攝像裝置20包含一攝像鏡頭21及一Y軸向支架23，該攝像鏡頭21係樞設於該Y軸向支架23，並可沿Y軸向移動，藉此增加該攝像鏡頭21的攝像角度；在實際實施時，在該攝像鏡頭21攝像角度足夠的情況下，該攝像裝置20亦可為固定式，故該Y軸向支架23並非達成本發明之必要條件。

在第一較佳實施例中，該站台31更設有一轉盤315，該轉盤315可設於該站台31之上表面並供受測者站立，藉此讓受測者在維持正確量測姿態的狀態下，藉由該轉盤315令受測者轉向讓該攝像鏡頭21拍攝不同角度；在實際實施時，該轉盤315亦可設於該站台31之下方，同樣能讓受測者在維持正確量測姿態的狀態下，藉由該轉盤315令受測者轉向讓該攝像鏡頭21拍攝不同角度，故該轉盤315之實施型態不僅以本較佳實施例為限。

在第一較佳實施例中，該攝像鏡頭21係深度照相機，可由多張不同角度或不同距離下所得全身或局部的影像，利用三維重建技術計算受測者人體表面形狀；在實際實施時，亦能以一般照相機或複數個一般照相機作為實施，故該攝像裝置20之實施型態不僅以本較佳實施例為限。

在第一較佳實施例中，該計算單元35更包含一判斷邏輯355，由該身形模組資料庫351中的資料判斷該攝像裝置20取得之攝像資料是否正確；在實際實施時，如沒有判斷受測者姿態是否正確之需求，則可省略該判斷邏輯355之設置，故該判斷邏輯355並非達成本發明之必要條件。

在第一較佳實施例中，各該伸縮桿331另一端係樞設各該握把333，藉此可依受測者身形將各該握把333調整至受測者以最佳的握持狀態進行測量。然而，若藉由該二伸縮桿331樞設該站台31的調整下已能夠以標準的姿態測量，則可省略各該伸縮桿331另一端係樞設各該握把333之技術特徵，因此，各該伸縮桿331另一端係樞設各該握把333之技術特徵，並非達成本發明之必要條件。

在第一較佳實施例中，該站台31更設有一重量感測器317，該重量感測器317電性連接該計算單元35，令該體組成分析儀30能直接測得受測者之體重，進而提供體重資料傳輸至該計算邏輯353，藉此增加本發明測量該體組成數據之準確性；在實際實施時，如受測者之體重採自行輸入的方式，則可省略該重量感測器317之設置，故該重量感測器317並非達成本發明之必要條件。

在第一較佳實施例中，該控制面板40可供輸入受測者的年齡、性別、體重、身高及人種等資料，並傳輸至該計算邏輯353，同樣可增加本發明測 量該體組成數據之準確性；在實際實施時，如未輸入身高，則可利用重建之三維模型計算。

在第一較佳實施例中，該二第一電極組313及該二第二電極組335係利用不同頻率的交流電，測量受測者各肢段之電阻及電抗，該攝像裝置20所取得之攝像資料包含不同肢段的圍度、截面積、長度。

其中，各肢段對應的電阻(resistance,R)與電抗(reactance,Xc)，阻抗與電阻、電抗的關係可以分別表示成Z=(R²+Xc²)^1/2，ArcTan(Xc/R)=PhA，其中ArcTan、PhA分別為反正切函數與相位角(Phase Angle)，而相位角角度越大，代表受測者的健康程度越佳，而在不同的肢段，其相位角越大，也代表其其身體組成「品質」越佳。

其中，對各肢段的圍度、截面積、長度與對應不同頻率測量所得的電阻、電抗，進行體組成成分的測量，而非僅為單頻的阻抗，對於不同體組成成分的測量會更為準確。在本較佳實施例中，應用微小的電流在不同頻率(1KHz-3000KHz)的組合對受測者進行全身、左右上下肢段進行電阻、電抗測量，除可得到不同頻率的電阻、電抗外，亦可組合計算得到阻抗，對於體組成測量有著更多的對應的變數，使得體組成測量更加準確。

藉由不同的頻率的交流電，所測量得到受測者全身、各肢段的電阻、電抗對應數值，加以測量出受測者全身、各肢段的體水分、細胞內液、細胞外液，對外可為身體體組成測量結果輸出，在裝置本身，不同頻率對應的電阻、電抗測量結果，可應用於修正站立測量時的人體水分分布，減少應用BIA測量結果的變異性。

在本較佳實施例中，藉由不同頻率的交流電，所測量得到受測者全身、各肢段的電阻、電抗對應數值，配合該攝像裝置20取得之攝像資料後所得的受測者高度或者各肢段長度，對受測者進行全身或者各肢段的生物阻抗向量分析，以受測者全身高度對應全身對應電阻、電抗、或者各肢段長度對應，進行阻抗向量分析，在無需應用經驗方程式或者回歸方程式的前提下，可應用R/H、Xc/H，進行全身或者各肢段的體組成於水合狀況與肌肉質量的評估與分析。

除了上述生物阻抗向量分析，在本較佳實施例中，亦可進行受測者全身或者各肢段的特殊生物阻抗向量分析，以全身高度對應全身對應電阻、電抗、或者各肢段長度對應，進行特殊生物組抗向量分析，在無需應用經驗方程式或者回歸方程式的前提下，應用Rsp、Xcsp(其中：Rsp、Xcsp為全身或者肢段乘以對應修正因子(截面/長度))，進行全身或者各肢段的體組成於水合狀況與肌肉質量的評估與分析。

以上說明本發明第一較佳實施例之結構，以下接續說明本發明第一較佳實施例之使用狀態。

如圖2、3所示，首先，藉由該控制面板40輸入受測者的年齡、性別、身高及人種等資料。

接著，受測者即站上該站台31，藉由受測者重量形成的壓力，令受測者左、右腳底分別接觸該二第一電極組313，再由該重量感測器317測得受測者之體重資料，並傳輸至該計算單元35。

其後，受測者的雙手則以握持該二握把333的方式分別接觸該二第二電極組335，同時，受測者可藉由該二伸縮桿331可伸縮、該二伸縮桿331 連接該站台31處可樞轉以及該二握把333可樞轉之技術特徵，令受測者姿態能調整至最適當的測量狀態，並可提供受測者支撐，使受測者不易產生擺動或姿態改變。

其後，該轉盤315開始轉動，該攝像鏡頭21即開始對受測者攝像，並將攝像取得受測者不同角度的影像進行人體三維模型重建，重建完成後，即傳輸至該計算單元35，由該判斷邏輯355比對該身形模組資料庫351中的模型資料與該攝像鏡頭21取得之攝像資料是否正確，如比對不正確，則表示受測者的受測姿態不正確，該計算單元35並不會進行計算，也就是說本發明不會進行測量；如該判斷邏輯355比對該身形模組資料庫351中的模型資料判斷該攝像鏡頭21取得之攝像資料的結果，是略有誤差，則由該計算單元35以該身形模組資料庫351中最接近的模型資料對該攝像鏡頭21取得的攝像資料進行修正，並計算得到該體組成數據，藉此增加準確度；如該判斷邏輯355比對該身形模組資料庫351中的模型資料與該攝像鏡頭21取得之攝像資料的比對結果正確，則該計算單元35不需修正，直接計算得到該體組成數據。

其後，如經由該判斷邏輯355判斷受測者姿態正確，則會透過該二第一電極組313及該二第二電極組335之極板切換機制，應用不同組合、不同頻率的交流電與電流發射、感測電極作用，可以測得不同頻率於不同肢段的電阻、電抗值，以及該身形模組資料庫351比對攝像資料後，以該計算邏輯353計算得到該體組成數據。

藉此，本發明提供之一種具有影像掃描功能的體組成分析系統10，藉由該二扶手33設置於該站台31之技術特徵，可提供需要輔具或扶手才能站立的受測者便於該體組成數據的量測。

以及，本發明所提供之具有影像掃描功能的體組成分析系統10，藉由該二伸縮桿331及該二伸縮桿331樞設該站台31之技術特徵，可依受測者之身形進行調整，令受測者姿態維持在最適當的測量狀態，且可提供受測者支撐，使受測者不易產生擺動或姿態改變，能提升測量結果的重複性及準確性。

本發明第二較佳實施例所提供之具有影像掃描功能的體組成分析系統10’，主要概同前第一較佳實施例，不同之處在於：如圖4所示，本第二較佳實施例沒有第一較佳實施例的該轉盤315，在本較佳實施例中，該站台31’係呈圓形，該站台31’沿外緣設有一環狀導軌319’，該Y軸向支架23’係設於該環狀導軌319’，並可沿該環狀導軌319’移動。

於使用時，該攝像鏡頭21’是以圍繞該站台31’的方式移動，使得受測者在受該攝像鏡頭21’攝像時，不會因為轉動而產生擺動或姿態改變，尤其是對於虛弱甚至無法站立的受測者而言，更能提升本發明量測結果的重複性及準確性。

本第二較佳實施例其餘結構及達成之功效與第一較佳實施例相同，故不再與贅述。

10:具有影像掃描功能的體組成分析系統

20:攝像裝置

21:攝像鏡頭

23:Y軸向支架

30:體組成分析儀

31:站台

313:第一電極組

315:轉盤

317:重量感測器

33:扶手

331:伸縮桿

333:握把

335:第二電極組

40:控制面板

Claims (8)

1. 一種具有影像掃描功能的體組成分析系統，其包含： 一攝像裝置； 一體組成分析儀，距離該攝像裝置有一預定距離，該體組成分析儀具有一站台、二扶手及一計算單元，該站台設有二第一電極組，該二扶手具有一伸縮桿及一握把，各該伸縮桿一端樞設該站台，而各該伸縮桿另一端設有各該握把，各該握把具有一第二電極組，該計算單元電性連接該攝像裝置，該計算單元包含一身形模組資料庫及一計算邏輯，該計算單元接收該二第一電極組及該二第二電極組測得之電阻、電抗值，以及接收該攝像裝置取得之攝像資料，並以該身形模組資料庫比對該攝像裝置取得之攝像資料後，以該計算邏輯計算得到一體組成數據；以及 一控制面板，電性連接該體組成分析儀、該攝像裝置及該計算單元，並用以顯示該體組成數據。
2. 如請求項1所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：該攝像裝置包含一攝像鏡頭及一Y軸向支架，該攝像鏡頭係樞設於該Y軸向支架，並可沿Y軸向移動。
3. 如請求項2所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：該站台係呈圓形，該站台沿外緣設有一環狀導軌，該Y軸向支架係設於該環狀導軌，並可沿該環狀導軌移動。
4. 如請求項1所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：該站台更設有一轉盤。
5. 如請求項1所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：各該伸縮桿另一端係樞設各該握把。
6. 如請求項1所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：該站台更設有一重量感測器，該重量感測器電性連接該計算單元。
7. 如請求項1所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：該計算單元更包含一判斷邏輯，由該身形模組資料庫中的資料判斷該攝像裝置取得之攝像資料是否正確。
8. 如請求項1所述之具有影像掃描功能的體組成分析系統，其中：該二第一電極組及該二第二電極組係利用不同頻率的交流電，測量各肢段之電阻及電抗，該攝像裝置所取得之攝像資料包含各肢段的圍度、截面積、長度。

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