205_090-013AP-TW
發佈日期 :
2009-04-29
| 發明專利說明書 | |
| ※申請案號： 090121152 | |
| ※申請日期： 20010828 ※ＩＰＣ分類： Int.Cl.(7) A61B 5/107 |
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| 一、發明名稱： (中文/英文) | |
區段式人體脂肪量測方法及其裝置(全文下載)
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| 二、申請人： 共 1 人
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| 1 . 姓名或名稱：(中文/英文) 國立成功大學 / NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY 代 表 人：(中文/英文) / 住居所或營業所地址：(中文/英文) 台南巿大學路一號 / 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
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| 三、發明人： 共 3 人
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| 1 . 姓名：(中文/英文) 鄭國順 / JENG, GUO-SHUEN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW 2 . 姓名：(中文/英文) 黃基哲 / HUANG, JI-JE 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW 3 . 姓名：(中文/英文) 洪瑞賢 / HUNG, RUEI-SHIAN 國 籍：(中文/英文) 中華民國 / TW
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四、聲明事項 |
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| □主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實發生日期為：年 月 日
□申請前已向下列國家(地區)申請專利: 【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】
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| □ 有主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
□無主張專利法第二十七條第一項國際優先權： |
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| □ 主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】
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□ 主張專利法第三十條生物材料： □ 須寄存生物材料者： 國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】 國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】 |
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| □ 不須寄存生物材料者: 所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。 |
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| 五、中文發明摘要： | |
| 本發明係為一種區段式人體脂肪量測方法及其裝置，其主要利用設於人體不同部份之量測電極進行體脂肪量測，並於量測計算時加入體脂肪之量測溫度修正參數，以取得更精準之體脂肪測量值，藉此，可透過分區量測以及量測值之修正，獲得更加準確的體脂肪分佈狀況及重量。 | |
| 六、英文發明摘要： | |
| 七、指定代表圖： | |
| （一）本案指定代表圖為： | |
| （二）本代表圖之元件符號簡單說明：
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| 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： | |
| 九、發明說明： | |
| 本發明係關於一種區段式人體脂肪量測方法及其裝置，尤指一種針對人體各部位所貯積不同重量之脂肪，配合過當之量測裝置及方法，而可準確獲得人體完整之脂肪分佈情形者。 在目前物產豐富衣食無缺之情形下，愈來愈多人因無法節制飲食而得到肥胖症，而在肥胖症之影響下許多慢性病也隨之而起，如高血壓、心臟病、糖尿病、痛風等病例，由於美國WHO及FDA等組織正視此一病症之嚴重，於一九九六年開始將肥胖列為一種慢性疾病，然而，我國於一九九八年經由行政院衛生署調查結果顯示，在民國八十二年至八十六年間，委託專家所做的第三次全國營養調查結果，顯示我國每七位成年人中即有一位肥胖者，經概論推算可知我國即有210萬人得到肥胖症，又經由研究顯示人體在各部位的脂肪累積，對心臟血管方面的疾病會有不同的影響，因此即需正視此一問題，並提出解決方法。 於進行相關減肥或其他療程前，必須先對人體脂肪的囤積狀況加以瞭解，就目前來說已發展出一種可量測人體脂肪比例之儀器，其中各種儀器係使用以下數種量測方法： 1.「雙能X光吸收測量法」(Dual－energy X－rayabsorptiometry)，係以計算脂肪組織、非脂肪組織及骨頭的總質量或所佔的百分比。 2.「水中稱重法」(Under water Weight)。 3.「量測皮下厚度法」(Skin－fold thickness)。 4.「生物阻抗測定法」(Electrical ImpedanceAnalysis)。 其中前兩項因具有輻射性傷害疑慮及量測費時等缺點，而量測皮下厚度法卻只能獲得概略性之參考值，而生物阻抗測定法具有不具侵入性、無輻射性、且安全性高等諸多優點，但由於該生物阻抗測定法係主要利用脂肪／非脂肪組織分別具有不同導電度物性，因此將電流導入以量測阻抗值，進而估算出脂肪與非脂肪組織間的百分比’但其使用之RJL量測儀器係僅具有右手及右腳兩量測電極，故僅能對整個人體加以估算其體脂肪百分比，其計算阻抗值之公式係為： V=ρ×L 2 /R;V：量測之電壓值；ρ：一固定參數值；L：待測人體身高；R：阻抗值。 利用上述量測公式所獲得之阻抗值，由於量測電流所流經人體長度並不為整個人體之身高，故直接將身高代入計算公式中會造成誤差，且各四肢脂肪分佈情形及特性不相同，而計算各部位之脂肪百分比時，卻將各部位之參數同設為ρ，故同樣會形成偏差之計算結果，因而利用此一量測公式所計算而得之脂肪百分比，將與實際脂肪分佈之百分比相去甚遠。 上述體脂肪量測儀主要發展之國家係為歐系日本，其所發展出之體脂肪量測儀或計算方法，自然針對該國之人種及飲食習慣而量身製作相關之計算方法及量測裝置，而進一步提供較為有效地脂肪百分比分佈數據；然而，目前既有的體脂肪量測儀係均以歐系美系或日系人種為主之計算方法，因此國人使用此類體脂儀器所測得之數據將會與實際不相符合。 有鑑於此，對於如何針對上述問題，提出一套真正符合國人使用的體脂肪量測方法及裝置，將是有助於醫生對於病患或當事人本身作好肥胖療程或預防。 為此，本發明之主要目的係提供一種可排除多重干擾因素，以獲得精準量測數據之脂肪量測方法及實施此一方法所使用的裝置。 欲達上述目的所使用之主要技術手段係令上述裝置包含有：一主控制單元，係用以控制輸出量測電流與計算脂肪百分比；數組電極裝置 ， 係固定至人體各個人待測部位，其輸入端係連接至該主控制單元，用以導入電流至待測部位，並擷取該部位的電壓值；一溫度量測單元，係連接至該主控制單元，將檢知之溫度回饋至該主控制單元；上述量測裝置係可透過該溫度量測單元將目前體脂肪量測裝置運轉溫度輸入至主控制單元，以修正該電極裝置回傳電壓值計算而得之阻抗值R，意即，代入下列的一修正方程式： R=a×R,+bR’：未修正之阻抗值；R：修正後之阻抗值；a,b：修正曲線參數值（電阻與溫度間之修正值）；將上述修正後之阻抗值代入下列估算脂肪百分比之量測以量測公式，該公式係為：  FM：體脂肪百分比；R：人體各部位之電阻抗值；L：區段長；H：受測者身高；W：受測者體重；Cir：受測者之量測區段周長；c、d、e、f、g：估算曲線的參數值（前述身高、體重、區段長及周長等量測值與脂肪百分比間之相關參數）。 上述量測計算係根據人體各部位之不同性質的脂肪累積之計算公式，其主要將待測者之實際施予電流量測之部位長度作為計算參數外，當該主控制單元取得電極回傳之電壓值，以計算出該量測部位之阻抗值後，再依照該量測電阻值所對應之溫度修正曲線，得到另一組較率確之電阻值後，再開始估算實際之脂肪百分比，由於量測裝置於運作產生之高溫會影嚮量測品質，故藉由溫度修正後，即可獲得一較為率確之量測值。 本發明之次一目的係提供一具有高準確量測值之體脂肪量測裝置，其主要將數組電極裝置分別依照各人體各部位形狀而設，以緊實貼合於待測部位，當電流導入該量測部位時，可取得較為率確之電壓值，故可以提供該主控制單元計算出較為正確之阻抗值。 為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明具體之設計及其他目的，茲附以圖式詳細說明如后： 圖式簡單說明 第一圖：係本發明之一電路方塊圖，其揭示該脂肪裝置之主控制單元之電路方塊圖。 第二圖：係本發明之又一部份外觀圖，其揭示軀幹部位之電極裝置結構圖。 第三圖：係本發明之另一部份外觀圖，其揭示手掌部位電極裝置之結構圖。 第四圖：係本發明之再一部份外觀圖，其揭示足掌部位電極結構圖。 第五圖：係本發明之一實際操作示意圖，其揭示本發明脂肪裝置設於人體各部位之配置圖。 主要元件符號說明 (1)．．．主控制單元 (100)．．．定電流產生 (11)．．．類比訊號多工器單元 (10)．．．定電流產生單元 (101)．．．定電流電珞 (110)．．．參考電阻 (111)．．．多對多類比訊號多工器 (12)．．．類比訊放大及解調單元 (120)．．．差動訊號放大模組 (121)．．．解調變模組 (13)．．．機板溫度感測單元 (131)．．．訊號放大模組 (140)．．．重量感測器 (15)．．．徹處理器控制單元 (150)．．．類比數位轉換模組 (152)．．．串列介面 (160)．．．按鍵模組 (2)．．．電極裝置單元 (210)．．．公黏扣帶 (212)．．．柔韌性繃帶 (214)．．．電極 (22)．．．手掌電極裝置 (220)．．．手握板 (222)．．．電極 (230)．．．腳踏板 (232)．．．電極 (130)．．．溫度感測器 (14)．．．體重量測單元 (141)．．．訊號放大模組 (151)．．．微處理器 (16)．．．輸出及輸入單元 (161)．．．液晶顯示模組 (21)．．．軀幹電極裝置 (211)．．．母黏扣帶 (213)．．．導線 (215)．．．電極 (221)．．．導線 (23)．．．足掌電極裝置 (231)．．．導線 (3)．．．重量測量單元 (4)．．．電腦 本發明係為一種可將人體的脂肪以分區及回饋修正參數方式，計算出人體脂肪之分佈百分比，用以作為之後調配療程之用，首先請參闌第一圖所示，係為本發明體脂肪裝置之整體方塊圖，其包含有：一主控制單元(1)，係用以控制量測電流及計算實際之體脂肪百分比值；一電極裝置單元(2)，係用以貼設於人體各部位，其連接該主控制單元(1)，可將該主控制單元(1)所輸出的電流傳送至貼附位置，其主要針對人體各部位設計不同之電極，如軀幹電極裝置(21)，手掌電極裝置(22)及足掌電極裝置(23)等，其中各電極裝置係包含數組電極(圖中未示)，又各組電極依功能分為電流導入電極及電壓量測電極；一電腦系統(4)，係連接至該主控制單元(1)，用以儲存該其計算結果，並可進一步統計分析之；上述測量流程係由依人體各部位分別設計的電極裝置(21)~(23)貼附於各待測部位後，再送出量測電流予各電極裝置(21)~(23)，此時主控制單元(1)隨即透過電壓量測電極取得一電壓值，並配合輸出電流值之計算後以獲得該部位之阻抗值，再將此一阻抗值透過一體脂肪計算公式，即可取得人體之脂肪分佈情形。 上述主控制單元(1)係包含有：一微處理器控制單元(15)，由一類比數位轉換模組(150)、一具有一串列介面(152)之微處理器(151)所組成，係用以控制輸出量測電流及計算脂肪分佈值；一機板溫度量測單元(13)，其輸出端係連接至該微處理器(151)，其由一溫度感測器(130)及一訊號放大模組(131)組成，主要將該溫度感測器(130)所量測而得的溫度值輸入至該微處理器(151)中，以作為溫度補償之用；一重量測量單元(14)，其輸出端連接至該微處理器(151)之輸入端，用以量測人體之重量值後傳送回微處理器(151)，作為估算體脂參數之用，其中該重量測量單元(14)係由一重量感測器(140)及一連接於重量感測器(140)與微處理器(151)間之訊號放大模組(141)組成；一類比訊號多工器單元(11)，其連接至電極裝置單元(2)，其由一參考電阻(110)及多對多類比訊號多工器(11l)組成，用以控制切換各組電流導入及電壓量測電極（圖中未示）；一類比訊號放大及解調單元(12)，其連接於該類比訊號多工器單元(11)與該微處理器控制單元(15)之微處理器(151)間，係由一差動放大器(120)及一解調變模組(121)組成，用以將類比訊號多工器單元(11)連接至電壓量測電極取得之電壓訊號放大並經解調後，取得一實際類比電壓訊號值，並輸入至該微處理器(151)中；一定電流產生單元(10)，係由一弦波產生電路(100)及一定電流電路(101)組成，其連接至該類比訊號多工器單元(11)，以提供該類比訊號多工器單元(11)輸出一電流訊號透過電極導入至人體待測部位。 以上為本發明主控制單元(1)之詳細電路圖，以下針對各種依照人體部位形狀設計之電極裝置單元(2)之結構設計配合圖示說明如下：請參閱第二圖所示，係為電極裝置單元(2)中之驅幹電極裝置(21)，其主要由一柔韌性繃帶(212)作為束緊人體的軀幹部位之用，而於該繃帶(212)內面分佈一組不鏽鋼材質且呈長條狀之電流導入用電極及電壓量測用電極(214)(215)，又於繃帶(212)兩端之正反面設有公母黏扣帶(210)(211)，用以固定該電極(214)(215)於人體的軀幹部位上，同時該組電極(214)(215)透過一對導線(213)連接至主控制單元(1)。 又請參閱第三圖所示，其揭露有電極裝置單元(2)中之手掌電極裝置(22)，主要由一手握板(220)（如壓克力板）供人手掌握持，該手握板(220)板內面係設有一組電極(222)，同樣該電極(222)係透過一對導線(221)連接至該主控制單元(1)。 請參閱第四圖所示，係為電極裝置單元(2)中之足掌電極裝置(23)，其主要由一腳踏板(230)（如壓克力板）供人體足掌踩踏之用，其中該腳踏板(230)上係相對人體足掌前後貼合於腳踏板(230)上之部位設有一組電極(232)，供導入電流及擷取電壓之用。 上述為本發明體脂肪量測裝置之詳細結構說明，以下謹配合圖示說明其整體量測流程：請參閱第一圖及第五圖所示，將各個電極裝置分別貼合於人體的不同部位上，此時，可經由該微處理器(151)直接控制量測電流輸出，此時該類比訊號多工器單元(11)係切換至用以導入電流之電極，用以道出量測電流至待測部位，爾後，再將該類比訊號多工器(111)切換至用以量測電壓之電極，以取得該量測部位之電壓值，故可利用此一電壓值配合輸出電流值而計算出該軀幹部位之阻抗值，再透過該類比訊號放大及解調單元(12)將電壓訊號放大後，輸入至該微處理器(151)中作各部位的體脂肪計算，同時該機板溫度量測單元(13)之溫度感測器(130)，以及體重量測單元(14)之重量感測器(140)亦會回送一溫度值及一重量值至該微處理器(151)，此時該微處理器(151)即可利用此回饋參數與阻抗值計算出體脂肪之分佈百分比。 以上為本發明之硬體結構及其動作流程介紹，以下謹針對本發明計算體脂肪之方法係包含以下步驟：取得各人體部位之阻抗值；修正上述阻抗值，係取得目前體脂肪量測裝置之機板溫度值，配合阻抗一溫度曲線參數修正上一步驟之阻抗值；取得計算之重要參數，係透過各種量測手段取得目前待測人體之重量、身高及性別等影響體脂肪分佈等重要參數，以配合上述經體脂肪裝置量測出之阻抗值，作為計算體脂肪分佈的計算參數；取得體脂肪分佈百分比，將前述各步驟取得之量測值及參數值套入下述公式： FM%=  +d×H+e×W+f×Cir+gFM：體脂肪百分比；R：人體各部位之電阻抗值；L：區段長；H：受測者身高；W：受測者體重；Cir：受測者之量測區段周長；c、d、e、f、g：估算曲線的參數值（前述身高、體重、區段長及周長等量測值與脂肪百分比間之相關參數）。 上述體脂肪計算式係主要將人體可能造成量測不準確之參數，以及影響量測裝置輸出不穩定之參數一併加入計算中，加上此體脂肪裝置分別針對人體軀幹及四肢分別量測其阻抗值，因此可更詳細地估計各部位所含的體脂肪百分比，藉此，使計算結果愈趨率確，而能真正作為日後從事相關疾病療程的參考。 由上述可知，本發明針對人體中脂肪分佈性質不同的部位，設置相對之特定形態電極裝置，以使電極直正能完整地貼附於待測部位，以取得較為準確地阻抗量測值，除此之外，對於阻抗值量測值加入計算公式前，仍將該量測裝置於運轉時產生之溫度，所造成之量測誤差與該阻抗值作一修正動作，爾後，再配合人體各部位參數加入計算公式，以獲得最準確之體脂肪百分比之結果。 因此，本發明之設計符合發明專利之要件，爰依法具文提出申請。
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| 十、申請專利範圍： | |
| 1.一種區段式人體脂肪量測裝置，其包含有：一主控制單元，其於輸入端連接一感測裝置溫度之機板溫度感測器單元，用以將感測溫度回饋至主控制單元作為修正量測值，其包含有：一微處理器控制單元，係控制輸出量測電流及計算脂肪分佈值；一類比訊號多工器單元，其連接至該微處理器控制單元，用以控制切換各組電流導入及電壓量測電極；及一類比訊號放大及解調單元，其連接於該類比訊號多工訊號多工器單元與微處理器控制單元間，將多工器單元連接至電壓量測電極取得之電壓訊號放大並經解調後，取得一實際類比電壓訊號值，並輸入至微處理器控制單元中；一電極裝置單元，係由一軀幹電極裝置、手掌電極裝置及足掌電極裝置組成，各電極裝置分別連接至主控制單元的類比訊號放大及解調單元。 2.如申請專利範圍第1項所述之區段式人體脂肪量測裝置，其中上述主控制單元係進一步包含有：一定電流產生單元，係由一弦波產電路及一定電流電路組成，其連接至該類比訊號多工器單元，以提供該類比訊號多工器單元切換至電流導入電極時之一導入人體之電流訊號。 3.如申請專利範圍第1或2項所述之區段式人體脂肪量測裝置，其中上述主控制單元係進一步包含有：一重量測量單元，其輸出端連接至微處理器控制單元之輸入端，用以量測人體之重量值後傳送回微處理器，作為估算體脂參數用。 4.如申請專利範圍第1項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述微處理器控制單元係由一類比數位轉換模組、一具有一串列介面之微處理器所組成。 5.如申請專利範圍第4項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述機板溫度量測單元係由一溫度感測器及一放大模組組成，其中該放大模組之輸出端係連接至該微處理器中。 6.如申請專利範圍第4項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述重量測量單元係由一重量感測器及一放大模組組成，其中該放大模組之輸出端連接至該微處理器之輸入端。 7.如申請專利範圍第4項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述類比訊號多工器單元係由一參考電阻及多對多類比訊多工器組成，其中該多工器係連接至該微處理器。 8.如申請專利範圍第4項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述類比訊號放大及解調單元係由一差動放大器及一解調模組組成，其中該解調模組連接於該類比訊號多工訊號多工器單元與該微處理器間。 9.如申請專利範圍第4項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述定電流產生單元係由一弦波產電路及一定電流電路組成，其連接至該類比訊號多工器單元。 10.如申請專利範圍第4項所述之區段式人體脂肪量測裝置，上述體脂量測裝置進一步包含有一電腦系統，係連接至該微處理之串列介面，用以儲存該微處理器計算結果，並可進一步統計分析之。 11.如申請專利範圍第1項所述之區段式人體脂肪量測裝置，該軀幹電極裝置，其主要由一柔韌性繃帶及設於該繃帶內面之一組電流導入電極及電壓量測電極，又於繃帶兩端之正反面設有公母魔術沾，用以固定該電極於軀幹部位，同時該組電極透過一雙導線連接至主控制單元；該手掌電極裝置，其主要由一手握板供人手掌握持，並於手握板板內面係設有一組電極，該組電極透過雙導線連接至該主控制單元；該足掌電極裝置，其主要由一腳踏板供人體足掌踩踏之用，其中該腳踏板上相對人體足掌前後貼合於腳踏板上之部位設有一組電極，該組電極透過一導線連接至該主控制單元，供導入電流及擷取電壓之用。 12.一種區段式人體脂肪量測方法，其包含下述步驟：取得人體各部位之阻抗值(R)；修正上述阻抗值，係取得目前體脂肪量測裝置之機板溫度值，配合阻抗一溫度曲線修正上一步驟之各部位之阻抗值；取得計算之重要數值，係透過各種量測手段取得目前待測人體之重量、身高及性別等影嚮體脂肪分佈等數值；取得體脂肪分佈百分比，將各部位之修正阻抗值配合上一步驟取得之各部位重要數值，分別代入一體脂肪分佈計算法，求出各部位之體脂肪之分佈百分比。 13.如申請專利範圍第12項所述區段式人體脂肪量測方法，上述體脂肪分佈計算法係為FM：體脂肪百分比；L：區段長；H：受測者身高；W：受測者體重；Cir：受測者之量測區段周長；c、d、e、f、g：估算曲線的參數值。 |
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| 十一、圖式： | |
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