躯干细分电阻抗人体成分分析方法.pdf

zhongguoyixuezhuangbei 学术论著 沙 洪 赵 舒 邓 娟 王 妍 任超世 文章编号 1672-8270(2009)05-0018-04 中图分类号 tp 302 文献标识码 b analysis of body composition with trunk subdivision bioelectrical impedance/sha hong, zhao shu, deng juan, et al/china medical equipment, 2009, 6(5):18-21. *国家科技支撑计划项目（2006915104031393）,天津市自然科学基金项目（08jcybjc14100） 中国医学科学院、北京协和医学院生物医学工程研究所 天津 300192 通讯作者：renbme abstract taking account of the deficiency of whole body bioelectrical impedance analysis (bia) and the traditional segment measurement (sbia) in body composition measurement, based on the analysis of different influences between thorax and abdomen on the fattiness measurement, a trunk subdivision bia model was developed and then a experimental measurement system based on the model was designed. the comparative experiments of the abdominal fattiness measurement by both the new method and multi-slice spiral computer tomography (msct) were carried out. the result of the comparative experiments showed that two methods had excellent correlation and the feasibility and validity of the trunk subdivision bia were validate. the trunk subdivision bia, focusing on trunk detection, is able to distinguish the impedance of upper segment (thorax) and the impedance of lower segment (abdomen), to obtain the fat content of thorax and abdomen respectively. the novel method overcomes limitation of both whole body bia and the traditional sbia methods. it is a good improvement of body composition analysis and is going to provide an effective measurement method for basic research and clinical application of body composition analysis. key words body composition; fat; electrical bio-impedance; trunk subdivision; multi-slice spiral computer tomography first-authors address institute of biomedical engineering, chinese academy of medical sciences, tianjin, 300129, china. 摘要 针对全身人体成分阻抗测量方法（bia）和传统分段阻抗测量法存在的问题，在分 析人体胸部和腹部对脂肪测量不同影响的基础上，提出了躯干细分bia模型，研制了基于 躯干细分模型的bia测量系统，进行了新方法的验证和与多层螺旋ct法腹部脂肪测量的 对比实验。两种方法对照试验的结果显示出很好的相关性。验证了躯干细分bia方法的可 行性和有效性。躯干细分bia以人体躯干部分为检测重点，可有效区分躯干上段和下段的 阻抗值，分别获取胸部和腹部脂肪含量，克服了全身bia和传统五段法的缺陷，是对人体 成分分析方法的有效改进，将为人体成分研究和临床应用提供更为有效的检测手段。 关键词 人体成分；脂肪；生物电阻抗；躯干细分；多层螺旋ct 中国医学装备2009年5月第6卷第5期 china medical equipment 2009 may vol.6 no.5 作者简介 沙洪,男,(1964- ),硕士 学位，中国医学科学院 生物医学工程研究所研 究员，长期从事生物阻 抗技术研究与产品开发 工作。 引 言 人体成分是影响人们健康的重要因素1-3。人体 成分分析可以提供人体成分正常值范围，评价生长发 育、成熟情况以及老化进程，有助于对营养状况和相 关疾病的研究3-4。在儿童生长发育期，监测身体成长 变化，了解发育状况，正确指导营养补充，对确保儿 童健康成长是非常重要的5。在体育运动中，为了减轻 体重，提高竞赛成绩，以及在运动员训练过程中，安 排合理的运动量，都需要监测体内成分的变化。健美 和减肥锻炼如能在脂肪含量监测的指导下进行，也将 会收到事半功倍的效果6。 生物电阻抗分析（bioelectrical impedance 躯干细分电阻抗人体成分分析方法 * 万方数据 zhongguoyixuezhuangbei 学术论著 成分分析。 2 测量方法与系统 躯干细分人体成分检测系统由硬件检测部分和控 制软件组成，系统框图如图2。 analysis，bia）是近20年发展起来的一项人体成分 测量技术，它根据人体脂肪组织（fat mass，fm） 和非脂肪组织（fat free mass，ffm）不同的电阻 抗特性，即非脂肪组织含有大量的水分和电解质，电 阻抗较低，脂肪是无水物质，电阻抗很高，通过放置 在体表的电极向人体施加一个微小的交流测量电流， 提取人体阻抗信息，测定人体脂肪含量7。bia是一 种安全、快捷、价廉、人们易于接受的人体成分分析 方法8-9。 最早的bia方法是将人体近似为一段圆柱进行测 量的bia全身测量方法9。由于bia全身法测量结果 中四肢部分的贡献很大，往往掩盖了躯干部分的有用 信息，而在人体成分测量中，躯干部分的成分信息往 往更为重要，更具临床应用价值，于是在全身法的 基础上，发展、形成了分段阻抗测量方法（sbia） 10-12。 sbia将人体分成五段，即左上肢、左下肢、右 上肢、右下肢和躯干，所以也称为五段法。五段法考 虑了人体上、下肢、躯干由于体积和形状不同，对阻 抗测量结果影响的差别，可以较好地测量躯干成分， 在一定程度上解决了全身阻抗法模型粗糙、数据分 散、忽视了躯干部分阻抗对人体成分的重要影响等缺 陷13-14，但仍然存在一些问题。临床上，胸腹部肥胖 分成皮下脂肪堆积型和内脏脂肪堆积型两大类15。人 体躯干的上段为胸腔，包含心、肺等器官，其脂肪分 布主要为皮下脂肪，对于女性还有乳腺；躯干下段为 腹部，包含膈肌以下的大量消化系统和泌尿生殖系 统。腹部脂肪主要是下腹部的内脏脂肪（如肠系膜脂 肪）以及皮下脂肪，对于男性主要分布在前腹部脐周 附近，而女性则以腰、臀部为主。因此人体成分测量 中，区分躯干上部（胸部）和下部（腹部）的脂肪含 量的重要性是显而易见的16。 本文在分析、研究了bia的发展动态和技术现状的 基础上，提出了一种躯干细分bia方法。 1 躯干细分bia模型 本文的躯干细分人体成分分析模型如图1所示。细 分bia模型将人体分成八段，其中r1、r3为左、右上 肢阻抗，r2为躯干上段（胸），r4、r5为躯干的左、 右两侧阻抗，r6为躯干下段阻抗，r7、r8分别为左、 右下肢阻抗。躯干下腹部的脂肪含量，即r6是最为 关注的指标。躯干细分模型是一个四端网络，实际测 量时，可先选择任意两个端口进行电流激励，并选择 两个端口测量电压，然后改用其它激励端口和测量端 口，逐次测量。可得到该激励-测量模式下的六组测量 电压值，供后续计算、分析各段的阻抗值，完成人体 图1 躯干细分法人体阻抗模型 躯干细分bia检测硬件检测电路由恒流源、检测电 极开关阵列、信号放大和处理电路、aduc834主控电 路及通讯电路构成。 共使用8个电极。在四肢肢端分别放置一个激励电 极和一个测量电极。采用四电极测量法，每次测量选 定2个激励电极施加测量电流，选定2个检测电极进行 测量。 系统的控制选用adi公司的aduc834主控电路 来实现。aduc834具有精度高、体积小、功耗低等 优点，而且由于本身能提供程序串行下载，可直接 下载调试程序，程序的开发和设计方便。主控电路 控制阻抗检测的电流激励和信号检测，阻抗信号及 体重信号的模拟/数字变换，系统与上位pc机的通 信等功能。 3 实验验证 鉴于多层螺旋ct（multi-slice spiral computer tomography，msct）可以图像方式清晰显示腹部脂 肪分布情况，直接进行脂肪的定量测量，是评价人体 脂肪组织含量与分布的准确测量方法，本研究设计了 躯干细分bia检测与msct腹部脂肪测量的对照验证， 和相关性比较实验。 中国医学装备2009年5月第6卷第5期 躯干细分电阻抗人体成分分析方法*-沙 洪等 图2 躯干细分bia检测系统框图 万方数据 20 zhongguoyixuezhuangbei 学术论著 受试者为65名健康志愿者，其中男性30人，女 性35人。年龄2188岁，平均50.8214.18岁，按男 女分组。实验前向受试者说明本实验研究的意义、方 法和有关注意事项。记录受试者性别、年龄、身高、 体重等。然后采用本文的躯干细分bia检测系统进行 测量，之后再进行msct人体腹部脂肪含量与分布测 量。将两种方法的测量结果进行对照。 躯干细分bia法实验得到的ffm体积百分比与 msct测量结果对照如图3所示。男性组msct非脂肪 （ffm）体积百分比与躯干细分bia法下腹部ffm体 积百分比的相关系数r=0.853, p=2.057e-9；女性组的 相关系数r=0.816, p=2.369e-9。这一结果表明，躯干 细分bia方法对于检测人体腹部脂肪含量具有显著的统 计学意义，无论是对于男性组还是女性组，其预测结 果与msct测量结果显示了良好的相关性，其中男性 组略高于女性组。 4 讨论 本文在传统五段bia方法的基础上建立了将躯干段 进一步细分的八段bia模型，将躯干分为上段和下段， 以区分胸部和腹部的不同影响。依据该模型设计、研 制了躯干细分bia人体成分检测系统，并进行了躯干细 图3 躯干细分bia与msct腹部ffm体积百分比测量结 果，男性(上)30例，女性(下)35例 分bia方法的初步人体实验验证。 躯干细分bia法与多层螺旋ct腹部脂肪定量检测 的对照验证实验表明，躯干细分bia法的结果与msct 法的腹部脂肪测量结果有良好的相关性，具有显著的 统计学意义。可望发展成为一种更为有效的人体成分 测量方法。 本文提出的躯干细分八段模型，是对人体导电 模型的一种优化，是对bia分段测量技术的提升，更 符合临床上将胸腹部肥胖分为皮下脂肪堆积型和内 脏脂肪堆积型的理论。躯干细分bia人体成分检测系 统可比现有bia方法提供更接近人体实际的人体成分 测量结果，特别是可区分胸部和腹部的人体成分影 响。将为人体成分研究和临床应用提供更为有效的 检测手段。 参考文献 sutcliffe jf.a review of in vivo experimental methods to determine the composition of the human bodyj. phys med biol,1996,41:791-833. 侯曼,刘静民,侯少华.应用生物电阻抗法测定人 体体成分的研究进展j.南京体育学院院报(自 然科学版).2004(3):11-16. 管喜峰,邵玉霞,刘晓艳.肥胖类型与相关疾病的 分析j.青岛医药卫生,2006,38:365-366. buchholzac, bartokc and schoellerda the validity of bioelectrical impedance models in clinical populations j nutr. clin. pract.2004.19:433-46. 孙东辉，任超世.人体脂肪分布测量与肥胖并发 症j.中国医学装备,2006,3(12):5-8. 陆瑞芳,成志强,庄小陶,等.人体脂肪含量测定 方法的研究j.营养学报,1990,12:13-16. 沙洪,任超世,罗致诚.生物电阻抗分析在临床 监测中的应用进展与前景j.中国医疗器械信 息,2001(5):23-27. 任超世.生物电阻抗测量技术j.中国医疗器械 信息,2004(10):21-25. ulrich m moissl, peter wabel, paul wchamney et al. body fluid volume determination via body composition spectroscopy in health and disease. physiological measurement. 2006,27: 921-933. 徐顺清,包克光,周宜开.一种阻抗法人体脂肪总 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 中国医学装备2009年5月第6卷第5期 躯干细分电阻抗人体成分分析方法*-沙 洪等 万方数据 zhongguoyixuezhuangbei 2 学术论著 为了促进我国医疗卫生事业的发展，搞好学术交流和技术普及，经卫生部主管部门批准，中国医学装备协会拟定 于2009年10月召开“第十八届全国医学装备学术研讨会”。（地点待定） 研讨会的指导思想是:以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，认真贯彻十七大精神，全面落实科学发展 观，就当前全国医学装备的应用、管理、医学装备技术的理论和实践、人才培养、在职教育等诸方面的问题广泛开展学 术交流。 今年学术研讨会由中国医学装备协会与中国医学装备杂志共同举办。我们热忱欢迎广大从事医学装备应用、 管理、教学、研发和医学装备技术的同仁们结合实际工作，将有关现代医学装备应用、研究、教学、维护中的新理论、 新技术、新方法和新成果撰写成文，踊跃投稿，参加本次盛会，我协会将按国家规定授予作者与会者继续医学教育学分 和证书。 征文内容：1.医学装备科学技术的最新进展和发展与展望。2.创立有中国特色的中国医学装备学。3.现代医学装 备的研究、应用、教学、维修的新理论、新技术、新方法、新成果。4.医学装备的科学管理及计算机信息网络建设。 5.医学装备的技术管理和应用管理。6.医学装备的采购与招、投标工作经验。7.医学装备的质量管理与标准化管理。 8.各级各类医院基本医疗装备配置管理。9.医学实验室的建设与管理。10.医学装备技术评估与相关政策的研究。11.医 学装备分类、代码及计算机管理软件的应用研究。12.医学装备管理及医学装备技术人员的在职培训与继续教育。13.医 学装备租赁及合资、合作的经验和政策研讨。14.其它有关医学装备的学术论文。15.医学装备信息交互集成（ihe）的 相关研讨论文。 征文要求：1.征文为2008年10月以后未公开发表的文章。2.征文要求附有100200字的中英文摘要并有三个以上 关键词且附有英文。全文一般在3000字以内。要求用a4复印纸打印，四周留空边，尽量少附图，字体为五号字，或用 电子邮件寄来。自留底稿，恕不退稿。3.征文请写清楚投稿人姓名、单位名称、作者简介、详细地址、邮政编码、电 话、传真、电子邮箱等。4.征文截止时间为2009年9月30日（以邮戳为准），信封请注明“学术年会征文”。5.征文经 会议组织专家评审采用后，论文作者将作为会议正式代表参会，通知另发。6.本次会议将选出10篇文章作为优秀论文， 并给作者颁发中国医学装备协会、中国医学装备杂志优秀论文证书和奖品；中国医学装备杂志将对“征文”遴 选后陆续发表。 投稿地址：北京市西城区车公庄大街9号院五栋大楼b2座601室 联系人：关 伟 电话邮政编码：100044 电子邮箱：zgyxzbzz 中国医学装备协会 中国医学装备杂志社 2009年5月15日 关于召开第十八届全国医学装备学术研讨会征文通知 量测量仪的研制及初步应用j.中国医疗器 械杂志.1996.20:85-87. baumgartner rn,et al.estimation of body composition form bioelectric impedance of body segmentsj. am j clin nutr, 1989,50:221-226. 黄海滨,任超世.生物电阻抗分析法（bia） 测量人体成分j.国外医学生物医学工程分 册，2000(3):151-155. 陶晔璇,蔡威,汤庆娅，等.不同方法评估 人群营养状况作用比较j.中国临床营养杂 志,2003(11):24-27. 黄仲曦,邓亲恺,郭云波,等.一种新的六电 极人体阻抗测量方法j.中国医学物理学杂 志,2000,17:189-191. ann l gibson, jason c holmes, rechard l desautels et al ability of new octapolar bioimpedance spectroscopy analyzers to predict 4-component model percentage body fat in hispanic, black, and white adults. the american journal of clinical nutrition. 2008,87:332-338. 孙东辉，沙洪，赵舒，等.多层螺旋ct测量 人体腹部脂肪与体质指数方法判断肥胖的 相关性j.中国组织工程研究与临床康复， 2008,22(12):4270-4274. 11 12 13 14 15 16 收稿日期：2009-02-14 中国医学装备2009年5月第6卷第5期 躯干细分电阻抗人体成分分析方法*-沙 洪等 万方数据 躯干细分电阻抗人体成分分析方法躯干细分电阻抗人体成分分析方法 作者：sha hong， 沙洪， 赵舒， 邓娟， 王妍， 任超世 作者单位：中国医学科学院,北京协和医学院生物医学工程研究所,天津,300192 刊名： 中国医学装备 英文刊名：china medical equipment 年，卷(期)：2009,6(5) 被引用次数：1次 参考文献(16条)参考文献(16条) 1.sutcliffe jf a review of in vivo experimental methods to determine the composition of the human body外文期刊 1996(5) 2.侯曼;刘静民;侯少华 应用生物电阻抗法测定人体体成分的研究进展期刊论文-南京体育学院学报（自然科学版） 2004(03) 3.管喜峰;邵玉霞;刘晓艳 肥胖类型与相关疾病的分析期刊论文-青岛医药卫生 2006(5) 4.buchholzac;bartokc;schoellerda the validity of bioelectrical impedance models in clinical populations 2004 5.孙东辉;任超世 人体脂肪分布测量与肥胖并发症期刊论文-中国医学装备 2006(12) 6.陆瑞芳;成志强;庄小陶 人体脂肪含量测定方法的研究 1990 7.沙洪;任超世;罗致诚 生物电阻抗分析在临床监测中的应用进展与前景期刊论文-中国医疗器械信息 2001(05) 8.任超世 生物电阻抗测量技术期刊论文-中国医疗器械信息 2004(10) 9.ulrich m moissl;peter wabel;paul wchamney body fluid volume determination via body composition spectroscopy in health and disease外文期刊 2006(9) 10.徐顺清;包克光;周宜开 一种阻抗法人体脂肪总量测量仪的研制及初步应用 1996 11.baumgartner rn estimation of body composition form bioelectric impedance of body 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