一、体脂检测属于人体成分分析中的一项
在医疗仪器领域早已应用较多。由于最近两年穿戴式设备的爆发，传统医疗仪器上的部分检测功能被搬到了手环、手表、水杯或体重秤等普通消费类电子上。比较常见的有计步、卡里路消耗、睡眠质量、心率、血氧、体脂等指标的测量。
我曾在三分钟看懂智能硬件原理系列文章中介绍过利用加速计如何实现计步、睡眠质量检测[1]。曾在每日电路图系列文章中介绍过心率检测的原理及心率检测模块的设计[2]。
本文将介绍体脂手环、体脂称等具有体脂检测的消费类电子上的体脂检测原理及技术方案实现。
下图是某款大众化的体脂称的特点介绍：
图中第一点罗列了众多可检测的指标，虽然很多，但绝大部分都能用第四点说的BIA技术实现！[3]
BIA方法是体脂检测的关键技术
二、BIA测量法
传统上，测量体脂率的方法较为复杂，以DEXA测量为主，但所耗费时间及费用都相当不经济，因此这几年出现了较方便的生物电阻测量法(Bio-impedance analysis, 简称BIA)，即在很短的时间内即可获得颇准确的测量值，适合在家庭中及医师在门诊使用。
BIA测量法的主要原理乃是将身体简单分为导电的体液、肌肉等，以及不导电的脂肪组织，测量时由电极片发出极微小电流经过身体，若脂肪比率高，则所测得的生物电阻较大，反之亦然，BIA就是经由此种机转来做体脂率的测量。
BIA方法本质是测人体电阻
三、体脂检测的产品
具有体脂检测的体重秤的面板上往往有两个电极，当用户两只脚踩到体脂称上之后，其内部的BIA模块会测量被测者从左脚到右脚的电阻，并结合被测者的身高、体重、年龄、性别等数据，计算体脂等人体健康参数。[4]
下图是某款体脂称专利中关于体脂检测原理的介绍：[5]
下图是某款体脂检测方案的架构：本图来自《SoC和传感器模块为物联网设计通捷径》，该文中有对体脂检测方案的介绍，链接见文章引用[6]。
2. 体脂手机
三星某款专利中介绍用四个传感器来测量用户体脂。具体来讲就是，将传感器植入智能手机或者智能手机附近，这里所说的“附近”其实也就是智能手机保护壳。这四个传感器可以一同来测量阻抗信息，后者产生于传感器与人体之间的接触或互动。[7]
手机上的传感器能够基于所测量的输入电流强度和电压强度来获得有关物体的'阻抗'信息，并基于这些阻抗信息来测量人体体脂。
3. 体脂手环
韩国的专业身体成分分析器制造商InBody正式进军可穿戴行业，在去年的CES国际消费电子展上发布了InBody Band手环。通过该手环，你不必站上磅秤就能够测量你的身体质量指数（BMI）。
InBody Band手环让你可以随时随地检测自己的身体状况。它能够告诉你你的脂肪和肌肉质量、体脂率、心率和身体质量指数。它是借助其配备的四个传感器做到这一切的——其传感器的分布为两前两后。只要将手指放在前面的传感器上，再加上来自你的手腕的数据，你就可以获得读数。
可见，InBody测量的是从佩戴手环的手到未佩戴的手之间的人体电阻
从测试来看，InBody Band能够在5到10秒内得出读数，但具体有多准确目前还不好说。
四、人体成分分析的电阻抗基本理论
生物组织中包含有许多的细胞，而细胞间还有许多的液体，这些液体可以被看作电解质。如图所示，当施加低频或直流电流通过生物组织时，电流将绕过细胞组织，从细胞外液流过；当流过生物组织的电流频率变高时，由于细胞膜等效的电容容抗值变小，所以一部分电流会穿进细胞膜流过细胞内液。从图可以看出生物组织在频率较低时阻抗较大而频率较高时阻抗比较小，阻抗值的这种变化很好的反映了在生物组织中细胞膜的这种电容性质，而这种特性早在1920 年被Philippson 所认识，所以后来产生了等效电路的概念。[9]
从一定意义上来说，BIA 法并不是建立在生物学和物理学的推理之上而直接对我们所感兴趣的生理量进行直接的测量，它是以统计学为基础的测量方法。其中，通过大量的人体测量数据和统计学的处理研究，发现身高的平方除以一定频率下测得的阻抗的值(H2/R)和一些人体成分的参数具有显著的相关性，再加上人体体重，年龄，性别等基本参数，可以对我们所感兴趣的人体成分(如细胞外液，TBW和非脂肪组织等)进行评估。BIA 法中如果得到人体水分(人体总水重或细胞外液)，根据非脂肪物质之中水分含量具有相对固定性，可以估算出非脂肪或者脂肪含量，同理BIA 法中还可以通过已知的人体成分量估算出未知的人体成分量，从而得到我们需要的参数。[9]
BIA 法通常根据人体的模型不同，测量方法也各不相同，同时频率的选择也从最初的50KHz 发展到现在的多频率进行测量，整个人体的电阻抗模型也从全身阻抗模型到分为手，脚和躯干的五段模型。
总之，就想将心率检测、血氧检测、睡眠质量检测等从医疗设备领域移到消费类电子领域一样，无论是体脂手环、体脂手机、还是体脂称，如果想要获得更好的体验无论从硬件设计、传感器选择、还是核心算法都有很大的提升空间。
[9] 肖晓明. 基于电阻抗原理的人体成分分析仪系统研究与设计[D]. 重庆大学, 2015.
@beautifulzzzz
智能硬件、物联网，热爱技术，关注产品
sina：/beautifulzzzz?is_all=1
阅读(...) 评论()图文大播报
查看: 9782|回复: 5
郁闷啊！健身房的测体脂的机器到底准不准？
新人，38岁，5月开始进健身房，当时测体脂25%、体重82公斤，8月减到18%，78公斤，9月底到国庆有半个月没锻炼，又少不了应酬，喝了几次大酒，前几天去测，变成了26%！体重倒是没涨，78公斤。太郁闷了～～但是奇怪的是体型变化挺大，肚子已经没了，腹肌也由统一走向分裂的雏形，肌肉线条明显比刚去的时候好了很多，为啥测体脂会变大呢？
另，我通常10点热身15分钟后，跟教练练一小时，然后自己再加练40分钟左右器械，然后椭圆机阻力调到10走20分钟，请问这个有氧的量是否少了？但教练教我的时候基本是小重量多次数，说之后20分钟有氧已经够了，不需要一定超过40分钟，对吗？
求高人指点，不胜感谢！
那个东西说实话不是很准的 参考一下还可以的 最早期的产品原理就是靠身体内电阻的大小配合一些固定公式来算出身体的脂肪含量& &但是及其不准确 喝水前后 有氧前后测出来的都有差别&&现在的一些产品有所改进 ，但测量脂肪相对精确也就是脂肪钳了。& &这些程式化的东西没必要太在意的 主要还是看身体外形的改变 经常运动的人是不适合那些程式化的公式的&&。
大机器还行，小机器就看着玩玩吧，我有氧之后测8.9洗完澡就成11.9了...
呵呵，谢谢楼上几位的回答！只是觉得最近体脂减的比较慢，不知道是不是有氧做少了？
感觉不太准，没赘肉就ok啦(地球月光)
第三方登录：胖不胖不能光看BMI
还须做体脂测试
核心提示：一直以来，人们把BMI指数当成判断肥胖与否的金标准。事实上，BMI仅提供体重参考，不能正确反映体脂肪的分布以及是否超标。要真正判断是否属于肥胖，还需要做体脂测试。
　　看上去身材匀称或苗条，称起来体重，这些人不仅自我感觉良好，连旁人也通常认为他们身材保持得不错。可是，竟然通不过体脂测试，被判为“”！ 　　近日，广州医学院荔湾医院内分泌科用新引进的体脂测定仪为员工进行体脂检测，结果发现不少身材标准的员工体内脂肪含量超标，属“隐形肥胖”。该院内分泌科主任罗宏斌提醒，隐形肥胖也会导致与肥胖相关的疾病，需引起重视。　　专家简介：罗宏斌，内科主任兼内分泌科主任、教授，硕士生导师。广东省健康管理学会委员、广东省内分泌医师协会委员、享受政府特殊津贴专家、广州市劳动模范。主要研究方向：及其慢性并发症防治、糖尿病社区综合防治。参研过4项国家级科研项目，主持省市区科研项目13项，发表科研论文30多篇，合编医学专著6部，获得国家专利1项，软件著作权2项。　　出诊时间：周一、四上午、周三下午。　　BMI仅提供体重参考，不能反映脂肪分布　　182厘米的个头、体重75公斤、有着一身结实的肌肉，吴先生被同事们调侃“单位身材最标准的帅哥。”但是，医院体脂测试提示他，腹腰部脂肪超标，评估为“肥胖”一族。　　还有杨小姐，BMI指数（衡量肥胖和标准体重的重要指标）一直在正常范围，看起来身材纤瘦的她，一站上体脂测定仪，竟被机器无情地判断为体脂肪超标，骨骼肌、节段肌肉均低于标准，体脂百分比评估为“肥胖”，属隐形肥胖。杨小姐对此十分惊讶，以为自己挺健康，没想到却是肥胖。　　罗宏斌主任指出，一直以来，人们把BMI指数当成判断肥胖与否的金标准，往往只关注BMI[体重/身高（米）的平方]是否在标准范围(18.5-22.9)内。一旦BMI提示超重，就开始拼命，却忽视了尽管BMI正常，但身体脂肪比例异常的隐形肥胖。也就是说，肌肉含量低，脂肪含量高。　　其实，BMI仅提供体重参考，不能正确反映体脂肪的分布以及是否超标。“要真正判断是否属于肥胖，需利用体脂仪的微电力测定体内的生物电阻抗，以推断测量者的脂肪含量和健康状况。隐形肥胖并没有明显的不适症状，外观更看不出来，因此经常被忽视。”他表示，隐形肥胖可通过磁共振或CT检查来精准判断，但检查繁琐，价格昂贵，而体脂分析仪也可以快速准确的判定。　　同时他善意提醒，隐性肥胖实际上是身体发出的亚健康信号，尽管可能暂时没有引发不良的身体状况，但若任其发展，会诱发、、、高血糖等慢性病。“糖尿病与体脂过高有密切关系，血糖、体脂超标，会导致糖脂代谢疾病。”　　隐形肥胖脂肪集中腰部，白领学生是高发人群　　人的脂肪堆积可分为梨形肥胖和形肥胖。其中，梨形肥胖指脂肪主要集中在臀部及大腿的位置；苹果形则是指腰身、腹部肥胖。　　罗宏斌主任指出，隐形肥胖也算是“肥胖”，这类人群多是腹部脂肪超标，属苹果形肥胖，过剩的脂肪会包围在心脏、肝脏、胰脏等重要器官周围，患心肺血管疾病、糖尿病的危险性要比梨形肥胖大。“脂肪分布主要集中在腰腹部，也是隐形肥胖与肥胖的区别之一，如果一直忽略，很可能转变成真正的体型肥胖。”
& & 而造成人体脂肪增多，主要有三个方面的原因。一是随着年龄的增加，基础代谢率降低，尤其是进入到更年期后，随着男性雄性激素减少，女性雌激素的减少，脂肪会在体内堆积，造成腹部肥胖；二是遗传因素；三为吃得多，动的少，体内多余的能量转化成了脂肪留存在体内。他表示，隐形肥胖在从事脑力劳动为主的白领、学生群体中较为普遍。由于隐形肥胖的人外表看起来身材正常，因此大多数隐形肥胖者都没有“自己是不健康”的意识。　　隐形肥胖怎么办？为防止隐形肥胖进一步恶化，罗宏斌主任建议患者首先要改善生活方式，“分别从控制热量摄入和增加运动两方面双管齐下。应按照个人劳动强度合理控制饮食和能量摄入，同时养成长期、有规律的运动习惯，增加肌肉量。”同时，患者可适当增加蛋白质的摄入，限制盐、脂肪和碳水化合物的摄入，保证水、、矿物质和膳食纤维的充足供给。（通讯员：欧阳穗）
扫码或关注微信公号jjkkxxg回复【风险】即可测试
常见症状： 并发症状： 相关检查： 推荐用药：
辅助改善中毒性肝损伤（如药物、...[]
推荐医院：推荐医生：
这些疾病都不是你要找的？ 用工具试试！
分享到微信朋友圈
“扫一扫”分享
随着社会发展，全球肥胖症与2型糖尿病患者的数量日益增加。糖尿病常常和超重与肥胖并发，糖尿病的内科治疗，只能是暂时控制血糖，无法达到根治目的。本次论坛，与会的国内外专家将针对外科手术治疗肥胖和内分泌代谢疾病进行热烈的讨论。 []
在线咨询（向医生免费提问）
请在此提交您的问题，即有万名医生10分钟内为您解答
答你所问，名医在线近距离。
肿瘤的真相与误区
健康有益事
减肥达人秀
俗话说“九龙生子，各有不同”，我们所说的“丙肝病毒”也…… []
在我国的中医院校经常能看到一批批外国医生围着中国医生学…… []
武警广东省总队医院营养科主任曾晶介绍，多数市民都听说过…… []
做爱是一个快乐的过程，是两个亲密无间的伴侣情感的交流。…… []
据报道，2015“中国肥胖指数”发布。研究表明北方胖子偏多，南方胖子较少。东北地区，更是成为中国胖子的重灾区。