專利名稱：人體健康量化測量集成裝置的制作方法
裝置 所屬領(lǐng)域 本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)和計算機應用領(lǐng)域，特別涉及一種人體健康量化測量集成 裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會的生產(chǎn)、生活方式正經(jīng)歷著深刻的變化，人類健康面臨著新的挑戰(zhàn)。由于 運動缺乏、不良作息習慣、不平衡膳食、工作壓力等因素引起身體機能下降，已經(jīng)成為危害 人類健康的主要因素。這種以飲食過量或結(jié)構(gòu)不合理和運動不足為主要代表的不良生活方 式引起的慢性疾病發(fā)病率越來越高，這些慢性疾病主要包括高血壓、糖尿病、血脂異常、肥 胖病，以及與之相關(guān)的心腦血管疾病、腫瘤等。國家相關(guān)部門和科研機構(gòu)開始高度關(guān)注國民 健康問題，希望能夠掌握國民身體機能與健康狀況的變化趨勢，引導群眾通過積極的體育 鍛煉提高身體素質(zhì)、預防疾病。 目前，國內(nèi)外陸續(xù)推出了多種人體機能和健康檢測儀器，如骨密度測量儀、體成分 測量儀、脈搏波分析儀、電子心率計、電子血壓計、身高體重測量儀、手眼反應時測試儀、仰 臥起坐測試儀、握力計、背力計、拉力計、縱跳測試儀、平衡儀、肺活量計等，這些檢測儀器對 國民體質(zhì)調(diào)查提供了一定的設(shè)備支持。但是這些檢測儀器單獨運行，功能單一，尚沒有真正 意義上的集成化健康檢測設(shè)備。同時這些檢測儀器中每一種測試均輸出大量指標，一次完 整體質(zhì)檢測之后，測試對象面對近100項測試指標將無所適從，難以獲得準確的健康程度 判斷。缺乏便捷、快速、低成本的健康檢測方法和儀器設(shè)備，冗繁復雜和高成本的信息獲取 方法使得健康檢測很難常態(tài)、頻繁進行。因此，研發(fā)集成化、快速與低成本的健康檢測儀器， 建立全面的人體健康量化評價體系至關(guān)重要。 經(jīng)國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局信息檢索中心檢索查新，其中最接近的現(xiàn)有技術(shù)是2007 年中國科學院合肥智能機械研究所申請的公開號為CN201055429的實用新型專利"集成式 人體機能指標綜合評測儀"，該實用新型專利公開了集成式人體機能指標綜合評測儀，包括 設(shè)置有多個傳感器的儀器柜，各個傳感器分別獲取人體相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)送入CPU控制器中 分析，由此得出被測者的身體健康狀態(tài)。2007年中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院申請的公 開為CN101125078的發(fā)明專利"集成式人體機能指標綜合評測裝置及其工作方法"，該發(fā)明 專利公開了集成式人體機能指標綜合評測裝置及其工作方法。本發(fā)明在以上兩項專利的基 礎(chǔ)上進一步的改進發(fā)展，做到了人體生理信息采集和數(shù)據(jù)處理的集成化，各個模塊化單元 具有獨立性。各個模塊化單元具有熱插拔性，能夠自由組態(tài)，根據(jù)需要配置成不同規(guī)模的儀 器。該裝置是一種多參數(shù)、集成化、快速與低成本的機能與健康測試儀器，在軟件控制下，實 現(xiàn)對人體各項生理信息的無創(chuàng)采集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前人體健康檢測及健康評估技術(shù)上的缺陷，提出一種新的 技術(shù)方案人體健康量化測量集成裝置。該裝置包括人體各項生理信息的檢測單元，結(jié)合人
3體機能與健康知識，分析人體所處的健康狀況，并且給出合理的健康干預建議。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種人體健康量化測量集成裝置，包括體成分測量單元、脈搏壓力波在線檢測裝 置、力量素質(zhì)測試單元、反應時測試儀、三維力測力平臺、坐位體前曲測試儀、身高測量單 元；各單元通過分布式總線連接至主控制機算機，采集人體各項生理信息，由主控制計算機 統(tǒng)一控制和協(xié)調(diào)；測試結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至主控制計算機的中心數(shù)據(jù)庫，主控制計 算機是健康管理綜合信息平臺的數(shù)據(jù)存儲與分析裝置； 所述的體成分測量單元基于生物電阻抗原理實現(xiàn)，采用八電極測量方法，其中兩 對電極嵌入在三維力測力平臺內(nèi)、兩對電極對稱放置在機箱的兩側(cè)，測試時雙手緊握測試 棒，雙腳站在三維力測力平臺上的電極上； 所述的三維力測力平臺完成對人體平衡能力的測試，三維力測力平臺中設(shè)有壓 力傳感器，測試人體處于八種狀態(tài)下的重心運行軌跡，以此衡量人體處于八種狀態(tài)下的平 衡能力；所述的八種狀態(tài)分別是雙足站立睜眼狀態(tài)、雙足站立閉眼狀態(tài)、左腳站立睜眼狀 態(tài)、左腳站立閉眼狀態(tài)、右腳站立睜眼狀態(tài)、右腳站立閉眼狀態(tài)、線步站立睜眼狀態(tài)、線步站 立閉眼狀態(tài)； 所述的坐位體前曲測試儀完成對人體柔韌性的測試；
所述的身高測量單元用于測量人體身高； 所述的脈搏壓力波在線檢測裝置完成對人體心肺功能的測試，提供壓力波形態(tài)、 強度、速率和節(jié)律特征參數(shù)，用于分析這些特征參數(shù)與心血管機能、典型心血管疾病的關(guān)聯(lián) 性； 所述的力量素質(zhì)測試單元采用便攜式船載測量裝置實現(xiàn)，其中采用慣性輪與摩擦 阻尼相結(jié)合的方法模擬賽艇槳葉受到的水流阻力，采用高精度角度傳感器測量拉槳速度， 采用多維力傳感器測量力量信息，記錄力量曲線特征，用于分析其與身體各主要肌群的關(guān) 聯(lián)性； 所述的反應時測試儀完成對人的選擇反應時間的測試，具有主動引導式手、眼反
應時測試裝置，采用可控燈光按鈕，能夠精確區(qū)分神經(jīng)反應時間和動作完成時間。 所述的人體健康量化測量集成裝置，其特征在于所述的各單元集成組裝成一臺
設(shè)備或分立設(shè)置，或者部分單元自由搭配集成組裝成一臺設(shè)備、部分單元分立設(shè)置。
所述的人體健康量化測量集成裝置，其特征在于所述的各單元具有熱插拔性。
所述的人體健康量化測量集成裝置，其特征在于可上下移動的支架安裝于機箱
殼體的上側(cè)，與放置在機箱內(nèi)部的電機相連接，通過電機帶動支架上下移動，在支架的頂端
放置有力敏傳感器。 所述的體成分測量單元采用八電極測量方法，其中兩對電極嵌入在三維力測力平 臺內(nèi)、兩對電極對稱放置在機箱的兩側(cè)，測試時雙手緊握測試棒，雙腳站在三維力測力平臺 上的電極上，完成對體成分的測量。其中，輸出參數(shù)有脂肪量、非脂肪量、體脂肪百分比、體 質(zhì)指數(shù)、每日能量消耗值，其中非脂肪量又分為肌肉量和無機鹽量等。 所述的脈搏壓力波在線檢測裝置完成對人體心肺功能的測試，提供壓力波形態(tài)、 強度、速率和節(jié)律特征參數(shù)，用于分析這些特征參數(shù)與心血管機能、典型心血管疾病的關(guān)聯(lián) 性。
所述的力量素質(zhì)測試單元所述的力量素質(zhì)測試單元采用便攜式船載測量裝置實 現(xiàn)，將測量肌肉耐力的檢測與心肺機能動態(tài)檢測合二為一，避免了以往先做準備活動再測 量心肺機能，只能測量靜態(tài)心血管機能狀況的弊端。同時將兩個測量過程合二為一，節(jié)約測 量時間，為健康檢測帶來了方便。 反應時測試儀測試時，動作重復五次，數(shù)據(jù)結(jié)果除去最大值和最小值，取余下三次 的平均值作為測試結(jié)果。 所述的三維力測力平臺完成對人體平衡能力的測試，提供人體重心運行軌跡檢測 和多模態(tài)分析方法，實現(xiàn)對本體感知系統(tǒng)、中樞神經(jīng)控制系統(tǒng)和運動系統(tǒng)機能的量化評估。
所述的坐位體前曲測試儀完成對人體柔韌性的測試。測量時以坐位體前曲測試儀 為工具，受試者需脫鞋，坐于測試儀上，雙腳并攏，腳趾對齊，膝蓋不能彎曲，上身軀干前彎， 雙手平行向前伸展，達到最大伸展后，停留2-3秒，以便正確獲得前伸之遠度，再慢慢恢復 坐姿。 所述的身高測量單元通過電機轉(zhuǎn)動帶動支架向下運行，到安裝在支架上的力敏傳 感器觸碰到測試對象的頭頂后反彈回去，通過支架移動距離來計算測試對象的身高。
本發(fā)明裝置是一種多參數(shù)、集成化、快速與低成本的機能與健康測試儀器，在軟件 控制下，實現(xiàn)對人體各項生理信息的無創(chuàng)采集。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是 其一、在本發(fā)明中，人體健康量化測量集成裝置是人體健康檢測與綜合測評系統(tǒng)。 該集成裝置由不同的模塊化單元組成，采用分布式總線連接，各模塊化單元在軟件控制下 分時工作。每個模塊化單元具有熱插拔性，既能夠自由組合成具有不同配置的儀器，也能夠 作為單獨儀器獨立工作。 其二、在本發(fā)明中，人體健康量化測量集成裝置包括體成分測量單元、脈搏壓力波 在線檢測裝置、力量素質(zhì)測試單元、反應時測試儀、三維力測力平臺、坐位體前曲測試儀、身 高測量單元、三維力測力平臺。該裝置所設(shè)置的多個人體生理參數(shù)測試單元實現(xiàn)了對人體 生理信息的全面采集，各個模塊化單元在軟件控制下快速采集反映人體健康狀態(tài)的各種生 理信息。該裝置中，各個模塊化單元之間采用分布式總線連接，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換接口協(xié) 議，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線直接傳輸?shù)街骺刂朴嬎銠C的中心數(shù)據(jù)庫進行存儲，方便于大批量 數(shù)據(jù)的采集和保存。該裝置是一種多參數(shù)、集成化、快速與低成本的人體機能與健康測試儀 器，采用該裝置采集人體生理信息，能夠優(yōu)化健康檢測流程，減少健康檢測的時間，節(jié)省健 康檢測費用，測試結(jié)果直觀明了 。 其三、在本發(fā)明中，主控制計算機通過數(shù)據(jù)傳輸線獲取各項測試的數(shù)據(jù)，結(jié)合人體 機能與健康知識、個人健康歷史數(shù)據(jù)庫與健康評測模型，分析測試對象的身體健康狀況。依 據(jù)測試結(jié)果，對測試對象進行健康評估，給出合理的健康干預建議。根據(jù)給出的健康干預建 議，測試對象可以進行自我管理和治療，維護或促進健康狀況。該裝置所能采集的人體生理 信息包括體成分、心肺機能、肺活量、力量素質(zhì)、反應時、平衡能力、柔韌性、身高、接觸力等。 這些生理信息的獲取對于分析人體是否處于亞健康狀態(tài)以及對由亞健康所引起的慢性疾 病的預防至關(guān)重要。


圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正面示意圖。
圖2本發(fā)明的結(jié)構(gòu)背面示意圖。
圖3本發(fā)明的工作步驟流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的解釋說明
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)正面示意圖。圖1中，1是身高測量單元，2是可上下移動的支 架，3是反應時測試儀，5是三維力測力平臺、6是體成分測量單元，8是力量素質(zhì)測試單元，9 是脈搏壓力波在線檢測裝置。其中身高測量單元1是可以上下移動的，三維力測力平臺5， 體成分測量單元6，力量素質(zhì)測試單元8是可以折疊的，各單元集成組裝成一臺設(shè)備?？缮?下移動的支架2安裝于機箱殼體的上側(cè)，與放置在機箱內(nèi)部的電機連接，通過電機帶動支 架2上下移動，在支架2的頂端放置有力敏傳感器。 圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)背面示意圖。圖2中，4是坐位體前曲測試儀，7是三維力測 力平臺，10是裝置的電源接口，11是數(shù)據(jù)傳輸接口。其中坐位體前曲測試儀4，是三維力測 力平臺7是可以折疊的。三維力測力平臺7用于測試人體縱跳時從起跳到腳離開測力平臺 時間內(nèi)接觸力的變化，詳細記錄測試對象的起跳力曲線，用于分析起跳過程中力量變化與 人體運動系統(tǒng)功能的聯(lián)系。 圖3是本發(fā)明的工作步驟流程圖，展示了本發(fā)明裝置的工作過程。該裝置的工作 流程是裝置上電開始(步驟100)，展開裝置的各個模塊化單元，準備進入工作狀態(tài)(步驟 110)。測試對象通過主控制計算機的鍵盤輸入自己的基本信息，包括姓名、年齡、性別等，主 控制計算機對這些信息進行記錄(步驟120)，基本信息記錄完成之后，測試對象完成一個 簡單的問巻調(diào)查(步驟130)，內(nèi)容包括是否經(jīng)常抽煙喝酒、是否經(jīng)常運動等，目的在于了解 測試對象的生活方式；接下來測試開始(步驟140)，對測試對象依次進行身高測量(步驟 150)、反應時測試(步驟160)、柔韌性測試(步驟170)、平衡能力測試(步驟180)、體成分 測量(步驟190)、接觸力測試(步驟200)、力量素質(zhì)和心肺機能測試(步驟210);測試結(jié)束 以后，測試結(jié)果傳送到主控制計算機的中心數(shù)據(jù)庫(步驟220)，結(jié)合人體機能與健康知識、 健康評測模型和個人健康歷史數(shù)據(jù)庫，分析該測試對象的身體健康狀況及變化趨勢(步驟 230)，依據(jù)評估結(jié)果給出合理的健康干預建議(步驟240)，打印出完整的測試報告，供測試 對象自我參考(步驟250)。最后，若沒有其他的測試對象使用，則關(guān)掉電源結(jié)束本次測試 (步驟260)，若還有其他測試對象，則返回至步驟120開始新一次的測試。
實施例 裝置開機后，測試對象首先打開電源，通過主控制計算機的鍵盤輸入自己的基本 信息，包括姓名、年齡、性別等，然后完成一個簡單的問巻調(diào)查，內(nèi)容包括是否經(jīng)常抽煙喝 酒、是否經(jīng)常運動等。如果該測試對象是第一次使用該裝置測試身體健康狀況，裝置將存 儲該測試對象的信息，以備與以后測試的數(shù)據(jù)進行對比。如果該測試對象以前已經(jīng)做過測 試，則輸入基本信息后裝置會自動調(diào)出之前已有的測試結(jié)果，本次測試結(jié)束之后，在中心數(shù) 據(jù)庫中添加本次測試的數(shù)據(jù)，并和之前的測試數(shù)據(jù)做比較，分析測試對象的身體健康改善
狀況。接著將各個模塊化單元展開，進入工作狀態(tài)。測試對象站到三維力測力平臺5上， 電機帶動支架2自動調(diào)整身高測量單元1至力傳感器接觸到測試對象的頭部，反彈回去，通過支架移動的距離來計算測試對象的身高。反應時測試儀3采用主動引導式手、眼反應 時測試裝置，用手按住選擇反應單元的綠色按鈕，當其他紅色燈亮時同一只手迅速的去接 觸亮燈的紅色按鈕，重復五次，除去測試數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，計算余下三次測量的平 均值作為測試結(jié)果。從看到紅色燈亮至手松開綠色按鈕的時間是神經(jīng)反應時間，由松開綠 色按鈕到按住亮燈的紅色按鈕的時間是動作完成時間，該反應時測試儀3可以嚴格區(qū)分神 經(jīng)反應時和動作完成時。反應時測試結(jié)束以后，打開該裝置右側(cè)的坐位體前曲測試儀4，測 試對象需脫鞋，坐于坐位體前曲測試儀上，雙腳并攏，腳趾對齊，膝蓋不能彎曲，上身軀干前 彎，雙手平行向前伸展，達到最大伸展后，停留2-3秒，以便正確獲得前伸之遠度，再慢慢恢 復坐姿。接下來測試平衡能力，測試對象站到三維力測力平臺5上，讓身體分別處于八種狀 態(tài)，每種狀態(tài)保持約30秒，參數(shù)傳輸給主控制計算機。平衡能力測試結(jié)束后，測試對象雙腳 站在三維力測力平臺5上所嵌入的兩對體成分測量電極6上、雙手緊握放置在機箱兩側(cè)的 另外兩對測量電極6，約一分鐘后，測試結(jié)束，數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸給主控制計算機。隨后測試對象 站到三維力測力平臺7上，可以獲取測試對象的體重。測試對象縱跳多次，記錄起跳力曲線 和平均起跳時間、平均起跳沖量等信息，分析起跳過程與運動系統(tǒng)的關(guān)系，分析下肢爆發(fā)力 等。隨后通過力量素質(zhì)測試單元8進行力量素質(zhì)測試和脈搏壓力波在線檢測裝置9進行心 肺機能測試，該裝置中力量素質(zhì)測試單元8采用便攜式船載測量裝置，借鑒賽艇運動的動 作結(jié)構(gòu)和發(fā)力模式，研制了新型力量素質(zhì)測試儀器，并編排了測試模式，實現(xiàn)對身體力量素 質(zhì)的綜合測試。同時，該裝置將肌肉耐力的檢測與心肺機能動態(tài)檢測合二為一，避免了傳統(tǒng) 測試方法需要先做準備活動再測量心肺機能的繁雜流程及其只能測量靜態(tài)狀況的弊端，節(jié) 約測量的時間，為健康檢測帶來了方便。 所有測試結(jié)束以后，主控制計算機對所采集到的數(shù)據(jù)信息加以存儲、分析處理。結(jié) 合機能與健康知識、個人健康歷史數(shù)據(jù)庫與健康評測模型，分析該測試對象的身體所處的 健康狀況及變化趨勢，給出合理的健康干預建議。分析結(jié)束后連接打印機，打印出完整的測 試報告，留給測試對象保存以作參考，同時主控制計算機也會將該測試對象本次測試的結(jié) 果存儲至個人健康歷史數(shù)據(jù)庫以作備份。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。
權(quán)利要求
一種人體健康量化測量集成裝置，包括體成分測量單元、脈搏壓力波在線檢測裝置、力量素質(zhì)測試單元、反應時測試儀、三維力測力平臺、坐位體前曲測試儀、身高測量單元；各單元通過分布式總線連接至主控制機算機，采集人體各項生理信息，由主控制計算機統(tǒng)一控制和協(xié)調(diào)；測試結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至主控制計算機的中心數(shù)據(jù)庫，主控制計算機是健康管理綜合信息平臺的數(shù)據(jù)存儲與分析裝置；所述的體成分測量單元基于生物電阻抗原理實現(xiàn)，采用八電極測量方法，其中兩對電極嵌入在三維力測力平臺內(nèi)、兩對電極對稱放置在機箱的兩側(cè)，測試時雙手緊握測試棒，雙腳站在三維力測力平臺上的電極上；所述的三維力測力平臺完成對人體平衡能力的測試，三維力測力平臺中設(shè)有壓力傳感器，測試人體處于八種狀態(tài)下的重心運行軌跡，以此衡量人體處于八種狀態(tài)下的平衡能力；所述的八種狀態(tài)分別是雙足站立睜眼狀態(tài)、雙足站立閉眼狀態(tài)、左腳站立睜眼狀態(tài)、左腳站立閉眼狀態(tài)、右腳站立睜眼狀態(tài)、右腳站立閉眼狀態(tài)、線步站立睜眼狀態(tài)、線步站立閉眼狀態(tài)；所述的坐位體前曲測試儀完成對人體柔韌性的測試；所述的身高測量單元用于測量人體身高；所述的脈搏壓力波在線檢測裝置完成對人體心肺功能的測試，提供壓力波形態(tài)、強度、速率和節(jié)律特征參數(shù)，用于分析這些特征參數(shù)與心血管機能、典型心血管疾病的關(guān)聯(lián)性；所述的力量素質(zhì)測試單元采用便攜式船載測量裝置實現(xiàn)，其中采用慣性輪與摩擦阻尼相結(jié)合的方法模擬賽艇槳葉受到的水流阻力，采用高精度角度傳感器測量拉槳速度，采用多維力傳感器測量力量信息，記錄力量曲線特征，用于分析其與身體各主要肌群的關(guān)聯(lián)性；所述的反應時測試儀完成對人的選擇反應時間的測試，具有主動引導式手、眼反應時測試裝置，采用可控燈光按鈕，能夠精確區(qū)分神經(jīng)反應時間和動作完成時間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體健康量化測量集成裝置，其特征在于所述的各單元集 成組裝成一臺設(shè)備或分立設(shè)置，或者部分單元自由搭配集成組裝成一臺設(shè)備、部分單元分 立設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體健康量化測量集成裝置，其特征在于所述的各單元具 有熱插拔性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體健康量化測量集成裝置，其特征在于可上下移動的支 架安裝于機箱殼體的上側(cè)，與放置在機箱內(nèi)部的電機相連接，通過電機帶動支架上下移動， 在支架的頂端放置有力敏傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及人體健康量化測量集成裝置，包括體成分測量單元、脈搏壓力波在線檢測裝置、力量素質(zhì)測試單元、反應時測試儀、三維力測力平臺、坐位體前曲測試儀、身高測量單元。各模塊化單元采用分布式總線連接，在軟件控制下分時工作。該裝置是一種多參數(shù)、集成化、快速與低成本的人體機能與健康測試儀器，完成對人體生理信息的無創(chuàng)采集。測試結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸線傳輸至主控制計算機的中心數(shù)據(jù)庫，結(jié)合人體機能與健康知識，分析人體健康狀況及變化趨勢，并給出合理的健康干預建議。
文檔編號A61B5/02GK101703393SQ20091018537
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者劉楊, 周旭, 姚志明, 孫怡寧, 張永亮, 李春麗, 李雪情, 楊先軍, 楊新剛, 鄭瑩瑩, 馬祖長 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院