Способ определения толщины слоя подкожного жира и электроимпедансный жиромер

Способ определения толщины слоя подкожного жира и электроимпедансный жиромер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к медицинскому приборостроению. Более конкретной областью применения объектов группы являются средства реографии или импедансометрии. Объекты изобретения представляют собой новые инструменты, которые предназначены для использования в косметической и спортивной медицине, а также в качестве бытовых индивидуальных средств контроля состояния тела.

Одним из основных средств контроля состояния тела является определение процентного количества содержащейся в нем жировой ткани. Наиболее распространенным и легко доступным средством контроля уровня содержания в теле жировой ткани является измерение толщины слоя подкожного жира. Такое измерение может выполняться на различных участках тела. Чаще всего измерения выполняются на животе, на груди и в поясничной области. Известным инструментом выполнения таких измерений является прибор, называемый калипером. Калипер представляет собой механические клещи, между губками которых зажимается кожно-жировая складка, образованная оттянутым участком кожи. При полном зажатии складки губками калипера раствор губок калипера оказывается равным толщине складки, которая с некоторым приближением равна удвоенной толщине слоя подкожного жира в месте измерения. Количественное значение раствора губок калипера и, следовательно, толщины жирового слоя считывается со специальной механической шкалы, которой снабжен калипер и на которой отображается угловой и пропорциональный ему линейный раствор губок калипера (см., например, патент США №5156161). В последние годы в связи с развитием электроники появились электронные калиперы с цифровым отсчетом значения толщины слоя подкожного жира. Таков, например, электронный калипер по патенту Великобритании №2349473 или выпускаемый в России электронный калипер КЭЦ - 100-1 - И (жиромер).

Основное отличие электронных калиперов от механических приборов аналогичного назначения заключается в том, что имеющиеся в составе электронного калипера электронные узлы и элементы используются только для измерения величины раствора механических губок калипера. Главный же принцип действия известного механического калипера, заключающийся в создании кожно-жировой складки и ее механическом зажиме губками калипера, остался без изменения.

Недостатком известного способа и реализующего этот способ электронного калипера является именно этот указанный главный принцип действия, а именно необходимость создания кожно-жировой складки. В ряде случаев, например, при самостоятельном использовании калипера пациентом и при желании пациента определить толщину жирового слоя на задних поверхностях своего тела такое определение становится невозможным без посторонней помощи. Кроме того, создание кожно-жировой складки и ее сжатие губками калипера достаточно болезненны и неприятны для пациента.

Устранение этого недостатка принятого за прототип способа определения толщины жирового слоя и соответствующего электронного калипера, т.е. выполнение определения толщины подкожного жирового слоя без необходимости предварительного создания кожно-жировой складки является технической задачей настоящей группы изобретений.

Сущность первого объекта группы заключается в том, что к исследуемому участку тела прикладывают две пары установленных на фиксированном расстоянии L и жестко закрепленных на диэлектрическом несущем основании металлических электродов. Затем через электроды пропускают переменный измерительный ток и определяют величину электрического сопротивления R исследуемого участка тела, после чего рассчитывают значение толщины Δ слоя подкожного жира на исследуемом участке тела по формуле

Δ=πRL²/16 ρ_ж, где

ρ_ж - удельное электрическое сопротивление жировой ткани на частоте измерительного тока.

Полученное благодаря всем перечисленным признакам способа значение соответствует толщине слоя подкожного жира и определяется без каких-либо механических деформаций кожного покрова.

В частном случае реализации способа используют электроды площадью от 1 до 10 мм², а величину фиксированного расстояния L устанавливают в пределах от 0,8 до 10 см.

Благодаря указанной совокупности признаков обеспечивается возможность измерения слоев жира толщиной от нескольких десятых долей мм до нескольких сантиметров.

Сущность второго объекта группы, реализующего предложенный новый способ определения толщины слоя подкожного жира, - электроимпедансного жиромера - заключается в том, что этот прибор содержит две или четыре пары металлических электродов, связанных через управляемые демультиплексоры с управляемым источником измерительного тока и через измеритель напряжения с аналого-цифровым преобразователем. Прибор содержит также микропроцессор, связанный с аналого-цифровым преобразователем, управляемым источником измерительного тока, цифровым и звуковым индикаторами, и автономный источник питания с управляемым вручную коммутатором питания. Все перечисленные элементы установлены в одном диэлектрическом корпусе с окнами для цифрового индикатора и коммутатора питания, а электроды закреплены попарно снаружи одной или двух наружных стенок корпуса и выполнены выступающими над плоскостью соответствующей стенки корпуса.

Благодаря перечисленным признакам предложенный жиромер может быть реализован в виде электронного прибора с автономным питанием, имеющего габариты авторучки или медицинского электронного термометра. Такой прибор может быть легко использован в быту как простой и эффективный измеритель подкожного жира в любой области тела. Для выполнения измерения пользователю прибора нет необходимости прибегать к посторонней помощи и испытывать неприятные ощущения от механической деформации кожного покрова. Достаточно приложить слегка выступающие из корпуса прибора электроды к коже проблемного участка тела и нажать кнопку включения прибора, а после звукового сигнала считать показания цифрового индикатора в окне корпуса прибора.

В частном случае корпус жиромера имеет близкую к прямоугольной форму, а две пары электродов установлены на противоположных краях одной из его торцевых боковых стенок.

Такая форма реализации жиромера наиболее удобна для практического использования в быту.

В другом частном случае реализации корпус имеет близкую к трапециидальной форму, первые две пары электродов установлены на противоположных краях его стенки, являющейся малым основанием трапеции, а вторые две пары электродов установлены на противоположных краях его стенки, являющейся большим основанием трапеции.

Указанная последняя форма реализации жиромера обеспечивает возможность двух вариантов выполнения измерения. А именно, с использованием малого межэлектродного расстояния, т.е. с использованием электродов, размещенных на малом основании трапеции, если ожидаемая толщина жирового слоя мала. И большого межэлектродного расстояния, т.е. с использованием электродов, размещенных на большом основании трапеции, если ожидаемая толщина жирового слоя сравнительно велика. Тем самым обеспечивается возможность получения корректного результата измерения в более широком диапазоне значений толщины слоя подкожного жира. Указанное обстоятельство обеспечивает возможность использования подобного жиромера не только как индивидуального бытового прибора, но и как инструмента спортивного врача или врача-косметолога.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-2.

На фиг.1 показан внешний вид электроимпедансного жиромера в варианте его реализации в корпусе прямоугольной формы.

На фиг.2 показана структурная схема электроимпедансного жиромера.

Пример практической реализации заявленного способа определения толщины слоя подкожного жира удобно рассмотреть совместно с примером реализации электроимпедансного жиромера.

Электроимпедансный жиромер содержит две или четыре (в одном из вариантов его реализации, не показанном на рисунке) пары 1 и 2 металлических электродов, вмонтированных в одну из торцевых боковых стенок 3 диэлектрического корпуса 4. Электроды вмонтированы в стенку 3 так, что контактные элементы для подключения каждого электрода к электрической цепи жиромера находятся внутри корпуса 4, а контактная площадка для приложения этого электрода к поверхности тела пациента находится снаружи корпуса 4 и на 1-2 мм выступает над плоскостью его стенки 3. Одна пара 1 электродов установлена с одной из сторон торцевой боковой стенки 3 корпуса 4, а другая пара 2 электродов - с противоположной стороны этой же торцевой боковой стенки 3 корпуса 4. Поскольку все электроды жестко закреплены в материале стенки 3, расстояние между парами электродов 1 и 2 жестко фиксировано и составляет порядка 1 см. (В варианте реализации жиромера с четырьмя парами электродов две другие пары электродов устанавливаются на другой более длинной боковой стенке корпуса 4. В этом случае расстояние между парами электродов может выбираться до 5 см и более.) Контактирующая с кожей пациента поверхность каждого из электродов может составлять от 1 до 10 мм². Для стабилизации переходного сопротивления электрод-кожа контактирующие с кожей поверхности всех электродов должны иметь покрытие из неокисляющегося металла, желательно из золота.

Находящиеся внутри корпуса 4 контактные элементы электродов каждой пары 1 и 2 через демультиплексор 5 подключены к измерителю 6 и управляемому генератору 7 измерительного тока. Осуществляемая мультиплексором 5 коммутация электродов каждой пары выполняется так, что в один и тот же момент времени один из электродов каждой пары 1 и 2 подключен к разным полюсам управляемого генератора 7 измерительного тока, а другой электрод каждой из этих пар подключен к разным полюсам измерителя напряжения 6. Тем самым реализуется известная тетраполярная схема измерения биоэлектрического импеданса. Выход измерителя напряжения 6 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 связан с микропроцессором 9. Последний осуществляет обработку цифрового сигнала, соответствующего измеренному значению напряжения, и выполняет операции расчета толщины жирового слоя согласно установленной настоящим изобретением расчетной формуле. Выход микропроцессора 9 связан с цифровым индикатором 10, видимым через окно в корпусе 4, и звуковым индикатором 11. Питание всего устройства осуществляется от автономного источника 12 (батареи) через управляемый вручную коммутатор 13 питания. Коммутатор 13 питания снабжен установленной на одной из сторон корпуса 4 кнопкой 14 (фиг.2), которая, в свою очередь, снабжена механическим или электронным триггерным устройством (на фиг.1-2 не показан) памяти состояния.

Определение толщины подкожного слоя жира начинают с нажатия кнопки 14 на корпусе 4 прибора. При этом на все электронные узлы прибора поступает питание. После включения прибора его корпус той стороной 3, на которой установлены электроды, прикладывают к участку тела, на котором производится измерение. Кожа на этом участке должна быть сухой и чистой. При контакте электродов с кожей через токовую пару электродов протекает измерительный ток генератора 7, а между другой парой электродов измерителем 6 измеряется возникающее между ними напряжение. Измеренное напряжение преобразуется в цифровой код и поступает на обработку в микропроцессор 9, который по установленной программе производит расчет искомого значения толщины жирового слоя. Полученное расчетное значение фиксируется на цифровом индикаторе 10. Одновременно с появлением измеренного значения толщины жирового слоя на индикаторе 10 формируется подаваемый индикатором 11 звуковой сигнал, который свидетельствует, что определение толщины жирового слоя закончено и полученное значение зафиксировано на цифровом индикаторе 10. Вся процедура определения толщины жирового слоя занимает не более 3-5 с. Измеренное значение толщины жирового слоя сохраняется на цифровом индикаторе 10 до выключения прибора после нажатия кнопки 14. После выключения жиромера возможно его следующее включение для измерения толщины подкожного жира на другом участке тела.

Таким образом, заявленный электроимпедансный жиромер, реализующий заявленный способ определения толщины слоя подкожного жира, может выполнять свои функции без необходимости каких-либо деформирующих воздействий на кожный покров пациента. Пропускаемый через тело пациента электрический ток частотой порядка 3-5 кГц и силой 1-2 мА не вызывает у пациента никаких неприятных ощущений и абсолютно безопасен.

Оба объекта настоящего изобретения легко воспроизводимы в промышленном производстве в форме, например, бытового прибора, предназначенного для самостоятельного контроля пациентом состояния своего тела.

1. Способ определения толщины слоя подкожного жира, заключающийся в том, что к исследуемому участку тела прикладывают две пары установленных на фиксированном расстоянии L и жестко закрепленных на диэлектрическом несущем основании металлических электродов, пропускают через электроды переменный измерительный ток и определяют величину электрического сопротивления R исследуемого участка тела, после чего рассчитывают значение толщины Δ слоя подкожного жира на исследуемом участке тела по формуле:Δ=πRL²/16 ρ_ж,где ρ_ж - удельное электрическое сопротивление жировой ткани на частоте измерительного тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют электроды площадью от 1 до 10 мм², а величину фиксированного расстояния L устанавливают в пределах от 0,8 до 10 см.

3. Электроимпедансный жиромер, содержащий две или четыре пары металлических электродов, связанных через управляемые демультиплексоры с управляемым источником измерительного тока и через измеритель напряжения - с аналого-цифровым преобразователем, микропроцессор, связанный с аналого-цифровым преобразователем и источником измерительного тока, автономный источник питания с ручным коммутатором питания и связанные с микропроцессором цифровой и звуковой индикаторы, при этом все перечисленные элементы установлены в одном диэлектрическом корпусе с окнами для цифрового индикатора и коммутатора питания, а пары электродов закреплены снаружи одной или двух стенок корпуса и выполнены выступающими над плоскостью соответствующей стенки.

4. Жиромер по п.3, отличающийся тем, что корпус имеет близкую к прямоугольной форму, а две пары электродов установлены на противоположных краях одной из его торцевых боковых стенок.

5. Жиромер по п.3, отличающийся тем, что корпус имеет близкую к трапецеидальной форму, первые две пары электродов установлены на противоположных краях его стенки, являющейся малым основанием трапеции, а вторые две пары электродов установлены на противоположных краях его стенки, являющейся большим основанием трапеции.