生物电阻抗技术与人体功能信息new

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1、__________________________________________________________________________www.paper.edu.cn生物电阻抗技术与人体功能信息电子科技导报,1998(11):17生物电阻抗技术与人体功能信息任超世中国医学科学院、中国协和医科大学生物医学工程研究所[摘要]本文指出生物电阻抗技术的特点是与人体组织和器官的功能信息相联系，并在分析现行阻抗方法存在问题的基础上，提出生物电阻抗技术今后的发展方向在于采用全信息生物阻抗检测方法，注意提取与人体生理、病理状态相联系的，丰富的阻抗全信息。同时还给出了其今后可能的

2、应用与发展前景，关键词：生物电阻抗阻抗全信息功能信息存在问题发展前景。1引言生物电阻抗（ElectricalBioimpedance）技术，亦称生物阻抗(Bioimpedance）或简称为阻抗（Impedance）技术，是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。它通常是借助置于体表的电极系统向检测对象送入一微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化情况，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。这种技术或方法，具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简单和功能信息丰富等特点，医生和病人易于接受。国外的生物阻

3、抗技术在基础研究方面水平较高，以电阻抗断层图象技术（EIT）为发展方向的新一代[1]生物阻抗技术正吸引着世界各国越来越多的研究者。国内的生物阻抗技术以应用研究为主，以各种临床血流图为代表的生物阻抗技术已广泛用于临床，并不断取得进展，临床应用水平较高。但是，无论在基础研究还是在临床应用领域，使用单一测量频率、只取阻抗模量的现行阻抗测量方法的现状是不能令人满意的。除了定量性差和定位性不好以外，它还把一些可能是最重要的，最能反映生物阻抗特点和优越性的宝[2]贵信息丢失了。2现行阻抗方法存在的问题由于人体各组织与器官具有不同的电特性，生物电阻抗方法所使用的测量电流在进入人体后，并不沿

4、直线前进，而是按不同组织与器官的阻抗特性成三维分布发散，且其流动与分布的规律相当复杂，影响因素很多。迄今为止，还没有完善的理论描述和满意的求解方法。实际应用中往往不得不采用某些简化模型和近似算法。如目前大多数血流图方法采用的单根血管模型，单根血管与其周围组织阻抗并联模型和Kubicek心搏量计算公式等。这类模型距人体实际情况都相差甚远，其理论基础应该说很难令人信服。由此导出的应用公式中还往往要包含某些临床上不能，或不便直接测量，需要通过大量人群实验，以统计值代入的参数，具有经验或半经验的性质，因而这类公式都存在一定的局限性，它们的有效性和实用性主要是通过临床应用予以验证和评价

5、，通常都有一定的适用范围。如果不注意区别应用条件，或超出了适用范围，结果将发生较大的偏差，甚至可能得出完全错误的结论。现行阻抗血流图技术的理论模型把血液作为一个均匀的整体，视电导率ρ为不变的常数，并假定血管容积变化是引起阻抗变化的唯一因素。作为阻抗－容积估算基础的Nyboer关系式（１）充分说明了这一点[3]。1中国科技论文在线_________________________________________________________________________www.paper.edu.cn生物电阻抗技术与人体功能信息电子科技导报,1998(11):172ρLdZ

6、dVｄ＝Z－dV或=−（１）2VZV这样的简化虽然给心脏搏出量等的估算带来了方便，但另一方面，由于模型过于简单，其定量性和适用范围必然受到限制。事实上，血液作为一种导电物质，其电特性的主要贡献者是血浆和红细胞。此时的血液可认为是由血[4]浆和悬浮于其中的红细胞构成的一种悬浮液。已有研究表明，对目前用于常规血流图测量的100KHz以下的电流而言，红细胞可视为完全不导电的绝缘体。它的存在减小了血浆的有效导电截面积，使全血电阻增加。由于红细胞具有双凹圆盘的特殊形状以及其在血流中的变形性和取向性，它对流动血液的导电性能[5]有着重要的影响。此时血浆的有效导电截面将随红细胞的变形和取向

7、情况而变化。即血液电导率ρ不能再视为常数，替代式（1）的结果应是：22LρLdZdρdVdZ=−dρdV或=−（２）2VvZρV式（２）表明，流动血液电阻抗的变化是由血液容积变化和电导率变化引起的,两者具有相同的重要性。其中血液电导率的变化除了包括红细胞随血流状态发生的变形和取向变化的贡献以外，还应包括由于生理，病理原因而导致的血液电特性变化（如红细胞压积变化，血浆及红细胞变异，变性等）的贡献。式（２）[4--7]的结果已为国内外许多研究工作所证实。它也可以解释为什么现行的阻抗血流图定量性不好，重复性差