人体科学研究中的生物阻抗测量技术

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1、人体科学研究中的生物阻抗测量技术浙江大学信电系王维东生物阻抗(Bioimpedance)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无损伤检测技术[1]。对于生物阻抗技术的研究最早始于19世纪末20世纪初，其原理是借助置于体表的电极系统通过向检测对象送入一微小的交直流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化的情况，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理的信息。生物阻抗测量技术,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，具有广泛的应用前景[2]。一、生物电阻抗测量与经络研究[3][4]二千多年前，我国

2、的医学典藉内经对经络系统已有详细记载。近几十年来对于各种经络现象的大量研究也表明，传统经络图所标明的部位的确具有与其它部位不同的特性。但到现在为止，现代自然科学的方法未能肯定地揭示经络的客观本质。经络和腧穴作为机体联络、反应、调节的功能单元和体系,必然有其特定的理化特性及生物学效应,并在机体物质、能量和信息的传递和调控过程中发挥着重要作用。国内外科学家都为此作出了巨大的努力,进行了多方面的探索。其中一些工作试图用人体的被动电性质来研究经络。20世纪30年代，日本清小芳太郎用测定皮肤电阻的方法发现了经络具有低电阻与高电位的特性，并设计出经穴探测仪。1950年，日本京

3、都大学生物学教授中谷义雄博士，发现经络有低电阻(良导)性，穴位比周边区域皮肤的电阻值低，且两者阻值相差很多倍。近年来,利用生物电阻抗技术和生物物理学手段对经络进行的相关研究成为经络研究的重要方向,对经络的实质问题提出了许多假说，促进了祖国医学的研究和发展。随着微电子和计算机技术的发展，经络电阻抗特性的研究已经初步证实:1)经络穴位具有低电阻特性穴位上的电阻抗阻值较其周围区域的电阻抗低经络穴位的电阻抗特性与人体的健康状态密切相关:当人体脏腑组织发生病变的时候，可以通过经络的电阻抗特性反映出来。比如健康人的双侧对称经穴的电阻抗特性基本对称，若人体脏腑组织发生病变，人体

4、双侧对称经穴的电阻抗特性会发生失衡。关于穴位低电阻特性的根本原因，至今没有的本质上的发现。有些学者认为此特性与植物神经系统，特别是交感神经系统关系密切，一些日本的科学家也做出实验支持这一理论。研究发现，穴位与结缔组织、神经末梢分布、血管、淋巴管都有密切的联系。主要经脉纵长走行，与络脉交织成网，但从其分布的范围来看，处于经络上的穴位点有着复杂的解剖结构。穴位低阻抗特性根源分析:(1)低阻抗特性不可能是皮肤状况造成的；(2)低电阻特性不可能是皮下脂肪层造成的；(3)低电阻特性不可能是肌肉丰厚程度和骨骼位置不同造成的；(4)低电阻特性不可能是细胞内液或间液(组织液)离子

5、浓度不同造成的。因而在研究穴位电特性时，测量系统应该能反映穴位深层组织的变化，能够测量经穴组织的容性特性。2)经穴的电阻抗特性与人体的健康状态密切相关当人体脏腑组织发生病变的时候，可以通过经络的电阻抗特性反映出来。比如健康人的双侧对称经穴的电阻抗特性基本对称，若人体脏腑组织发生病变，人体双侧对称经穴的电阻抗特性会发生失衡。二、电阻抗相干度与人体健康状态评估[5]十九世纪最伟大的德国数学家高斯(Gauss)提出了统计学上最重要、最常用的正态分布(normaldistribution)。正态分布的基本假设是：当被测量数据受到无限多个因素的影响，并且各因素之间相互独立，

6、从混沌和有序的观点来看，测量数据服从正态分布说明被测系统的处于绝对的无序状态，当然，这样理想的无序状态就如物理学中的理想气体一样，在现实世界中并不存在。但是，正态分布还是现实世界中多数测量数据的一种很好的近似描写，或者说是反映了无生命世界中的一种基本规律。显然，有生命的世界不可能是完全无序，近代德国数学家沙克斯(Sachs)发现生理系统中的许多测量数据，如人的身高分布、血压分布等等，就不服从正态分布，而是服从对数正态分布(log-Normaldistribution)。所以，对数正态分布才是有生命系统的近似描写。1987年，德国医师罗斯曼(Rossmann)和德国

7、物理学家波普(Popp)发现，在针灸穴位上测得的电导数据也是基本服从对数正态分布的。1991年，张长琳教授在德国发现，不一定要在穴位上进行测定，在体表任何地方测定，只要被测者处于充分良好的状态，测量数据也总是靠近对数正态分布。并用三种不同的统计分布来描写无序状态(disorderstate)，有序状态(orderstate)和和谐状态(coherentstate)(相干态)。其中正态分布反映了被测系统中的元素处于无序状态，有很高的自由度，但没有合作；德尔塔分布(DeltaDistribution)反映了被测系统中的元素处于有序状态，在统一的号令下高度有序，仿佛成了

8、一体。而对