人體科學(xué)研究中的生物阻抗測量技術(shù)

1、人體科學(xué)研究中的生物阻抗測量技術(shù)人體科學(xué)研究中的生物阻抗測量技術(shù)浙江大學(xué)信電系浙江大學(xué)信電系王維東王維東生物阻抗(Bioimpedance)技術(shù)是利用生物組織與器官的電特性及其變化提取與人體生理、病理狀況相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)信息的無損傷檢測技術(shù)[1]。對于生物阻抗技術(shù)的研究最早始于19世紀末20世紀初，其原理是借助置于體表的電極系統(tǒng)通過向檢測對象送入一微小的交直流測量電流或電壓，檢測相應(yīng)的電阻抗及其變化的情況，然后根據(jù)不同的應(yīng)用目的，獲取相關(guān)

2、的生理和病理的信息。生物阻抗測量技術(shù)具有無創(chuàng)、廉價、安全、無毒無害、操作簡單和功能信息豐富等特點，具有廣泛的應(yīng)用前景[2]。一、生物電阻抗測量與經(jīng)絡(luò)研究一、生物電阻抗測量與經(jīng)絡(luò)研究[3][4]二千多年前，我國的醫(yī)學(xué)典藉內(nèi)經(jīng)對經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)已有詳細記載。近幾十年來對于各種經(jīng)絡(luò)現(xiàn)象的大量研究也表明，傳統(tǒng)經(jīng)絡(luò)圖所標明的部位的確具有與其它部位不同的特性。但到現(xiàn)在為止，現(xiàn)代自然科學(xué)的方法未能肯定地揭示經(jīng)絡(luò)的客觀本質(zhì)。經(jīng)絡(luò)和腧穴作為機體聯(lián)絡(luò)、反應(yīng)、調(diào)節(jié)的

3、功能單元和體系必然有其特定的理化特性及生物學(xué)效應(yīng)并在機體物質(zhì)、能量和信息的傳遞和調(diào)控過程中發(fā)揮著重要作用。國內(nèi)外科學(xué)家都為此作出了巨大的努力進行了多方面的探索。其中一些工作試圖用人體的被動電性質(zhì)來研究經(jīng)絡(luò)。20世紀30年代，日本清小芳太郎用測定皮膚電阻的方法發(fā)現(xiàn)了經(jīng)絡(luò)具有低電阻與高電位的特性，并設(shè)計出經(jīng)穴探測儀。1950年，日本京都大學(xué)生物學(xué)教授中谷義雄博士，發(fā)現(xiàn)經(jīng)絡(luò)有低電阻(良導(dǎo))性，穴位比周邊區(qū)域皮膚的電阻值低，且兩者阻值相差很多倍

4、。近年來利用生物電阻抗技術(shù)和生物物理學(xué)手段對經(jīng)絡(luò)進行的相關(guān)研究成為經(jīng)絡(luò)研究的重要方向?qū)?jīng)絡(luò)的實質(zhì)問題提出了許多假說，促進了祖國醫(yī)學(xué)的研究和發(fā)展。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)絡(luò)電阻抗特性的研究已經(jīng)初步證實:1)經(jīng)絡(luò)穴位具有低電阻特性穴位上的電阻抗阻值較其周圍區(qū)域的電阻抗低經(jīng)絡(luò)穴位的電阻抗特性與人體的健康狀態(tài)密切相關(guān):當人體臟腑組織發(fā)生病變的時候，可以通過經(jīng)絡(luò)的電阻抗特性反映出來。比如健康人的雙側(cè)對稱經(jīng)穴的電阻抗特性基本對稱，若人體臟腑

5、組織發(fā)生病變，人體雙側(cè)對稱經(jīng)穴的電阻抗特性會發(fā)生失衡。者處于充分良好的狀態(tài)，測量數(shù)據(jù)也總是靠近對數(shù)正態(tài)分布。并用三種不同的統(tǒng)計分布來描寫無序狀態(tài)(disderstate)，有序狀態(tài)(derstate)和和諧狀態(tài)(coherentstate)(相干態(tài))。其中正態(tài)分布反映了被測系統(tǒng)中的元素處于無序狀態(tài)，有很高的自由度，但沒有合作；德爾塔分布(DeltaDistribution)反映了被測系統(tǒng)中的元素處于有序狀態(tài)，在統(tǒng)一的號令下高度有序，仿佛

6、成了一體。而對數(shù)正態(tài)分布反映了被測系統(tǒng)中的元素處于和諧狀態(tài)，有如芭蕾舞中的演員，各自扮演著不同的角色，各自都有獨立的運動，但又與其他所有的演員都有良好的合作。不單是每一個演員都各自舞姿優(yōu)美，并且許許多多演員構(gòu)成一幅優(yōu)美的動態(tài)圖像。這三種都是理想的狀態(tài)，而真實的有機體是不停地在這三種狀態(tài)間來回擺動。例如，緊張工作時接近有序狀態(tài)；徹底放松時接近無序狀態(tài)，即所謂文武之道，一張一弛。而健康的人多數(shù)時候接近和諧狀態(tài)。各種影響心理和生理狀態(tài)和因素都

7、會影響到電導(dǎo)分布曲線的形狀，PPM綜合心理生理狀態(tài)監(jiān)測儀(hoUsticpsycho1ogicphysiologicalstatemonit，PPM)通過128個探頭，多次對人體進行阻抗探測，數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計處理后，得到心理生理狀態(tài)的綜合信息。由于它并不注重元素自身，而只注重元素之間的關(guān)系，能較好反映人體的綜合生理信息，可用于飛行員和運動員綜合心理和生理狀態(tài)的監(jiān)控，心理治療、物理治療和針灸治療等瞬間治療效果和長期治療效果的觀察，心理學(xué)研究，包

8、括人體放松程度和健康狀態(tài)的定量觀察等等。三、生物電阻抗法測量人體成分三、生物電阻抗法測量人體成分[6][7]利用生物電阻抗分析法(bioelectricalimpedanceanalysis，BIA)測量人體成分是近30年時間里發(fā)展起來的一項分析技術(shù)。生物電阻抗法是一種通過電學(xué)方法測定人體水分的技術(shù)。將微弱的交流電信號導(dǎo)入人體時電流會隨著電阻小、傳導(dǎo)性能好的體液流傳。水分的多少決定了電流通過的通路的寬容這可用叫做阻抗的測定值來表示。但是

9、阻抗和電阻的值在人體中僅僅相差約2～38。由于這樣的阻值差可以被忽視掉，所以在生物體電阻抗法中可以用電阻值來近似代替阻抗。以測定阻抗來算出人體構(gòu)成成分的一般原理是利用人體水分與身高成正比與人體阻抗R成反比這一原理算出來的電流流過導(dǎo)體時導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長度成正比與橫截面成反比即導(dǎo)體的體積可以用導(dǎo)體的長度和電阻的函數(shù)來表示。在人體中導(dǎo)體的體積可以看作人體水分應(yīng)用于分析人體水分。多頻BIA技術(shù)是把人體水分區(qū)分為細胞內(nèi)液和細胞外液來測定。使用高