生物阻抗特性及测量的国内外现状

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基于生物电阻抗的体脂测量方法与系统研究

引言：

随着体重管理意识的增强以及健康生活方式的提倡，测量人体体脂成分的需求日益增加。体重指数被广泛运用，但是其缺陷在于只能区分脂肪和不含脂肪的组织，无法确定身体中脂肪的分布和体征的水平。其他的传统测量方法，例如皮褶厚度、测量周长和截面面积等方法也存在着局限性。生物电阻抗分析技术（BIA）已被广泛运用来进行人体组成分析。

本篇论文研究将主要介绍基于生物电阻抗的体脂测量方法，并结合一个体脂测量系统的研究来进行阐述。

第一部分：生物电阻抗

生物电阻抗分析技术（BIA）是一种基于组织导电能力的生物医学信号测量技术。主要通过分析电信号在身体不同组织中的传递速度和导电能力来推断人体中不同组织的百分比质量。

在BIA中，电流通过身体，被电极引导，然后通过身体的不同组织，最终经过第二个电极返回 BIA。在这个过程中，电流受到与组织导电能力有关的电阻、偏导、容抗等因素的影响。当这些身体组成分分别具有其特定的电导值时，BIA的设备可以通过交流电分析器来计算测量信号的复杂阻抗（Z）。人体也可以视为多个电导体组成的电路，通过对多个测量信号Z的测量，可以得出人体不同组织的阻抗，从而得到体脂率等相关信息。

第二部分：生物电阻抗的测量方法研究

为了有效测量人体的体脂率，BIA的设备需要经过高精度的校准和验证。

在BIA测量中，配置电流和电极尺寸、电极形状、测量频率等参数对测量结果有着直接的影响。为了降低测量误差，应选择适当的测量参数和测量方式。此外，在进行测量之前，需要通过对样本进行验证或重复测量并检查结果来评估BIA设备的准确性。

人体生物电阻抗的检测方法及其应用

1、引言

在人体成分的研究中，测量人体生物电阻抗值可以得到水分、脂肪等与人体健康状况有关的信息，对人身体状况的监视、疾病的早期诊断有着重要的意义[1]。

人体组织的电阻抗特性比一般物体要复杂得多，最明显的特点是电阻抗的值会随着测量频率的变化而变化。这是由于人体细胞内液体组织不是简单的表现为电阻的特性，细胞内水分与细胞膜的作用更多是以电容的特性存在。

图1 所示为人体皮肤电阻抗的等效电路模型[2]。其中R1 为活性皮肤中的离子电阻；R2 是基于角质层中离子迁移率的电阻；CPE 是恒定相位角元件，RPOL、CPOL 为其两个参数，用来描述皮肤角质层中的介电弥散和损耗[3][4]。

图1 人体皮肤的等效电路模型该模型的总的导纳如（1）式所示：（1）其中：

显然，CPE 环节的存在，使得人体的生物电阻抗原则上无法用简单的R、C 元件所组成的集总参数电路模型来描述。

传统的人体生物电阻抗检测采用单频法，即只在一个固定频率下，利用正弦波信号进行测量，一般只测量电阻抗的模，所以实现简单，很适合在便携仪器上推广。但是，单频法无法将CPE 的影响表现出来，测量结果容易出现较大的误差。为了能够更准确地得到人体生物电阻抗的信息，需要有一种可同时检测多个频率点电阻抗的方法。

生物电阻抗法测量原理

生物电阻抗法（Bioimpedance Analysis, BIA）是一种常用于测量人体组织中电流通过程度的方法，通过测量电阻和导电率的变化，可以获取到人体组织的生物电阻抗参数。本文将介绍生物电阻抗法的测量原理及其应用。

一、生物电阻抗法的原理

生物电阻抗法基于组织的生物电导，通过测量在人体组织中通过的微弱电流，来估计组织的电阻和导电率。这些参数能够提供有关身体组织的生理和病理状态的信息。

1. 电流路径

生物电阻抗法通过在人体中通入微弱电流来测量电阻和导电率，常用的电极位置包括手腕、脚踝、手指和脚趾。电流的路径通常是通过身体的一侧，并沿一个称为“截面”的平面穿过身体，然后离开身体的另一侧。

2. 电极选择

在生物电阻抗法中，电极的选择对测量结果至关重要。电极应该能够与皮肤充分接触，并能稳定地传递电流。通常使用的电极为粘贴式电极，选择良好的电极能够减小电流通过过程中的电极接触阻抗，提高测量的精确性。

3. 测量方法

常用的生物电阻抗测量方法有两种：一种是多频段测量法，通过在不同频率下测量电阻和阻抗，来分析身体组织的特性；另一种是单频段测量法，只在一个频率下进行测量。不同的方法有不同的适用范围和测量精度。

二、生物电阻抗法的应用

生物电阻抗法具有非侵入性、简单易行、快速、经济等特点，广泛应用于医学领域、健康管理和运动康复等方面。

1. 医学领域

生物电阻抗法在医学领域有着广泛的应用，特别是在脏器功能评估和疾病诊断方面。通过对人体的生物电阻抗测量，可以判断体内的细胞、组织和器官的状态，提供临床医生进行疾病诊断和治疗的参考依据。

人体科学研究中的生物阻抗测量技术 .doc

人体科学研究中的生物阻抗测量技术

浙江大学信电系xx

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。

生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(二)-2019年精选文档

生物电阻抗法(BIA)测量学生人体成分的应用性研究(二)

青少年学生的体质健康关乎国家和民族的发展与未来。在当前青少年学生体质健康水平持续下降的状况下，加强对青少年学生体质健康的监测与研究不但重要而且十分迫切。

身体成分是指组成人体的各个组织、器官的总成分。根据生理作用的不同，人体可以分为体脂和瘦体重。在医学临床与基础研究中，测量人体成分具有重要的价值。通过测量，可以确定人体成分的正常值范围，可以评价生长发育、成熟以及老化的进程，有助于对营养状况进行评定以及对患病风险进行评估等［1］。

人体成分比例，可以反映骨骼肌质量、脂肪质量、体脂率、腰臀比、营养状况、体液平衡状况，提供人体正常值范围，评价生长发育等。但在现行学生体质健康监测项目中，全面的人体成分测试在绝大多数学校是空白，现行学生身体形态测试项目只是反映学生的身高体重指数，不能全面、直观地反映例如骨骼肌质量、脂肪质量、体脂率、腰臀比以及营养评估等，因此，分析研究适合于学校的操作便捷、测试内容丰富、体现数据精确，并能在学生人体成分测试广泛运用的测试方法，进而为学生开具针对性的运动处方，具有重要的现实意义，目的在于增强学生对体质健康的认识，提高学生进行体育锻炼的质量，促进学生体质的全面提高。

一、生物电阻抗法（BIA）研究综述

有关调查总体表明，我国学生的体质健康状况是在下降的。还有很多学者对于不同学校的学生进行了体质研究，但是结果却不尽相似，有学者的研究结果显示学生的正常体重的人数占总人数的40%都不到，有学者研究显示，学生总体偏瘦。排除地域营养状况的差异，一个统一的、准确的测量方法才能将各种因素的影响降到最低。因此，一种可靠、精确、简便的测量身体成分方法，对于正确全面了解学生的体质，制定正确的训导方法，提高学生体质，具有重大的影响。

生物电阻抗法八电极阻抗测量-概述说明以及解释

1.引言

1.1 概述

生物电阻抗法是一种用来测量生物体组织内部电阻抗的方法。通过施加一定频率的电流，观察生物组织对电流的阻抗变化，可以得到有关生物体内部结构和功能的信息。而八电极阻抗测量是一种先进的生物电阻抗法技术，它采用了八个电极，相比传统的四电极方法，八电极测量更加准确和可靠。

本文将介绍生物电阻抗法及其在医学、运动科学、康复和生理学等领域的应用。我们将重点探讨八电极阻抗测量的原理和技术特点，以及其在不同领域中的优势和前景。通过深入了解生物电阻抗法和八电极阻抗测量，我们可以更好地认识和理解生物体组织的结构和功能，为医疗诊断和疾病预防提供更多的参考信息。

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"1.2 文章结构": {

"本文将首先介绍生物电阻抗法的基本概念和原理，以便读者能够对这一测量技术有一个清晰的了解。接着，将详细阐述八电极阻抗测量的原理及其在生物医学领域的应用。最后，将总结本文的主要观点，并展望生物电阻抗法在未来的发展方向。通过本文的分析和讨论，读者将能够深

入了解生物电阻抗法八电极阻抗测量的重要性和优势，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。"

}

1.3 目的

本文旨在深入探讨生物电阻抗法中的八电极阻抗测量方法，介绍其原理、应用领域和优势。通过详细分析和解释，旨在使读者更加了解生物电阻抗法及其在医疗、健康管理等领域的重要性和实用性。同时，通过本文的介绍，可以帮助读者进一步认识生物电阻抗法在生物医学领域中的潜在应用和挖掘价值。希望读者通过阅读本文，能够对生物电阻抗法八电极阻抗测量有清晰的认识和理解，促进其在相关领域的应用和推广。

生物电阻抗法测量原理

1.引言

生物电阻抗法是一种非侵入性测量技术，用于评估人体组织的生物电

特性。它基于电流在人体内部的传播和组织对电流的阻抗响应。本文将介绍生物电阻抗法的原理及其在医学和生物科学领域的应用。

2.生物电阻抗法的基本原理

生物电阻抗法是利用电流通过人体组织时遇到的电阻、感抗和电导等

因素来评估组织结构和功能的一种方法。它基于欧姆定律和频域分析原理，通过测量人体接受外部电流后产生的电压变化来计算组织的电阻和电抗。

2.1电流与电压关系

根据欧姆定律，电压（V）等于电流（I）乘以电阻（R）。当电流通过人体组织时，组织中的电阻会产生电压降。通过测量这个电压降，我们可以计算出组织的电阻值。

2.2周期性电流与频域分析

为了更精确地评估组织的电阻特性，生物电阻抗法通常使用周期性的

电流信号。这些信号可以是正弦波或方波等，其频率通常在几千赫兹到几百千赫兹之间。通过采集不同频率下的电流与电压数据，并进行频域分析，我们可以得到组织的阻抗和相位角。

3.生物电阻抗法的应用领域

3.1临床医学

在临床医学中，生物电阻抗法常用于诊断和监测多种疾病。例如，通

过测量人体不同部位的电阻和电容，可以检测乳腺肿瘤和皮肤病变。此外，生物电阻抗法还可以用于评估心血管健康状况、监测呼吸功能和检测肌肉疲劳等。

3.2运动研究

生物电阻抗法在运动研究中也得到广泛应用。通过测量肌肉组织的电

阻和电抗，可以评估运动员的肌肉质量、水分含量和疲劳程度。这对于训

练调整和运动表现的改善非常有帮助。

3.3物理疗法

在物理疗法中，生物电阻抗法可用于评估患者的生物电特性和治疗效果。例如，在电针疗法中，通过测量穴位周围的电阻和电导，可以确定合

生物电阻抗

生物电阻抗是一种用来描述生物体组织对电流通过的阻力的物理量。在医学领域，生物电阻抗的研究在诊断、治疗和监测疾病方面发挥着重要作用。本文将介绍生物电阻抗的概念、原理、应用和未来发展方向。

概念

生物电阻抗是指生物组织对电流通过的阻力。生物体内不同类型的组织（如血液、肌肉、骨骼等）对电流的传导能力不同，因而有不同的电阻抗。通过测量生物体对电流的阻抗，可以获取有关生物组织结构和功能的信息。

原理

生物电阻抗测量的原理是利用电极在生物组织表面施加电流，然后测量电流通

过组织时的电压变化。通过欧姆定律可以计算出生物组织的电阻抗值。生物电阻抗与组织的导电性、形状、大小和脂肪含量等因素有关。

应用

医学诊断

生物电阻抗技术在医学诊断中被广泛应用。例如，生物电阻抗成像技术（BIA）可以用来评估人体的体脂含量、肌肉质量等生理参数，帮助医生确定患者的健康状况。

生物学研究

生物电阻抗还可以应用于生物学研究领域。研究人员可以利用生物电阻抗技术

研究细胞的电导率、细胞膜通透性等生理特征，从而深入了解生物体内部的微观结构和功能。

未来发展方向

随着科技的不断进步，生物电阻抗技术将会在医学诊断、生物学研究等领域发

挥更加重要的作用。未来，研究人员可能会进一步探索生物体组织对不同频率、波形电流的响应特性，以提高生物电阻抗技术的分辨率和准确性。

结论

生物电阻抗是一种重要的生物物理学参数，可以用来评估生物组织的结构和功能。通过生物电阻抗技术的研究和应用，我们可以更好地理解生物体内部的生理过

程，为医学诊断和生物学研究提供重要的参考依据。希望未来生物电阻抗技术能够取得更大的突破，为人类健康和科学研究做出更大的贡献。

应用生物电阻抗法分析大连地区成人体脂分布趋势

近年来，随着人们对健康的关注不断增加，对人体脂肪含量及其分布情况的认知也日益重要。大连地区作为我国东北地区的重要城市之一，其成人人口中患有肥胖相关疾病的比例逐年上升，成人体脂分布趋势提出了新的挑战。为了解大连地区成人体脂分布趋势，本文将应用生物电阻抗法进行分析。

一、生物电阻抗法

生物电阻抗法是一种非侵入性的测试方法，通过测量人体对微弱电流的阻力来获得信息。它基于人体内外的电导率差异，通过电流的通入体内和从体内流出，计算人体组织质量和组成。生物电阻抗法广泛应用于人体脂肪含量及其分布的测量，具有简便、快速、无创伤等优点。

二、样本选择与数据收集

为了准确分析大连地区成人体脂分布趋势，本研究从大连市不同行业、不同年龄段的2000名成年人中选择了1000名被试参与调查。

在数据收集过程中，研究者根据生物电阻抗法原理，使用专业设备对被试进行测试。测试前，被试需在饮食和运动上进行相应控制，以减少因外界因素对测试结果的影响。测试之后，将收集到的数据进行整理，并记录被试的年龄、性别、职业等个人信息。

三、结果分析与讨论

通过对1000名被试的测试结果进行统计和分析，得出以

下结论：

1. 性别差异：研究发现，男性被试的体脂含量相比女性

被试较低，而女性被试的下半身体脂含量相比男性被试较高。这可能与性别差异在人体脂肪分布上的影响有关。

2. 年龄差异：随着年龄的增长，被试的整体体脂含量逐渐增加。该趋势在中年以后的被试中尤为明显。这表明，随着年龄的增长，体脂含量的积累可能会导致潜在的健康问题。

基于生物电阻抗技术的肺功能检测方法与系统研究

摘要

生物电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理、病理状况的生物医学信息的检测技术。生物电阻抗技术具备安全、非侵入性、廉价和可持续在线监测的特点，是一种优良的检测技术。肺部生理活动引发胸部生物电阻抗变化明显，将生物电阻抗技术应用于肺部生理活动检查一直是研究热点。本文基于生物电阻抗技术，对肺功能检测方法与系统进行了研究，主要工作内容如下：

①通过对生物电阻抗技术理论基础的介绍，对生物电阻抗的特点进行了分析。通过对肺功能测量的基础知识的介绍与分析，确定了胸部生物电阻抗变化值与肺部空气变化量之间存在关系，且该关系是实现基于生物电阻抗技术的肺功能参数测量与计算的关键。

②对生物电阻抗技术的数学物理模型进行了简要分析，利用有限元分析软件MAXWELL建立了胸部生物电阻抗仿真模型。通过修改代表肺部空气量的参数，从仿真角度确认了肺部空气变化量与胸部生物电阻抗变化值之间存在正相关关系。

③根据生物电阻抗测量的特点与要求，完成了系统硬件设计。通过对恒流源模块、开关阵列模块、电压与电流采集模块和通信模块这几个关键模块的分析对硬件设计进行了介绍。硬件电路设计完成之后，根据系统硬件特点与测量需求，完成了软件设计。通过对ARM端、FPGA端和PC端软件结构与流程的分析对软件设计进行了介绍。完成软硬件设计和制作之后，本文系统实现了基于四电极法的多频多通道生物电阻抗测量，且PC机可以通过串口获取胸部生物电阻抗值与计算肺功能参数。

④通过对阻容网络的测量实验，对测量系统进行校准并确定了电阻抗测量系统性能，在50kHz激励情况下系统能够实现精度高于1%的电阻抗测量。通过对单体进行重复性与定量实验，从实验的角度确定了胸部生物电阻抗变化值与肺部空气变化量存在关系，通过胸部生物电阻抗变化值可以计算肺部气量。为了解决胸部生物电阻抗变化值与肺部空气量关系的个体差异问题，本文通过30人实验进行了研究，确认了胸围是个体差异的显著相关因素。在考虑胸围这一因素建立计算模型后，本文最终实现了基于胸部生物电阻抗变化值对FVC（用力肺活量）和FEV1（一秒用力呼气容积）参数的计算，实验证明本文方法与标准方法具有较好的一致性，最终测量精度约为25%。

生物电阻抗测量实验的设计与研究

阻抗特性。１生物电阻抗测量实验平台设计
本文主要实现生物电阻抗的实时测量和分析，测量电路和测
量电极结合于三维实验移动平台，实现生物电阻抗的快速测量。１．１生物电阻抗模型生物组织细胞浸浴于导电的细胞外液之中，而细胞则由能
关键词：生物组织，电阻抗，电特性，实时测量
Ａｂｓｔｒａｃｔ
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生物阻抗技术概述

生物阻抗技术是一种新兴的，结合生物学和工程学的技术。在过去的几十年里，生物阻力技术发展迅速，在技术革新、产业发展和社会经济发展方面发挥着重要作用。

生物阻抗技术是一种新兴技术，它把生物学和工程学进行结合，以解决各种社会实际问题。这种技术结合了生物学、化学和工程学，利用人工蛋白质、专有结构和功能调控系统，实现生物体的特性，从而有效地控制复杂的物质过程。生物阻力技术具有良好的稳定性、耐受性、抗腐蚀性和可编程性，可以满足各种社会实际问题的解决需求。

目前，生物阻抗技术主要用于环境污染防治、工业过程控制、农业生产和生物资源管理等领域。首先，它可以用于环境污染防治，可以改善环境污染风险，保护生物安全，促进环境治理。其次，它可以用于工业过程控制，可以解决工业废水处理和污染预测等问题。此外，它还可以用于农业生产和生物资源管理，可以解决农业污染治理和植物营养素管理等问题。

随着科学技术的发展，生物阻抗技术发展越来越快，在解决社会问题方面发挥着重要作用。如今，许多分析技术和产品已发展成熟，可以应用于各大领域，借助于这些技术，人们可以更有效地控制复杂的物质过程。同时，结合计算机技术、智能侦测系统、微晶片技术等新兴技术，综合利用生物阻抗技术，将更有效地解决社会各种实际问题。

生物阻抗技术的发展有许多好处，为更好地发挥其作用，必须提

出更多有利的政策与法规，更加有效地开展科技研究，创新技术，促进科技投入。同时，应加强对研究成果的宣传，引导用户更好地利用这种技术，从而推动生物阻抗技术的发展和应用。

总的来说，生物阻抗技术是一种新兴的技术，它在技术革新、产业发展和社会经济发展方面发挥着重要作用。未来，生物阻抗技术将更好地解决各种社会实际问题，为改善环境污染风险、促进科技创新、支撑经济发展做出积极贡献。

生物电阻抗测量技术临床应用与研究进展

Journal of China Prescription Drug Vol.17 No.2

·综述·生物电阻抗测量技术也称为生物医学电阻抗成像技术，是

一种利用生物细胞内液与细胞外液导电性检测人体组织或器官功能改变的诊疗新手段。其理论基础是人体所含的大量细胞内液及细胞外液均具有导电性，在交流电激发下，生物组织产生复杂的电阻抗，其取决于组织组成、结构、健康状态和应用信号频率，因此生物电阻抗方法可以用于非侵入性组织表征[1]。由于这些组织参数的阻抗响应随施加信号的频率而变化，因此在宽频带上进行的阻抗分析提供了关于组织内部的更多信息，这有助于我们更好地理解生物组织的解剖学、生理学和病理学，并且生物电阻抗测量技术具有无创、快速、相对成本低、安全、操作简便、可重复性高和反应信息丰富、易被医生和患者接受等优点，所以生物组织的电阻抗被挖掘分析，是一种用于非侵入性生理或病理学研究的有效工具。

近些年来，随着科学技术的高速发展，生物电阻抗的研究不断被深入挖掘，其技术检测的手段也不断完善和多元化，生物电阻抗测量技术已成为辅助临床诊疗中一种新兴技术并得到广泛应用。本文主要回顾了生物电阻抗在呼吸监测、脑心肺血流图、人体成分分析、断层成像技术等不同领域的应用，并通过探讨了其中工作原理、优点和缺点、技术问题现状和未来趋势，提出电阻抗技术的发展前景。1 生物电阻抗测量系统

生物电阻抗测量技术发展几十年来，其测量办法从电桥法、调制法，发展到现在最常用的恒压或恒流源法。而恒压或恒流源法根据检测的路数与电极的位置，可分为传统二电极法、传统四电极法、两路检测信号法（四电极）、两路检测信号（八电极）、三路检测信号（六电极）、四路检测信号（八电极）。从频率角度，由采用单一恒定频率的电流通过生物组织进行测量的单频率测量方法，发展到输入不同频率的电流或电压而进行的多频率测量方法。

解析生物电阻抗测量技术发展历程

解析生物电阻抗测量技

术发展历程

work Information Technology Company.2020YEAR

解析生物电阻抗测量技术发展历程

生物电阻抗技术的端倪出现在18世纪末，距今已有230多年历史。

1780年，意大利神经生理学家Galvani通过观察青蛙的神经肌肉收缩现象，建立了生物电理论。

1871年，德国科学家Hermann成功测量出了骨骼肌的电阻，并且发现，电流沿不同方向通过骨骼肌时，电阻值是不一样的，横向测量时的电阻大约是纵向测量时的4-9倍。

20世纪50年代，当日本科学家中谷义雄在人体皮肤上载入12V直流电压时，发现皮肤上有些点位的导电性更好。当他把这些点位连接起来后，发现其与穴位经络的布局十分相似。

人体穴位经络布局

1957年，德国动物学家Schwan提出了生物组织的电特性在不同频段呈显著变化的理论。

1978年，美国的Henderson通过一个大电极和若干个与之相对的小电极，得到一幅可以清楚显示肺脏位置的阻抗图像。

1979年，第一台电阻抗相机在美国研制成功，为电阻抗成像技术深度开发创造了更大的想象空间，

1982年，英国大学的研究者又发表了第一个手臂阻抗层析图像。5年后，这个研究小组建立了第一个完成的人体电阻抗数据测量系统。

1986年，美国人建立了32电极、激励频率为100KHZ（千赫兹）的测量系统。

1992年，比利时人设计了有32个复合电极的自适应电压激励及电压测量系统。

1995年，第一个动态电阻抗实时系统在英国皇家医院建立，用于人体肺、胃、大脑、食管等不同部位的临床成像基础研究。

生物阻抗技术概述

生物阻抗技术是一种基于生理信号对人体组织的阻抗特性进行测量和分析的方法。该技术是一种无创的、简便易行的检测方法，可以测量人体的电导率、电阻率、阻抗等特性，用于诊断和监测各种疾病，包括心脏病、肺病、消化系统疾病和神经系统疾病等。

生物阻抗技术通过在身体表面或内部穿刺放置电极，测量电流和电压之间的关系来测量生物组织的电阻力。该技术最常用的应用是身体成分分析，包括脂肪、水、骨质和肌肉等成分。

生物阻抗技术主要有三种形式，包括单频、多频和交流生物阻抗技术。单频生物阻抗技术是最简单的形式，通过在低频（50 kHz）下测量电阻率来检测电流在人体内的传递情况。然而，这种技术仅适用于测量基础生理指标，如脂肪、水和骨质等。多频生物阻抗技术增加了更多的频率（通常在5 kHz至1 MHz之间），以便更精确地测量组织阻抗的变化。交流生物阻抗技术则将电流以交流方式传递，以便检测体内不同组织的情况。这种技术有助于诊断和监测心脏和肺部功能。

生物阻抗技术可以测量人体的各种指标，包括身体成分、心肺健康、肌肉健康和神经系统健康等。最常见的应

用是身体成分分析，包括通过测量电阻率、电容量和电感等指标来分析人体的脂肪含量、总身水含量、全身细胞质和骨骼肌含量等。

此外，生物阻抗技术也在心脏健康评估和治疗中得到广泛使用。例如，该技术可以测量心脏的电阻率和电容量，以便诊断心脏疾病和评估心脏功能。此外，生物阻抗技术还可用于肺疾病的评估和治疗。例如，该技术可以测量气道阻力和人体电阻率来诊断慢性阻塞性肺疾病（COPD）和支气管哮喘等。

生物阻抗技术概述

生物阻抗技术是一种测量人体组织阻抗的技术，它可以通过测量电流通过人体时所遇到的阻力来计算出人体组织的阻抗值。这种技术可以用于测量人体的身体成分、心肺功能、血流量等多种生理参数，因此在医疗、健身、体育等领域都有广泛的应用。

生物阻抗技术的原理是利用电流通过人体时所遇到的阻力来计算出人体组织的阻抗值。在测量时，电极会被放置在人体的皮肤表面，然后通过电流源向人体内部注入一定的电流。这些电流会在人体内部流动，遇到不同的组织时会受到不同的阻力，最终回到电极上。根据电流的流动情况，可以计算出人体组织的阻抗值。

生物阻抗技术可以用于测量人体的身体成分，包括体脂率、肌肉量、骨量等。这种技术可以通过测量电流通过人体时所遇到的阻力来计算出人体组织的阻抗值，从而推算出身体成分。这种技术可以用于健身、减肥等领域，帮助人们更好地了解自己的身体状况。

生物阻抗技术还可以用于测量心肺功能。在运动时，人体需要更多的氧气来供应肌肉的运动，因此心肺功能的好坏对于运动员的表现至关重要。生物阻抗技术可以通过测量电流通过人体时所遇到的阻力来计算出心肺功能的指标，如最大摄氧量等。

生物阻抗技术还可以用于测量血流量。在医疗领域，生物阻抗技术

可以用于测量血流量，帮助医生了解患者的血液循环情况，从而更好地诊断和治疗疾病。

生物阻抗技术是一种非常有用的技术，可以用于测量人体的身体成分、心肺功能、血流量等多种生理参数。随着技术的不断发展，生物阻抗技术将会在医疗、健身、体育等领域发挥越来越重要的作用。

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姓名：袁亚南学号：0743032052 班级：07303042

生物阻抗特性及测量的国内外现状

生物阻抗：

人类很早就了解到生物的电阻特性，也给出了生物体产生电阻的原因：它是当细胞内外液中电解质离子在电场中移动时，黏滞介质和狭小管道对离子运动的阻碍作用所致。进一步的研究表明，当低频电流通过时，生物结构具有更为复杂的电阻性质，可分解为不随时间变化的分量和随时间变化的分量。前者就是普通的直流电阻成分，在一定限度内阻值保持不变，电流与电压呈线性关系，起变阻器作用；后者随外加电压时间的延长，电流和电压的变化呈非线性变化，即具有交流电阻抗特性（或成分），起滤波器的作用。目前，这两种作用是解释神经和肌肉等组织兴奋和冲动的基础。

在描述物质的电阻特性时，有两个重要的概念：一是电阻率；二是电导率。它们之间互为倒数，都是表示物质导电性能的物理量。表5.1中列出了一些生物组织的电阻率和电导率。可以看出，人体内各种组织的电阻率极不相同，血清电阻率最低，肌肉次之，肝、脑等组织的电阻率稍高，脂肪和骨骸的电阻率最高，肿瘤组织与正常组织亦有差别，在身体内这些组织交叉组合形成了非均质导体。

生物膜具有电容特性，有关研究表明，生物膜不但具有静态电容性质，而且还具有极化电容性质，即当外加交流电时，生物膜的电容率不仅变化，

膜的电容值也要发生变化。

有关细胞的许多电特性研究表明，一般活细胞表面带有负电荷，细胞内部电场为零，内部为等势区，只是在细胞膜上存在电场，因此细胞膜可以看作是一个电容器。

1925-1927年，H ·弗里克用阻抗法测出狗的红电球细胞单位面积的电容值为0.81μF ·cm -2，根据实验结果，弗里克提出了他的假设，认为多数类型细胞膜为一球形膜，膜是由双分子层脂类分子组成，其相对电容率为εr =3。根据球形电容器公式可知，膜单位面积的电容公式为 d C r

m εε0=

通过上式可得细胞膜的厚度为d ≈3nm 。而现代测量手段（如X 射线和电镜等）测出的各种细胞膜厚度为7～10.5nm ，结果不相吻合，这说明弗里克假设的细胞膜结构存在缺陷。

更新的研究表明，细胞膜的结构除双分子层脂膜外，在其两侧各覆盖一层蛋白质层，形成蛋白质-脂类物-蛋白质的三重结构，如图5.2所示，它的相对电容率为εr ≈10。如果将此值代入式（5.4），得到的细胞膜厚度为d ≈10nm ，与现代技术所测结果吻合得极好，说明了膜电容存在的真实性。

对于细胞膜和细胞质而言，细胞膜既存在电容，又存在电阻；而细胞质

只存在电阻。表5.2列出了一些细胞的电学参量。

在现代生物学中，对于生物器官、组织及细胞

电阻抗的研究有着非常重要的理论价值。例如，由

细胞膜电容值的测定，人们认识了膜的双分子层结

构；从肌肉细胞膜的高电容（1.5μF ·cm -2）特性导

出了肌肉细胞膜的折叠性质；通过测定神经细胞受

刺激后阻抗下降、电导率增加规律，为人类对神经

兴奋、传导和自发过程的认识提供了理论基础。另外，通过生物电阻抗的测定，在医学上可以诊断机体的健康状况。

表2 某些细胞的电学性质

对象 C m B m r m r i ω

说明酵母 0.6 87° — 460 2000

海卵细胞Arbacia

1.1 90° 100 210

2.5×104 单个细胞悬液人类红细胞 0.8 90° — — —

肌肉 Rana

pipieens

1.5 70° 40 250 15 与纤维轴垂直神经：乌贼（静止时）

1.1 75° 103 30 — 与纤维轴平行乌贼（兴奋时）

1.1 75° 25 90 530 与纤维轴垂直蛙坐骨神经 0.55 40° — 560 2300 与纤维轴垂直猎坐骨神经 0.65 40° — 720 1000 与纤维轴垂直

注：①Cm 为单位面积膜电容（μF ·cm -2）；Bm 为单位面积膜的相角（度）；

②r m 为单位面积膜电阻（ω·cm 2），r i 为单位面积细胞质电阻（ω·cm 2）；③ω

为特征频率（KHz），它是阻抗最大时的频率。

在生物电阻抗的研究中，多数人认为生物组织仅是电阻和电容组成，没有电感性质。但某些实验表明，神经细胞在改变细胞外液的离子成分时，尤其是改变钙离子浓度的情况下，发现有正性电抗成分，显示有电感元件的可能。但在一般情况下，我们通常不考虑电感元件的作用。

技术基础：

生物电阻抗（Electrical Bioimpedance）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。

对于医学电阻抗的研究最早始于19世纪末20世纪初，医学电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性（阻抗、导纳、介电常数等）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。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。

生物阻抗特性及测量国内外现状：

对生物组织电特性的研究可以追溯到18世纪。1780年意大利神经生物学家Galvani通过观察蛙的神经肌肉收缩现象，建立了生物电理论。这个早期的发现促使Galvani和其他研究人员开始使用可控电流来测试人体的反应。在接下来的一个世纪里，在一些疾病的治疗中，电被认为是一种有效的潜在的治疗方法。最早研究生物阻抗的是德国科学家Hermann，他于1871年成功的测量了骨骼肌的电阻。1930年Sapegno用交流电桥第一次测出生物组织的电容。1944年ColeKS提出生物组织的阻抗可能用复平面上的一段圆弧表示。后来ColeRH再进一步将其发展为Cole-Cole理论，并建立了生物组织的三元件等效模型。1960年Schwan成功提出了频散理论，表明生物组织电特性随频率在不同频段呈现显著变化。至此，生物组织电特性理论基本形成。

把生物阻抗测量与生物功能首先联系起来的是Nyboer，他利用电阻抗体积秒计数研究动脉脉冲波与流入人体器官中的动脉血流，还将阻抗特性用于人体肢体测量并获得了较好的效果。而把生物阻抗测量用于人体成分分析的开拓者是Thomasset，他把生物阻抗作为全身水量测定法的一个指标进行初始研究。后来，Hoffer等建立了总体阻抗与全身水量的关系。在此基础上，Henty等人开始了用生物阻抗测量评价人体成分的方法研究，研究结果初步显示了阻抗法分析人体成分的可行性与有效性。现在，生物阻抗测量被医学研究人员及医务工作者认为是非常有前途的一种技术，并已广泛应用于心、脑、肺等血流图。呼吸及肺通气功能测量以及人体组成成分分析和阻抗成像等诸多方面。在经络阻抗测量方面也有了应用，证实了经络低阻抗特性，不过进一步的研究还不是很多。

阻抗测量仪的研究上，国内外的很多学者做了大量的工作，不同测量原