人体电阻抗
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五、生物电学和生物磁学
主要内容
生物电学特性 生物电阻抗测量技术 生物磁现象 磁疗 生物磁测量技术，心、脑磁图
5.1 生物电特性
生物电现象
生命活动的基本特性。几乎所有生命过程都伴 随着生物电的产生。
生物电是以细胞为单位产生的。
生物电的发现
1939年两位生理学家Hodgkin和Huxley以枪乌贼 的直径为１mm的巨大神经轴突为实验材料， 采用细胞内记录的方法，证明了细胞生物电现 象的存在。
5.2 生物电阻抗测量技术
生物电阻抗测量（Electrical Bioimpedance Measurement），或简称阻抗技术，是一种 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、病理状况相关的生物 医学信息的检测技术。
特点：无创、无害，廉价、操作简单和功 能信息丰富等，医生和病人易于接受。
1）全身测量
在全身阻抗测量中，多采用四电极法，以减少 接触阻抗的影响，以其他参考方法，如皮褶计 法，水下称重法，双能X 射线吸收法，CT法等测 量人体成分作为对照， 即可得到基于阻抗分析 法的人体成分预测公式。
人体成分分析
2）分段测量
在全身阻抗测量中，上下肢的贡献和影响最大， 即全身测量难以正确反映身体各部位含水量及 其变化的真实情况。
单根血管与组织阻抗并联模型
阻抗血流图
是生物阻抗技术应用最广泛的领域之一， 促进了血流图临床应用的进一步发展。
主要领域：
阻抗心动图：利用四电极法测量跨胸阻抗及其 微分图（或导纳），然后计算每搏输出量。
脑阻抗血流图：应用于脑动脉硬化、闭塞性脑 血管病及血管性头痛。
肺循环阻抗图：反映随着每个心动周期肺循环 容积变化的曲线图。
人体成分分析
与同位素稀释法、总体钾法、双能x线吸收 法以及皮褶厚度法等方法相比，生物电阻 抗法测量人体成分简单、快速和准确，是 体成分测量的理想手段。
基于生物电阻抗技术的体成分测量原理： 人体的电阻抗特性与体成分之间存在统计 关系。（例如：非脂肪组织具有比脂肪组 织更小的电阻抗。）
人体成分分析
生物电产生机制
细胞膜——磷脂双分子层
静息电位
细胞静息状态下存在于细胞膜内外两侧的电位 差。（内负外正）
生物电产生机制
1.静息时，细胞内的K+浓度远 高于细胞外。 2.静息状态时，细胞膜主要对 有通透性。 当3.因跨此膜，的胞浓内度的差K（+驱顺动浓K度+梯外度流） 和扩电散位到差细（胞阻外止，K形+外成流电）位达差到。 平衡时，膜内外电位差就稳定 在某一水平。
人体可看成是一个电解质电容器和电阻的并联电 路。 直流在细胞间隙流过；交流可通过细胞间隙 和细胞。
人体肌肉组织电阻率与频率的关系
频率 0 电阻率 90
100Hz 10kHz 10MHz 10GHz
9.1 7.7
2.0
0.8
生物电阻抗测量技术
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，然后根据不同 的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
人体电阻抗
组织
人体组织的直流电阻率（ Ω·m）
电阻率 组织
电阻率
脑脊液 血清 血液 神经 肝
0.555 0.714 1.85 25.0 80.0
脑 脂肪 来自百度文库皮 干皮 无膜骨 肌肉
107 10.8×102 38.0 ×102 40.0 ×103 20.0 ×105
90.0
人体电阻抗与电流频率的关系
多频率和阻抗谱的测量包含更为丰富的阻抗和 人体成分信息，有望从中得到人体成分分析更 为全面而准确的结果。
电阻抗成像技术
阻抗成像
接触式
扫描成像 EISI 断层成像 EIT
感应电流成像 ICEIT
非接触式 磁感应阻抗成像 MIT
功能成像
阻抗成像：
以人体组织、器官的阻抗分布或阻抗变化为研 究对象，通过配置于人体体表的电极系统，提 取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的 电特性信息，给出反映组织、器官功能状态及 其变化规律的功能性图像结果。
生物阻抗技术应用
阻抗血流图 胃动力学检测 人体成分分析 电阻抗成像技术
阻抗血流图
根据体表测量的电阻抗变化的信息来确定
体内组织器官由于血液循环引起的（生理、 病理）容积变化的方法。
简化模型
一般使用20k~100kHz频 率的恒流（恒压）源， 测量计算被测部分阻抗Z、 阻抗变化ΔZ，以及ΔZ 微分dZ/dt等。
Nernst公式：
生物电产生机制
动作电位
细胞接受刺激后，膜电位在原有静息电位基础 上出现迅速的倒转和恢复的电位波动。
1.静息 2.去极化 3.复极化 4.后电位：负后电位
正后电位
生物电产生机制
去极相:
在受到刺激时出 现了膜对Na+通透 性的突然增大
复极相：
Na+ 通透性的消失，并伴随出现电压门控性K+ 通道的开放
后电位：
Na+ - K+泵将Na+ 、 K+分布复原，保持细胞的 兴奋性。
典型生物电信号
生物电参数 心电图(ECG)
正常值 0.5~4 mV
频率/Hz 0.1~100
脑电图(EEG) 肌电图(EMG)
5~300 µV 0.1~5 mV
dc~50 20~8000
眼电图(EOG) 50~350 µV 0.2~15 胃电图(EGG) 10~1000 µV dc~1 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500 MΩ 0.1~150
胃动力学检测
原理：在胃的活动期，由于其形态及其内容物组 成情况与容积的改变较大，其电特性变化非常明 显，变化规律与胃动力学状况相对应。
胃运动的频率约为3次/分，对检测系统的实时性 要求不高。采用普通阻抗方法，灵敏地提取这种 电特性变化信息已有初步临床应用。
如采用代表阻抗技术的发展方向阻抗断层成像方 法，以图像形式给出检测结果，无论在灵敏度或 获取信息的数量与质量上都将更好。
人体成分分析
2)分段测量
从理论上来说，分段阻抗测量要优于全身阻抗测量法，尤 其对于人体成分不均匀分布的人群（胖、瘦、高、矮等） 更是如此。
人体成分分析
3）多频率测量
采用多频率测量技术不仅可以提供更准确的阻 抗测量，而且还从简单的测量脂肪与非脂肪， 向多参数，如细胞外液体积，全身含水量，非 脂肪物质，蛋白质，骨矿质， K，Ca，Na离子 等测量方向发展。
主要内容
生物电学特性 生物电阻抗测量技术 生物磁现象 磁疗 生物磁测量技术，心、脑磁图
5.1 生物电特性
生物电现象
生命活动的基本特性。几乎所有生命过程都伴 随着生物电的产生。
生物电是以细胞为单位产生的。
生物电的发现
1939年两位生理学家Hodgkin和Huxley以枪乌贼 的直径为１mm的巨大神经轴突为实验材料， 采用细胞内记录的方法，证明了细胞生物电现 象的存在。
5.2 生物电阻抗测量技术
生物电阻抗测量（Electrical Bioimpedance Measurement），或简称阻抗技术，是一种 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、病理状况相关的生物 医学信息的检测技术。
特点：无创、无害，廉价、操作简单和功 能信息丰富等，医生和病人易于接受。
1）全身测量
在全身阻抗测量中，多采用四电极法，以减少 接触阻抗的影响，以其他参考方法，如皮褶计 法，水下称重法，双能X 射线吸收法，CT法等测 量人体成分作为对照， 即可得到基于阻抗分析 法的人体成分预测公式。
人体成分分析
2）分段测量
在全身阻抗测量中，上下肢的贡献和影响最大， 即全身测量难以正确反映身体各部位含水量及 其变化的真实情况。
单根血管与组织阻抗并联模型
阻抗血流图
是生物阻抗技术应用最广泛的领域之一， 促进了血流图临床应用的进一步发展。
主要领域：
阻抗心动图：利用四电极法测量跨胸阻抗及其 微分图（或导纳），然后计算每搏输出量。
脑阻抗血流图：应用于脑动脉硬化、闭塞性脑 血管病及血管性头痛。
肺循环阻抗图：反映随着每个心动周期肺循环 容积变化的曲线图。
人体成分分析
与同位素稀释法、总体钾法、双能x线吸收 法以及皮褶厚度法等方法相比，生物电阻 抗法测量人体成分简单、快速和准确，是 体成分测量的理想手段。
基于生物电阻抗技术的体成分测量原理： 人体的电阻抗特性与体成分之间存在统计 关系。（例如：非脂肪组织具有比脂肪组 织更小的电阻抗。）
人体成分分析
生物电产生机制
细胞膜——磷脂双分子层
静息电位
细胞静息状态下存在于细胞膜内外两侧的电位 差。（内负外正）
生物电产生机制
1.静息时，细胞内的K+浓度远 高于细胞外。 2.静息状态时，细胞膜主要对 有通透性。 当3.因跨此膜，的胞浓内度的差K（+驱顺动浓K度+梯外度流） 和扩电散位到差细（胞阻外止，K形+外成流电）位达差到。 平衡时，膜内外电位差就稳定 在某一水平。
人体可看成是一个电解质电容器和电阻的并联电 路。 直流在细胞间隙流过；交流可通过细胞间隙 和细胞。
人体肌肉组织电阻率与频率的关系
频率 0 电阻率 90
100Hz 10kHz 10MHz 10GHz
9.1 7.7
2.0
0.8
生物电阻抗测量技术
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，然后根据不同 的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
人体电阻抗
组织
人体组织的直流电阻率（ Ω·m）
电阻率 组织
电阻率
脑脊液 血清 血液 神经 肝
0.555 0.714 1.85 25.0 80.0
脑 脂肪 来自百度文库皮 干皮 无膜骨 肌肉
107 10.8×102 38.0 ×102 40.0 ×103 20.0 ×105
90.0
人体电阻抗与电流频率的关系
多频率和阻抗谱的测量包含更为丰富的阻抗和 人体成分信息，有望从中得到人体成分分析更 为全面而准确的结果。
电阻抗成像技术
阻抗成像
接触式
扫描成像 EISI 断层成像 EIT
感应电流成像 ICEIT
非接触式 磁感应阻抗成像 MIT
功能成像
阻抗成像：
以人体组织、器官的阻抗分布或阻抗变化为研 究对象，通过配置于人体体表的电极系统，提 取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的 电特性信息，给出反映组织、器官功能状态及 其变化规律的功能性图像结果。
生物阻抗技术应用
阻抗血流图 胃动力学检测 人体成分分析 电阻抗成像技术
阻抗血流图
根据体表测量的电阻抗变化的信息来确定
体内组织器官由于血液循环引起的（生理、 病理）容积变化的方法。
简化模型
一般使用20k~100kHz频 率的恒流（恒压）源， 测量计算被测部分阻抗Z、 阻抗变化ΔZ，以及ΔZ 微分dZ/dt等。
Nernst公式：
生物电产生机制
动作电位
细胞接受刺激后，膜电位在原有静息电位基础 上出现迅速的倒转和恢复的电位波动。
1.静息 2.去极化 3.复极化 4.后电位：负后电位
正后电位
生物电产生机制
去极相:
在受到刺激时出 现了膜对Na+通透 性的突然增大
复极相：
Na+ 通透性的消失，并伴随出现电压门控性K+ 通道的开放
后电位：
Na+ - K+泵将Na+ 、 K+分布复原，保持细胞的 兴奋性。
典型生物电信号
生物电参数 心电图(ECG)
正常值 0.5~4 mV
频率/Hz 0.1~100
脑电图(EEG) 肌电图(EMG)
5~300 µV 0.1~5 mV
dc~50 20~8000
眼电图(EOG) 50~350 µV 0.2~15 胃电图(EGG) 10~1000 µV dc~1 皮肤电阻抗(GSR) 0.5~500 MΩ 0.1~150
胃动力学检测
原理：在胃的活动期，由于其形态及其内容物组 成情况与容积的改变较大，其电特性变化非常明 显，变化规律与胃动力学状况相对应。
胃运动的频率约为3次/分，对检测系统的实时性 要求不高。采用普通阻抗方法，灵敏地提取这种 电特性变化信息已有初步临床应用。
如采用代表阻抗技术的发展方向阻抗断层成像方 法，以图像形式给出检测结果，无论在灵敏度或 获取信息的数量与质量上都将更好。
人体成分分析
2)分段测量
从理论上来说，分段阻抗测量要优于全身阻抗测量法，尤 其对于人体成分不均匀分布的人群（胖、瘦、高、矮等） 更是如此。
人体成分分析
3）多频率测量
采用多频率测量技术不仅可以提供更准确的阻 抗测量，而且还从简单的测量脂肪与非脂肪， 向多参数，如细胞外液体积，全身含水量，非 脂肪物质，蛋白质，骨矿质， K，Ca，Na离子 等测量方向发展。