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。
关于用生物电阻抗法测量身体脂肪含量的研究摘要：体脂率现已成为判断是否健康的标准之一，测量体脂率的方法有很多，但大多方法的设备仪器复杂，操作复杂而不适用于生活中。生物电阻抗则是近年来被广泛应用的一种快速、简便、安全测量体成分的一种方法。本文将对其原理，数据分析方法进行介绍，对其准确性进行分析，并对其前景进行展望。 关键词：生物电阻抗脂肪统计方法误差 一、引言 现代社会，随着生活条件不断改善，人们对健康也越来越重视。对于大多数人而言，体重是最直接也是最简单的衡量身体状况的一个标准。其中BMI=m/h2，m为体重（千克），h为身高（米），是被使用最广泛的公式，BMI 指数以22为最佳。但是，越来越多的案例表明BMI指数不能够客观地反映一个人的身体状况。因为每个人的脂肪肌肉比例不同，并且肌肉和脂肪密度相差较大，相同BMI指数的人可能是虚胖也可能是强壮。这时，脂肪率则是另一个至关重要的指数，所以既简单又不失精确的生物电阻法就很有价值。 二、原理 生物电阻分析方法（bio-impedance analysis）BIA 技术测定骨骼肌含量的基本原理是，组织、器官层次的各个组分具有不同的电导性。人体细胞被细胞外液包围，细胞则由具有选择透过性的细胞膜、细胞质和细胞器构成。细胞外液以及细胞内部可近似视作电阻。而细胞膜则可视为电容。故人体的电学性质可视作若干个电容与电阻连接而成，其中最为简洁的三元件模型下
图所示。 一种常见的测试方式是，受试者仰面平躺，电流信号从脚部的电极传导 到手部的电极上，得出电阻抗(R)和电容抗(C)，并计算生物电阻抗 ，为系数，L为身高。骨骼肌含有大量水分与电解质，其电导性最好；脂肪组织含有的水分与电解质很少，其电导性很差。信号传输越慢，受到阻力越大，表明脂肪量越多。 当然，复杂的人体是不能用上述简陋的模型描述的。因为生物电阻分析法本身就不是在数学物理定义上严格，而是由大量数据依据统计学规律发展而来。而正好该模型得到的阻抗指数和一些身体参数显着相关，所以我们认为这种方法是可行的。 最初，大多数研究的电流频率固定在50KHZ，现在则大多使用多频率电阻抗进行脂肪等身体成分的测量分析。 三、数据统计方法 选取若干不同性别、身高、体重、年龄、身体状况的人，由生物电阻法测出其阻抗指数，对以上变量和在实验室用排水法测得的体脂率的精确值做相关性分析。使用统计软件，用多元线性逐步回归分析方法，建立体脂含量的推算方程。 根据相关的研究数据[1]显示，生物电阻抗推算去脂体重的推算方程为：
人体生物电脉冲疗法简介 此疗法是在继承中国传统医学的基础上，运用现代科学技术的一项创新性的医学成果，专家们经过多年苦心、探索、研究、挖掘出来的一项独特的健康方法。按摩经络穴位，达到保健防病的目的，这是一种神奇的保健方法，没有任何毒副作用，是一种疗程短、见效快的绿色保健新技术。它为我们与疾病的斗争和保持健康的体魄开拓了一条新的道路。创造了一种更便捷、更环保、更有效、更大众化的健康方法。即可预防保健又能治疗疾病，不仅易于被患者接受，而且还便于开展“人人医学、家家医学”的济世良法。 《人体生物电脉冲疗法》现处于普及推广阶段，人们对它还不甚了解。但我们坚信，此疗法将以它科学的原理，确切的疗效，创新的疗法，和人们对绿色环保、健康长寿的迫切要求为巨大动力，一定会迅速的发展壮大。 什么叫《人体生物电脉冲疗法》？ 《人体生物电脉冲疗法》是电疗师将专用“人体生物电平衡仪”输出的电能经过自己的身体调节、控制后，根据经络的走向与病症所处部位，采用适当电量运用各种手法，使电能沿着经络迅速传导，瞬间强迫打通，呈现“通则不痛”的效果。 《人体生物电脉冲疗法》改变了中、西医看病必须打针、吃药的常规，为人们摆脱药品的毒副作用向前迈出了新的一步，特别对不能用药或有药物过敏反应者，采用这种疗法治病非常适宜，也是治疗、保健的理想选择。 《人体生物电脉冲疗法》原理 《人体生物电脉冲疗法》是把古老的中医文化同现代生理学创造性的结合在一起，以经络学为机理，用电能刺激经络，使人体气血通畅，肌体免疫功能增强，达到防病、治病的目 的。 我们的人体除了含有大量的水分外，还有很多能导电的电解质和非导电的物质，如水；酸、碱、盐的离子；碱性金属离子，如钾、钠、钙、镁等；有机酸、氨基酸、蛋白质等；还含有碳、氢、氧、氮、硫、磷等多种元素，它们相互化合构成蛋白质、糖、脂肪、无机盐、
电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多，因此辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B
摘要 论文题目：基于m序列的生物电阻抗快速测量方法研究 摘要 生物电阻抗频谱（BIS）是指在生物组织中表现出的电阻抗特性(包含阻性和容性)随着加载电信号频率的改变而发生变化的特性。它是一种频域的测量方法，能够测得频域较宽的阻抗谱来研究生物组织的生理特征。生物电阻抗的测量要求创伤小或者无创伤、测量快速、精度高。本文选用了一种用电流源激励的无创伤的四电极法测量生物电阻抗的方法，设计了一套高速采集系统，对采集数据进行了算法处理，得出电阻抗值。全文主要包括以下几个部分： 1.本文首先研究和分析了m序列的性质。由于m序列的自相关函数接近于冲击函数、功率谱离散、抗干扰能力强、带宽调节方便、二值函数便于实现，所以伪随机信号m序列被选择为电流源激励模型，并用FPGA芯片实现。用m序列作为生物电阻抗模型的激励源时，可以通过求相关函数知道系统的冲击响应，方便求出阻抗谱。 2.为了实现快速测量，本文设计了一套基于FPGA+ARM的快速测量系统。系统以FPGA逻辑可编程芯片和STM32微处理器为核心，主要设计了电源模块、激励信号源模块、模数转换模块、数据缓存模块、FPGA前端控制模块和STM32后端控制模块。本系统实现了对m序列激励信号和响应信号的同步采样,完成了对实验数据的正确采集。 3.本文研究了一套基于快速相关算法和全相位FFT求阻抗值的算法，利用循环卷积与FFT之间的对应关系，通过序列补零加长的方法，设计FFT的快速求相关函数的检测算法，求取激励电流与响应电压信号之间的互相关，即被测阻抗的时域冲激响应。为了得到阻抗频谱值，采用全相位频谱分析方法，求取被测阻抗的频率响应，从而实现对电阻抗模型的多频率同步快速测量。 4.本文用电阻抗模型对构建的测量系统和研究的算法做测量实验，并对整个测量系统进行标定，分析测量结果的误差。 本文的研究实现了生物电阻抗多频率同步测量,为生物电阻抗快速测量研究提供了一种可行的方法。 关键词：m序列；生物电阻抗；同步采样；全相位 I
关于用生物电阻抗法测量身体脂肪含量的研究 摘要：体脂率现已成为判断是否健康的标准之一，测量体脂率的方法有很多，但大多方法的设备仪器复杂，操作复杂而不适用于生活中。生物电阻抗则是近年来被广泛应用的一种快速、简便、安全测量体成分的一种方法。本文将对其原理，数据分析方法进行介绍，对其准确性进行分析，并对其前景进行展望。 关键词：生物电阻抗脂肪统计方法误差 一、引言 现代社会，随着生活条件不断改善，人们对健康也越来越重视。对于大多数人而言，体重是最直接也是最简单的衡量身体状况的一个标准。其中BMI=m/h2，m为体重（千克），h为身高（米），是被使用最广泛的公式，BMI指数以22为最佳。但是，越来越多的案例表明BMI指数不能够客观地反映一个人的身体状况。因为每个人的脂肪肌肉比例不同，并且肌肉和脂肪密度相差较大，相同BMI指数的人可能是虚胖也可能是强壮。这时，脂肪率则是另一个至关重要的指数，所以既简单又不失精确的生物电阻法就很有价值。 ； 二、原理 生物电阻分析方法（bio-impedance analysis）BIA 技术测定 骨骼肌含量的基本原理是，组织、器官层次的各个组分具有不同的
电导性。人体细胞被细胞外液包围，细胞则由具有选择透过性的细胞膜、细胞质和细胞器构成。细胞外液以及细胞内部可近似视作电阻。而细胞膜则可视为电容。故人体的电学性质可视作若干个电容与电阻连接而成，其中最为简洁的三元件模型下图所示。 一种常见的测试方式是，受试者仰面平躺，电流信号从脚部的电极传导到手部的电极上，得出电阻抗(R)和电容抗(C)，并计算生 物电阻抗Z=√R2+C2。进而得到阻抗指数V=ρL2/L，ρ为系数，L为身高。骨骼肌含有大量水分与电解质，其电导性最好；脂肪组织含有的水分与电解质很少，其电导性很差。信号传输越慢，受到阻力越大，表明脂肪量越多。 当然，复杂的人体是不能用上述简陋的模型描述的。因为生物电阻分析法本身就不是在数学物理定义上严格，而是由大量数据依据统计学规律发展而来。而正好该模型得到的阻抗指数和一些身体参数显着相关，所以我们认为这种方法是可行的。 最初，大多数研究的电流频率固定在50KHZ，现在则大多使用多频率电阻抗进行脂肪等身体成分的测量分析。 三、数据统计方法
人体成分分析仪技术参数 测量方法：生物电阻抗测试法 生物电阻抗（BIA）： 阻抗(Z)，通过3种不同频率( 5kHz, 50kHz, 250kHz) 分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种阻抗测量 电抗(X) ：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电抗测量 电阻（R）：通过3种不同频率(5kHz, 50kHz, 250kHz)分别在6个节段部分(右上肢、左上肢、躯干、右下肢、左下肢、两脚间)进行18种电阻测量 测量系统：多频8-电极 测量频率：5 kHz /50 kHz /250 kHz 测量电流：90 μA或以下 综合测试结果，自动生成测试意见和建议，特别适合体检中心 测量部分：左上肢、右上肢、躯干、右下肢、左下肢 阻抗测量范围：75.0～1500.00Ω（0.1Ω单位） 体重测量系统：电阻应变式 体重最大称量：270kg 具有预置皮重功能。 体重最小刻度（最小显示值）：0～270 kg: 0.05 kg 脂肪率测量范围：1.0～75.0%（0.1% 单位） 体脂肪率判定标准分年龄段说明。 体型分析：九种体形判定,根据人体内脂肪率和肌肉量可提供九种身体类型评价； 软件配置：配置电脑后，只要是兼容Windows系统的打印机均可输出测试结果，由电脑向设备发送数据和指令，进行自动化操作。 兼容打印机：激光/喷墨打印机,普通打印机即可 测量速度：30秒钟的时间能完成全部测量，并立即得出各项测量值指标，并根据不同受试者的各项测试指标指数得出个性化的分析评定报告。 电源电压：220V AC （50Hz ∕60Hz） 额定功率：25W最大 测试时间：30秒 工作温度范围（储存温度范围）：5℃～35℃（-10℃～+60℃）
体验“人体成分分析仪”——生物电阻抗法 生物电阻抗法(Bioelectrlcal Impedance Analysls)是一种通过电学方法测定人体水份的技术。 1、生物电阻抗法（BIA）基本原理 人体的体液里有许多离子，因此人体的体液具有导电性。将微弱的交流电流信号导入人体时，电流会在电阻小、传导性能较好的体液中传输。 在电学中，在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。因此阻抗包括导体的电阻、电容的容抗和电感的感抗，简称电阻、容抗、感抗；其中容抗、感抗与所加的交流电频率有关，同样的电容、电感，交流电频 率越高，容抗越小，而感抗越大；阻抗由电阻R、感抗X c和容抗X L三者组成， 但不是三者简单相加，而是三者平方和的平方根。阻抗常用Z表示，单位是“欧姆”。 体液是导电介质，因此人体相当于导体，具有电阻；细胞壁相当于电容，因为细胞内部和外部都是可以导电的体液，但被细胞壁隔开，因此具有电容效应；人体里面几乎不存在感抗。如果将人体比作导体的话，那么人体中水分的多少，即反应人体电阻的大小；而容抗在大小则能反应细胞内外水分的比例。人体总阻抗的大小是两者的平方和的平方根，但在固定频率测试中，人体的阻抗与电阻的相差不多，经常就用电阻R替代阻抗Z。 构成身体的人体成份可分为水(Body water)、蛋白质(Proteln)、体脂(Body Fat)、无机物(Mineral )四种。这些成份在人体中虽然会因为性别与个人的不同存在着一些差异，但大致上为55:20:20:5的比例。因此，在这些人体成份中，如果知道了人体水分含量和人体脂肪含量，就可以分别求出这四种成份各自的量。 人体的肌肉的主要成分是蛋白质和人体水份，它们之间存在着一定的比例关系，健康的肌肉是由约73%的水和27%的蛋白质组成。人体中的无机物主要是人体骨骼的重量，骨的重量又与肌肉量有着密切的关系，即可以由身体水分含量求出蛋白质和无机物的含量。因此，如果知道人体水分含量和脂肪含量，就可以分别确定人体四大成分并予以分类。 在电学中，导体的电阻与导体的长度成正比，与横截面成反比。当导体的长度已知时，导体的电阻大小反应了导体横截面的大小，即导体的粗细。每一种导体都有其固定的电阻属性——“电阻率”：某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率；计算公式为ρ=RS/L，（其中ρ为电阻率、R为电阻、S为截面积、L为长度），常用
传统医学认为：人体的经络有决生死、处百病的作用，就是说人体的疾病均可通过对经络的调理来使人体得到康复。 生物电经络疗法就是以中医经络学为原理，生理学为基础，把古老的中医学同现代西医反射学、生物电学技术创造性地结合在一起，将专用“生物电疗仪”输出的电能经过人体调控后，根据人体经络的走向与病症所处部位，采用适当电量运用各种手法，用电能刺激经络，使电能迅速传导，瞬间打通人体受损、萎缩的经络，使人体气血畅通，机体免疫功能增强，达到防病、治病的目的。 生物电经络疗法改变了中、西医看病必须打针、吃药的常规，为人们在医疗保健中摆脱药品的毒副作用向前迈出了跨跃性的一步，特别对不能用药或有药物过敏反应者，采用此疗法治疗，更为适宜，此疗法也是保健长寿的理想选择。 该疗法是不打针、不吃药、无毒副作用、见效快的纯绿色疗法，并具有成本低、实用方便、适应范围广等特点。 疗法原理与作用： 1、疏通经络。体控电疗法是利用电能在人体内的流动，来激发经气，疏通经络。人体经络畅通，则血脉和利，血脉和利则苛疾不起，精神乃居，达到祛病健身的目的。 2、促进血液循环。生物电能渗透到人体后，使血管扩张，血流阻力及血液粘度降低，改善微循环，增加细胞的储氧及排除二氧化碳的能力，对于预防治疗心脑血管病有奇迹般的功效。 3、活化细胞。能够增加人体生命电能，提高细胞粘膜吸收能量，调整人体电位平衡，活化提高多种酵素，使物质代谢和能量代谢增强。 4、活化神经与肌肉组织。应用电流刺激神经、肌肉组织后，可使低落的神经兴奋活跃起来，促使肌肉有规律的收缩，强化、增减肌肉，复健并修补软化受伤的肌肉。因此用体控电疗法治疗中风、痹症及肌肉萎缩，疗效显著。 5、调节消化作用。电疗对多种内分泌腺体具有调节作用，可调节受内分泌腺体控制之脏器，如消化系统。 6、具有消炎作用。电疗可使白血球的数量增加，使其灭菌能力增强，达到消炎之作用。 7、具有止痛作用。电流注入神经时，可舒缓因神经过度紧张而引起的各类疼痛。 8、消除疲劳。电疗过程中，可促使体内安多分(ENDORPHIN)具有兴奋及愉快感，同时消除疲劳。 9、净化身体。由于血液循环的加快，快速代谢并排除体内酸性物质，使血液碱性化，使粘附在血管壁的胆固醇、甘油三脂等物质分解代谢，改善体内环境。 10、美容、瘦身、健体。生物电能对人体产生电化学作用和生物化学反应，使红血球增加，造氧及供氧能力提升，而氧是人体赖以生存的不可缺少的重要元素，能使体内系统器官动作、通畅，增强新陈代谢，有助于分解体内多余的脂肪细胞，排除毒素，有利于人体对抗和消除自由基的损害，有显著的抗衰老、美容、瘦身、健体的功效。
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。 通过文献资料法和专家咨询法研究分析，生物电阻抗法在现代医学中已得到广泛的研究和使用，它能监测到人体中各种成分的比例，国外研究较多，国内研究局限在临床医生、医学院校和医疗研究单位。文献研究大致分为两类，第一类为生物电阻抗技术和原理的研究，主要有撖涛等的“人体成分分析仪设计――生物电阻抗原理的一种实现”、侯曼等的“应用生物电阻抗法测定人体体成分的研究进展”、黄海滨等的“生物电阻抗分析法（BIA）测量人体成分”、贺杰等的“生物电阻抗技术在运动人体科学中的应用”、刘群等的“生物电阻抗分析与人体体成分测量”、谢旭东的“生物电阻抗法测量人体成分的研究”等；第二类为人体成分测试结果的研究分析，主要有于康等的“成人体重指数和总体脂肪与血脂异常的相关性”、胡琴静等的“2型糖尿病患者人体成分测定分析”、曾强等的“生物电阻抗技术分析人
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析 一、极化曲线 1.绘制原理 铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a) 当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1) I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。 图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。图2 铜合金在海水中典型极化曲线 当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。 当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。同理，可获得阴极极化曲线rdc。 2.图形分析 （1）斜率 斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。 （2）同一曲线上各各段形状变化 如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。 （3）曲线随时间的变动 以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。 二、阻抗谱 1.测量原理 它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。
一种基于生物电阻抗原理的人体成分测试装置的研制 作者：祁朋祥，马祖长，孙怡宁，刘世法作者单位：(1.安徽省仿生感知与先进机器人技术重点实验室，中国科学院合肥智能机械研究所，合肥230031;2.中国科学技术大学自动化系，合肥230027) 【摘要】人体内各种成分之间的合理比例是维持人体健康的重要因素。与同位素稀释法、总体钾法、双能X线吸收法(DXA)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。我们介绍了基于生物电阻抗测量技术的体成分测量原理，并以此为指导设计了一种体成分测试仪。该仪器测试数据重复性高，与同类仪器的对比实验验证了其准确性。 【关键词】生物电阻抗法;人体成分;人体健康;生物电阻抗测量技术;体成分测量仪 The Development of a Body Composition Test Device based on Bioelectrical ImpedanceQI Pengxiang1,2,MA Zuchang1, SUN Yining1,LIU Shifa1,2 (1.The Key Laboratory of Biomimetic Sensing and Advanced Robot Technology, Anhui Province, Institute of Intelligence Machines, Chinese Academy of Science, Hefei 230031，China; 2.Dept of Auto，University of Science and Technology of China, Hefei 230027) Abstract：A reasonable ratio between various compositions of the human body is an important factor to make people keep health. Compared with the methods such as isotope dilution, total body potassium, Dual-energy X-ray absorption and skinfold thickness, bioelectrical impedance analyses is simple, fast and accurate. It is an ideal means to measure body composition. In this paper, based on bioelectrical impedance measurement technique, the principium of human body composition test was introduced. Guided by this, a type of human body composition tester was developed. The repeatability of the data measured by this equipment is very high. Comparisons with similar experimental devices have verified the accuracy of the equipment developed by this paper. Key words：Bioelectrical impedance; Body composition; Body health; Bioelectrical impedance measurement technique ; Body composition tester 1 引言 随着社会的进步和生活水平的提高，人们越来越注重自身的健康状况。人体内各种成分维持合理的比例是保持身体健康的重要条件，例如，体内脂肪增加到一定量将导致肥胖症等疾病的发生，矿物质的大量流失将导致骨质疏松症，而肾脏功能性减弱将导致体内水分平衡
电化学阻抗谱解析与应用 交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 1. 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File:Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Maximum Iterations:100Optimization Iterations:0Type of Fitting: Complex Type of Weighting: Data-Modulus 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数 及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串联电路中的其他元件小得多，因此 辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 2. 阻抗谱中的特殊元件 以上所讲的等效电路仅仅为基本电路，实际上，由于电极表面的弥散效应的存在，所测得的双电层 电容不是一个常数，而是随交流信号的频率和幅值而发生改变的，一般来讲，弥散效应主要与电极表面电流分布有关，在腐蚀电位附近，电极表面上阴、阳极电流并存，当介质中存在缓蚀剂时，电极表面就会为缓蚀剂层所覆盖，此时，铁离子只能在局部区域穿透缓蚀剂层形成阳极电流，这样就导致电流分布 极度不均匀，弥散效应系数较低。表现为容抗弧变“瘪”，如图3所示。另外电极表面的粗糙度也能影响弥散效应系数变化，一般电极表面越粗糙，弥散效应系数越低。 2.1 常相位角元件（Constant Phase Angle Element ，CPE ） 在表征弥散效应时,近来提出了一种新的电化学元件CPE,CPE 的等效电路解析式为： p j T Z )(1ω?=，CPE 的阻抗由两个参数来定义，即CPE-T ，CPE-P ，我们知道， )2sin()2cos(ππp j p j p +=，因此CPE 元件的阻抗Z 可以表示为
电化学阻抗谱的应用分析 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的 重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展，交流阻抗的测试精度越来越高， 超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化 程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱 发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R,纯电容C,阻抗值为1/j 3 C,纯电感L,其阻抗值为j 3 L。实际测量中，将某一频率为3的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引 起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 Element Freedom Value Error Error % 图中A、B分剁谡示电解池唯e(尊极和辅1200极两端，N/A Ra、Rb分N/表示电极材料本身的电阻，Cab表郴跳电极与辅助豳极立间的电容--7 Cd与N Cd'表示研究翩A和辅助电极的双电 层电容，Zf与C Zf '表示研究电核肉XI助电极的交流阻抗。顺称为电解阻NA法拉第阻抗，其数值决定于电皱动力学参数族苗密令号的频% Rl源A辅助电极与WA作电极之间的溶液Rt Fixed(X) 0 N/A N/A 电阻。一般将双Cd层电容C 物理疗法对人体有哪些直接作用？ 物理因子直接引起局部组织的生物物理和生物化学的变化为直接作用。 1、低、中频电直流电等低、中频电流因大多不能通过电阻高的骨组织，故作用较浅，主要作用在皮肤、皮下组织和肌肉，并改变这些组织的兴奋性。 2、光 （1）红外线：长波红外线作用域皮肤，短波红外线有可能达到皮下脂肪，偶尔可达肌肉而产生热作用。 （2）紫外线：主要作用于皮肤，产生光化学效应。 3、高频电 （1）短波、超短波：短波或超短波电容场作用最深，可达骨组织，但电能吸收最强处位于皮和皮下脂肪，所以电容场可引起脂肪过热。 （2）微波：微波（厘米波、分米波）的作用可达肌肉层，其中分米波作用比厘米波深，作用部位可产生热效应和热外效应。 4、超声波 由于骨和骨膜间存在界面而引起反射，因此在肌肉和骨组织交界处热作用明显。 物理疗法对人体有哪些间接作用？ 物理因子作用于人体后，通过热、电化学或光化学的变化，引起体液改变，或通过神经反射、经络传导而产生的作用为间接作用。 1、体液作用 在理疗作用下可以引起体液的改变。实验证明短波或者超短波作用于垂体可促使肾上腺皮质激素分泌增多，肾上腺皮质激素分泌增加；用短波货超短波直接作用于肾上腺皮质时，得到类似的结果。分子生物学的进展，降进一步证明体液作用在理疗中的地位。 2、神经作用 电、光疗除了通过体液作用以外，还可以通过神经系统发生间接作用。临床上常见的有以下两种： （1）轴突反射：可通过体表反射器刺激轴突反射引起血管扩张。 （2）神经反射：又称为皮肤内脏反射疗法，阶段反射或反射区疗法。理疗因子作用于内脏有节段反射联系的反应区皮肤上，通过阶段反射改变器官的状态，使有病理性改变的组织恢复正常。 3、经络穴位作用 物理因子可以通过经络、穴位而发生作用。 神经肌肉电刺激仪对脑瘫和偏瘫能起到什么治疗作用？ KT-90A和KT-90B系列不是普通的低频治疗仪，是专为众多脑瘫、偏瘫神经损伤患者而设计的。针对脉冲宽度较窄的低频脉冲只能使肌肉运动，要想使损坏的神经恢复，必须用较宽的低频脉冲来治疗，本治疗仪输出脉冲宽度设计为10ms，它对兴奋神经和肌肉，提高肌力，治疗神经损伤，促进神经再生有着特殊的治疗作用。 KT-90系列神经肌肉电刺激仪采用特定的低频脉冲电流，这种电流能加强中枢神经系统对运动功能的控制能力，促使神经释放有益物质，使病变部位做被动的节律性的收缩，延迟了病变肌肉的萎缩，并能促进肌肉的运动功能及神经再生。由于该仪器采用低频脉冲治疗，因此患者在治疗时皮肤无痛感和不适感，其治疗作用与正常锻炼相仿。 在治疗由于周围神经损伤导致的瘫痪也有较好的治疗作用，通过治疗达到了改善肌肉血液循环和营养，保留肌肉的正常代谢功能，使正常肌动脉血流量增加，兴奋神经肌肉组织，从而有效加强神经的传导功能，兴奋肌肉，提高肌力，使病变部位康复。且在治疗过程中，汗腺功能和血管舒缩功能也随之康复。 KT-90A与KT-90B神经肌肉电刺激仪有哪些区别？ KT-90A神经肌肉电刺激仪早在90年代初期就用于临床治疗神经损伤、神经麻痹、坐骨神经痛、面神经麻痹、上下肢运动受限障碍等疾病。而KT-90B是在KT-90A的基础上根据市场的需求推出的新产品，与KT-90A 型相比，KT-90B型在KT-90A型三路输出的基础上有增加了一路输出，方便患者双上肢和双下肢的治疗，还可以同时治疗两个人或者一个病人的四个部位，提高了仪器的使用率，也为患者在康复的治疗中争取了较好的治疗时间。 患者肌张力低用什么仪器比较好？ 对于低张力性型脑瘫患者，低频脉冲疗法是对其进行全面康复治疗的重要手段之一。而KT-90A/90B神经肌肉电刺激仪就是通过刺激患者的神经肌肉，产生节律性收缩，可预防肌肉萎缩，改善全身状况，并逐渐提高肌张力。与此同时，感觉神经末梢接受刺激信号传入中枢，促发引起病变部位一系列生物电活动，会对患者正常运动功能的恢复和神经组织的发育起到助推作用 人体生物电促进细胞再生 我们人体是由许许多多细胞构成的。细胞是我们机体最基本的单位，因为只有机体各个细胞都执行它们的功能，才使得人体的生命现象延续不断。细胞也是一个生物电的基本单位，它们还是一台台的"微型发电机"。大家知道;植物有植物电、动物有动物电、人体有生物电，一切事物的变化都有电产生。原来，一个活细胞，不论是兴奋状态，还是安静状态，它们都不断地发生电荷的变化，科学家们将这种现象称为"生物电现象"。 正如马克思所说"世界上几乎没有一件事物的发生、变化不伴随着电现象的产生"。仿生学研究发现，最小的细菌消耗葡萄糖而产生电，这就是所谓"生物电"原理，人体生命过程中的新陈代谢及一切活动都产生电，电生理学发现"人体横膈肌及其动作神经能产生较大的肌电，这就是人体内的发电机。 加拿大多伦多大学的马科伯克博士的实验证明:哺乳类动物的脑内，有神经细胞传递电信号的结构，并且不是单传而是互传。当脑部生长肿瘤时，脑电波就受到不同程度的破坏、这说明肿瘤细胞没有发电能力，那么，正常体细胞是怎样产生电的?细胞浸浴在细胞液中，细胞膜的内外存在许多带电离子(钾离子、钠离子、氯离子等)，钾离子主要在细胞内，钠离子主要在细胞外，在安静状态时，这些离子相对稳定，当受到刺激时，细胞膜的通透力发生变化，各种离子便活跃起来，在细胞膜内外川流不息，出现钾钠离子交换，便产生了生物电。 现代生理学研究发现，人体所有器官都会产生生物电现象，并且以电的形式--动作电位，通过相应的神经纤维把兴奋传导到大脑中枢，大脑中枢以动作电位的方式，把神经冲动信号通过相应的神经纤维传到效应器，从而产生器官或组织的功能活动。 细胞处于未受刺激时所具有的电势称为"静息电位";细胞受到刺激时所产生的电势称为"动作电位"。而电位的形成则是由于细胞膜外侧带正电，而细胞膜内侧带负电的原因。细胞膜内外带电荷的状态医生们称为"极化状态"。人体中所有的细胞都会受到内外环境的刺激，也会对刺激作出反应，肌肉细胞更为 明显。细胞的这种反应，科学家们称"兴奋性"。一旦细胞受到刺激发生兴奋时，便发生一次迅速而短暂的电位波动，这种电位波动可以向它周围扩散开来，这样便形成了"动作电位"。有一种叫"心电描记器"的仪器，是用来检查人的心脏疾病的一种仪器。它可以记录下心肌电位改变所产生的波形图象，这就是心电图。人体生命过程中的新陈代谢及一切活动都产生电，"心电图"是心脏跳动产生的电波、"脑电图"是大脑活动产生的脑电波。 医生们只要对心电图进行分析，便可以判断受检人的心跳是否规则、有否心脏肥大、有否心肌梗塞等疾病。由于比起心电来，脑电比较微弱，因此科学家要将脑电放大100万倍才可反映出脑组织的变化，如脑内是否长肿瘤、有否可能发生癫痫病等。 经络是运行全身气血，联络脏腑支节，沟通上下内外的通道。科学家测试:在人体表经络线上电阻比邻近肌肉小，实际上经络就是人体的生物电系统。中医认为:"通则不痛，痛则不通"，就是气不通，血不通，气滞则血瘀，不通为万病之根源。为什么气不通，就是生物电不通，植物神经不能顺利指挥各组织器官、脏腑的气血运行，新陈代谢，所以就慢慢生病了。人体的生物电弱了，会造成气不通、血不通，我们的方法是"用外来电强化人的生物电，"、电动生磁，磁动生电，这是电动机和发电机的原理，近代磁疗的兴起，也是应用这一原理，磁和电的关系是表里关系，磁体是外加磁源，穴位是生物电流的触点，经络是传输电流的通道(生物电波)。当磁场作用于穴位，电压、电位就发生变化，激发生物电流产生电磁波，然后传到全身的经络，传到中枢神经形成刺激，对病变部位进行调整。 生物电阻抗在法医学中应用 【摘要】目的利用生物电阻抗技术测量尸体组织的电阻抗的死后变化，与死后经过时间的内在变化关系，试图寻找一种简便、准确可靠推断死后经过时间的新方法。方法用阻抗测量仪测量大鼠全身多处、牛骨骼肌、猪肝脏组织不同死后经过时间的电阻抗。结果大鼠躯体组织的电阻抗、牛骨骼肌和猪肝脏组织电阻抗随着死后经过时间的延长存在规律性变化。有望推断人体死后经过的时间。 【关键词】法医病理学死后经过时间生物电阻抗 【Abstract】 Objective To study the relationship between the postmortem tissues impedance and Postmortem interval. Method Use bioelectrical impedance measure apparatus to measure the impedance of the multiple spot of rat dead body and ox bone skeletal muscles ,and swine liver. Result The Bioelectrical impedance of rat postmortem tissues, ox bone skeletal muscles, swine liver ,changes along postmortem interval regularly．The results tell us measurement of the impedance of human postmortem tissues may be used to estimate postmortem interva1．【Key words】Forensic pathology postmortem interval Bioelectrical impedance 死亡时间推断指从死亡发生到发现或检查尸体时所经历的时间，又称死后间隔时间。是法医工作的一个重要方面，也是工作中的难点。目前用于推断死亡时间的各种指标中，仍没有一个理想的简便的易于物理疗法对人体有哪些直接作用
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