1、低频电流下人体阻抗模型的研究 摘要 目的:探讨低频电流(f 关键词 低频电流;人体阻抗;模型 中图分类号 R112文献标识码A 文章编号1673-7210(2010)05(a)-033-02 Study on model of human body impedance under the low-frequency current WAN Yonggang, JIN Cheng, WANG Xiaodong, XUE Jianlei (Department of Physics, Qiqihar Medical University, Qiqihar 161006, China) Abstra
2、ct Objective: To discuss the model of the human body impedance under the low-frequency current (f Key words Low frequency current; Human body impedance; Model 阻抗是指交流电路中电阻、电容和电感对交流电所起的阻碍作用1。人体阻抗是人体皮肤、血液、肌肉、细胞组织等含有的电阻和电容对交流电的阻碍作用2,这种阻碍作用受到电流频率的影响。在临床上,各种电疗、诊断(肌电图、脑电图、心电图)需要了解人体阻抗的频率特性,以达到良好的治疗和诊断效果3。在
3、日常生活中,我们接触最多的脉冲电流是50 Hz的工频电,而医学上把频率低于1 000 Hz的脉冲电流称作低频电流4。因此,研究人体阻抗的低频特性就显得尤为重要。 1 资料与方法 1.1 一般资料 选取齐齐哈尔医学院2009级本科临床医学专业4个班级中的94名男生作为被测量对象,测量其手臂人体阻抗。测量对象平均年龄(19.651.45)岁,平均身高(172.3312.36) cm,平均体重(66.2115.21) kg,身高、体重数据均来自于新生入学体检记录。 1.2 方法 测量电路如图1所示,采用串连分压电路,在不同电源频率下测得电压Uab和UR,则手臂阻抗Z手臂=RUab/UR,其中R=20
4、 k。交流电源采用江苏洪泽瑞特电子设备有限公司生产的XD2A型低频信号发生器,可产生1 Hz到1 MHz的正弦波振荡信号,频率基本误差为(1%f0.3) Hz。电压Uab和UR的测量采用江苏扬中绿扬电子厂生产的YB2172A型交流毫伏表,其测量频率范围为25 MHz,测量电压范围30 V100 V;与手臂接触的a、b两电极片采用医用心电夹代替。 1.3 统计学处理 每一名学生的测量数据记入事先设计好的表格中,经计算得到每一名学生的手臂阻抗,数据以均数标准差(xs)表示,将手臂阻抗值用SPSS 13.0进行统计并进行确切概率法检验,P 2 结果 2.1 手臂阻抗 测量对象在不同频率下手臂阻抗值见
5、表1。从表1中的数据可以看出,人体手臂阻抗在低频电流(f 2.2 人体阻抗模型 皮肤阻抗模型如图2所示,皮肤下组织由各种细胞组成,细胞的阻抗模型如图3所示。人体阻抗由皮肤阻抗和皮肤下组织阻抗两部分构成,人体阻抗模型如图4所示。 3 讨论 阻抗是由于交流电路中电阻、电容和电感对电流共同的阻碍作用引起的,其中导体对电流的阻碍作用叫电阻,电容和电感对电流的阻碍作用叫电抗。在测量手臂人体阻抗时,电流流经的路径是电极片、皮肤、皮肤下各种组织、另一侧皮肤、另一电极片。人体阻抗就产生在皮肤和皮肤下各种组织中,即人体阻抗是皮肤阻抗和皮肤下各种组织阻抗之和。 皮肤的最外层是表皮,包含有角质层,导电性能极差,相当
6、于电介质5。表皮下是真皮及皮下组织,其中含有大量的血管6,因此导电性能较好。在导电性能较好的真皮和电极片间夹了一层导电性能极差的表皮,这一结构相当于一个电容器,而表皮中有汗腺孔,会有少量的离子通过,因此皮肤阻抗模型相当于一个漏了电的电容器。 皮肤下是电阻率不相同的各种物质,它们由各种细胞构成。细胞膜主要由脂类物质组成,导电性能差,而细胞内溶液和细胞间质导电性能好,这样细胞膜加上内外溶液便构成了一个电容器。细胞膜具有选择通透性,可以通过某些特定离子7,因此细胞的阻抗模型也相当于一个漏了电的电容器。人体内处处存在这样的电容器8。 人体阻抗是皮肤阻抗和皮肤下各种组织阻抗之和,因此,人体阻抗模型相当于
7、一个由电阻和电容构成的复杂的串并联电路。从这个模型可以看出,人体阻抗在低频电流下具有容抗的性质,随着电流频率的增加,人体阻抗呈现下降趋势。 参考文献 1陈仲本.医学电子学基础M.2版.北京:人民卫生出版社,2006:12-13. 2胡新珉.医学物理学M.7版.北京:人民卫生出版社,2008:194-195. 3李亚芳,刘美玉,王保珩,等.人体阻抗特性产生的物理机制J.数理医药学杂志,2007,20(6):858-860. 4袁国祥.低频电流的人体效应研究与应用D.武汉:华中师范大学,2006:1-2. 5林宗贤.160例中国人健康皮肤屏障功能与相关影响因素的研究D.上海:复旦大学,2009:9-12. 6孙素姣.与美容相关的皮肤结构特点J.中国美容医学,2008,17(2):305-307. 7陈誉华.医学细胞生物学M.4版.北京:人民卫生出版社,2008:6-15. 8梁路光.医用物理学M.2版.北京:高等教育出版社,2008:225-229. (收稿日期:2010-02-01)第 5 页 共 5 页
