生物电阻抗测量及成像
人体肺功能生物电阻抗成像技术
为精确求解正问题 ,对均匀剖分网格所生成的 一组解中 ,选择后验误差较大的单元进行再细分 。
5期
陈晓艳等 :人体肺功能生物电阻抗成像技术
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图 2 自适应多重网格剖分图 Fig. 2 Adaptive multigrid refinement
EIT 的图像重建过程 ,实质上是利用边界测量 数据求解物体内部电导率分布函数σ[15] 。求解过程
是灵敏度矩阵或雅克比矩阵的非线性算子的求逆过
பைடு நூலகம்
Abstract: A new image reconstructed algorithm was presented for the medical electrical impedance tomography (EIT) . First the adaptive multi2grid algorithm was employed by which the sequence of computational grids was successively refined through the posterior error and the adaptive grids refinement , the lung ventilation was imaged considering the field as circle. Then the sensitivity matrix was solved by commercial simulation software COMSOL considering the structure and resistivity of lung , the prior information was adopted to reconstruct the lung conductivity distribution. On the lung ventilation imaging system , two steps were available to reconstruct the functional respiration process image in real2time. The images indicated that a higher accuracy solution of the forward equation and the higher spatial resolution of images could be achieved.
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
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。
人体成分研究方法
人体成分研究方法一、引言人体成分研究是指对人体组织、器官、细胞等不同层次的成分进行定量分析的一种科学研究方法。
通过对人体成分的研究，可以更加深入地了解人体的构造和功能，为保持健康和治疗疾病提供科学依据。
二、常用的人体成分研究方法1.生物电阻抗法生物电阻抗法是通过测量人体组织对电流的阻抗来推算出身体各部位的脂肪含量、肌肉含量等。
该方法简单易行，无创伤性，可以在家中进行，但精度相对较低。
2.双能X射线吸收法双能X射线吸收法是通过测量X射线在不同能量下被不同组织吸收程度来计算出身体组织的密度和成分。
该方法精度高，但需要专业设备和技术支持。
3.氘标记水法氘标记水法是通过给被试者喝入含有氘标记水的液体，并测定其血液或尿液中氘含量来计算出身体水分和脂肪含量。
该方法精度高，但需要专业设备和技术支持。
4.磁共振成像法磁共振成像法是通过测量人体组织对磁场的反应来推算出身体各部位的成分。
该方法精度高，但需要专业设备和技术支持。
5.皮褶厚度法皮褶厚度法是通过测量被试者身体不同部位的皮褶厚度来推算出身体脂肪含量。
该方法简单易行，但精度相对较低。
三、不同方法的优缺点比较1.生物电阻抗法：简单易行，无创伤性，可以在家中进行，但精度相对较低。
2.双能X射线吸收法：精度高，但需要专业设备和技术支持。
3.氘标记水法：精度高，但需要专业设备和技术支持。
4.磁共振成像法：精度高，但需要专业设备和技术支持。
5.皮褶厚度法：简单易行，但精度相对较低。
四、结论不同的人体成分研究方法各有优缺点，在选择时需要根据具体情况进行权衡。
综合考虑精度、简便性、成本等因素，可以选择最适合自己的方法进行研究。
人体生物电阻抗的检测方法及其应用
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。
脉冲式检测法是近几年发展起来的一种无损检测方法。
利用脉冲信号中所含有的多谐波频率成分，能够比正弦波信号激励提供更多的信息，并拥有更快的响应速度。
本文研制了一种以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的脉冲式检测系统，利用该系统，对电阻抗的脉冲式检测方法的可行性进行了分析研究，在此基础上，对人体皮肤水分的脉冲式检测方法进行了实验分析。
2、电阻抗的脉冲式测量原理方波脉冲信号作为电阻抗测量的激励源，波形稳定，易于同数字电路结合实现，且具有较宽的频谱，在防止被测单元极化的同时，能够得到多频率点的信息。
图2 理想方波和实际方波的时域波形图3 理想方波和实际方波的频谱图图2、3 中的细实线为理想方波的时域波形及频谱，图2 中的粗实线、图3 中的虚线分别表示实际方波信号的时域波形及频谱。
生物电阻抗法测量原理
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。
2. 健康管理生物电阻抗法在健康管理中也扮演着重要的角色。
通过测量人体的身体成分，如肌肉量、脂肪含量、水分百分比等，可以评估身体的健康状况，并提供制定合理的饮食和锻炼计划的依据。
3. 运动康复在运动康复中，生物电阻抗法可用于追踪患者的肌肉质量和水分状况的变化。
通过定期测量，可以评估康复效果，并根据测量结果进行调整和优化康复计划，帮助患者尽快恢复运动能力。
人体肺功能生物电阻抗成像技术
为精确求解正问题 ,对均匀剖分网格所生成的 一组解中 ,选择后验误差较大的单元进行再细分 。
格法的混合算法 ,提高了正问题解的精确度及计算 效率 。
图 1 V 循环多重网格 Fig. 1 V cycle multigrid algorithm
基于自适应的多重网格法剖分 ,在第三次加密 剖分 时 得 到 957 个 节 点 和 1868 个 单 元 , 如 图 2 所示 。 112 正则化的高斯2牛顿法
Key words :medical electrical impedance tomography ( EIT) ; inverse problem ; image reconstruct ; lung functional imaging ; prior information 中图分类号 R318 文献标识码 A 文章编号 025828021 (2008) 0520663206
收稿日期 : 2008201220 , 修回日期 : 2008206220 。 基金项目 : (国家自然科学基金重点项目 (50337020) ;国家科技支撑计划 (2006BAI03A00) 。 3 通讯作者 。 E2mail : hxwang @tju. edu. cn
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中 国 生 物 医 学 工 程 学 报
9< 9 n+
-
9< 9 n-
ds
k = 1 ,2 , …, m
(2)
式中 , n 是内部单元边界法线方向 。
生物电阻抗法八电极阻抗测量-概述说明以及解释
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。
json"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。
2.正文2.1 生物电阻抗法概述：生物电阻抗法是一种非侵入性的生物医学测量技术，通过测量人体组织对电流的阻抗来获取关于组织结构和功能的信息。
这种技术利用生物体内电导率、电阻率和介质常数等特性，结合电路理论和生物医学工程原理，进而实现对人体内部信息的获取和分析。
生物电阻抗
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。
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生物电阻抗测量及成像
生物电阻抗测量及成像
一.引言
生物电阻抗在医学上是一种非常简单的测量方法，根据它的原理，我们可以走出相关器材，而且它富有医学上许多的要求，而且测量结果准确，器材使用寿命高等优点，所以生物电阻抗在生物医学测量中有着不可或缺的作用。
本文阐述了生物电阻抗法生物医学检测的几个方面的应用，即电阻抗式呼吸监测、阻抗血流图、生物电阻抗法人体成分检测、电阻抗断层成像技术等。
二.生物电阻抗简介
生物电阻抗测量（阻抗生物电阻抗测量）是一种利用生物组织和器官的电特性提取人体生理和病理条件的生物医学信息的检测技术
三.起源与发展
1.起源
十八世纪末，意大利神经生理学家伽利米通过观察青蛙的神经肌肉收缩建立了生物电的理论，这可能是最早的生物电阻抗测量的应用。
德国科学家赫尔曼是第一个研究生物组织电阻抗的人。
在1871年，他用电流通过不同方向的骨骼肌时，发现了不同的阻力值。
这就是骨骼肌的阻力，经计算，横向阻力（沿骨骼肌方向）约为纵向阻力的4～9倍（沿骨骼肌的方向）。
1930年，SAPGENO首次首次使用交流电桥测量出生物组织的电容。
自那时以来，生物电阻抗技术正变得越来越实用。
人体成分分析技术、人体流程图和电阻抗断层成像技术开始成为各国学者研究的重点方向。
2.国外发展
最早用来测量生物组织电阻抗的是电桥法，但是因为它很难调节桥梁的平衡，而且精度不高。
因此，在现实中，这种方法相对并不适用。
还有就是Geddes L. A提出了双电极测量技术。
由于其诸多缺点，
四电极已经取代这种方法。
Warsaw 理工大学的T. Palko以及F.BiAlOKZ和其他学者已经开发了一种多频生物电阻抗测量系统来提取生物电阻抗的振幅。
印度科学家进行了山羊眼睛晶状体电阻抗的测量与建模，将眼部晶状体物质在不同刺激频率下的阻抗图进行描绘，其展现出完美的半圆弧图形。
3.国内发展
早些时候发明了一套生物组织的四电极复合阻抗测量系统，其意义在于测量了生物组织的复阻抗频率特性。
此外，还有人建立了一套多路独立人体阻抗测量系统，运用某种算法对胸部阻抗信号分解。
多频电阻抗法和人体脂肪分析仪是根据血液电阻抗的一个频率特性和典型的三分量血液模型所提出了得一种研究血
液电特性的新方法得到的。
虽然取得了一些成绩，但仍存在一些问题。
四.在医学上的应用
1.电阻抗式呼吸监测
由于现代监测技术的要求（即对各种生理参数的连续监测），应做到无创、准确、稳定，尽可能减少不适、无过敏等特点。
所以要实现便携式呼吸设备还是比较难实现，现在能做到的只是监测呼吸频率，通过呼吸频率去获取个人的呼吸是否正常。
而对于呼吸监测的方法，目前为止较为常见的就是生物阻抗法，因为它的特性比较符合解决以上的大多数问题。
然而，由于心脏、血流和运动干扰会影响呼吸信号的测量，因为呼吸信号是低频信号。
运动引起的运动伪影特别大，可能会导致呼吸频率的计算出现错误。
关于无创通气的监测，可以绘制肺的阻抗图并且进行连续的监测，并且在其他肺功能辅助下，可以做到略微准确的诊断。
2.阻抗血流图
如果对人体的某个特定位置是加一个恒定的电流激励，则响应电压随着阻抗变化而变化，这是一个最简单的欧姆定律，我们可以根据电压的改变来反映阻抗的变化，而阻抗的变化可以反映血管容积的变化，于是就得到了阻抗血流图。
根据在不同部位进行激励而进行测量，
就可以得到不同部位的阻抗血流图，从而反应各个部位在不同时刻的血液循环状态。
在的论文里曾指出：设计并实现一种通过数字正交序列解调的手持式阻抗血流信号检测系统，而它的供电采用可持续使用的锂电池，它的优点就显而易见了，最重要的是能实现测量数据的无线传输。
而这种设备可以对不同时刻的不同部位进行血流信号检测，并随着人体自由移动，在未来可以根据不同的要求进行升级，以适应不同需求。
3.生物电阻抗法人体成分检测
目前，整体阻抗测量、分段阻抗测量和局部阻抗测量是基于生物电阻抗的人体成分测量的主要方法。
对于人体成分你或许会觉得种类很多，但是对于脂肪你肯定就了解了，对于是胖子的我来说更明白，但是该如何去测量你有多胖呢？事实上，这也是生物电阻抗测量的一个应用。
我们可以建立腹部电阻抗模型，然后根据腹部的不同深度完善数学模型，然后反映出脂肪含量和其他的成分的的组成。
对于不同的人群，就有不同的标准，可以根据生物电阻抗测量的方法，测出不同人群的相关信息，并进行统计，关于这项实验，四川大学以及当地一医院曾配合做过这项实验，至于结果，我就不得而知了。
现在，对于测试身体成分，实际意义上是去测试躯干的电阻抗，并不能达到测试身体任意一处的电阻抗。
或许有些设备能够通过虚拟的手段获取局部的电阻抗，但却并不能准确反映人体最重要的腹部。
4.电阻抗断层成像技术
电阻抗断层成像技术（EIT）：它的全拼是Electrical Impedance Tomography，它是一种新的医学成像技术，具有无损伤、医学图像监护和具有功能成像等特点。
其实EIT有静态与动态两个方式。
它是由测量与图像显示两个部分，而测量的组成其实就是一个激励（电压）和检测电路所组成。
根据电阻抗技术测得响应。
图像显示部分的重要部分就是怎样去显示为可懂的图像，这需要
一个对电阻抗信息读取，然后根据读取的信息进行图像重建与显示。
EIT相比于其他的优势是功能成像，它可以精确显示组织的生理与病理信息，例如组织充血，癌变等。
且更满足现在医学上的无创无害，测量简便，系统操作容易，但是在空间分辨率上还有着不足；
我通过一篇论文了解到，EIT技术还可以应用到脑电检测，从而对其分析及研究，可以帮助到一些关于颅内的病的确诊以及治疗，但具体的一些细节，并没有得到验证。
五.技术瓶颈
1.可用系统激励频率范围有限
在目前的技术中，很少有1MHz～5MHz的系统可以用来提取细胞内的流体信息。
大多数的技术的频率范围在几百KHz以下，对于这样一个低频信号恐怕不足以在真正意义上穿透细胞膜。
2.信息采集技术
经研究表明，复阻抗存在实部与虚部，虽然实部和虚部都存在着很多生理与病理信息，但是人体复阻抗的虚部信息比较难检测，虚部的信号强度差不多只有实部的十分之一。
所以如何去把信息提取就至关重要，如果能提取较为全面的信息，那么我相信通过对信息的应用，可以用于医学的各个方面。
六．小结
作为生物医学测量的基本方式，在此基础上的应用也越来越多。
也有很多也已经应用于临床上。
尽管生物电阻抗测量技术的研究已经获得很大的进展，已经在临床进展，但它任然存在着突出的问题没有解决。
比如以上提到的EIT与超声、传统相比。
空间的分辨率存在着明显的不足。
所以，以后生物电阻抗的未来还很广。
参考文献
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