低频电流下人体阻抗模型的研究
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[摘要] 目的:探讨低频电流(f<1 000 Hz)下人体阻抗的模型。方法:采用串联电路法测量94名男性在不同频率电流下人体手臂阻抗的大小。结果:随着电流频率的增加,人体阻抗呈现下降趋势。结论:人体阻抗模型可以认为是由电阻和电容组成的复杂的串并联电路,因而具有容抗的性质。
[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)
[Abstract] Objective: To discuss the model of the human body impedance under the low-frequency current (f<1 000 Hz). Methods: The size of the arm impedance of 94 men under different frequency current was measured with series circuit. Results: With the current frequency increase, a downward trend appeared in the human body impedance. Conclusion: The human body impedance models can be considered to be complex series-parallel circuit composed of the resistors and capacitors, which has a nature of the capacitance.
[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(19.65±1.45)岁,平均身高(172.33±12.36) cm,平均体重(66.21±15.21) 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 kΩ。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%f±0.3) 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2~5 MHz,测量电压范围30 μV~100 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(x±s)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<0.05表示差异有统计学意义。
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<1 000 Hz)下为几千欧量级;随着电流频率的增加,人体阻抗呈现下降趋势。
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 ......
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