低頻電流下人體阻抗特性的研究①

萬永剛 李敏 張淑麗

(黑龍江省齊齊哈爾醫(yī)學院物理教研室 黑龍江齊齊哈爾 161006)

人體阻抗是人體皮膚、血液、肌肉、細胞組織等含有的電阻和電容的全阻抗。在臨床上,各種電療、診斷(腦電、心電、肌電圖)需要了解人體阻抗的頻率特性,以達到良好的治療和診斷效果[1];在運動醫(yī)學和美容學中,經(jīng)常應用人體阻抗法測量人體的組成成分[2];在醫(yī)學影像學中,利用人體不同組織有不同的阻抗來進行醫(yī)學成像[3];在安全用電上,不同頻率下人體有不同的阻抗,對應著不同的安全電壓。這些應用都涉及到人體阻抗的頻率特性。在日常生活中,我們接觸最多的的脈沖電流是50Hz的工頻電,而在醫(yī)學上把頻率低于1000Hz脈沖電流稱作低頻電流[4]。因此,研究低頻電流下人體阻抗的特性有很強的實用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

圖1 手臂阻抗測量電路

圖2 皮膚阻抗模擬電路

選取齊齊哈爾醫(yī)學院2009級本科臨床醫(yī)學專業(yè)4個班級216名學生作為被測量對象,測量其手臂阻抗。被測量對象中男性94人,平均身高172.33cm,平均體重66.21kg;女性122人,平均身高161.41cm,平均體重52.56kg。身高、體重數(shù)據(jù)來自新生入學體檢記錄。被測對象按性別分為男、女2組。

1.2 方法和器材

測量原理如圖1所示,采用串聯(lián)分壓電路,在不同電源頻率下測得電壓Uab和UR,則手臂阻抗Z手臂=RUab/UR,其中R=5.1K Ω。交流電源采用XD2A型低頻信號發(fā)生器(江蘇洪澤瑞特電子設備有限公司生產(chǎn)),其可產(chǎn)生1Hz到1MHz的正弦波振蕩信號,頻率基本誤差為1%f±0.3Hz。電壓Uab和UR的測量采用YB2172A型交流毫伏表(江蘇揚中綠揚電子廠生產(chǎn)),其測量頻率范圍為5Hz～2MHz,測量電壓范圍30μV～100V;和手臂接觸的a、b兩電極片采用醫(yī)用心電夾代替。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每名學生測量數(shù)據(jù)記入事先設計好的表格中,經(jīng)計算得到手臂阻抗,將每名學生的手臂阻抗值用SPSS 13.0進行統(tǒng)計,并進行確切概率法檢驗,P<0.05認為有統(tǒng)計學意義。手臂阻抗結(jié)果以形式表示。

2 結(jié)果

統(tǒng)計得到男生組和女生組在不同電流頻率下手臂人體阻抗值見表1。從表中數(shù)據(jù)可以看出,人體手臂阻抗在低頻電流(f <1000Hz)下為幾千歐量級;隨著頻率的增大,男生組和女生組手臂阻抗均減小,說明人體阻抗具有容抗的性質(zhì);在相同的電流頻率下,男生人體阻抗略大于女生阻抗。

3 討論

皮膚的阻抗遠遠大于皮膚下其他組織的阻抗,皮膚阻抗的大小很大程度上影響到人體阻抗的大小。據(jù)文獻報道[6～7],正常健康成年人,皮膚厚度男性要大于女性,因此,在相同頻率下,人體阻抗男性要略大于女性。

[1]李亞芳,劉美玉,王保珩,等.人體阻抗特性產(chǎn)生的物理機制[J].數(shù)理醫(yī)藥學雜志,2007,20(6):858～860.

[2]撖濤,孫怡寧,姚志明.人體成分分析儀設計—生物電阻抗原理的一種實現(xiàn)[J].北京生物醫(yī)學工程,2007,26(6):629～633.

[3]彭源.醫(yī)學電阻抗成像研究[D].上海:上海大學,2004:1～3.

[4]袁國祥.低頻電流的人體效應研究與應用[D].武漢:華中師范大學,2006:1～2.

[5]胡新珉.醫(yī)學物理學[M].第7版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2008: 194～195.

[6]李艷寧,李智賢,盧月華,等.頻超聲對正常成人皮膚厚度測量及聲研究[J].中國醫(yī)學影像技術(shù),2008,24(10):1622～1624.

[7]林宗賢.160例中國人健康皮膚屏障功能與相關(guān)影響因素的研究[D].上海:復旦大學,2009:9～19.

表1 人體手臂阻抗(±s)

表1 人體手臂阻抗(±s)