低频电流下人体阻抗特性的研究①

万永刚 李敏 张淑丽

(黑龙江省齐齐哈尔医学院物理教研室 黑龙江齐齐哈尔 161006)

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的全阻抗。在临床上,各种电疗、诊断(脑电、心电、肌电图)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[1];在运动医学和美容学中,经常应用人体阻抗法测量人体的组成成分[2];在医学影像学中,利用人体不同组织有不同的阻抗来进行医学成像[3];在安全用电上,不同频率下人体有不同的阻抗,对应着不同的安全电压。这些应用都涉及到人体阻抗的频率特性。在日常生活中,我们接触最多的的脉冲电流是50Hz的工频电,而在医学上把频率低于1000Hz脉冲电流称作低频电流[4]。因此,研究低频电流下人体阻抗的特性有很强的实用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

图1 手臂阻抗测量电路

图2 皮肤阻抗模拟电路

选取齐齐哈尔医学院2009级本科临床医学专业4个班级216名学生作为被测量对象,测量其手臂阻抗。被测量对象中男性94人,平均身高172.33cm,平均体重66.21kg;女性122人,平均身高161.41cm,平均体重52.56kg。身高、体重数据来自新生入学体检记录。被测对象按性别分为男、女2组。

1.2 方法和器材

测量原理如图1所示,采用串联分压电路,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=5.1K Ω。交流电源采用XD2A型低频信号发生器(江苏洪泽瑞特电子设备有限公司生产),其可产生1Hz到1MHz的正弦波振荡信号,频率基本误差为1%f±0.3Hz。电压Uab和UR的测量采用YB2172A型交流毫伏表(江苏扬中绿扬电子厂生产),其测量频率范围为5Hz～2MHz,测量电压范围30μV～100V;和手臂接触的a、b两电极片采用医用心电夹代替。

1.3 数据处理

每名学生测量数据记入事先设计好的表格中,经计算得到手臂阻抗,将每名学生的手臂阻抗值用SPSS 13.0进行统计,并进行确切概率法检验,P<0.05认为有统计学意义。手臂阻抗结果以形式表示。

2 结果

统计得到男生组和女生组在不同电流频率下手臂人体阻抗值见表1。从表中数据可以看出,人体手臂阻抗在低频电流(f <1000Hz)下为几千欧量级;随着频率的增大,男生组和女生组手臂阻抗均减小,说明人体阻抗具有容抗的性质;在相同的电流频率下,男生人体阻抗略大于女生阻抗。

3 讨论

皮肤的阻抗远远大于皮肤下其他组织的阻抗,皮肤阻抗的大小很大程度上影响到人体阻抗的大小。据文献报道[6～7],正常健康成年人,皮肤厚度男性要大于女性,因此,在相同频率下,人体阻抗男性要略大于女性。

[1]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.

[2]撖涛,孙怡宁,姚志明.人体成分分析仪设计—生物电阻抗原理的一种实现[J].北京生物医学工程,2007,26(6):629～633.

[3]彭源.医学电阻抗成像研究[D].上海:上海大学,2004:1～3.

[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]胡新珉.医学物理学[M].第7版.北京:人民卫生出版社,2008: 194～195.

[6]李艳宁,李智贤,卢月华,等.频超声对正常成人皮肤厚度测量及声研究[J].中国医学影像技术,2008,24(10):1622～1624.

[7]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,2009:9～19.

表1 人体手臂阻抗(±s)

表1 人体手臂阻抗(±s)