姓名：袁亚南学号：0743032052 班级：07303042生物阻抗特性及测量的国内外现状生物阻抗：人类很早就了解到生物的电阻特性，也给出了生物体产生电阻的原因：它是当细胞内外液中电解质离子在电场中移动时，黏滞介质和狭小管道对离子运动的阻碍作用所致。
进一步的研究表明，当低频电流通过时，生物结构具有更为复杂的电阻性质，可分解为不随时间变化的分量和随时间变化的分量。
前者就是普通的直流电阻成分，在一定限度内阻值保持不变，电流与电压呈线性关系，起变阻器作用；后者随外加电压时间的延长，电流和电压的变化呈非线性变化，即具有交流电阻抗特性（或成分），起滤波器的作用。
目前，这两种作用是解释神经和肌肉等组织兴奋和冲动的基础。
在描述物质的电阻特性时，有两个重要的概念：一是电阻率；二是电导率。
它们之间互为倒数，都是表示物质导电性能的物理量。
表5.1中列出了一些生物组织的电阻率和电导率。
可以看出，人体内各种组织的电阻率极不相同，血清电阻率最低，肌肉次之，肝、脑等组织的电阻率稍高，脂肪和骨骸的电阻率最高，肿瘤组织与正常组织亦有差别，在身体内这些组织交叉组合形成了非均质导体。
生物膜具有电容特性，有关研究表明，生物膜不但具有静态电容性质，而且还具有极化电容性质，即当外加交流电时，生物膜的电容率不仅变化，膜的电容值也要发生变化。
有关细胞的许多电特性研究表明，一般活细胞表面带有负电荷，细胞内部电场为零，内部为等势区，只是在细胞膜上存在电场，因此细胞膜可以看作是一个电容器。
1925-1927年，H ·弗里克用阻抗法测出狗的红电球细胞单位面积的电容值为0.81μF ·cm -2，根据实验结果，弗里克提出了他的假设，认为多数类型细胞膜为一球形膜，膜是由双分子层脂类分子组成，其相对电容率为εr =3。
根据球形电容器公式可知，膜单位面积的电容公式为 d C rm εε0=通过上式可得细胞膜的厚度为d ≈3nm 。
而现代测量手段（如X 射线和电镜等）测出的各种细胞膜厚度为7～10.5nm ，结果不相吻合，这说明弗里克假设的细胞膜结构存在缺陷。
更新的研究表明，细胞膜的结构除双分子层脂膜外，在其两侧各覆盖一层蛋白质层，形成蛋白质-脂类物-蛋白质的三重结构，如图5.2所示，它的相对电容率为εr ≈10。
如果将此值代入式（5.4），得到的细胞膜厚度为d ≈10nm ，与现代技术所测结果吻合得极好，说明了膜电容存在的真实性。
对于细胞膜和细胞质而言，细胞膜既存在电容，又存在电阻；而细胞质只存在电阻。
表5.2列出了一些细胞的电学参量。
在现代生物学中，对于生物器官、组织及细胞电阻抗的研究有着非常重要的理论价值。
例如，由细胞膜电容值的测定，人们认识了膜的双分子层结构；从肌肉细胞膜的高电容（1.5μF ·cm -2）特性导出了肌肉细胞膜的折叠性质；通过测定神经细胞受刺激后阻抗下降、电导率增加规律，为人类对神经兴奋、传导和自发过程的认识提供了理论基础。
另外，通过生物电阻抗的测定，在医学上可以诊断机体的健康状况。
表2 某些细胞的电学性质对象 C m B m r m r i ω说明 酵母 0.6 87° — 460 2000海卵细胞Arbacia1.1 90° 100 2102.5×104 单个细胞悬液 人类红细胞 0.8 90° — — —肌肉 Ranapipieens1.5 70° 40 250 15 与纤维轴垂直 神经：乌贼（静止时）1.1 75° 103 30 — 与纤维轴平行 乌贼（兴奋时）1.1 75° 25 90 530 与纤维轴垂直 蛙坐骨神经 0.55 40° — 560 2300 与纤维轴垂直 猎坐骨神经 0.65 40° — 720 1000 与纤维轴垂直注：①Cm 为单位面积膜电容（μF ·cm -2）；Bm 为单位面积膜的相角（度）；②r m 为单位面积膜电阻（ω·cm 2），r i 为单位面积细胞质电阻（ω·cm 2）；③ω为特征频率（KHz），它是阻抗最大时的频率。
在生物电阻抗的研究中，多数人认为生物组织仅是电阻和电容组成，没有电感性质。
但某些实验表明，神经细胞在改变细胞外液的离子成分时，尤其是改变钙离子浓度的情况下，发现有正性电抗成分，显示有电感元件的可能。
但在一般情况下，我们通常不考虑电感元件的作用。
技术基础：生物电阻抗（Electrical Bioimpedance）技术，亦称生物阻抗(Bioimpedance）或简称为阻抗（Impedance）技术，是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。
它通常是借助置于体表的电极系统向检测对象送入一微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化情况，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
这种技术或方法，具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简单和功能信息丰富等特点，医生和病人易于接受。
对于医学电阻抗的研究最早始于19世纪末20世纪初，医学电阻抗技术是利用生物组织与器官的电特性（阻抗、导纳、介电常数等）及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的无损伤检测技术。
它通常是借助置于体表的电极系统向检测对象送入一微小的交流测量电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化情况，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病理信息。
生物阻抗特性及测量国内外现状：对生物组织电特性的研究可以追溯到18世纪。
1780年意大利神经生物学家Galvani通过观察蛙的神经肌肉收缩现象，建立了生物电理论。
这个早期的发现促使Galvani和其他研究人员开始使用可控电流来测试人体的反应。
在接下来的一个世纪里，在一些疾病的治疗中，电被认为是一种有效的潜在的治疗方法。
最早研究生物阻抗的是德国科学家Hermann，他于1871年成功的测量了骨骼肌的电阻。
1930年Sapegno用交流电桥第一次测出生物组织的电容。
1944年ColeKS提出生物组织的阻抗可能用复平面上的一段圆弧表示。
后来ColeRH再进一步将其发展为Cole-Cole理论，并建立了生物组织的三元件等效模型。
1960年Schwan成功提出了频散理论，表明生物组织电特性随频率在不同频段呈现显著变化。
至此，生物组织电特性理论基本形成。
把生物阻抗测量与生物功能首先联系起来的是Nyboer，他利用电阻抗体积秒计数研究动脉脉冲波与流入人体器官中的动脉血流，还将阻抗特性用于人体肢体测量并获得了较好的效果。
而把生物阻抗测量用于人体成分分析的开拓者是Thomasset，他把生物阻抗作为全身水量测定法的一个指标进行初始研究。
后来，Hoffer等建立了总体阻抗与全身水量的关系。
在此基础上，Henty等人开始了用生物阻抗测量评价人体成分的方法研究，研究结果初步显示了阻抗法分析人体成分的可行性与有效性。
现在，生物阻抗测量被医学研究人员及医务工作者认为是非常有前途的一种技术，并已广泛应用于心、脑、肺等血流图。
呼吸及肺通气功能测量以及人体组成成分分析和阻抗成像等诸多方面。
在经络阻抗测量方面也有了应用，证实了经络低阻抗特性，不过进一步的研究还不是很多。
阻抗测量仪的研究上，国内外的很多学者做了大量的工作，不同测量原理、信号提取方法、不同应用范围等各个方面进行了相关的研究。
不同测量原理：生物阻抗测量中大多数研究者是采用输入激励电流测量电压的方法，在电流源的设计上，对于单频可以直接用振荡器、振荡电路等实现，多频的可以用DDS、正弦波发生器或锁相环频率合成产生。
生物阻抗测量对恒流源精度有很高的要求，许多学者在这方面作了工作。
另外还有输入电压测量电流的方法，以及分压的方法。
近期也有学者采用无接触式驱动和测量的方法，如通过线圈在人体中感应出电流，同时在皮肤表面通过放置电极测量电压。
信号提取方法：在生物阻抗测量系统的信号提取方面也有很多学者提出了不同的设计方案。
很多用模拟解调方法、乘积型D/A转换或者直接载波补偿方法进行鉴相，再用A/D进行采样。
也有采用随机采样、同步欠采样、DSP 算法等信号处理方法进行提取的。
不同应用方向：不同应用对生物阻抗测量系统有不同的要求，生物阻抗代表着不同的含义，对于成分分析、流量检测、功能成像等相关领域均有学者做了相应的研究。
针对不同应用，进行侧重本身要求的设计。
目前的测量方法很多功能比较单一，仅仅针对某一方面的研究进行设计，很多都只是针对某一个或者某两个频率进行测量，可以实现多频测量的系统在电路结构和信号处理方面相对都比较复杂，频带带宽不是很宽，频率分辨率和频率变化速度也都有待提高，而且由于构成电路的部分比较多，所以稳定性和抗干扰能力不是很好。
而从生物阻抗频散理论可以看出，生物阻抗随着激励频率的不同呈现出很显著的变化，所以可实现多个频路测量的系统对生物阻抗技术具有更重要的意义。
对阻抗谱测量系统可以从带宽、频率分辨率和系统稳定性等方面做一些工作。
国外的生物阻抗技术在基础研究方面水平较高，以电阻抗断层图象技术（E I T）为发展方向的新一代生物阻抗技术正吸引着世界各国越来越多的研究者。
国内的生物阻抗技术以应用研究为主，以各种临床血流图为代表的生物阻抗技术已广泛用于临床，并不断取得进展，临床应用水平较高。
但是，无论在基础研究还是在临床应用领域，使用单一测量频率、只取阻抗模量的现行阻抗测量方法的现状是不能令人满意的。
除了定量性差和定位性不好以外，它还把一些可能是最重要的，最能反映生物阻抗特点和优越性的宝贵信息丢失了。
测量方法简介：单频率测量方法。
单频率测量方法相对比较容易实现，所获得的数据能够简单反映人体组织的阻抗特性和器官的功能状态，一些研究者将它作为临床监护的基本参数。
多频率测量方法。
多频率测量也称频谱分析法，它可以得到模拟电路中的Ri、Re和C，能够完整反映人体阻抗信息，从而提高了测量结果的再现能力。
多频率测量较多应用于人体成分分析，因为人体水分（细胞内液体和细胞外液体）和Ri、Re 相关性教高。
此外，多频率测量方法还可以向K、Ca、Na离子等测量方向发展。
复阻抗方法。
根据电子技术相关理论，采用合适的测量频率，采用相敏检测方法，即可同时提取复数阻抗的模量和相角，或者实部与虚部，以复阻抗的形式描述被测组织与器官的电特性。
从而获得包括附图中三元件影响在内的相关生理和病理学信息。
根据国内外文献报道，以上三种生物阻抗测量方法有较好的应用效果并在不断地完善中。
根据不同地研究目的可以选择不同地研究方法或把不同方法相结合，并不要一定局限于某一种方法。
生物阻抗测量技术的应用:细胞测量细胞计数器这种方法是阻抗技术在细胞领域广为人知的应用。