專利名稱：一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器及監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
隨著血液透析的廣泛應用，對透析效果的評價越來越重視。評價透析效果的一個重要方面就是監(jiān)測透析病人的水平衡狀態(tài)。1985年Auton等提出了“干體重”的概念。干體重即是病人處于水負荷平衡狀態(tài)時的體重。水平衡是指每天從外界攝入和由體內(nèi)氧化代謝所產(chǎn)生的水量和體內(nèi)排出的水量處在平衡狀態(tài)。由于尿毒癥病人無功能腎單位占絕大部分，無法維持球管功能，不能正常調(diào)節(jié)水鈉平衡，故出現(xiàn)少尿或無尿，細胞外液容量異常增加，結(jié)果導致浮腫、肺水腫及高血壓，甚至心衰等水負荷過多的合并癥。如果病人的細胞外液容量不足便可出現(xiàn)低血壓、休克甚至死亡。所以準確地測定病人的干體重是評價透析效果的重要指標。對于干體重的測定，世界上曾進行多方面的研究。根據(jù)其測定原理可分為以下幾個方面(1)臨床診斷法根據(jù)病人的一般狀態(tài)、臨床表現(xiàn)等判斷病人是否達到干體重。如果病人出現(xiàn)高血壓，肺水腫，左心衰等，考慮為水負荷過多；如果出現(xiàn)低血壓，則考慮為水負荷過少。(2)放射學診斷法即用X線觀察心臟橫徑(TP)、肺門血管寬度(VPW)，心胸比等。如果男性心胸比大于50％，女性大于55％，則考慮水負荷過多。(3)超聲診斷法利用下腔靜脈(IVC)直徑，IVC/體表面積之比(VCD)，萎縮指數(shù)(CI)來估計血透病人干體重。當病人超水負荷時，VCD＞11.5mm/m2，當出現(xiàn)低水負荷時，VCD＜8mm/m2(4)同位素評估法應用放射性同位素硫(35SO4)或溴化鈉測定細胞外液容量(EFV)，用重水法(THO)測量總體水量，應用γ示蹤計算EFV和總體水容量，對比透析前后體液，評估是否達到干體重。(5)生化指標法主要通過測定cGMP和心房肽(ANP)的值來評價病人是否達到干體重。(6)生物阻抗法利用測定人體生物電阻抗的方法估計細胞外液容量，進而評價病人的干體重。(7)動態(tài)血容量測法等。
上述方法各有其優(yōu)缺點，但受多種因素的影響，故不準確。影象學、同位素、及生化指標法比較準確，但測定方法比較復雜，沒有時效性。生物阻抗法簡單易行，時效性強，但由于其反映的不是導體的導電特性，測定值受導體形態(tài)的影響，故測定結(jié)果有較大偏差，且測定值不穩(wěn)定，不能準確反映人體水負荷狀況。所以找到一種時效性好，無創(chuàng)傷性，簡單易行，比較精確的干體重測定法是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于改進現(xiàn)有技術(shù)之缺點，而提供一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器及監(jiān)測方法，可以用于透析病人水負荷平衡監(jiān)控，非透析病人體液平衡監(jiān)測，危重癥病人補液監(jiān)測，病人營養(yǎng)狀況監(jiān)測，肥胖者脂肪含量監(jiān)測，生物組織水分測定等的時效性好，無創(chuàng)傷性，簡單易行，比較精確。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器由電橋電路，接口電路，計算機、恒流源電路和電極系統(tǒng)組成。電極系統(tǒng)由四只電極測頭組成，2只激勵電極與恒流源的輸出連接，2只測量電極與電橋電路連接，電橋電路通過連線與計算機的接口連接。
恒流源輸出工作電流。電橋測定的電阻抗值由電腦通過公式(1)(2)(3)轉(zhuǎn)換為體液平衡狀態(tài)值如達到體液平衡則為0。如體液負荷過多則為正值，正值越高表示水負荷超出平衡狀態(tài)越多。反之則為負值，負值越大表示水負荷少于平衡狀態(tài)越多。
公式(1)ρ測定＝R(C12+C22+C1C2)/12πL2這里C1為測量電極1處的周長，C2為測量電極2處的周長，L為兩個測量電極間的距離。
公式(2)W男＝0.2084+0.03964(ρ男正常-ρ男測定)這里W男為男性水負荷狀態(tài)測定值，ρ男正常是正常男性生物電阻率值，ρ男測定是男性患者生物電阻率測定值。
公式(3)W女＝0.1762+0.01768(ρ女正常-ρ女測定)這里W女為女性水負荷狀態(tài)測定值，ρ女正常是正常女性生物電阻率值，ρ女測定是女性患者生物電阻率測定值。
一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測方法步驟1測量體位的確定患者取平臥位或坐位。
步驟2電極的放置測量時將2個激勵電極分別置于一側(cè)下肢距踝關(guān)節(jié)(或上肢距腕關(guān)節(jié))5cm和30cm處，2個測量電極置于激勵電極內(nèi)側(cè)，并且測量電極與同側(cè)激勵電極的距離不小于肢體半徑的1.5倍。電極與皮膚間涂生理鹽水以減少空氣電容，電極綁縛的松緊程度以電極與皮膚密切接觸又不使人體感覺到緊為適宜。
步驟3測定數(shù)據(jù)的讀取由本發(fā)明的體液平衡監(jiān)測儀測定人體組織生物電阻率，并轉(zhuǎn)換為體液的負荷狀態(tài)值。
步驟4得到被測者的體液負荷狀態(tài)輸出應脫水或應補液的提示。
1.技術(shù)原理本發(fā)明通過研究發(fā)現(xiàn)，低頻下人體生物電阻率能很好地反映細胞外液的含量，即人體的水負荷平衡狀態(tài)。利用生物電阻率可很好地評價透析病人的干體重，并能以此來管理病人的透析劑量。它克服了以往測定方法的缺點。
電阻率是導體的導電特性，定義為單位體積導體電阻的大小，它由導體的組成材料的導電特性決定。對于人體組織來說，他的電阻率是單位體積組織電阻的大小，它反映的是人體組織的導電特性。對于生物組織的電學特性的理解頗復雜。1957年Schwan等提出了顆粒懸浮介電響應模型。在外電場中，生物組織的電學響應具有明顯的頻率特性。他認為組織結(jié)構(gòu)是導電介質(zhì)(細胞外液)中懸浮著球形顆粒(細胞)，在不導電或極微弱導電的細胞膜內(nèi)是導電的細胞內(nèi)液。低頻電流下人體組織可被看作是由導電的液體(細胞外液)中懸浮的不導電的球型顆粒(細胞)組成，這時細胞膜幾乎不導電，細胞內(nèi)液不參與導電，電流由細胞外液傳導。這時生物組織的導電特性由細胞外液決定，生物電阻率由單位體積組織中細胞外液的容量(組織細胞外液含量)和組成決定。研究結(jié)果表明人體組織生物電阻率與同位素測定的單位體積組織中細胞外液容量有顯著相關(guān)性(見表1)。
表1生物電阻率與溴化鈉測定的單位體積組織細胞外液容量(EFV/Mass)的關(guān)系

*P＜0.05
由于正常人體細胞外液組成恒定，透析病人透析前后細胞外液電解質(zhì)的變化對細胞外液導電性能無明顯影響，所以人體生物電阻率的變化主要是由組織細胞外液含量引起。如果體液負荷過多，則組織細胞外液含量高，這時生物電阻率就減小；反之，如果體液負荷多少，則組織細胞外液含量小，這時生物電阻率就增大。這從理論上解釋了生物電阻率反映體液負荷狀態(tài)的準確性。
對于正常人，體液負荷處于平衡狀態(tài)，組織細胞外液含量基本恒定，細胞外液組成恒定，其生物電阻率也恒定。研究結(jié)果表明正常人群性別之間生物電阻率有差異，女性高于男性；但同一性別不同年齡組之間無明顯差異(見表2)。
表2表1正常人群電阻率ρ比較(每年齡組n＝15)

P＜0.001人體組織可以簡單地分為脂肪組織和非脂肪組織。人體組織的導電作用主要由非脂肪組織引起，而脂肪組織幾乎不導電。所以單位體積組織中脂肪越多，組織細胞外液含量越少，導電性能越差，則生物電阻率就越大。由于女性的脂肪含量較男性多，所以電阻率較男性增大。對于透析病人，液體負荷過多時，組織細胞外液的含量明顯增加，導致生物電阻率明顯減小。在對血液透析病人的研究中發(fā)現(xiàn)，每次透析之前病人的生物電阻率明顯低于正常值，而透析結(jié)束后其生物電阻率則接近或達到正常值(見表3)。
表3正常人和血透前病人電阻率ρ的比較結(jié)果

P＜0.001 P＜0.001而這一生物電阻率變化的速度取決于病人體液負荷失衡的程度。某些體液負荷嚴重過多的病人，其生物電阻率須經(jīng)多次透析后才能接近或達到正常值(見表4)。
表4血透病人多次透析后電阻率的動態(tài)變化透析次數(shù)1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 13 14 15 16 18 20 22 24 25 28 29 30 37 38 45 82 88 95 100男1 444 478 499 549男2 418 436 545 622男3 519 638 613男4 547 554 577男5 579 619男6 572 586男7 547 574女1 576 577 551 611 644606女2 420 436 488569 606 583女3 395 615 590女4 522533 561 588 581女5 560 574 601女6 713 683女7 628 628 631 635生物電阻率與血透病人的臨床癥狀有很好的相關(guān)性。病人水負荷過多的臨床表現(xiàn)越嚴重，其生物電阻率越??；反之，如果病人出現(xiàn)脫水癥狀，則生物電阻率明顯高于正常值。另外，應用生物電阻率作為參數(shù)，應用電阻率超濾方程預定血透病人的超濾量，也達到了數(shù)字化管理病人的滿意效果(見表5)。
表5血透前后生物電阻率差值Δρ和超濾量Y的關(guān)系

*P＜0.0

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的測量示意3是本實用新型電路原理圖。
具體實施例方式實施例1如圖1所示，一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器由電橋電路2選用GR1689-P-RLC型數(shù)字電橋電路、接口電路3、計算機4、恒流源電路1和電極系統(tǒng)組成。電極系統(tǒng)由四只電極測頭組成，2只激勵電極5、6通過連線9、10與恒流源1的輸出連接，2只測量電極7、8與通過連線11、12與電橋電路2連接，電橋電路2通過連線與計算機的接口電路3連接，接口電路3選用IEE488-D型接口電路。
恒流源電路1如圖3所示，電源輸入經(jīng)保險管并聯(lián)電阻R1和電容C1，后分別接熱敏電阻R3電阻R2再連接扼流線圈TT1，扼流線圈TT1接橋式整流電路D9，橋式整流電路D9輸出接電阻R4和電容C2、二極管D1，電容C2接地，電阻R4接二極管D3、D5和三極管T1的基極和電容C4，三極管T1的發(fā)射極接電阻R6后接地，二極管D3與二極管D4串聯(lián)后接地，三極管T1的集電極接并聯(lián)的電阻R5和電容C3后接二極管D2，二極管D2與二極管D1連接后與變壓器TT2的初級的一端連接，變壓器TF2的初級的另一端與三極管T1的集電極連接，電容C4與可變電阻R7串聯(lián)后與二極管D6和變壓器TT2的另一初級連接，二極管D5和二極管D6分別與并聯(lián)的電阻R1和電容C1的一端連接，變壓器TT2的次級輸出與熱敏電阻R9和可變電阻R11連接，熱敏電阻R9和可變電阻R11的另一端與穩(wěn)壓管D7和D8和電阻R10的一端連接并接出輸出線。
恒流源1輸出1mA，3KHz的工作電流。電橋電路2測定的電阻抗值通過IEE488-D型接口進入計算機4，由計算機4中的計算程序，通過公式的計算轉(zhuǎn)換為體液平衡狀態(tài)值如達到體液平衡則為0。如體液負荷過多則為正值，正值越高表示水負荷超出平衡狀態(tài)越多。反之則為負值，負值越大表示水負荷少于平衡狀態(tài)越多。
實施例2一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測方法步驟1測量體位的確定患者取平臥位或坐位。
步驟2電極的放置測量時將2個激勵電極5、6分別置于一側(cè)下肢距踝關(guān)節(jié)或上肢距腕關(guān)節(jié)5cm和30cm處，2個測量電極7、8置于激勵電極5、6內(nèi)側(cè)，并且測量電極7、8與同側(cè)激勵電極5、6的距離不小于肢體半徑的1.5倍。所述的電極與皮膚間涂生理鹽水以減少空氣電容，電極綁縛的松緊程度以電極與皮膚密切接觸又不使人體感覺到緊為適宜(見圖2)。
步驟3測定數(shù)據(jù)的讀取由本發(fā)明的體液平衡監(jiān)測儀測定人體組織生物電阻率，并轉(zhuǎn)換為體液的負荷狀態(tài)值。電橋電路2測定的電阻抗值通過IEE488-D型接口進入計算機4，步驟4由計算機4中的計算程序，通過公式(1)、(2)、(3)的計算轉(zhuǎn)換為體液平衡狀態(tài)值公式(1)ρ測定＝R(C12+C22+C1C2)/12πL2
這里C1為測量電極7處的周長，C2為測量電極8處的周長，L為兩個測量電極7、8間的距離。
公式(2)W男＝0.2084+0.03964(ρ男正常-ρ男測定)這里W男為男性水負荷狀態(tài)測定值，ρ男正常是正常男性生物電阻率值，ρ男測定是男性患者生物電阻率測定值。
公式(3)W女＝0.1762+0.01768(ρ女正常-ρ婦女測定)這里W女為女性水負荷狀態(tài)測定值，ρ女正常是正常女性生物電阻率值，ρ女測定是女性患者生物電阻率測定值。
步驟5得到被測者的體液負荷狀態(tài)輸出應脫水或應補液的提示。
實施例3如圖2所示，電橋電路2、接口電路3和計算機4安裝在控制箱13內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測方法，其特征是步驟如下步驟1測量體位的確定患者取平臥位或坐位；步驟2電極的放置測量時將2個激勵電極分別置于一側(cè)下肢距踝關(guān)節(jié)或上肢距腕關(guān)節(jié)5cm和30cm處，2個測量電極置于激勵電極內(nèi)側(cè)，并且測量電極與同側(cè)激勵電極的距離不小于肢體半徑的1.5倍；電極與皮膚間涂生理鹽水以減少空氣電容；步驟3測定數(shù)據(jù)的讀取測定人體組織生物電阻率，并轉(zhuǎn)換為體液的負荷狀態(tài)值；電橋測定的電阻抗值通過IEE488-D型接口進入計算機，步驟4由計算機中的計算程序，通過公式的計算轉(zhuǎn)換為體液平衡狀態(tài)值；步驟5得到被測者的體液負荷狀態(tài)輸出應脫水或應補液的提示。
2.一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器，其特征是由電橋電路、接口電路、計算機、恒流源電路和電極系統(tǒng)組成，電極系統(tǒng)由四只電極測頭組成，2只激勵電極與恒流源的輸出連接，2只測量電極與電橋電路連接，電橋電路通過連線與計算機的接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器，其特征是電橋電路選用GR1689-P-RLC型數(shù)字電橋電路，接口電路選用IEE488-D型接口電路，恒流源電路為電源輸入經(jīng)保險管并聯(lián)電阻R1和電容C1，后分別接熱敏電阻R3電阻R2再連接扼流線圈TT1，扼流線圈TT1接橋式整流電路D9，橋式整流電路D9輸出接電阻R4和電容C2、二極管D1，電容C2接地，電阻R4接二極管D3、D5和三極管T1的基極和電容C4，三極管T1的發(fā)射極接電阻R6后接地，二極管D3與二極管D4串聯(lián)后接地，三極管T1的集電極接并聯(lián)的電阻R5和電容C3后接二極管D2，二極管D2與二極管D1連接后與變壓器TT2的初級的一端連接，變壓器TT2的初級的另一端與三極管T1的集電極連接，電容C4與可變電阻R7串聯(lián)后與二極管D6和變壓器TT2的另一初級連接，二極管D5和二極管D6分別與并聯(lián)的電阻R1和電容C1的一端連接，變壓器TT2的次級輸出與熱敏電阻R9和可變電阻R11連接，熱敏電阻R9和可變電阻R11的另一端與穩(wěn)壓管D7和D8和電阻R10的一端連接并接出輸出線。
全文摘要
一種生物電阻率人體體液平衡監(jiān)測儀器由電橋電路，接口電路，計算機、恒流源電路和電極系統(tǒng)組成。電極系統(tǒng)由四只電極測頭組成，2只激勵電極與恒流源的輸出連接，2只測量電極與電橋電路連接，電橋電路通過連線與計算機的接口連接。監(jiān)測方法步驟1患者取平臥位或坐位。步驟2將2個激勵電極分別置于一側(cè)下肢距踝關(guān)節(jié)處，2個測量電極置于激勵電極內(nèi)側(cè)，步驟3測定數(shù)據(jù)的讀取由本發(fā)明的體液平衡監(jiān)測儀測定人體組織生物電阻率，并轉(zhuǎn)換為體液的負荷值。步驟4得到被測者的體液負荷狀態(tài)輸出應脫水或應補液的提示。
文檔編號A61B5/053GK1593336SQ20041000929
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者姜楓, 畢增祺, 余玨, 劉景陽, 岳琪柱, 薄玉紅, 王世相 申請人:姜楓, 畢增祺