一种研究血液电特性的新方法─—多频率阻抗法

本文描述了一种研究血液电特性的新方法及其用于血液电特性研究的初步结果。建立了血液的物理模型，结合血液的典型三元件等效电路，并依据血液的频率特性，采用三个不同频率的恒定电流，同时加于被测血样，测量相应的阻抗值，然后由电路方程解出血浆电阻Ｒ＿０、红细胞内液电阻Ｒ＿１和细胞膜电容Ｃ等参数。作为多频率阻抗法的一种实际应用，从理论上推导出了新的电测红细胞压积Ｈｃｔ的计算公式，并对用生理盐水置换了血浆的血液和经二醛磷酸缓冲液处理后，红细胞硬化的血液进行了实验研究。表明参数Ｒ＿０、Ｒ＿１和Ｃ等，能有效地反映血浆、红细胞内液及细胞膜等的状态及性能变化，能更全面反映血液特性。     

模拟失重对大鼠血液电阻抗谱影响的实验研究

利用RC等效电路模型解析模拟失重引起大鼠血液变化的电生理机制。采用大鼠尾部悬吊方法建立模拟失重动物模型,使用Aligent 4294A阻抗分析仪测量对照组与模拟失重大鼠血液电阻抗谱,通过血液等效电路模型的数值计算和曲线拟合,比较、分析对照组与模拟失重组血液电学参数（电阻和电容）。结果表明,模拟失重60 d后,与对照组比较,失重大鼠血液的红细胞比容（Hct）降低,细胞膜电阻率减少,细胞外和细胞内电阻率分别减少16.44%和1.54%,细胞膜和细胞内电容分别减少4.66%和0.83%,细胞外电容不变。模拟失重使大鼠血液的红细胞比容（Hct）明显降低,红细胞膜电阻率显著降低,导致细胞外液和全血电阻抗降低,导电性增加,电阻抗谱向低阻方向移动。     

乳腺癌及周围组织电阻抗频谱特性与其病理学特征的研究

目的研究人体乳腺癌及其周围组织的电阻抗频谱特性，探究我国妇女乳腺组织电阻抗频谱特性的分布规律及其与病理学之间的关系。方法采用英国Solartron公司1255B型频率响应分析仪，在1Hz—1MHz频率范围内用四电极法离体测量组织电阻抗频谱特性。将每个测量标本做成病理切片用于观察比较。结果从测量数据看，乳腺癌与其周同组织电阻抗频谱特性差异显著，脂肪组织的电阻率最高，乳腺癌次之，腺体组织最低，而脂肪组织的特征频率最低．腺体组织次之．乳腺癌最高。从病理学分析看，乳腺组织病理状态不同则其电阻抗特性也存在差别。结论人体乳腺癌及其周围组织的电阻抗特性存在显著性差异，同时发现测量样本的病理状态不同，其电阻抗特性不同。     

多频率阻抗法研究血液电特性

根据血液的阻抗－频率特性和典型的三元件血液模型，介绍了一种研究血液电特性的新方法多频率阻抗法。并对用生理盐水置换了血浆的血液和经戊二醛磷酸缓冲液处理后，红细胞硬化的血液的电特性进行了实验研究。结果表明，新方法采用的血浆电阻Ｒ０，红细胞内液电阻Ｒ１和细胞膜电容Ｃ参数等能高灵敏地反映血浆、红细胞内液及细胞膜等的状态及性能变化，可为全面评价血液特性提供一种有效的手段。     

基于体外阻抗测量的恶性胶质瘤介电特性

目的研究脑胶质瘤生物电阻抗特性,探索出恶性胶质瘤组织与正常脑组织的特征性电参数,为区分恶性胶质瘤与正常脑组织提供依据。方法基于四电极法阻抗测量设计了一种体外阻抗测量传感器,利用普林斯顿阻抗分析仪Versa STAT3对10例裸鼠脑胶质瘤和脑组织进行阻抗测量,并对20Hz~250 k Hz范围内阻抗频谱特性曲线进行定量分析;结合生物阻抗谱理论,建立体外脑胶质瘤等效电路模型,并利用ZSimp Win对等效阻抗电路进行拟合仿真,以探讨脑胶质瘤在阻抗电路中的特性。结果胶质瘤的阻抗模值在20 Hz~250 k Hz范围内随频率的增大而减小,幅值曲线在200 Hz和50 k Hz附近各存在一个斜坡,这两个斜坡的斜度都小于对应的正常鼠脑组织的斜度。10组裸鼠体外实验中,胶质瘤和脑组织的虚部-实部图中有两个时间环节,可以用两个时间常数的等效电路代替,并且电路元件中的参数R1对于胶质瘤和脑组织差异明显。结论体外鼠脑胶质瘤与正常脑组织可以用阻抗特性曲线的斜坡值进行定量区别。此外,等效电路电参数中的R1也可以作为一个区分胶质瘤和脑组织的指标,这为临床检测和区分胶质瘤组织开拓了新的研究思路。     

体外人脑胶质瘤电阻抗特性及等效电路

目的 研究人脑胶质瘤的电阻抗特性并建立其等效电路,可为进一步区分人脑胶质瘤和正常脑组织的阻抗特性差异提供依据.方法 利用英国Solartron公司的阻抗分析仪（1260）,采用四端法,在10 Hz ～ 10 MHz范围内,对4例体外人胶质瘤组织进行电阻抗测量.通过分析其频率特性并结合已有的人脑组织的等效电路,建立了体外胶质瘤的等效电路,利用阻抗分析软件Z-VIEW对其进行仿真.结果 体外人脑胶质瘤的阻抗模值在10 Hz～10 MHz范围内随频率的增大而下降,相位角在该范围内随频率的增大而增大.体外人脑胶质瘤组织在10 kHz ～ 10 MHz范围内电阻抗实部比较稳定,其中在10Hz～ 10 kHz范围内,实部随频率的增大而减小.电阻抗虚部在20 kHz ～ 10 MHz范围内较稳定,而在10Hz ～ 20 kHz范围内,虚部随频率增大而增大.样本的等效电路仿真曲线与实际曲线相比较,等效电路模型能较好地反映体外人脑胶质瘤的电阻抗特性.结论 体外人脑胶质瘤与已知的正常脑组织的电阻抗特性及等效电路差别明显,这为探索生物电阻抗技术应用于区别胶质瘤与正常脑组织的临床应用提供了研究基础.     

血液组成交流电特性的研究

对人体血液及不同组成、生理和病理(糖尿病)状态的电频谱特性(幅频特性和相频特性),在1 H z~20MH z范围进行了检测分析。血液组成中电阻抗血清最小,其次是血浆、全血、红细胞最大,负相移基本满足血清最大,其次是血浆,全血,最小是红细胞。但问题是血清、血浆中恰无细胞、细胞膜,何来容性效应最大呢;糖尿病属内分泌(血液改变较明显)疾病,糖尿病患者血液电频谱特性有明显且典型性改变:血液电阻抗下降(低频端更显著),负相移增加(高频端更明显)。表明糖尿病人的血液交流导电性增加主要是容性导电的增加,应与红细胞膜变化,红细胞变形能力和聚集性改变相关。相关实验表明,血液电频谱特性的研究,使我们有可能利用电学强有力的理论和手段,从另一个视角去认识血液的一些重要性质,并和其它一些检测分析方法相互补充和印证。     

人血液介电谱Cole-Cole数学模型的解析

通过Cole-Cole方程的数值计算,对人血液介电谱实验数据进行曲线拟合的残差分析,建立人血液Cole-Cole数学模型参数。在104～108 Hz频率范围,使用Agilent 4294A阻抗分析仪测量30人70例全血导纳,并利用Cole-Cole方程的非线性数值计算,对实测数据进行曲线拟合,计算曲线拟合的残差数值。人血液介电谱的Cole-Cole数学模型参数:高频极限介电常数εh=45±5;第一弛豫介电增量Δε1=6 200±350、第一特征频率fC1=(500±5)kHz、第一弛豫分布系数β1=0.86±0.06、第二弛豫介电增量Δε2=990±310、第二特征频率fC2=(2.7±0.1)MHz、第二弛豫分布系数β2=0.975±0.015、低频极限电导率κl=(4.15±0.85)mS/cm。人血液细胞介电行为可以通过介电频谱、Cole-Cole图、介电损耗因子频谱、电导率虚部频谱及损耗角正切频谱等5个频谱进行表征,建立Cole-Cole模型参数。     

血液的交流电导特性研究

对血液的交流电特性做了较全面的研究。针对血液这一特殊对象,在测试方法及测量系统设计中做了较深入的工作。在１ＨＺ－１０ＨＭＺ频率范围内测定了正常成人全血的电频谱特性。实验发现,正常成人血液电导随测量信号频率增加在１００ＨＺ－１０ＫＨＺ范围内有显著的增加,但相位基本不变,考虑到血液的这一电特性,将对以前电导法测红血球压积,血液粘度等工作做一定的补充和修正,并帮助我们建立更合理的血液等效电模型。     

空气与填充同轴探头测量生物组织高频介电特性差异性研究

本文基于等效电路模型，对空气探头与填充探头测量生物组织高频介电特性的差异开展研究，为生物组织介电特性高频测量方法学提供参考。在100 MHz～2 GHz频段采用两种类型探头对不同浓度NaCl溶液进行测量。结果显示：由于测量时液体容易侵入探头内腔，空气探头测量计算结果的准确性与可靠性要低于填充探头，特别是被测物的介电系数，且NaCl溶液浓度越高误差越高。通过对探头终端进行覆膜可以阻止液体侵入，在一定程度上可提高测量准确度。但随着频率的降低，膜对测量的影响增大，测量准确性也随之降低。研究结果表明：空气探头尽管尺寸设计简单且容易定标，但在实际测量中与传统等效电路模型存在差异，实际使用时需要重新对模型进行修正。填充探头与等效电路模型匹配度较高，因此具有较好的测量准确性和可靠性。     

人大脑组织复电阻抗频率特性及其等效电路模型

通过频响分析仪，用四电极测量法，在0．1Hz～1MHz频率范围内，对人大脑组织的复电阻抗频率特性进行了定量测量，经分析得到了脑整体组织的复电阻抗等效电路模型。结果显示，人脑组织同已知的动物组织相比，其复电阻抗虚部频率特性、Cole-Cole曲线均不相同，等效电路模型结构也更为复杂。但是与家兔的脑整体组织相关特性相比，两者的曲线走势、等效电路模型结构完全一致。该等效电路模型对于建立人头部的等效电路模型有重要的参考价值。     

肌电信号的预处理

通过观察肌电信号(EMG)可以判断肌肉功能是否正常,这对利用A型肉毒毒素治疗肌肉痉挛性疾病十分有意义。EMG属于生物电范畴,信号微弱,并且易受干扰,针对EMG的特点设计信号调理电路。该电路采用两级隔离放大并经过滤波处理来提取肌电信号。对信号处理电路的特性分析表明,文中所设计的电路可以有效提取10～500Hz的肌电信号,并有效抑制工频干扰,因此该电路将在实际应用中取得较理想结果。     

家兔脑组织复电阻抗频率特性及其等效电路模型

目的：研究大脑组织的复电阻抗频率特性,分析缺血对大脑组织复电阻抗频率特性的影响,构建大脑组织的复电阻抗等效电路模型。方法：利用频响分析仪(1255B,英国Solartron公司),二电极测量法,对12只家兔正常、缺血状态大脑组织复电阻抗频率特性进行离体测量,脑缺血方法采用的是颈总动脉结扎法,等效电路模型分析采用阻抗分析软件(Zplot 2．1,英国Solartron公司),还经过脑组织病理学常规染色(HE染色)对脑缺血进行了验证。结果：在缺血脑损伤发生后,脑组织复电阻抗实部、虚部均明显增大,电阻率变化率受频率影响较小,但脑组织复电阻抗虚部频率特性未呈现出单峰走势,经软件分析得到了脑组织的复电阻抗等效电路模型。讨论：脑组织复电阻抗实部、虚部和电阻率变化率均可以作为成像变量;其复电阻抗等效电路模型显示整体脑组织的等效电路模型构成比较复杂,并非传统的生物组织三元件等效电路模型,在进一步的研究中应设法对各组织分别进行测量。     

Sweep-frequency marker generator for blood pressure transducer testing

A circuit which places accurate frequency calibrations on swept-frequency recordings is presented. This circuit is useful in the calibration of direct blood pressure transducers and will have applications in the testing of other biological transducers as well. The design range of 1 Hz to 128 square root 2 Hz is suitable for testing a broad range of biological transducers and systems. The circuit basically measures the periods between successive zero crossings. Pulses are generated that may be recorded on a swept-frequency strip chart record of an individual transducer. A series of sixteen marker pulses indicates 1 Hz, square root 2 Hz, 2 Hz, 2 square root 2 Hz, up to 128 square root 2 Hz. A special wide pulse at 16 Hz distinguishes the marker pulses.     

低噪声、低纹波头皮脑电信号采集的前端电路

基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计了一种由前置放大器、纹波抑制电路、增益可编程放大器和外置低通滤波器组成的低噪声头皮脑电信号采集前端电路。其中前置放大器采用斩波技术来降低低频噪声和失调电压,其结构为电容耦合的斩波稳定放大器,其有源放大部分由折叠式共源共栅级和共源级构成的两级全差分放大器构成,以获得较高的开环增益;同时在前置放大器后引入了阻容耦合电路来抑制在斩波频率处产生的纹波。可编程增益放大器采用可调电容阵列构成的电容负反馈放大器以实现增益逐级可调。Spectre后仿真结果表明,前置放大器的增益为40 dB,共模抑制比可达131 dB,电源抑制比90 dB,输入等效噪声772 nV/sqrt(Hz)@100 Hz;可编程增益放大器的增益分别为12、20、25 dB;低通滤波器的截止频率为1 kHz;纹波抑制电路对在斩波频率处的纹波具有400倍的抑制效果。该前端电路的总增益为40~65 dB,通频带为1 Hz~1 kHz。     

Characterization of implant materials in fetal bovine serum and sodium sulfate by electrochemical impedance spectroscopy. I. Mechanically polished samples

Electrochemical impedance spectroscopy is used to monitor the long-term stability (up to 150 days) of mechanically polished commercial pure titanium, Ti6Al4V, Ti6Al7Nb, and CoCrMo alloys in 0.1M sodium sulfate and fetal bovine serum. A capacitive spectrum in the frequency range from 10(-3) to 10(5) Hz is always found and the impedance spectra can be fitted by a simple parallel RC circuit with a constant phase element. The open circuit potential observed in serum is always more cathodic and the polarization resistance (R(p)) is higher than that recorded in sodium sulfate solutions. The observed variation of the equivalent capacitance in serum bovine suggests that an adsorption layer of organic molecules develops on the electrode surface and it is responsible for both the decrease in open circuit potential and the higher R(p), because it hinders the oxygen evolution reaction and the charge transfer responsible for the passive film dissolution (or growth). Among the alloys studied, Ti6Al4V displayed the highest steady-state values of R(p) both in serum and in sodium sulfate.