一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器及監測方法
2023-12-08 04:00:36 2
專利名稱：一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器及監測方法
技術領域：
本發明涉及一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器及監測方法。
背景技術：
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測透析病人的水平衡狀態。1985年Auton等提出了「幹體重」的概念。幹體重即是病人處於水負荷平衡狀態時的體重。水平衡是指每天從外界攝入和由體內氧化代謝所產生的水量和體內排出的水量處在平衡狀態。由於尿毒症病人無功能腎單位佔絕大部分，無法維持球管功能，不能正常調節水鈉平衡，故出現少尿或無尿，細胞外液容量異常增加，結果導致浮腫、肺水腫及高血壓，甚至心衰等水負荷過多的合併症。如果病人的細胞外液容量不足便可出現低血壓、休克甚至死亡。所以準確地測定病人的幹體重是評價透析效果的重要指標。對於幹體重的測定，世界上曾進行多方面的研究。根據其測定原理可分為以下幾個方面(1)臨床診斷法根據病人的一般狀態、臨床表現等判斷病人是否達到幹體重。如果病人出現高血壓，肺水腫，左心衰等，考慮為水負荷過多；如果出現低血壓，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。如果男性心胸比大於50％，女性大於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(CI)來估計血透病人幹體重。當病人超水負荷時，VCD＞11.5mm/m2，當出現低水負荷時，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，對比透析前後體液，評估是否達到幹體重。(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幹體重。(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，進而評價病人的幹體重。(7)動態血容量測法等。
上述方法各有其優缺點，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，但測定方法比較複雜，沒有時效性。生物阻抗法簡單易行，時效性強，但由於其反映的不是導體的導電特性，測定值受導體形態的影響，故測定結果有較大偏差，且測定值不穩定，不能準確反映人體水負荷狀況。所以找到一種時效性好，無創傷性，簡單易行，比較精確的幹體重測定法是很有必要的。
發明內容
本發明目的在於改進現有技術之缺點，而提供一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器及監測方法，可以用於透析病人水負荷平衡監控，非透析病人體液平衡監測，危重症病人補液監測，病人營養狀況監測，肥胖者脂肪含量監測，生物組織水分測定等的時效性好，無創傷性，簡單易行，比較精確。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器由電橋電路，接口電路，計算機、恆流源電路和電極系統組成。電極系統由四隻電極測頭組成，2隻激勵電極與恆流源的輸出連接，2隻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。
恆流源輸出工作電流。電橋測定的電阻抗值由電腦通過公式(1)(2)(3)轉換為體液平衡狀態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越多。反之則為負值，負值越大表示水負荷少於平衡狀態越多。
公式(1)ρ測定＝R(C12+C22+C1C2)/12πL2這裡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)這裡W男為男性水負荷狀態測定值，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)這裡W女為女性水負荷狀態測定值，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個激勵電極分別置於一側下肢距踝關節(或上肢距腕關節)5cm和30cm處，2個測量電極置於激勵電極內側，並且測量電極與同側激勵電極的距離不小於肢體半徑的1.5倍。電極與皮膚間塗生理鹽水以減少空氣電容，電極綁縛的鬆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測定數據的讀取由本發明的體液平衡監測儀測定人體組織生物電阻率，並轉換為體液的負荷狀態值。
步驟4得到被測者的體液負荷狀態輸出應脫水或應補液的提示。
1.技術原理本發明通過研究發現，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。利用生物電阻率可很好地評價透析病人的幹體重，並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。對於人體組織來說，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。對於生物組織的電學特性的理解頗複雜。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。他認為組織結構是導電介質(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是導電的細胞內液。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)的關係
*P＜0.05
由於正常人體細胞外液組成恆定，透析病人透析前後細胞外液電解質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的準確性。
對於正常人，體液負荷處於平衡狀態，組織細胞外液含量基本恆定，細胞外液組成恆定，其生物電阻率也恆定。研究結果表明正常人群性別之間生物電阻率有差異，女性高於男性；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。由於女性的脂肪含量較男性多，所以電阻率較男性增大。對於透析病人，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現，每次透析之前病人的生物電阻率明顯低於正常值，而透析結束後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的比較結果
P＜0.001 P＜0.001而這一生物電阻率變化的速度取決於病人體液負荷失衡的程度。某些體液負荷嚴重過多的病人，其生物電阻率須經多次透析後才能接近或達到正常值(見表4)。
表4血透病人多次透析後電阻率的動態變化透析次數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症狀有很好的相關性。病人水負荷過多的臨床表現越嚴重，其生物電阻率越小；反之，如果病人出現脫水症狀，則生物電阻率明顯高於正常值。另外，應用生物電阻率作為參數，應用電阻率超濾方程預定血透病人的超濾量，也達到了數位化管理病人的滿意效果(見表5)。
表5血透前後生物電阻率差值Δρ和超濾量Y的關係
*P＜0.0
圖1為本發明的結構示意2為本發明的測量示意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測儀器由電橋電路2選用GR1689-P-RLC型數字電橋電路、接口電路3、計算機4、恆流源電路1和電極系統組成。電極系統由四隻電極測頭組成，2隻激勵電極5、6通過連線9、10與恆流源1的輸出連接，2隻測量電極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。
恆流源電路1如圖3所示，電源輸入經保險管並聯電阻R1和電容C1，後分別接熱敏電阻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、二極體D1，電容C2接地，電阻R4接二極體D3、D5和三極體T1的基極和電容C4，三極體T1的發射極接電阻R6後接地，二極體D3與二極體D4串聯後接地，三極體T1的集電極接並聯的電阻R5和電容C3後接二極體D2，二極體D2與二極體D1連接後與變壓器TT2的初級的一端連接，變壓器TF2的初級的另一端與三極體T1的集電極連接，電容C4與可變電阻R7串聯後與二極體D6和變壓器TT2的另一初級連接，二極體D5和二極體D6分別與並聯的電阻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的另一端與穩壓管D7和D8和電阻R10的一端連接並接出輸出線。
恆流源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，通過公式的計算轉換為體液平衡狀態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越多。反之則為負值，負值越大表示水負荷少於平衡狀態越多。
實施例2一種生物電阻率人體體液平衡監測方法步驟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分別置於一側下肢距踝關節或上肢距腕關節5cm和30cm處，2個測量電極7、8置於激勵電極5、6內側，並且測量電極7、8與同側激勵電極5、6的距離不小於肢體半徑的1.5倍。所述的電極與皮膚間塗生理鹽水以減少空氣電容，電極綁縛的鬆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測定數據的讀取由本發明的體液平衡監測儀測定人體組織生物電阻率，並轉換為體液的負荷狀態值。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)的計算轉換為體液平衡狀態值公式(1)ρ測定＝R(C12+C22+C1C2)/12πL2
這裡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)這裡W男為男性水負荷狀態測定值，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)這裡W女為女性水負荷狀態測定值，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。
權利要求
1.一種生物電阻率人體體液平衡監測方法，其特徵是步驟如下步驟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個激勵電極分別置於一側下肢距踝關節或上肢距腕關節5cm和30cm處，2個測量電極置於激勵電極內側，並且測量電極與同側激勵電極的距離不小於肢體半徑的1.5倍；電極與皮膚間塗生理鹽水以減少空氣電容；步驟3測定數據的讀取測定人體組織生物電阻率，並轉換為體液的負荷狀態值；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，通過公式的計算轉換為體液平衡狀態值；步驟5得到被測者的體液負荷狀態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測儀器，其特徵是由電橋電路、接口電路、計算機、恆流源電路和電極系統組成，電極系統由四隻電極測頭組成，2隻激勵電極與恆流源的輸出連接，2隻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.根據權利要求2所述的一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器，其特徵是電橋電路選用GR1689-P-RLC型數字電橋電路，接口電路選用IEE488-D型接口電路，恆流源電路為電源輸入經保險管並聯電阻R1和電容C1，後分別接熱敏電阻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、二極體D1，電容C2接地，電阻R4接二極體D3、D5和三極體T1的基極和電容C4，三極體T1的發射極接電阻R6後接地，二極體D3與二極體D4串聯後接地，三極體T1的集電極接並聯的電阻R5和電容C3後接二極體D2，二極體D2與二極體D1連接後與變壓器TT2的初級的一端連接，變壓器TT2的初級的另一端與三極體T1的集電極連接，電容C4與可變電阻R7串聯後與二極體D6和變壓器TT2的另一初級連接，二極體D5和二極體D6分別與並聯的電阻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的另一端與穩壓管D7和D8和電阻R10的一端連接並接出輸出線。
全文摘要
一種生物電阻率人體體液平衡監測儀器由電橋電路，接口電路，計算機、恆流源電路和電極系統組成。電極系統由四隻電極測頭組成，2隻激勵電極與恆流源的輸出連接，2隻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個激勵電極分別置於一側下肢距踝關節處，2個測量電極置於激勵電極內側，步驟3測定數據的讀取由本發明的體液平衡監測儀測定人體組織生物電阻率，並轉換為體液的負荷值。步驟4得到被測者的體液負荷狀態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 優先權日2004年7月1日
發明者姜楓, 畢增祺, 餘珏, 劉景陽, 嶽琪柱, 薄玉紅, 王世相 申請人:姜楓, 畢增祺