生物阻抗方法和仪器技术

提供了用于提供生物阻抗分析的方法和仪器。在某些方面，提供了等效电路频率响应模型，从而改进了与ＭＲＩ数据之间的关联。频率响应模型考虑了身体组成，包括身体节段的脂肪成分。通过在对象小腿上进行生物阻抗频谱（ＢＩＳ）和ＭＲＩ分析而获得的数据说明，与在５０千赫进行的单频率分析和用常规的Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ模型进行分析相比，其关联性得到了改进。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物阻抗方法和仪器，更具体地，涉及应用这些方法和仪器来测定对 象身体节段的肌肉含量，脂肪含量，和/或细胞外液含量的用途，其中该节段基本上可包括 该对象的整个身体。
技术介绍
很长时间以来，生物组织的电学特性一直引起科学上的关注。在上个世纪，很多基 于生物电知识的进展和新的装置已应用于生物和生物医药领域。生物电阻抗分析是该领域中有趣并且具有挑战性的课题之一。因为生物阻抗具 有用非侵入性、简单、低廉以及轻便的方法来检测身体组成的潜力，所以在医学的很多领域 已对生物阻抗开展研究。具体地，生物阻抗已应用于临床研究很多年。例如，Nyb0er[3]和 Patterson[4]报道了生物阻抗应用于临床的初期阶段。很多作者已研究了活组织电学特性的本质[2，4，5]。Schwan等用多频电流描述了 细胞膜绝缘特性之间的关系[2]。Cole已经很好地建立了用以解释体内组织电学特性的 基本理论[1]。具体地，Cole成功地建立了一种等效电路模型(以下称为Cole-Cole模 型)以解释细胞及其细胞膜对AC电流的电响应。基于Cole-Cole模型和Hanai方法[5，6，10]，一种利用生物阻抗频谱(BIS)的方 法已被建议用于测量细胞外液体体积(ECV)和细胞内液体体积(ICV)。现在，多频生物阻抗 分析方法可提供关于总的或节段的身体隔室中细胞外液和细胞内液体积的一些信息。然而，包括BIS在内的生物阻抗分析的准确性是临床使用者所关注的焦点[7，8]。 尽管很多研究已报道了利用生物阻抗分析来评估体液，但由于可靠性、有效性和准确性相 关的问题，现有技术还没有在临床实践中被广泛接受。对于利用现有生物阻抗技术的测量和分析，有很多因素对其准确性造成不良影 响。根据本专利技术的某些方面，本专利技术涉及其中的一个因素，即，用于分析生物阻抗数据的模 型。迄今常用的计算不同组织电学特性的生物阻抗模型都有一个基本的假设，即相对于无 脂肪的部分，脂肪具有更高的电阻率，因此可以忽略脂肪块。然而，最近的研究发现当测试 对象具有大量脂肪组织时，在50千赫进行的生物阻抗测量会受到影响[7]。如下详述，根据 本专利技术，已发现对于具有不同身体质量指数(BMI)值的测试对象，用BIS测量身体组成时， 脂肪的数量是影响其准确性的重要因素之一。专利技术概述3根据第一方面，本专利技术提供一种用于分析对象身体节段的生物阻抗数据的方法， 所述身体节段具有外皮肤表面，所述方法包括(a)将多个频率的交流电施加于外皮肤表面的至少两个点，以使电流穿过该节 段；(b)对于每个频率，记录外皮肤表面至少两个其它点之间的电压差别，所述记录的 电压差别包括幅值和相的信息(即，幅值和相值或，相当地，电阻和电抗值)；和(C)用在多 个频率记录的电压差别来确定表明该节段的肌肉、脂肪和/或细胞外液含量的至少一个数 值，所述数值是用该节段的阻抗模型来确定的，该阻抗模型至少包括三个平行的电路，其中 一个电路由电阻器R1和电容器Cm串联组成，其主要代表该节段的肌肉成分，一个电路由电 阻器Rf和电容器Cf串联组成，其主要代表该节段的脂肪成分，另一个电路由电阻器组成。根据第二方面，本专利技术提供一种用于分析对象身体节段的生物阻抗数据的方法， 所述身体节段具有外皮肤表面，所述方法包括(a)将多个频率的交流电施加于外皮肤表 面的至少两个点，以使电流穿过该节段；(b)对于每个频率，记录外皮肤表面至少两个其它 点之间的电压差别，所述记录的电压差别包括幅值和相的信息(即，幅值和相值或，相当 地，电阻和电抗值)；和(c)用在多个频率记录的电压差别来确定表明该节段脂肪和/或细 胞外液含量的至少一个数值，所述数值是用该节段的阻抗模型来确定的，该阻抗模型至少 包括两个平行的电路，其中一个电路由电阻器艮和电容器Cf串联组成，其主要代表该节段 的脂肪成分，另一个电路由主要代表该节段细胞外液成分的电阻器组成；其中(i)所述两个平行的电路是该阻抗模型中仅有的平行电路，其代表皮肤内 部节段的组成；和(ii)步骤(a)中施加的各频率小于或等于10千赫。根据本专利技术前述各方面的某些实施方式，采用一个相关性方程，它将模型参数 (例如，Rf)转化为该节段的生理学数值(例如，脂肪含量值)。该相关性方程可通过以下步 骤获得(i)在多个校准对象上进行步骤(a)，(b)和(c)以获得所述各对象的模型参数值； ( )在所述多个校准对象的节段上进行测量(例如，用磁共振成像测量脂肪含量)以获得 所述各对象节段的生理数值；和(iii)对步骤(i)和(ii)中获得的数值进行回归分析以获 得相关性方程。优选地，所述多个校准对象包括至少一个身体质量指数小于20的对象和至少一 个身体质量指数大于35的对象。更优选地，所述多个校准对象包括至少一个身体质量指数 小于20的对象和至少一个身体质量指数大于40的对象。根据第三方面，本专利技术提供一种用于测定由皮肤覆盖的身体节段一部分的周长的 方法，该方法包括(a)在所述部分的周围施用一系列电极，所述一系列电极具有第一电极 和最末电极，在所述一系列电极中，除第一和最末电极之间的距离之外，所有电极之间的圆 周距离都是已知的；(b)通过施加基本不穿透皮肤的低频电流，测定所述一系列电极中除 第一和最末电极之外至少两个电极之间的电阻；(c)通过步骤(b)中测定的电阻和两个电 极之间已知的圆周距离来确定皮肤每单位长度的电阻率；(d)通过施加基本不穿透皮肤的 低频电流，测定所述一系列电极中第一和最末电极之间的电阻；和(e)通过步骤(d)中测得 的电阻和步骤(c)中测定的每单位长度的电阻率来计算所述一系列电极中第一和最末电 极之间的距离。应理解以上的总体描述和以下的详细描述都只是本专利技术的范例，意在提供用于理4解本专利技术本质和特点的概览或框架。在下面的详细描述中列出了本专利技术的其它特征和优点，从这些描述中，本领域的 技术人员很容易理解部分的特征和优点，或者通过实施本文所述的专利技术而加以确认。包括附图以提供对本专利技术更进一步的理解，这些附图纳入本说明书并组成本专利技术 书的一部分。附图简要说明附图说明图1显示根据本专利技术的身体组成模型，既有横截面形式的(图1A)也有三维形式 的(图1B)。图2A和2B是用于图1身体组成模型的等效电路频率响应模型。图3是在低频条件下，例如低于10千赫条件下，用于图1身体组成模型的等效电 路频率响应模型。图4显示可用于实施本专利技术的电极构造。图5显示图4电极构造的电阻器模型。图6显示用于产生下述实施例的生物阻抗数据的电极放置。图7显示测量和用方程12和13计算所得的P值之间的相关性。用方程12得到 的相关性斜度更为陡峭，这表明对于生物阻抗的测量，将脂肪含量相关信息纳入等效电路 频率响应模型中的价值。图8显示具有不同脂肪含量的对象组之间的t测验的ρ值。图9显示具有不同脂肪含量的三个对象(患者)的阻抗的曲线拟合。图10显示脂肪质量为0. 588千克的对象(患者)的阻抗幅值(图10A)和阻抗的 相(图10B)。图11显示脂肪质量为0. 134千克的对象(患者)的阻抗幅值(图11A)和阻抗的 相(图11B)。图12显示用MRI和本专利技术的BIS所做的肌肉(MS)评估之间的相关性。图13显示MRI测得的肌肉质量和在5千赫测得的电阻之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测定由皮肤覆盖的身体节段一部分的周长的方法，该方法包括：（ａ）在所述部分的周围施用一系列电极，所述一系列电极具有第一电极和最末电极，在所述一系列电极中，除第一和最末电极之间的距离之外，所有电极之间的圆周距离是已知的；（ｂ）通过施加基本不穿透皮肤的低频电流，测定所述一系列电极中除第一和最末电极之外至少两个电极之间的电阻；（ｃ）通过步骤（ｂ）中测定的电阻和两个电极之间已知的圆周距离来确定皮肤每单位长度的电阻率值；（ｄ）通过施加基本不穿透皮肤的低频电流，测定所述一系列电极中第一和最末电极之间的电阻；和（ｅ）通过步骤（ｄ）中测得的电阻和步骤（ｃ）中测定的每单位长度的电阻率值来计算所述一系列电极中第一和最末电极之间的距离。

【技术特征摘要】
US 2003-9-12 60/502,483;US 2004-6-16 60/580,166;US一种用于测定由皮肤覆盖的身体节段一部分的周长的方法，该方法包括(a)在所述部分的周围施用一系列电极，所述一系列电极具有第一电极和最末电极，在所述一系列电极中，除第一和最末电极之间的距离之外，所有电极之间的圆周距离是已知的；(b)通过施加基本不穿透皮肤的低频电流，测定所述一系列电极中除第一和最末电极之外至少两个电极之间的电阻；(c)通过步骤(b)中测定的电阻和两个电极之间已知的圆周距离来确定皮肤每单位长度的电阻率值；(d...

【专利技术属性】
技术研发人员：NW莱文，朱帆三，
申请(专利权)人：肾脏研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]