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电生物阻抗测量

相关产品:MFIAMFLIMF-IAMF-MDHF2LIHF2TAHF2LI-MF

应用说明

电生物阻抗是一种类似于微流控细胞检测的无损检测方法,区别仅仅是测量的尺度为生物组织而非单个细胞。该技术被广泛用于医疗检测,用来补足传统的物化和生化的手段。它具体的应用包括生物电阻抗分析(BIA),心电图(ECG),电阻抗断层扫描(EIT)和电阻抗肌电图(EIM)。在这些应用中,我们可以将微弱的交流电压或电流信号施加到组织上。由于组织同时包含电阻性的水和电容性的细胞膜,我们需要使用相敏技术测量产生的电流或电压信号,以便量化组织的复阻抗。

测量策略

LCR表通常可用于在一个或几个固定频率(通常介于10 Hz和100 kHz之间)下测量生物阻抗。但基于这样有限的数据,我们无法确认组织的等效电路模型。此频率范围也不足以捕捉组织阻抗的全部信息,因为它既无法穿透细胞膜(要求频率高于1 MHz),也不能区分低频信号与心跳或呼吸(1 Hz或以下)。

MFIA 阻抗分析仪和 HF2LI 锁相放大器可分别覆盖从 1 mHz 到 5 MHz 或 50 MHz 的宽频率范围,并提供2端子和4端子检测配置(亦称为2线或4线配置)。其中4端子检测(图1所示)的优点是降低电极与组织之间的接触电阻的影响。如果您对接触电阻本身感兴趣,则可以通过依次测量2端子和4端子阻抗来确定它的大小。除了在频域扫描阻抗和其它相关参数(图2所示)外,您还可以在时域测量,研究阻抗随时间的演变,比如神经元网络中的快速阻抗变化或者由轻微的肌肉运动而产生的微小阻抗变化(图3所示)。

Electrical bioimpedance measurement setup with the Zurich Instruments MFIA

图1:使用 MFIA 阻抗分析仪对组织样本进行的4线阻抗测量的示意图。高频,高电容路径用橙色表示;而低频,电阻路径用蓝色表示。

Frequency-dependent impedance measurement with the MFIA

图2:使用LabOne参数扫描仪模块在人类前臂上的测得的阻抗频谱。此图同时包含阻抗幅值(红色),相位(蓝色)和RMS电流(绿色)。X轴为频率对数轴,而Y轴显示了相位。

Small impedance and phase changes captured with the LabOne Plotter module

图3:使用LabOne绘图仪模块测量握拳运动引起的微小阻抗和相位变化(1.5 Ohm和1.5 deg)。阻抗在松拳后恢复。

选择苏黎世仪器的优势

  • 在包含低频段的宽频范围内扫描阻抗,方便确定生物组织的等效电路模型。
  • 高速跟踪快速的阻抗和相位变化,同时保持高精度。仅需要LabOne绘图仪或数据采集模块,无需外接数字采集卡。
  • 通过并行实验来节省时间。使用 MF-MD 或 HF2LI-MF 选件,可以同时探测多个频率下的阻抗。
  • 自动化工作流程。您可以使用 LabOne的API,包括Python,C,MATLAB®,LabVIEW™和.NET。

 

请注意: MFIA仅适用于实验室研究,不该应用于临床诊断。

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视频

MFIA Impedance Analyzer Overview
What makes a great Impedance Analyzer?

Publications

Chen, L. et al.

Textile-Based Capacitive Sensor for Physical Rehabilitation via Surface Topological Modification

ACS Nano 14, 8191–8201 (2020)

Schuelke, C. et al.

Bioimpedance and Electrochemistry for Neural Stem Cell Characterization and Detection of Dopamine Release

41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (2019)

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