电间隙扫描(EIS) - 电弥散分析 (EDA)


使用适应症


QBioscan系统是非入侵性的生物阻抗解读器,用来检查、筛选和评估以下情况:

• 10到80髓活动量少的人和16到60岁体格健壮的人的全面身体成分。
• 间质性生化值。适用年龄:5 - 80岁。
• 生理组织参数。 适用年龄:5 – 80岁。
• 微营养和饮食的生活方式。 适用年龄:40 - 80岁。

通过生理组织参数,依靠间隙液体的生化值进一步调查。

评估方法和测量过程


我们建议在测量前测试仪器的功能,以保证对患者的连接符合要求,硬件和软件操作正常。 测量开始后,使用微弱的直流电(200 µA)并将 1V的电压通到6个触觉电极上,开始在身体的11个路径上进行连续测量。 从阳极到阴极,然后从阴极到阳极, 软件更改每个路径的极性并测量每个路径的电导。 六电极对称放在两手、脚和病人的前额, 使用1v的直流电。测量顺序记录11个分段,每个电极都是先在阴极然后在阳极(双极模式),然后以数值格式将强度输送到程序以存储信息。
在6个触觉电极的协助下,微弱的直流电按顺序在两个电极间输送,被测试者体内的1个路径的电导记录在 QBioscan中显示出来。
QBioscan是皮电反应仪器, 按照 21 CFR 882.1540标准测量皮肤电传导,并将结果在电脑屏幕上显示。



理论背景


仪器使用两种技术:生物阻抗分析(BIA)和阻抗普分析法( BIS)。
生物阻抗分析 的目的是评估身体成分和水平衡,但它也被运用于心脏病学和成像。
阻抗普分析法是另一种评估身体成分和水平衡的技术,但它也可以用来估计神经递质。

这两种技术都是以检查为基础,1V 的直流电压不能穿过细胞膜和毛细血管(高电阻千欧姆和电抗0)。 它只到达组织液(间质组织)。这就是它的阻力,强度和电导率是如何被测量的。该方法是基于Kanai 和Meijer研究, 他们的研究结果证实,因为介电性能,细胞膜和毛细血管表现为一个容量。 这就是为什么直流电只能在组织液中流动而无法穿透它的膜。组织形成一个电解离子环境,通过离子传导电流,这样就形成两电极之间的电流。 因为电流是从阳极到阴极, 主要的传导离子是以钠(更高细胞外液的正电荷)的形式出现的。 组织液经过的空间的含水量也在电导率中扮演了重要的角色。

组织液钠浓度


关于所穿越间隔的强度和钠离子浓度的关联,请看以下信息。



含水量和穿越间隔导电率的关系。



组织液钠离子强度和浓度 – 正常范围
121.6 到 129 mmol/L被看作是组织液钠离子浓度的正常范围。
其强度(科特雷尔方程)从12.4到20µA (根据系数c,正常范围取决于受测者的年龄/性别/体重)应该是对应的。

组织液的容量 – 正常范围
组织液的容量与以下有关:
总体重: 正常范围:总体重的16% +/- 3
空间的大小 (内毛细血管间距): 80 +/- 5 µm

组织大致的氧气输送量


氧气的大致输送量与内毛细血管间距有关
这个数据说明内毛细血管间距变化(组织液容量)的效果,是与组织的氧气输送量有关的。 一旦组织液容量增加,氧气输送量就会减少。




观察生物阻抗和氧气及大致氧气输送量及其与电阻的关系

为了确定其病理-生理的发展,可以持续评估活组织的电阻抗。 比如有些疾病,因为隐含的细胞改变,阻抗变化说明是缺血、梗死或坏死。 就是为什么有提议用生物阻抗跟踪和监测来发现心肌缺血, 器官移植可行性评估和移植排异监控 – 在大多数的情况下可以发现细胞外液量的改变,并可以得出结论。
下图说明了生物阻抗测量可以监控缺血。 在常氧状态下,细胞外空间允许大量的低频电流流过。 如果有缺血就会发生变化。 缺氧就会阻止细胞产生足够的能量来满足离子泵,因此细胞外液就会渗透到细胞。 细胞生长和侵入细胞外空间, 导致减少的低频电流在这个低频引起阻抗系数的增加。 因此,低频生物阻抗测量是组织缺血的指示物。



但是,这种过于简单化的缺血—阻抗关系描述对含有间隙连接的细胞来说可能不准确。 在这样的情况下(例如心肌),在低频发现的阻抗增加很可能在大多数情况下必须归因于间隙连接的关闭(Gersing, 1998) (Groot, 2001)。

下面的彩色图表介绍了阻抗模块在1 kHz的进展。 在这项研究中,六个阻抗探针插入跳动的猪心,使其受到区域缺血, 3个探针位于缺血受影响的区域, and the other three within a normoxic area.另外3个在含氧量正常的区域 (参考 Groot, 2001)。



因为膜完整性的损失容许细胞外和细胞内媒质的连续性, 长期缺血后坏死的过程也可以被检测到 - 低频率阻抗量降低 (Haemmerich et al., 2002)。

一些研究人员推广单频测量作为控制和监控组织状况临床参数的基础。 它们易于操作,而且可以提供跟踪缺血过程的必要信息。 但是, Cole-Cole型号—多频生物阻抗测量(生物阻抗谱分析法)及其特性有更多的信息,而且其结果也有更好的可复制性 (Raicu et al., 2000)。

生物阻抗谱分析法 (BIS)


利用谱分析技术,尤其是计时安培分析法,QBioscan依据离子通量(离子的扩散系数)来计算和评估组织液电离图和组织液H+离子浓度。



组织液Na+浓度提供Na+/K+腺苷三磷酸酶评估活动的起始点

计时安培分析法: 科特雷尔方程


科特雷尔方程是一个公式,与计时安培分析法一起使用测量浓度较弱的生化值。 它用于实验室测试设备以及血清素的评估。
计时安培分析法是一种将工作电极的电位从初始突然提到最终电位的技术, 分析物的始电位通常跨越这一步。
解决方法是不要搅动初始电位, 确保没有电流流动 (将电极保持在一个电位, 不要让分析物的主要形式减少或氧化)。 然后,将电位加到氧化或者减少分析物的水平, 这样,电流开始在电极流动。刚开始的时候很大, 当电极附近的分析物被消耗掉之后,它很快地衰变,这样就观察到一个瞬态信号。
如果当电位加大时的时间电是零, 那么科特雷尔方程描述电流I如何作为时间函数t衰变:

科特雷尔方程和计算QBioscan系统浓度的数学变换公式



F = 法拉第常量 (96500 C/mole)
A = 电极面积 (en cm2)
Co = 离子浓度 (mol/ cm3)
n = 每个分子的电子数
D = 扩散系数 (cm2/ s)
t = 测量时间间隔,以秒为单位

电流的减少是时间平方根的倒数, 虽然 (吸附氧化还原种类)减少可能被认为是指数。对时间平方根的依赖说明了这样一个事实,物理扩散负责运输分析物到电极的表面。

组织液PH值及其在人体内的作用


组织的pH值(正常范围是7.31到7.35之间)或组织液影响酶活动,因此也影响胰腺和肝脏功能。
组织的pH值(正常范围是7.28 到7.32)或脑组织液在大脑的血流量和神经兴奋性中活跃。

电极极化阻抗(EPI)


电解质体积电阻和极化阻抗之比称为极化率。
不管电极材料是什么, 作为稀释的Na / Cl溶液浓度功能,极化率会变小。与其他电极相比, 医用不锈钢不受浓度影响而且电极极化阻抗也高。