生物阻抗測(cè)量跳動(dòng)心臟時(shí)間變化-生物阻抗分析儀在醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用

癌癥、病毒和傳染病的快速傳播給人類健康帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。這些疾病的準(zhǔn)確和及時(shí)的診斷和治療是困難的，特別是早期檢測(cè)、臨床診斷和早期治療。快速簡(jiǎn)單的高靈敏度診斷方法的開發(fā)在臨床試驗(yàn)研究中非常重要。電化學(xué)阻抗譜(EIS)技術(shù)可用于檢測(cè)由病毒活動(dòng)引起的溶液-電極界面上發(fā)生的甚至最輕微的變化。EIS用于材料描述和相關(guān)監(jiān)測(cè)。該技術(shù)由于其快速響應(yīng)、低檢測(cè)限(LOD)和低成本，以及其用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品而不是更傳統(tǒng)的方法(如ELISA)而廣泛受到關(guān)注。阻抗法最重要和實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)之一是不需要酶標(biāo)記來(lái)檢測(cè)樣品。

EIS也是一種眾所周知的研究納米材料電學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。納米材料結(jié)合電化學(xué)生物傳感器(阻抗生物傳感器)是診斷疾病的新選擇。EIS方法已經(jīng)被用于監(jiān)控這些生物傳感器的制造過(guò)程和識(shí)別電極表面的分析物。基于電化學(xué)阻抗的傳感器由于其固有的優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)標(biāo)記方法、操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、分析時(shí)間短、尺寸小和自動(dòng)化潛力，越來(lái)越多地被研究用于臨床診斷。

EIS技術(shù)是通過(guò)施加正弦電勢(shì)并記錄對(duì)表面具有最低有害影響或極化效應(yīng)的電流來(lái)監(jiān)測(cè)表面電極的行為。值得一提的是，EIS分析法測(cè)量電極和生物敏感膜的小信號(hào)阻抗的頻率響應(yīng)，微小振幅正弦電流或電壓不會(huì)對(duì)生物大分子的測(cè)定造成干擾，因此該方法敏感性高，可測(cè)量到極微的信號(hào)。當(dāng)電極處于平衡電位時(shí)測(cè)定EIS，對(duì)電極表面生物分子膜的影響較小，能夠真實(shí)地反映膜本身的電化學(xué)性質(zhì)。

挪威奧斯陸大學(xué)與挪威奧斯陸心臟病學(xué)創(chuàng)新中心合作的研究中，用Sciospec公司的高瞬時(shí)清晰度的ISX3v2-mini生物電阻抗分析儀（EIS）作為增強(qiáng)測(cè)量裝置的一部分，使用LabVIEW軟件來(lái)控制儀器，能夠以毫秒級(jí)別的瞬時(shí)清晰度測(cè)量生物阻抗和生物電勢(shì)，在心臟手術(shù)中顯示人體心臟實(shí)時(shí)狀態(tài)的測(cè)量結(jié)果。

手術(shù)中所用的高瞬時(shí)清晰度的電阻抗分析儀（EIS）技術(shù)源自德國(guó)的Sciospec公司的研究，不僅有便于攜帶和集成的手持式ISX3-mini，適配選件多樣化的ISX3，還有最高可達(dá)16通道的ISX5。ISX-3配備了Sciospec的中頻前端，支持簡(jiǎn)單的2點(diǎn)測(cè)量，以及3和4電極配置。在100 mHz至10MHz的測(cè)量范圍內(nèi)，它覆蓋了180dB (Ohm…GOhm)的動(dòng)態(tài)范圍，使基礎(chǔ)精度優(yōu)于0.1%。，并且還有添加了EIT斷層成像功能的版本。用作醫(yī)學(xué)研究還配備了增強(qiáng)電氣安全的措施，包括醫(yī)療級(jí)隔離電源，使儀器能夠在醫(yī)學(xué)研究環(huán)境中安全運(yùn)行。

同系列的ISX-5不僅最高支持16通道并行工作，且在啟用所有通道的情況下也能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，還有多通道設(shè)置功能可使每個(gè)通道具有不同參數(shù)。該系列自身的Sciospec Com接口，通過(guò)全速USB、以太網(wǎng)或無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單連接，并可用于Java、C、LabView、Matlab等的完整儀器控制，可定制型強(qiáng)——前面板連接器:BNC, SMA, MCX, DSUB、定制部多路復(fù)用器選項(xiàng)的順序多通道功能、用于外部傳感器和其他硬件的IOport數(shù)字接口連接器、無(wú)線接口、醫(yī)用電源、溫控模塊、精密多通道溫度監(jiān)控模塊、適用于常見的溫度傳感器類型、定制電流和電壓范圍等均可以按需定制，為您的研究提供真正的全并行超快速測(cè)量。

以ISX3為例，核心參數(shù)如下：

在測(cè)量中，我們可以清楚地看到當(dāng)前頻率下信號(hào)軌跡的差異。不同的軌跡表明，隨著頻率的變化，反映了不同的生理特性。我們已經(jīng)表明，有可能檢測(cè)到由起搏方式變化引起的波形形態(tài)變化。如下圖表：

這項(xiàng)研究制作了一個(gè)電生物阻抗和生物勢(shì)的儀器系統(tǒng)，具有急性反饋的生物勢(shì)測(cè)量已長(zhǎng)期以心電圖、EGM和腦電圖的形式使用，并已證明它是有用的。經(jīng)研究表明，可以通過(guò)建立一個(gè)結(jié)合生物勢(shì)阻抗和生物阻抗測(cè)量的系統(tǒng)來(lái)擴(kuò)展臨床醫(yī)生的工具集。正如本文所示，可以對(duì)心臟進(jìn)行測(cè)量并且可以很容易地使用該測(cè)量系統(tǒng)，并且在其他有生物勢(shì)和生物阻抗測(cè)量相關(guān)研究也可以使用這種測(cè)量系統(tǒng)。

挪威奧斯陸大學(xué)與挪威奧斯陸心臟病學(xué)創(chuàng)新中心在研究中設(shè)計(jì)并構(gòu)建了這樣一個(gè)基于商用儀器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括提供患者隔離的生物阻抗前端和我們建議用作臨床標(biāo)準(zhǔn)的一組連接器生物阻抗測(cè)量。測(cè)量數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)處理并呈現(xiàn)給操作員，同時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用于測(cè)量后分析。研究已經(jīng)表明，使用基于步進(jìn)正弦激勵(lì)的商用儀器可以實(shí)現(xiàn)生物阻抗測(cè)量的高時(shí)間分辨率。

上海昊量光電作為德國(guó)Sciospec的國(guó)內(nèi)獨(dú)家代理，為您提供專業(yè)的選型以及技術(shù)服務(wù)。

ISX系列阻抗分析儀用途廣泛，在生物，微流控，壓電陶瓷檢測(cè)，農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)，鋰電池檢測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域均能有所建樹，并且我們與業(yè)內(nèi)一些最優(yōu)秀的供應(yīng)商密切合作，可以為您的研究實(shí)驗(yàn)提供完整的配件及建議、方案歡迎大家來(lái)電咨詢。

審核編輯黃昊宇