ͥ婶鮱롿 ޫ櫲񯮭ὠ¨⬨ﳥ랠rosmedic.ru
Главная arrow Приборные медицинские методы диагностики и лечения arrow Электрические методы диагностических исследований arrow Получение расширенного объема информации об электрических свойствах биологического организма
Получение расширенного объема информации об электрических свойствах биологического организма

Квазистатические электрические свойства биологической ткани характеризуются: усредненной разностью электрических потенциалов, измеренных между электродами, установленными на ней; усредненным электрическим током, протекающим в цепи электродов, замкнутых на известное электрическое сопротивление (в том числе и на близкое к нулю); усредненными электрическими сопротивлениями или проводимостями. Усреднение используется для того, чтобы уменьшать влияние переменных периодических или квазипериодических электрических изменений соответствующих параметров на результаты, получаемые при выполнении измерительных операций. Из-за особенностей объекта, показатели, полученные путем усреднения параметров процесса в разные промежутки времени, будут иметь разные значения. При этом может проявляться тенденция их изменения в определенном направлении. Это обстоятельство можно рассматривать как результат изменения внутреннего состояния объекта, возникающего при его взаимодействии с чувствительным элементом технического средства, с помощью которого получают измерительную информацию.

Так как усреднение сигнала (определение его математического ожидания) относится к способу обработки измерительной информации и может быть осуществлено с помощью программных средств, то возможно построение комплексных измерительных устройств, которые позволяют получить информацию и о значениях квазистатических электрических параметров и о электрических параметрах, характеризующих физиологическое состояние подсистем и органов объекта.

Для этого следует использовать измерительные преобразователи, которые позволяют производить измерительные операции в различных электрических режимах. Схемотехнически многорежимные измерительные преобразователи выполняются сравнительно просто. Их сигнал преобразуется в цифровой код с помощью аналого-цифрового преобразователя, который вводится в память ПЭВМ. В последней происходит обработка полученной информации в соответствии с заложенной программой, и вычисление интересующих параметров и показателей.

Многорежимный измерительный преобразователь должен обеспечивать реализацию следующих измерительных операций:

  • измерение мгновенной разности потенциалов между электродами в режиме холостого хода биологической ткани, являющейся генератором ЭДС;
  • измерение мгновенных значений электрического тока электродов, замкнутых на известное электрическое сопротивление;
  • измерение параметров переходного процесса, наблюдающегося при подключении к биологической ткани источника заданной электрической мощности;
  • измерение параметров переходного процесса, наблюдающегося при . отключении от биологической ткани источника электрической мощности и замыкании электродов накоротко на определенный промежуток времени, с целью скорейшего восстановления состояния, близкого к тому, при котором на объект не воздействовали внешние электрические заряды;
  • измерение параметров переходного процесса установления разности потенциалов после размыкания электродов (их "холостом" режиме).

Перечисленная совокупность измерительных операций относится к числу простейших и наиболее просто технически реализуемых. Возможно использование и других совокупностей операций, которые позволяют существенно увеличить объем получаемой измерительной информации.

Измерительные операции могут выполняться в той же последовательности, как перечислено выше. Между ними могут быть временные паузы. Некоторые из операций или вся совокупность, могут повторяться многократно. По этому вопросу пока не накоплено достаточно материала, позволившего бы сделать однозначные выводы.

Длительность измерительной операции определения разности потенциалов между участками биологической ткани должна выбираться такой, чтобы в течение её можно было бы зарегистрировать не менее десяти-двадцати колебаний электрического потенциала, обусловленных функционированием органа или подсистемы, вызывающих эти колебания в данной зоне. При выполнении этого условия результаты усреднения будут иметь приемлемую для практики точность. Удается получить достаточный объем информации об электрических процессах, характеризующих физиологическое состояние органа или подсистемы. С увеличением длительности этой операции качество получаемой информации и ее объем, увеличиваются. Но при этом уменьшается производительность измерительного комплекса, что для практической медицины крайне нежелательное явление.

Усредняя мгновенные значения, получаем разность потенциалов, которая существует на биологической ткани между электродами. Она обусловлена наличием разности температур между зонами, на которых установлены электроды, разным химическим составом жидкостей в роговом слое в этих зонах, наличием источников электрических ЭДС в биоткани на пути между электродами, особенностями контактных явлений на электродах с разным качеством поверхности и разными геометрическими размерами. Электрические потенциалы в биоткани во многом есть следствие наличия в ней биологических мембран, селективно пропускающих через себя ионы с различными зарядами. Нескомпенсированные заряды, накапливающиеся на них, представляют собой квазистационарные источники ЭДС, разность потенциалов которых зависит от концентраций ионов, их температуры и подвижности, коэффициента избирательности мембраны, давления и других факторов. На значения разности потенциалов существенное влияние оказывает работа потовых желез, при открытии которых потенциалы зон кожного покрова существенно изменяются.

Регистрируемая переменная квазипериодическая составляющая характеризует физиологическое состояние органа или подсистемы, в случаях, если измерительный электрический электрод установлен в той зоне, потенциал которой квазипериодически меняется при их функционировании. Кроме того, переменная разность потенциалов характеризует уровень внешних электромагнитных полей, наводящих в объекте измерений и входных цепях преобразователя переменную ЭДС.

Временные изменения значения усредненной постоянной, составляющей разности потенциалов, характеризуют контактные явления на границе раздела между электродами и биологической тканью, а также психофизиологическое состояние организма, влияющее на функционирование потовых желез, от которого существенно зависит разность потенциалов.

Таким образом, только одна разность потенциалов между зонами на биологическом организме и ее временные изменения несут достаточно большой объем информации о разных сторонах функционирования организма. Измеряя ее мгновенные значения, регистрируя и рационально обрабатывая, можно получить сигналы, характерные для электрокардиографических, электроэнцефалографических и прочих диагностических исследований, при которых измеряются изменения разности потенциалов. Но кроме них, имеется дополнительная информация, объективно характеризующая другие стороны функционирования организма.

При замыкании электродов на известное электрическое сопротивление, в их цепи появляется электрический ток. Значение его зависит от разности потенциалов между электродами, имевшейся; в режиме их холостого хода, величины сопротивления нагрузки и от внутреннего сопротивления объекта измерений. При длительном : замыкании будут наблюдаться временные изменения усредненного значения электрического тока, что связано с электрохимическими процессами, происходящими на границе раздела электрода и кожного покрова, а также изменениями электрических параметров объекта, в результате взаимодействия с входной цепью измерительного преобразователя.

В составе кривой электрического тока можно выделить периодические или квазипериодические составляющие, характеризующие функционирование соответствующих органов или подсистем и влияние наводок ЭДС на организм, созданных внешними электромагнитными полями. Будут также наблюдаться временные изменения усредненных значений тока. Монотонное изменение, в основном, будет характеризовать электрохимические явления на границе раздела сред при протекании электрического тока и изменения электрических свойств объекта, в результате взаимодействия с входной цепью преобразователя сигналов. Непериодические изменения значения тока, в большей степени, характеризуют функционирование потовых желез.

Если бы объект измерений был бы стационарным и линейным, а также, если бы отсутствовали контактные явления на границе раздела электродов и кожного покрова, то характер изменений электрического тока соответствовал бы изменениям электрического потенциала. Так как на практике эти условия не соблюдаются, то этот режим позволяет получить дополнительную информацию об электрических свойствах биологического объекта.

Так, если значение сопротивления, на которое замыкаются измерительные электроды, во много раз меньше внутреннего сопротивления объекта измерений, то можно считать, что при его подключении реализуется режим короткого замыкания электродов.

При кратковременных замыканиях на промежуток времени, немного больший длительности процесса установления сигнала в измерительном преобразователе, будет получено значение электрического тока (к концу времени установления сигнала), характеризующее максимальную электрическую мгновенную мощность, которую в состоянии отдать в цепь нагрузки биологический организм. Действительно, если зафиксировать мгновенное значение разности потенциалов между электродами ихх, а затем на промежуток времени, немного больший длительности установления сигнала в измерительном преобразователе, замкнуть электроды накоротко и измерить значение электрического тока i кз , то расчетным путем можно определить мгновенное внутреннее сопротивление объекта

Image

а также значение максимальной мгновенной электрической мощности, которую отдает в нагрузку биологический организм при оптимальном сопротивлении нагрузки R н =R вн.мгн.

Image

Мгновенное значение электрического сопротивления характеризуется разностью потенциалов, имеющихся у участков биологического организма, и значением электрического тока короткого замыкания. И тот и другой параметры зависят от состояния биологического объекта. Так, если усреднить ряд значений, полученных при измерениях в различные моменты времени, и найти R вн.ср.

Image

где Rвн.мгн.t - мгновенные значения сопротивлений, определенные в моменты от t = 0 до tn ; n - количество определенных значений R вн.мгн. , то полученный показатель R вн.ср. будет характеризовать психофизиологическое состояние организма. При этом внешнее энергетическое возмущение в объект измерений не вводится, что позволяет считать, что этот показатель близок к тому значению, которое характерно для невозмущенного объекта.

Периодические или квазипериодические колебания R вх.мгн. будут давать информацию, которая будет характеризовать изменения сопротивлений объекта за счет изменений геометрических размеров отдельных его элементов и изменений давления в сосудах, при которых меняются коэффициенты избирательности у биологических мембран к ионам разных типов, а соответственно, и мгновенные потенциалы. Эта информация близка к той, которую получают при импедансной реоплетизмографии (реографии). Но с методической точки зрения использование этих двух операций более целесообразно, так как они не связаны с воздействием на биологический объект внешней электрической энергией. Более того, эти измерительные операции более обоснованы, если считать, что колебания разности электрических потенциалов и электрического сопротивления, в первую очередь, зависят от качества работы сердечно-сосудистой системы.

Монотонный временной дрейф сопротивления R вх.мгн. будет характеризовать контактные явления на границе раздела электродов и кожи, а также изменение электрических свойств объекта под влиянием измерительных операций.

Непериодические резкие изменения R вх.мгн. будут, в основном, характеризовать работу потовыделительной системы.

Максимальная мгновенная мощность характеризует энергетические способности генерирования электрической энергии биологического организма. Вероятно, это достаточно важный показатель, который существенно зависит от психофизиологического состояния биологического организма. Пока он практически не исследован, и относительно него можно высказать только предположения.

Усредненное значение P ср.max. будет характеризовать квазистатические электрохимические процессы в организме в зоне измерений. Монотонные изменения характеризуют контактные явления и изменения состояния биологической ткани вследствие выполнения измерительных операций.

Периодические и квазипериодические колебания мгновенной мощности, скорее всего, отражают работу сосудистой системы.

Таким образом, чередование измерительных операций измерений разности потенциала и электрического замыкании электродов на известное сопротивление позволяет существенно увеличить объем информации о биологического организма.

Измерительная информация, осуществляемая при воздействии на объект электрической энергией от источника электрической мощности, сводится к регистрации параметров переходного электрического процесса в цепи, вызванного его подключением. Длительность процесса и форма кривых изменения электрических параметров, зависят: от количества существенно выраженных биологических мембран на пути движения ионов; их концентрации в жидкостях, обеспечивающих электропроводность; селективности биологических мембран к ионам разного типа; температуры на участках, где расположены мембраны; геометрических размеров "траектории", по которой протекает электрический ток; распределения электрического сопротивления по участкам цепи; контактных явлений на границе раздела электрода и кожного покрова; других факторов, включая работу потовыделительной системы. На биологических мембранах с разных сторон накапливаются электрические заряды, что позволяет изображать их на эквивалентных электрических схемах как электрические конденсаторы.

Свойства биологических мембран и жидкостей, участвующих в перенесении электрического заряда, в значительной степени будут характеризоваться параметрами переходного процесса. Увеличение его длительности будет характеризовать меньшую концентрацию ионов и меньшую электропроводность жидкостей, а также меньшую толщину мембран и большую их площадь на пути распространения электрического тока. Изменения параметров переходного процесса при смене полярности источника электрической мощности дает информацию о селективности биологических мембран к ионам разной полярности, а также об особенностях контактных явлений на электродах с различной площадью поверхности и контактирующих с различными жидкостями.

Таким образом, по параметрам переходного процесса, наблюдающегося при подключении к объекту источников электрической мощности с разной полярностью напряжения, можно оценить "качество" биологических мембран, их селективность и электрические свойства "жидкостей", имеющихся на пути распространения электрического тока.

Кроме того, воздействие на биологический объект внешней электрической энергией, вызовет его ответную реакцию. Характер ее и параметры будут зависеть от уровня электрической мощности и времени воздействия. Из-за плохой изученности этого вопроса в измерительных устройствах стремятся обеспечить минимальное значение электрической энергии, вносимой в объект исследований. Тем самым пытаются вызвать минимальное значение ответной реакции. Это не всегда рационально. По нашему мнению, целесообразно оценивать параметры переходных процессов при разных значениях мощности, вносимой в объект измерения. Одно должно быть минимальным, второе должно иметь энергию, которая вызовет ответную реакцию на это воздействие. Проведя соответствующие исследования, можно найти показатель, который будет чрезвычайно информативным и будет характеризовать реакцию конкретного организма на стандартное внешнее энергетическое воздействие.

Возможность оценки реакции биологического организма на внешнее энергетическое воздействие является важным преимуществом этой измерительной операции. Для нахождения показателей, которые были бы однозначны и позволили дать оценки нормального и патологического состояний, в качестве источника внешней энергии следует применять генератор (источник) постоянного значения электрической мощности.

При измерительной операции, когда источник электрической энергии отключается от объекта, электроды замыкаются на известное сопротивление, и оцениваются параметры переходного процесса установления состояния квазиравновесия, определяются показатели, характеризующие "пассивные" процессы в биологической ткани. Так, значение электрического тока в начальный момент времени будет зависеть от зарядов, накопленных на биологических мембранах, электропроводностей жидкостей на пути прохождения электрического тока, от распределения электрических зарядов между мембранами.

Длительность и параметры переходного процесса зависят от полярности подключения источника электрической мощности при предыдущей измерительной операции, селективности биологических мембран, скорости движения ионов в среде, в которой протекает электрический ток, химического состава и электропроводности жидкостей, имеющихся на пути прохождения электрического тока, контактных явлений на границе раздела электрода и кожного покрова, температуры.

Кроме того, при снятии внешнего энергетического воздействия в организме начнутся процессы установления квазистатического состояния, которое в общем случае будет отличаться от первоначального. Способность возвращаться в состояние, близкое к исходному, вероятно, также важный показатель работы подсистем управления организма.

Таким образом, при использовании совокупности измерительных операций открываются потенциальные возможности получения огромного объема информации относительно свойств и состояния биологического организма. Основной проблемой является правильная ее трактовка и соответствующая автоматизированная обработка.

Вышеизложенное в определенной степени характеризует взгляды автора на пути развития электроизмерительных технических средств, предназначенных для получения информации о параметрах биологических организмов, с целью диагностики их состояния

подарит Вам незабываемый отдых в Греции, во время которого Вы и члены Вашей семьи будете чувствовать себя полностью комфортно и расслабленно. Внимательные консультанты «Илиос-Тур» с удовольствием окажут помощь в индивидуальном подборе туров

Компания «Илиос-Тур» предлагает вам незабываемые туры в Грецию. Вам гарантируется высокий уровень сервиса, индивидуальный подбор туров, качественное обслуживание.

 
« Пред.
 
 
Rambler's Top100