ͥ婶鮱롿 ޫ櫲񯮭ὠ¨⬨ﳥ랠rosmedic.ru
Главная arrow Приборные медицинские методы диагностики и лечения arrow Технические методы диагностических исследований arrow Получение измер. информации об изменении элект. сопротивлений структурных образований
Получение измер. информации об изменении элект. сопротивлений структурных образований

Методы импедансной реоплетизмографии, рассмотренные в предыдущих параграфах, позволяют оценить гемодинамические показатели сосудов, находящихся в зоне, в которой установлены измерительные электроды. При этом получаемые результаты обычно не позволяют дифференцировать степень влияния на изменения сопротивления сосудов, находящихся в той же зоне, но на разной глубине от поверхности, на которой размещены электроды. Поэтому с помощью этого метода достоверную информацию получают о работе и состоянии крупных кровеносных сосудов, кровенаполнение которых, в основном, характеризует периодическое изменение электрического сопротивления между двумя точками двухполюсника, параметры которого или части его (при тетраполярном расположении электродов) оцениваются с помощью электрических методов.

Очевидно, что изменения электрического сопротивления между двумя точками на биологическом организме или внутри его будут наблюдаться и при перемещении друг относительно друга участков биологической ткани, и при распространении по ней волны механического возбуждения, и при работе отдельных желез, таких, например, как потовые, и при резких внезапных внешних психологических воздействиях, и в других случаях. Сигналы, вызванные этими колебаниями, могут быть отличны от реографических, что, в основном, удается установить при обработке измерительной информации. Это достаточно сложный процесс, для проведения которого требуется высокая квалификация или качественное программное обеспечение (при автоматизированной обработке информации).

При использовании нескольких частот зондирующего электрического тока, с помощью которого определяются электрическое сопротивление и его изменения, открываются возможности разделения сигналов, характеризующих сопротивления структурных образований, находящихся на разной глубине. В основу многочастотных методов получения информации положено известное положение о том, что глубина проникновения электрического тока внутрь физического объекта существенно зависит от частоты его изменений. Поэтому, измеряя на разных частотах электрическое сопротивление объекта, можно получить представление об электрических свойствах и состоянии структурных образований, расположенных на разной глубине.

Идею организации многочастотных измерительных операций поясним на простейшем примере. Пусть объект измерений характеризуется эквивалентной схемой (рис. 1 а).

Если частота зондирующего тока достаточно мала (ω→0), то эквивалентная схема имеет вид, представленный на рис. 1, б и напряжение на двухполюснике и его ток связаны уравнением

Image

При большой частоте зондирующего тока, когда сопротивлениями емкостей можно пренебречь (рис. 1, в), напряжение и ток через двухполюсник характеризуются уравнением

Image
Image
Рис. 1 Эквивалентные схемы объекта измерений: а - полная схема; б - при частоте зондирующего тока Й = 0; в - при частоте зондирующего тока Й’0; г — при Й ’0 и R2 j R1

Если параметры элементов эквивалентной схемы таковы, что R2≪ R1, R2≪ R13,И частота зондирующего тока достаточно мала, то эквивалентная схема будет иметь вид, представленный на рис. 1,г; и ток, и напряжения связаны между собой уравнением u=iR2.

В общем случае для объекта с эквивалентной схемой (рис. 1,а) математическая модель имеет вид

Image

То, что электрические токи и напряжения на разных частотах зависят по-разному от одних и тех параметров, открывает возможности приближенной оценки влияния колебаний параметров структурных образований, находящихся на разных глубинах, на параметры получаемого электрического сигнала. Однако на практике это не так просто, так как даже в простейшем случае (рис. 1,а) для определения параметров всех элементов эквивалентной схемы потребуется использовать шесть различных частот. При этом необходимо быть уверенным, что значения параметров каждого из элементов не зависят от частоты и электрической мощности, рассеиваемой в нем. Последнее условие есть следствие того, что из-за наличия реактивных компонентов электрическая мощность, рассеиваемая в каждом элементе эквивалентной схемы, меняется в зависимости от частоты. При этом изменятся температура зоны, характеризуемая элементом эквивалентной схемы, и его электрические параметры. Поэтому даже для простейшего случая (рис. 1,а) задача точной идентификации значений параметров элементов эквивалентной схемы оказывается достаточно сложной и пока не решенной удовлетворительно. Хотя это направление в создании диагностической аппаратуры представляется достаточно перспективным.

На сегодняшний день пока применяют двухчастотные методы для оценки изменений электрических сопротивлений структурных образований, находящихся во внутреннем слое объекта измерений. Так, если электрическое сопротивление цепи (рис. 1,а) измеряют на достаточно низкой и высокой частотах, то результаты измерений позволяют оценить функционирование отдельных элементов объекта со сложной внутренней структурой. Покажем это на простейшем примере.

Изменения падения напряжения на зажимах цепи (рис. 1,б) равно

Image

где напряжение и находится из (1.1). Подставив (1.1) в (1.2), получим

Image

Если считать, что в диапазоне высоких частот сопротивления конденсаторов C1, C2 достаточно малы, так что Image, Imageто (1.3) примет вид Image

Для упрощения преобразований положим, что Image и (1.3) и (1.4) перепишем в виде:

Image

Вычитая уравнение (1.5) из уравнения (1.6) и переходя к конечным приращениям, получаем ∆up:

Image

При выполнении условия uslovie напряжение ∆up будет, в основном, зависеть от колебаний сопротивления ∆R4.

Оценивая его, можно получить информацию о качестве функционирования отдельных элементов сложной структуры.

Из (1.7) видно, что, измеряя на разных частотах разности напряжений, возникающих при колебаниях сопротивления отдельных слоев биологической ткани, можно провести ориентировочную оценку этих изменений и зарегистрировать их.

В настоящее время уже созданы предпосылки для создания измерительных устройств, позволяющих выполнить идентификацию значений параметров элементов эквивалентной схемы объекта, использованной при разработке аппаратуры.

При этом следует учитывать следующие обстоятельства:

  • количество частот, на которых выполняются измерительные операции, должно равняться или быть больше количества элементов, параметры которых идентифицируются;
  • при воздействии зондирующими электрическими токами разных частот их значения должны выбираться из условия неизменности мощности, рассеиваемой в биологической ткани в форме теплоты; - желательно временное разделение измерительных операций, проводимых при разных частотах зондирующего тока, с целью уменьшения влияния комбинационных частот, появляющихся вследствие нелинейности биологической ткани;
  • разнесение между собой отдельных частот зависит от желаемой чувствительности к определяемому параметру у измерительных цепей. Причем при большом разнесении частот изменяется распределение между элементами электрической мощности и рассеиваемой в них теплоты.

Идеи многочастотного зондирования биологического организма пока разработаны недостаточно глубоко. Тем не менее, известны приборы, у которых измерительные операции оценки изменений электрического сопротивления одновременно проводятся на частотах 10 кГц и 100 кГц и регистрируются изменения разности сигналов, полученных при тетраполярном их отведении.

 
« Пред.
 
 
Rambler's Top100