Биофизические характеристики тканей человека - Березовский В.А.
ISBN 5-12-001374-0
Скачать (прямая ссылка):
— специфические диапазоны измерений биофизических величии, которые недостаточно освоены современной радиоэлектронной измерительной техникой (инфранизкочастотный диапазон биоэлектрической активности тканей);
— необходимость сложной статистической и математической обработки полученных результатов.
С другой стороны, несмотря на постепенную реализацию мер по метрологическому обеспечению биомедицинских измерений [2, 4, 5, 7, 8, 10, 11], существующий уровень метрологии в медицине и биофизике недостаточно высок, что объясняется следующими причинами:
— полное отсутствие единства измерений и их унификации; практически нет двух лабораторий, где измерения одного и того же биофизического параметра выполнялись бы одинаковыми приборами и датчиками (за исключением электрофизиологических исследований);
— недостаточность знаний о связях в первом звене измерения «ткани организма -*¦ датчик измерительная схема»;
— отсутствие сравнительной метрологической оценки информативности, достоверности и точности методов биофизических измерений;
— отсутствие эталонов и образцовых средств для проверки биомедицинских измерительных приборов.
Поэтому авторы попытались отобрать лишь тот материал, в котором в той или иной мере учитывалось влииние практической метрологии и указанных выше особенностей на основные биофизические характеристики тканей организма человека как биообъекта,
1. ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ
Электропроводность. Согласно закону Ома сила тока I пропорциональна разности потенциалов U на концах проводника:
/ = gt/,
где g — коэффициент пропорциональности, называемый электропроводностью.
При пропускании постоинного тока через живые клетки и ткани сила тока не остается постоянной, а сразу же после наложения потенциала начинает непрерывно падать до тех пор, пока не установится на уровне, который во много раз ниже, чем исходный. Это связано с тем, что при прохождении постоянного тока через ткань в ней возникает нарастающая до некоторого предела ЭДС противоположного направления. Такую встречную ЭДС легко обнаружить, если быстро переключить электроды с источника напряжения на микроамперметр При этом будет зарегистрирован ток обратного направления, который спадает во времени [9J. С существованием встречной ЭДС связано невыполнение закона Ома в диапазоне частот от нуля (постоянный ток) до 1 кГц для биологических тканей и жидкостей. Формула закона Ома для данного случая
/ = ?({/-ЭДС).
В связи с этим практически все измерения проводятся на частотах более 1 кГц. В случае измерений в диапазоне 0—1 кГц используют малые измерительные токи (10—6—Ю-8 А) и напряжение порядка 10~3 В, а также специальные приемы обработки поверхности электродов, например платинирование.
Электрическое сопротивление — величина, обратная электропроводности:
R = 1/е-
В физическом смысле сопротивлением называется идеализированный элемент электрической цепи, приближенно заменяющий резистор, в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую.
Удельное электрическое сопротивление. Сопротивление R проводника длиной I и площадью поперечного сечения S выражается формулой
R = р 1/S,
где р — коэффициент, характеризующий свойства проводника и называемый удельным электрическим сопротивлением:
р = RS/1.
Практически во всех измерениях определяют сначала измеряемое сопротивление R, а затем пересчитывают его в удельное электрическое сопротивление р с учетом геометрических размеров электродов — площади электрода S и расстояния между электродами I. На рис. 1,1 приведена зависимость
R от площади электродов для кожи и от способа предварительной обработки кожн.
Удельная электропроводность — величина, обратная удельному электрическому сопротивлению:
к — 1/р.
Зависимость ее от межэлектродного расстояния для некоторых жидкостей показана на табл. 1.1. Выбор межэлектродного расстояния и площади электродов определиется частотой измерения, удельным электрическим сопротивлением и диэлектрической проницаемостью 141, 45].
Диэлектрическая проницаемость. Электрическая постоянная. Абсолютная диэлектрическая проницаемость. Два точечных заряда qt и qt, находящихся в точках 1 и 2 на расстоянии I друг от друга, взаимодействуют друг с другом с силой F, направленной по прямой, соединяющей эти заряды:
F = 9,<72/4яе/2.
где е — коэффициент, который учитывает роль среды и носит название абсолютной диэлектрической проницаемости. Во всех средах сила взаимодействия между электрическими зарядами меньше, чем в вакууме, поэтому пользуются величиной относительной диэлектрической проницаемости:
? = ?а/Е0р
гдее0 — электрическая постоянная (в СИ е0 = 8,8542 • 10—12 Ф • м 1); 8 — безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз сила взаимодействия между зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме. Относительную проницаемость е рассчитывают по результатам измерения емкости С.
