Спосіб виміру електропровідності біологічних тканин

Реферат: Спосіб виміру фізіологічного стану біологічних тканин шляхом визначення залежності електропровідності від частоти зондованого струму здійснюється автоматичним покроковим підбором частот до значення, при якому збільшення електропровідності на величину, що визначається коефіцієнтом поляризації, характерним для вибраної біологічної тканини. Вимірюється значення дисперсії електропровідності від частоти зондованого струму з використанням різних частотних інтервалів, зі зміною напряму дії та форми зондуючого струму. UA 117101 U (12) UA 117101 U UA 117101 U 5 Корисна модель належить до медицини та біології, а саме до способів медико-біологічної діагностики за допомогою електричного струму, і може бути використана для експрес-аналізу фізіологічного стану біологічних тканин. Відомий спосіб визначення фізіологічних характеристик біологічних тканин за допомогою виміру електропровідності даних тканин [Тарусов Б.Н. Электропроводность как метод определения жизнеспособности тканей // Архив биологических наук. - 1938. - Т. 52], який полягає у введенні діагностичного показника - коефіцієнту поляризації К п : Кп  Гц. 20 25 30 35 40 45 50 55 (1) 4 10 15 R1 , R2 де R1 - опір тканин біооб'єкта на частоті 10 Гц, R 2 - опір тканин біооб'єкта на частоті 10 6 Даний коефіцієнт дозволяє оцінити реактивні (ємнісні) властивості клітинних мембран, і тим самим, життєво-фізіологічний стан біологічної тканини. Як видно з формули (1), обрахунок даного показника являє собою певну складність та часові затрати. Ознаками, збіжними із суттєвими ознаками запропонованого способу, є вимір електропровідності в залежності від частоти струму. Як прототип вибрано спосіб визначення фізіологічного стану біологічних тканин [Патент на винахід UA № 30823, МПК А61В5/05, G01N27/02, опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7, 2000 р.], в якому шляхом виміру залежності електропровідності від частоти зондованого струму, що здійснюється автоматичним покроковим підбором частот до значення, при якому збільшення електропровідності на величину, що визначається коефіцієнтом поляризації, характерним для вибраної біологічної тканини. Недоліком даного способу є звужені функціональні можливості; не висока точність виміру електропровідності та складність технічної реалізації; збільшення часових затрат, що викликані необхідністю покрокового підвищення частоти (сканування певного діапазону частот, який для конкретної біоструктури може суттєво відрізнятися). Задачею запропонованого способу є розширення функціональних можливостей та підвищення точності виміру електропровідності біологічних тканин. Задача вирішується шляхом використання різного виду електричного струму (неперервного, гармонічного, синусоїдального та імпульсного) в різних частотних діапазонах, зі зміною напряму дії і форми зондуючого струму. Поставлена задача вирішується тим, що в спосіб виміру фізіологічного стану біологічних тканин шляхом визначення залежності електропровідності від частоти зондованого струму, що здійснюється автоматичним покроковим підбором частот до значення, при якому збільшення електропровідності на величину, що визначається коефіцієнтом поляризації, характерним для вибраної біологічної тканини, при цьому визначається значення дисперсії електропровідності від частоти зондованого струму з використанням різних частотних інтервалів, зі зміною напряму дії та форми зондуючого струму. Так даний спосіб включає вимір залежності електропровідності від частоти зондованого струму, здійснюють вимірювання електричного опору всередині біологічної структури під час впливу на неї та протікання, наприклад, імпульсного електричного струму різних частотних діапазонів (в тому числі частот терапевтичних інтенсивностей 22 та 44 кГц), зі зміною виду, напряму дії та форми зондуючого струму, на основі отриманих результатів виміру, обраховують значення електропровідності біологічної тканини та будують графіки, таблиці математичної залежності значень дисперсії електропровідності від частоти впливаючого струму. Поряд з цим в біологічній структурі вимірюють показання напруги та фіксують значення величини амплітуди сигналу в залежності від значень частоти, форми та напряму дії впливаючого струму. Останні значення можуть використовуватись як додаткові фактори, для оцінки фізіологічного стану біологічних субстратів. Дисперсія (англ. Variance) електропровідності є мірою відхилення виміряних значень електропровідності від центру розподілу. Більші значення дисперсії електропровідності свідчать про більші відхилення значень випадкової величини виміряних значень від центру розподілу. Дисперсія виміряних значень електропровідності є одним з параметрів розподілу ймовірностей це середньоквадратичне відхилення від середнього значення. Інакше кажучи, це математичне сподівання піднесеного до другого ступеня відхилення виміряних значень цієї змінної від її очікуваного значення (її математичного сподівання). 1 UA 117101 U Отже, дисперсія електропровідності є вимірюванням величини розпорошеності значень цієї змінної, беручи до уваги всі її значення і їхні ймовірності або ваги. Визначається дисперсія електропровідності D за формулою:  Xi  X  N D  S2  i 1 2 N 1 , (2) 5 10 15 20 де S - середньоквадратичне відхилення виміряних значень електропровідності; N кількість дослідів; X i - значення досліджуваного параметру виміряних значень; X - середнє арифметичне виміряних значень електропровідності. Спосіб ілюстрований блок-схемою установки, яка зображена на кресленні. Змінний гармонічний електричний сигнал з частотами, для прикладу, 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 22 кГц, 44 кГц генератора сигналів 1, подається на формувач сигналу з комбінованими електродами 2, де формується, наприклад, імпульсний струм, який підсилюється та стабілізується. Далі імпульсний (зондований) струм подається на вимірювальний пристрійосередок 3 для біологічної структури, який містить досліджувану біологічну тканину-субстрат, де проходить замір значення параметрів струму, після чого перемінний сигнал підсилюється підсилювачем 4 та подається на вольтметр 5, з якого знімається значення електричного опору, напруги, потім подається на універсальний осцилограф 6, з якого знімається значення амплітуди сигналу та фіксується його форма. Поряд з цим з біологічної структури знімають показання напруги та фіксують величину амплітуди сигналу в залежності від частоти, форми та напряму дії впливаючого струму. Останні значення, можуть використовуватись як додаткові фактори, для оцінки фізіологічного стану біологічних субстратів. На основі отриманих значень електричного опору R , довжин зразка l та площі поперечного перерізу досліджуваного зразка S , обчислюється значення електричної провідності g за формулою: 25 g 30 35 l , RS (3) де l - довжина зразка, S - площа поперечного перерізу досліджуваного зразка, R електричний опір біоструктури. Після проведення досліджень, замірів параметрів та отримання відповідних результатів, обраховують величини електропровідності, будують графіки залежності дисперсії електропровідності від частоти електричного струму. Запропонований спосіб дозволяє не тільки розширити функціональні можливості, збільшити точність виміру, підвищити чутливість, але також він простий у виконанні. Таким чином, суттєво розширюються функціональні можливості запропонованого способу, за рахунок можливості отримування, крім значень електропровідності, додаткових параметрів коефіцієнта поляризації, електричного опору та інших, підвищується точність визначення електропровідності, за рахунок виміру значень її дисперсії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб виміру фізіологічного стану біологічних тканин шляхом визначення залежності електропровідності від частоти зондованого струму, що здійснюється автоматичним покроковим підбором частот до значення, при якому збільшення електропровідності на величину, що визначається коефіцієнтом поляризації, характерним для вибраної біологічної тканини, який відрізняється тим, що вимірюється значення дисперсії електропровідності від частоти зондованого струму з використанням різних частотних інтервалів, зі зміною напряму дії та форми зондуючого струму. 2 UA 117101 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3