Elektriline bioimpedants

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

Elektriline bioimpedants on bioloogilise objekti kui elektrilise kaksklemmi impedants.

Bioloogiliste objektide elektriline impedants Ż on sagedusest sõltuv. Seda sagedussõltuvust (funktsiooni Ż(f)) nimetatakse ka impedants-spektriks.

Elektrilise bioimpedantsi üldiseloomustus[muuda | muuda lähteteksti]

Erinevalt tehniliste vahendite elektrilisest impedantsist on bioloogiliste objektide elektriline impedants palju ebaselgema iseloomuga. See tuleneb juba objekti ehituse keerukusest ruumilises mõttes, kui ka selle osade (organite, kudede, kihtide jm.) elektriliste omaduste erinevusest. Reeglina on bioimpedantsi sagedussõltuvus lauge. Näiteks on vere impedantsi mooduli muutus helisageduste alas (3 dekaadi) umbes kaks korda. Samal ajal võib kuiva naha puhul see olla ligi 1000 korda (nagu see on kondensaatori puhul).

Bioimpedantsi aseskeem[muuda | muuda lähteteksti]

Bioloogilise objekti aseskeem on tema elektrilise bioimpedantsi sagedussõltuvuse lähendus elektriliste elementide (tavaliselt ainult takistuse R ja mahtuvuse C) abil. Lihtsaimad aseskeemid (paralleelne või järjestikune) ei kehti kuigi laias sagedusalas. Kolme-elemendilise aseskeemiga on saadavad tulemused paremad, näiteks üksiku raku elektrilise mudelina. Kuid tihti on vaja palju suurema arvu elementidega aseskeemi, eriti siis, kui aseskeem peaks kehtima üle mitme dekaadi ulatuvas sagedusalas, ja seda mõneprotsendise täpsusega impedantsi mooduli ja mõnekraadise täpsusega faasi lähendamise osas. Sellise lähenduse täpsus võib erinevate bioloogiliste objektide korral olla väga erinev.

Reeglina saavutatakse Ż(f) mooduli (Z(f)) osas rahuldav (mõneprotsendine) täpsus küllalt laias sagedusalas, kuid faasi osas jääb täpsus väikeseks (faasisageduskarakteristiku viga võib ulatuda kümnete kraadideni, seda eriti lähenduse sagedusala piiridel).

Elektriline aseskeem muutub oluliselt keerukamaks, kui soovitakse, et selle konkreetsed elemendid või osad vastaksid objekti mingitele konkreetsetele bioloogilistele osadele (nahk, rasvakiht, lihas, luu, veresoon, organ, kehaosa).

Dispersioonid[muuda | muuda lähteteksti]

Elektrilise bioimpedantsi sagedussõltuvuse puhul räägitakse paralleelse RC-aseskeemi korral mahtuvuse C puhul bioloogilise objekti dielektrilise läbitavuse ε dispersiooni vahemikest ehk dispersioonidest (α-, β- γ- ja δ-dispersioonist)[1]. Need on seostatavad bioloogilise objekti omadustega (rakuline struktuur, koostis, kuju, jms.), aga teiselt poolt aseskeemi elementide parameetrite väärtustega.

Lihtsaima elektrilise aseskeemi korral vastab aseskeemis üks takistus igale dispersioonivahemikule ja üks mahtuvus igale dipersioonide vahelisele (horisontaalsele) lõigule. Kokku on nelja dispersiooni kajastav aseskeem seega 8-elemendiline.

Bioimpedantsi rakendused[muuda | muuda lähteteksti]

Bioloogilise objekti elektrilise bioimpedantsi mõõtmise tulemuste teatud kogumi põhjal saab moodustada objekti impedantstomograafilise pildi. Selle eraldusvõime ei ole suur, kuid erinevalt teistest meditsiinilise kuvamise meetoditest on elektrilise bioimpedantsi mõõtmisel põhinev meetod tunduvalt ohutum. Seetõttu on impedantstomograafiat proovitud kasutada näiteks mammograafias.

Elektrilist impedantstomograafiat (EIT) saab teostada kontaktivabalt. Sel juhul kasutatakse mitte elektroode, vaid induktiivpoole, ja mõõtetulemus kujuneb bioloogilises objektis tekkivate pöörisvoolude (Foucault' voolude) mõjul. Samal põhimõttel toimub ka Foucault' kardiograafia.

Elektrilise bioimpedantsi mõõtmist saab kasutada meditsiinilise diagnostika jaoks, kuna impedantsi muutused kajastavad teataval viisil muutusi objekti sees (kudedes ja/või organites), näiteks tursete või verevarustuse häirete korral. Kudede transplantatsiooni korral on võimalik bioimpedantsi mõõtmise teel saada informatsiooni transplanteeritud koe seisundi kohta, sealjuures teatud määral ennetavalt, sest bioimpedantsis kajastuvad teatud muudatused enne, kui ebasoovitavad protsessid on visuaalselt või muul viisil märgatavalt ilmnenud.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Schwan, Herman P. (1999). The Practical Success of Impedance Techniques from an Historical Perspective. Annals of the New York Academy of Sciences, 873(1), 1–12. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1999.tb09443.x

Vaadake ka neid[muuda | muuda lähteteksti]

Bioelectrical impedance analysis
Dielectric spectroscopy
Journal of Electrical Bioimpedance
Electrical Impedance Tomography (EIT)