Биологические клетки находятся во внеклеточной жидкости и демонстрируют поведение, зависящее от частоты приложенного переменного электрического сигнала. Под влиянием переменного электрического поля биологические клетки производят комплексный биоэлектрический импеданс, зависящий от строения ткани и частоты приложенного электрического сигнала. Комплексный биоэлектрический импеданс изменяется в зависимости от физико-химического строения и от физиологического состояния ткани. Поэтому исследование комплексного импеданса ткани дает информацию об ее анатомии, гистологии и физиологии.
В настоящее время в медицине существуют три основных направления, где используется измерение электрических свойств биологических тканей:
• дифференциация тканей и распознавание патологических процессов в ткани на основе импеданса на разных частотах - импедансная спектроскопия
• анализ функции органов (например, оценка сердечного выброса) – импедансная кардиография
• визуализация внутренней структуры тела – электроимпедансная томография.
1. Импедансная спектроскопия.
Электроимпедансная спектроскопия - это метод медицинской диагностики, при котором значения удельной электропроводности или диэлектрической проницаемости части тела выводится из поверхностных электрических измерений. Электрический импеданс - это термин, используемый для обозначения сопротивления объекта току, который имеет как частотно-зависимые, так и частотно-независимые свойства. Его отличительной особенностью является использование широкополосной аппаратуры (до 1 ГГц).
Некоторые раковые клетки имеют частотно-зависимое изменение импеданса, которое значительно отличается от такового у нормальных клеток. Поэтому измерение электрического импеданса на разных частотах обеспечивает диагностику опухолевого заболевания.
На приведенном графике видно, что средняя проводимость опухолевой ткани значительно выше, чем нормальной ткани во всем диапазоне частот (от 10 Гц до 1 МГц).
2. Импедансная кардиография.
Метод позволяет проводить неинвазивные измерения тока крови с помощью определения электрической проводимости грудной клетки. Основной принцип - регистрация изменений проводимости за счет выброса крови в момент систолы. Изменение импеданса отражает изменение объема и скорости тока крови в аорте во время систолы и диастолы. Изменения значений импеданса используется для расчета гемодинамических параметров.
Типичные импедансные кардиографические волны, сопровождающиеся электрокардиографическим (ЭКГ) сигналом, записываемым одновременно.
Некоторые области применения импедансной кардиографии.
Акушерство
- мониторинг нормальной беременности
- мониторинг беременности высокого риска
Кардиология
- оценка сердечной функции
- оценка гипертензии
Критические состояния
- отек легких
- сердечная недостаточность
Нефрология
- мониторинг при гемодиализе
- оценка гипертензии
Амбулаторное применение
Обзор метода импедансной кардиографии показал его преимущества, реальное и будущее применение в подходе и лечению артериальной гипертонии (R. Nazário Leão, P. Marques Da Silva “Impedance Cardiography in the Evaluation of Patients with Arterial Hypertension.” Internati-onal Journal of Cardiovascular Sciences. 2019;32(1)61-69).
Импедансная кардиография является важным неинвазивным методом для получения исчерпывающей информации о функции сердца (Berntson, Quigley & Lozano, 2007, S. 200).
Импедансная кардиография представляет собой метод выбора в функциональной диагностике состояния сердечно-сосудистой системы у беременных (А. Karpov,
I. Ilyin, М. Korotkova. Preeclampsia Amplitude-time Characteristics for ΔZ/Δt Curve. World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, Munich, Germany, 2009).
3. Импедансная томография.
Термин «томография» означает реконструкцию внутреннего распределения из множества наружных точек, таким образом, обеспечивая послойное изображение объекта. Электрическая импедансная томография это медицинская техника визуализации, целью которой является создание медицинского изображения человеческого тела посредством наружного сканирования. Подобно магнитно-резонансной визуализации и ультразвуковому сканированию электроимпедансная томография это неинвазивная технология создания изображений. А подобно магнитно-индукционной томографии электроимпедансная томография измеряет электромагнитные явления и их изменения. Электроимпедансная томография использует различие в электропроводности разных тканей тела для воспроизведения изображения распределения электропроводности в пределах определенной части тела. Минимальный электрический импеданс имеет спинномозговая жидкость и кровь. Максимальный электрический импеданс имеет жировая и костная ткань. Импеданс остальных тканей имеет промежуточное значение.
Электроимпедансная томограмма органов грудной клетки. Отчетливо видны позвоночник, обладающий свойствами изолятора, и дифференциация дыхательной зоны и проводящих путей.
Некоторые области применения электроимпедансных томографических систем:
- мониторинг легочной вентиляции в реанимации
- оптимизация вентиляции во время наркоза
- оценка отека легких у новорожденных и у взрослых с сердечной недостаточностью
