В биологической ткани электрический ток влияет на компоненты и структуры, которые имеют чистый электрический заряд и / или дипольный электрический момент. В пространстве, окружающем клеточные мембраны с обеих сторон, носителями изменений являются электрические заряды в виде, главным образом, ионов, и источники дипольного момента в виде полярных молекул воды и подвижных полярных макромолекул. Это так называемая внемембранная электропроводность. При этом активное сопротивление биологического объекта, зависит от химического строения этого объекта, а, точнее, от химических соединений, наполняющих внемембранное пространство. Активная составляющая сопротивления имеет слабую зависимость от частоты, ее можно считать по существу постоянной в диапазоне 10 Гц - 10 МГц, так называемый частотно-независимый компонент.
Ионные растворы, такие как водный раствор NaCl, не проявляют диэлектрической дисперсии при частоты ниже 1 МГц
Ионные растворы проявили диэлектрическую дисперсию только на частотах выше 1 МГц.
Способность самой клеточной мембраны к поляризации за счет белковых и липидных структур определяет ее исключительные электрические свойства. Мембранная электропроводность, обусловленная наличием двойного липидного слоя, определяется через реактивное сопротивление биологического объекта. Емкостная составляющая сопротивления обнаруживает сильную зависимость от частоты, так называемый частотно-зависимый компонент. На частотах ниже 100 кГц емкостная составляющая на 2-3 порядка меньше активной составляющей импеданса.
Таким образом, солевой раствор или любые другие солевые растворы являются чисто резистивными материалами, т.е. частотно-независимыми, и, следовательно, многочастотные электроимпедансные системы не могут должным образом изучать солевые растворы, потому что отклики чисто резистивных материалов не меняются по частоте. А протеин-липидная структура мембраны биологической клетки дает емкость клетке и позволяет использовать многочастотную электроимпедансную систему для оценки биологического объекта, применяя частоту тока выше 100-500 кГц.
Метод медицинской диагностики, при котором значения удельной электропроводности или диэлектрической проницаемости части тела выводится из поверхностных электрических измерений, называется электроимпедансная спектроскопия. Электрический импеданс - это термин, используемый для обозначения сопротивления объекта току, который имеет как частотно-зависимые, так и частотно-независимые свойства.
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).
На графике показано, что в исследованиях in vitro карцинома молочной железы имеет электропроводность в три раза выше, чем соединительная и жировая ткани. И при повышении частоты электрического тока это соотношение практически не изменяется (Jossinet, J. :“The impedivity of freshly human breast tissue”, Physiol. Meas. 1998; 19:61-75).
На графике показано, что в исследованиях импеданс опухоли значительно ниже импеданса здоровых тканей и при повышении частоты электрического тока это соотношение практически не изменяется («Методы и средства многочастотной электроимпедансметрии тканей человека для онкохирургии.» К.Д. Белик 2010).
Отличительной особенностью импедансной спектроскопии является использование широкополосной аппаратуры (от 10 кГц до 1 ГГц).
Электроимпедансный маммограф «МЭИК» относится к томографическим системам визуализации и использует следующие параметры электрического тока – сила тока 0,5 мА, частота тока 50 кГц. Такие параметры позволяют получить качественное изображение с хорошей разрешающей способностью и количественную информацию. В процессе тестирования системы в институте радиотехники и электроники РАН и после проведения клинических испытаний специалистами компании ПКФ «СИМ-техника» была выбрана оптимальная с точки зрения удобства использования и уровня паразитного проникновения сигналов рабочая частота – 50 кГц. Эти тесты показали, что качество визуализации (разрешающая способность, чувствительность) остаются стабильными для рабочих частот 50 kГц. Для более высоких частот становится заметным влияние артефактов, при понижении рабочей частоты усложняется решение проблемы высокого импеданса перехода электрод-кожа.
Применение электроимпедансного маммографа с силой тока 0,5 мА и частотой 50 кГц позволяет оценить внемембранную частотно-независимую электропроводность. При прочих равных условиях (в основном это внешние факторы - сила тока, частота тока) как уровень электропроводности, так и само электроимпедансное изображение зависит от внемембранной концентрации ионов и скорости их перемещения.
Использование одночастотного электроимпедансного маммографа «МЭИК» показало его эффективность в ранней диагностике рака молочной железы.
Sachin Prasad N, Houserkova D, Campbell J. Breast imaging using 3D electrical impedence tomography. Biomedical Papers of the Medical Faculty of the University Palacky, Olomouc, Czech Republic. 2008;152(1):151-154
Raneta O, Bella V, Bellova L, Zamecnikova E. The use of electrical impedance tomography to the differential diagnosis of pathological mammographic/sonographic findings. Neoplasma. 2013;60(6):647-654
Daglar G, Senol K, Yakut ZI, Yuksek YN, Tutuncu T, Tez M, et al. Effectiveness of breast electrical impedance imaging for clinically suspicious breast lesions. Bratislava
Medical Journal. 2016;117(9):505-510
Feng X, Mengxin L, Peter J, Hongchuan J. Utilisation of electrical impedance tomography and/or ultrasound and mammography in breast disease diagnosis: A controlled study. National Medical Journal of China. 2017;97(18):1391-1395
Murillo-Ortiz B, et al. Diagnosis of breast cancer by electrical impedance mammography MEIK. Revista Mexicana de Mastologнa. 2019;9:20-27
Alexander Karpov, Marina Korotkova, Gregory Shiferson and Elena Kotomina.
Electrical Impedance Mammography: Screening and Basic Principles. «Breast Cancer and Breast Reconstruction» Edited by Luis Tejedor. 2020
Электроимпедансная маммография это средство для первичного скрининга рака молочной железы. Об этом свидетельствует высокая информативность, безопасность для обслуживающего персонала и пациентки, портативность и мобильность
Электроимпедансная маммография это средство для формирования групп наблюдения или групп повышенного риска развития рака молочной железы для динамического наблюдения. Формирование групп риска возможно благодаря количественному выражению состояния молочной железы.
Электроимпедансная маммография выполняет свои функциональные задачи скрининга без использования ионизирующего излучения и других потенциально опасных средств.
С ее помощью можно проводить обследования женщин всех возрастных групп в амбулаторно-поликлинических учреждениях, школах, женских консультациях, родильных домах, санаториях, т.е. в местах нахождения женщин.
Таким образом, проблема организации массового скрининга женщин легко решается.