ИМПЕДАНСНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЯГКИХ БИОТКАНЕЙ

Тиманин Е. М., Рейман А. М., Ерёмин Е. В.
Институт прикладной физики РАН, 603600 Нижний Новгород
Импедансные характеристики биологических мягких тканей определяются в экспериментах по вдавливанию в ткани относительно небольшого колеблющегося штампа на основе измерения кинематических характеристик штампа (смещения (D), скорости (V) или ускорения (A)) и силы сопротивления тканей деформированию (F). Для полного описания свойств тканей в этих экспериментах могут быть использованы действительная и мнимая части любой одной из трех равноправных характеристик: комплексной жесткости K = -F/D, комплексного механического импеданса Z = -F/V или комплексной инерционности M = -F/A - или любая пара независимых величин, в частности, действительные части жесткости и импеданса (ReK и ReZ). Исследования импедансных свойств биологических тканей ведутся достаточно давно, а в последнее время они получили новый толчок в связи с развитием компьютерных средств измерений и обработки данных. Новыми направлениями работы являются разработка способа реконструкции механических свойств слоистых тканей по частотным зависимостям импедансных характеристик и разработка способа мониторинга импедансных характеристик тканей с высоким временным разрешением по данным одночастотных измерений. Последний способ исследований ("миотонография" или "импедансная миография") позволяет отслеживать быстрые изменения эффективных вязкоупругих характеристик тканей, в первую очередь мышц, в ходе различных физиологических процессов и в ходе развития реакции на различные тестовые воздействия, аналогично другим механомиографическим и акустомиографическим методам. Это открывает возможности его использования как при исследовании нервно-мышечной системы человека с научными целями, например, при изучении механизма управления движением, так и при ее исследовании с практическими целями, например, при разработке новых способов медицинской диагностики или при изучении действия лекарственных препаратов. Для исследования спектров импедансных характеристик тканей и для мониторинга их быстрых временных изменений разработан ряд специализированных программно-аппаратных комплексов. В докладе будут представлены описания работы комплексов и результаты верификации. Кроме того, будут представлены экспериментальные данные по зависимости спектров импедансных характеристик предплечья от диаметра штампа, от глубины его статического вдавливания и от уровня напряжения мышц в зоне исследования, а также результаты регистрации быстрых изменений импедансных характеристик бицепса в ходе его изометрического напряжения и в ходе его изотонического укорочения.