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.