ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПЕДАНСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИОЛОГИЧЕСКИХ МЯГКИХ ТКАНЕЙ

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 на базе вибростенда 4801Т и импедансной головки 8001 фирмы Bruel&Kjer и на базе миниатюрного датчика механического импеданса, объединяющего в одном корпусе вибратор, датчик силы и акселерометр. Платами интерфейса в комплексах служат звуковая карта CT4170 и плата L154. Управляющие программы работают в MS DOS или в Windows 95. 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.