Определение импеданса электрических схем, моделирующих свойства биологической ткани

Мотивационная характеристика темы. Ткани организма проводят не только постоянный электрический ток, но и переменный. Исследование зависимости полного сопротивления ткани от частоты переменного тока используется в медицине как диагностический метод – реография.

Цель лабораторной работы: исследовать зависимость импеданса электрических цепей, моделирующих свойства биологической ткани от частоты электрического тока.

К работе необходимо:

Знать	Уметь
1.Свойства электрических цепей с активным и реактивными сопротивлениями. 2.Правила расчета импеданса электрических цепей с активным и реактивным сопротивлениями. 3.Фазовые соотношения между током и напряжением в цепях с активным и реактивным сопротивлениями.	1.Рассчитать импеданс электрической цепи с активным и емкостным сопротивлениями. 2.Обосновывать свойства электрических цепей моделирующих биологическую ткань. 3.Измерить импеданс прстой электрической схемы.

Литература:

1. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М.,1999, Гл.18.

2.А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика. М.,1987, Гл.18.

3.И.А.Эссаулова и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. М., 1987, Лб.24.

Контрольные вопросы для определения

исходного уровня знаний

1.В чем различие между активным и реактивным сопротивлениями?

2.Как рассчитать величину активного, индуктивного и емкостного сопротивлений?

3.Какими видами сопротивлений моделируются электрические свойства биологической ткани.

4.Как зависит активное, емкостное и индуктивное сопротивления от частоты.

5.Как обосновывается выбор электрической схемы, моделирующей свойства биологической ткани?

Информационный блок

Живые ткани состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клеток и тканевая жидкость представляют собой электролиты, разделенные плохо проводящей клеточной оболочкой. Такая система обладает статической и поляризационной емкостью. Поляризационная емкость – результат электрохимической поляризации, возникающей при прохождении постоянного электрического тока через электролит. Она зависит от силы тока и времени его протекания. По современным представлениям, живые ткани не обладают индуктивностью и сопротивление их имеет только активную и емкостную составляющие.

При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается дисперсия электропроводимости: полное сопротивление ткани увеличивается с уменьшением частоты тока до некоторой максимальной величины Żmax и стремится к некоторому минимальному значению Żmin при увеличении частоты. На рис.1 изображен график зависимости импеданса мышцы от частоты переменного тока.

Дисперсия электропроводимости живой ткани является результатом зависимости емкостного сопротивления от частоты переменного тока, а также влияния поляризационной емкости, которая при низких частотах сказывается сильнее и уменьшается с увеличением частоты. Дисперсия электропроводимости присуща только живым тканям. По мере отмирания ткани крутизна кривой уменьшается. На рис.2 приведена зависимость сопротивления участка живой ткани от частоты при отмирании: 1 – живая ткань, 2 – поврежденная ткань, 3 – мертвая ткань.

В связи с развитием трансплантационной хирургии и поисками методов определения качества консервированных тканей электропроводимость используется как один из тестов жизнеспособности консервированной кожи, кости, роговицы и т. п.

Другим проявлением реактивных свойств сопротивления живой ткани является наличие сдвига фаз между силой тока и напряжением. Для биологических объектов характерен большой сдвиг фаз между силой тока и напряжением, что говорит о значительной доли емкостного сопротивления в полном сопротивлении. Для кожи человека, например, при частоте 1 кГц угол сдвига фаз равен 55º.

Импеданс живой ткани зависит от ее физиологического состояния, и его значение может быть использовано для диагностики. Диагностический метод, основанный на измерении импеданса тканей, называется реографией. Импеданс живой ткани можно моделировать с помощью эквивалентных схем. На рис.3, а, б, в приведены три такие схемы и указаны графики зависимости Z(ƒ) для данных схем. Из них видно, что наиболее близкая к живой ткани z(ƒ) зависимость получается для схемы в.

Дата добавления: 2015-07-12