Импеданс: природа явления и применение в медицине

Импеданс - полное (комплексное) сопротивление электрической цепи переменному току.
Z = √(R² +X²)
Активное сопротивление:
Связано с проводимостью внутренних жидких сред, являющихся электролитами; + Процессы в тканях, сопровождающиеся необратимыми потерями энергии;
Реактивное сопротивление:
Определяется емкостными свойствами исследуемой ткани, в частности, емкостью биологических мембран

На опыте:
|Z| = Uo/Io
или
|Z| = Uэфф/Iэфф).

Дисперсия импеданса - зависимость электрического импеданса от частоты
Импеданс биологических тканей
уменьшается при увеличении частоты приложенного электрического поля,
что связано с наличием емкостной составляющей импеданса, обусловленной в основном явлением поляризации.

Применение: трансплантология
Теоретическое обоснование:
Временной фактор определяет жизнеспособность пересаживаемой ткани.
Если пересадка осуществляется через значительное время после забора трансплантата, то даже при соблюдении специальных условий хранения в клетках могут произойти необратимые изменения. В первую очередь это касается клеточных мембран.

Участок, на котором основным фактором зависимости Z от частоты является проявление емкостных свойств клеток (для мышечной ткани - с частоты 10 кГц);
При изменении частоты тока от Fmin (~ 10кГц) до Fmax (~ 100кГц) величина импеданса резко уменьшается;
Поляризуемость на клеточном уровне уменьшается, электрическая емкость образца ткани также уменьшается;
Кривая изменения Z(F) в диапазоне частот Fmin ÷ Fmax сглаживается.

∆Z – показатель состояния клеточных мембран
Если разность ∆Z велика, то мембраны клеток ткани находятся в удовлетворительном состоянии;
Если ∆Z мала, то в мембранах клеток произошли изменения, ткань непригодна для пересадки.
Данный метод можно использовать как объективную оценку способов консервации, условий и сроков хранения различных тканей, предназначенных для трансплантации.

Применение: реология
Реология - диагностический метод, основанный на регистрации изменения величины импеданса тканей в процессе сердечной деятельности;
Величина импеданса тканей |Z|:
|Z| = |Zo| + |z(t)|:
Постоянная составляющая;
Изменяющаяся во времени в соответствии с работой сердца;

Импедансные хирургические системы
Особенное значение имеют в онкохирургии
минимальное поражение прилегающих к ране тканей и эффективное рассечение;
уменьшение термические повреждения массивов клеток биотканей;

ИЭХА: обеспечение гемостаза
1 – блок анализа пульсовой волны (достижение ее максимальной и минимальной величины);
3 – блок измерения пульсовой волны и определения ее параметров

Применение: мониторинг
Метод мониторинга внутрижелудочной среды при гастродуоденальных кровотечениях
Предложенные устройства могут использоваться только по отдельности, что не позволяет параллельно оценивать pH желудочного сока, микроциркуляцию в стенке желудка и распознавать повторную геморрагию.
В качестве такого многофункционального метода оценки была предложена импедансометрия.

Применение: электроимпедансная маммография
Электроимпедансная маммография – метод, позволяющий визуализировать распределение электропроводности биологических тканей в нескольких поперечных сечениях молочной железы пациента и обнаруживать на изображениях патологию как области с аномальными значениями электропроводности.

При применении импедансного маммографа можно получить следующую информацию:
визуальная (качественная оценка): компьютерная реконструкция трехмерных распределений электропроводности
численная (количественная оценка): состояние исследуемого объекта в количественном виде (индекс средней электропроводности, степень отклонения, минимальные и максимальные значения);
статистическая (сравнительная оценка): гистограмма распределения электропроводности в молочной железе, сравнение исследуемого объекта с нормой;
пространственная (3D-визуализация с фильтрацией сигналов)

Операционные характеристики импедансной маммографии
Чувствительность - 92%;
Специфичность – 99%;
Прогностическая ценность положительного результата – 73%;
Прогностическая ценность отрицательного результата – 99%.