CC BY
9
УДК 616.7
Алексанян Г.К., к. техн. н. научный сотрудник Кучер А.И. аспирант, 3 курс
факультет «Информационные технологии и управление»
Демьянов В.В. студент магистратуры, 2 курс факультет «Информационные технологии и управление»
Тарасов А.Д. студент магистратуры 2 курса факультет «Информационные технологии и управление» Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
Россия, г. Новочеркасск
ОБЗОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
ЧЕЛОВЕКА
В статье рассмотрены основные электрические характеристики параметров внутренних органов, тканей и жидкостей организма человека (а именно, удельное сопротивление, удельная электропроводность, диэлектрическая проницаемость). Обобщена информация с разных научно-технических литературных источников. Для повышения наглядности полученные сведения были отсортированы и представлены в виде столбовой диаграммы
Ключевые слова: удельное сопротивление, удельная электропроводность, диэлектрическая проницаемость, биологический объект, внутренние органы.
OVERVIEW ELECTRICAL PARAMETERS OF INTERNAL
ORGANS
The article describes the main electrical characteristics parameters internal organs, tissues and fluids of the human body (namely, resistivity, electrical conductivity, dielectric permittivity). Summarizes information from different scientific and technical literature. To improve clarity, the information was sorted and presented in the form of columnar diagram
Keywords: resistivity, electrical conductivity, dielectric permittivity, biological object, the internal organs.
Различные участки биологического объекта (БО), в том числе и организма человека, обладают разными значениями удельного сопротивления, удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости. Данная особенность лежит в основе принципа работы электроимпедансной томографии (ЭИТ), которая является одним из перспективных направлений медицинской визуализации [1-3]. Зная
указанные свойства тканей, на основе ЭИТ реконструкции, можно восстановить внутреннюю структуру БО. В результате аналитического обзора и изучения материалов [4-15] получены электрические параметры биологических тканей и жидкостей человека (таблица 1 и таблица 2).
Таблица 1 - Удельное сопротивление р и удельная электропроводность О тканей и жидкостей человека
Тип ткани (органа) Р Ом-м П, Ом-1м-1 Тип ткани (органа) Р Ом-м П, Ом-1м-1
Кровь 1,20- 1,91 0,54-0,7 Сердце 1,33- 2,31 0,05 - 0,2
Плазма крови 0,6- 0,9 1,47-1,6 Хрусталик глаза 4 0,25
Желудочный сок 0,9 - 1,8 1,0-1,25 Легкие без воздуха 100 0,01
Моча 0,3 0,9-3,33 Селезенка 3,07 -5,35 0,03 - 0,1
Печень 2,96 - 3,96 0,020 -0,12 Сухожилие 3,3-4 0,25 - 0,3
Кожа сухая (эпидермис) 5,55 • 102 -7,5 • 103 10-3 - 102 Поджелудочная железа 2 0,13-0,22
Кожа влажная (эпидермис) 10 0, 1 Сыворотка крови 7,1 10- 1 1,4
Кожа (дерма) 2,55 - 5,5 • 102 1,9-4 -10-2 Желудок 2,5 0,5
Кость ( без надкостницы) 106- 107 10-6 - 107 Яичко 0,93 - 2,0 0,4
Кость (0,91-1,24)-106 10-6 -840-7 Язык 2,15- 5,17 0,3
Жировая ткань 30,5 - 50 0,006 Грудь 16,6 0,06
Тонкая кишка 2 0,5 Мозжечок 10 0,1
Клетка 1- 3 0,33-1 Толстая кишка 10 -100 0,01 - 0,1
Нервная ткань 14,3 - 25 0,006 -0,4 Почка 1,6 - 2,78 0,05 - 0,9
Спинномозгов ая жидкость 0,55- 0,65 0,6-2,0 Легкие с воздухом 10-20 0,1-0,2
Мочевой пузырь 2,88- 6,93 0,2 Стекловидное тело 0,66 1,5
Мозговая и нервная ткань 14,3 - 25 0,07 Щитовидная железа 1,18 -2,83 0,5
Цитоплазма 0,1 - 0,3 1-3 Матка 0,70 -2,82 0,2
Нервная ткань мозга 5,8 0,172 Молочная железа 2,49- 4,63 0,2 - 0,4
Серое вещество мозга 2,8 0,020 - 0,3 Белое вещество мозга 6,8 0,06 - 0,1
Мышцы ( вдоль волокон) 1,55- 3,72 0,27 -0,64 Мышцы (поперек волокон) 4,35 -10,5 0,23 -0,095
Роговица 2,5 0,4 Яичник 1,44 -3,47 0,3
Эритроциты 106 10-6 Аорта 4 0,25
Костный мозг 10 - 20 0,05 - 0,1 Трахея 3,33 0,3
Хрящ 5,5 - 6,6 0,15-0,18 Пузырная желчь 0,625 -0,71 1,4-1,6
Скелетная мышца 1- 23 0,04 - 1
Таблица 2 - Диэлектрическая проницаемость в некоторых тканей
Ткань в при, МГц
25 50 100 200 400 700 1000 3000 8500
Головной мозг >160 110-114 81-83
Жир — 11-13 — 4.57.5 4-7 5.37.5 5.37.5 3.97.2 3.54.5
Костный мозг — 6.8-7.7 — — — — 4.37.3 4.25.8 4.4 -5.4
Легкое — — — 35 35 34 — — —
Мышцы 103-115 85-97 71-76 56 5254 5253 4952 4248 4042
Печень 136-138 88-93 76-79 5056 4451 4251 4647 4243 3438
Почки >200 119-132 87-92 62 5355 5053 — — —
Селезенка >200 135-140 100-101
Сердечная мышца — — — 5963 5256 5055 — — —
Кровь — — — — — 85,5 — — —
Кожа сухая (эпидермис) — — — — — 4050 — — —
Кость — — — — — 6-10 — — —
Так как метод ЭИТ основан на измерении импеданса, то данные о р (для удобства интерпретации и анализа экспериментальных данных), представленные в таблице 1, были упорядочим. Результат представлен на рисунке 1.
8
ГЧ.
1Л '« 1Л о . Я
in
l/l l/1 IN
О. ' Г1 О ОД
8Д о —
1/1
Л- О
о
-1(71
ГЧ1ГЛ
«UI
I Jl l£fC »-< J__^ rr> ¿__t to )
(
m
aoao
1Л
O*
<71
LvD •->
I **
1 tcrvj "«I — —
t <Г)1Л VÍK© fflffl -(JJ 1Л (fl
оЪЪ ddooddrtrtOHMiw мн' ГЧ" r\i
I
i/i m ix3 (7*- 1 J> L/i oo m ф mr-i
Г oí mNrimrí
m,<Ti 1/1 фЧО
I I O
o
T 4 iríoi tfí í |
I
l/l ffl
„ o o.
•Ч rl
l/ll/li/l I I
ЯЛ со
••«TV
m °m oo « З-О н nt{jxl T S ra Soha,üOíiia^ SQ.*3-ct °
Soca:
ra
c- - 2 *
- X
Oír-«-
O s cf
*
«J _ X
X
o 4
CD >-
e/=os c o *
U I Ct£D 41
~~ >o ° í a.
•s =«
o cr
1 О К 1 с; со a> i Oh»« q; <-> «o t
ш ai Q- 41
Г 3>-e
* ai a- m
а ^
2 o 2 O-
ai
ГО С/ * mSS QJt; m К X К
«и*
36o
™u X
3"
o c; o S
ra ra ra л m ь x Q. ra Q-i г o * m ra m >. * fe
r ra « m
O- o
x ra
'<u x i_ *
4S
' Ь ° oc * юо 1 t-c ra
и— I
Z2 *
ra
чЭ ^
®5 в >
К 01 о
* ra w
O 3 m
J- - O
Ш 5
íJ
m S >s
° « 3
S ra i
X t-
и
0) O
«: * ai x u
5Jü
0<íx i
x >"o ra >Q.x x tj1- t- i-(4 oc x
0 rara а m x и о в
<U o.
s 2* X Ox
- 2
01
e;
ra 2 ra i- ai
x s ut£)
■ora I x
K * о Ч га ° ь • »ift «J О X
О. и «э
га
ra m х о -1
^ «и * * 5 О а.
se- п»
Í О s »- х
«I
Рисунок 1 - Столбовая диаграмма отсортированного по возрастанию р
Направление дальнейших исследований заключается в разработке каждой системы в отдельности, формированию требований и технических характеристик к каждому алгоритму, составления технического задания для их разработки и тестирования.
Работы выполняются в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК 4856.2015.8. Договор №14.Z56.15-4856-MK.
Использованные источники:
1. Pecker K.S. Brazovsky Ya.S., Usov V.Y. Electrical impedance tomography-Tomsk: LLC "Publisher of scientific literature", 2004.-190 p.
2. Aleksanyan G.K., Gorbatenko N.I., Tarasov A.D. Modern Trends in Development of Electrical Impedance Tomography in Medicine - Biosciences Biotechnology Research Asia. - 2014. - Vol. 11. - Р. 85-91
3. D. Holder. Electrical Impedance Tomography. Methods, History and Applications/ Edited by David S. Holder. - IOP Publishing, 2005. - 456 p.
4. Липченко В. Я., Самусев Р. П. Атлас нормальной анатомии человека: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 1989. - 320 с.
5. Аполлонский С.М., Каляда Т.В., Синдаловский Б.Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях. СПб.: Политехника, 2006. - 263 с.
6. Пономарева Н.И., Рябинина Е.И., Зотова Е.Е., и др. Общая и
биоорганическая химия: метод. пособие. Воронеж, 2013. - 199с.
7. Николаев Д.В., Смирнов А.В., Бобринская И.Г. и др. Биоимпедансный анализ состава тела человека. Монография. - М.: Наука, 2009. - 392 с.
8. J. W. Penn, E. L.Bell. Electrical parameter values of some human tissues in the radiofrequency radiation range // Final Report of the Period October 1977 -February 1978. Режимдоступа URL : dtic.mil/cgi-bin/GetTRDoc?AD=ADA064202 (датаобращения: 20.10.2016)
9. C. Gabriel, S. Gabriel. Compilation of the dielectric properties of body tissues at rf and microwave frequencies //Final Report for the Period 15 December 1994 - 14 December
1995.РежимдоступаURL:http://niremf.ifac.cnr.it/docs/DIELECTRIC/Report.html (датаобращения: 20.10.2016)
10. Привалов Е.Е Основы электробезопасности: учеб. пособие. Директ-Медиа, 2016. - 154с.
11. Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г.Технологии и методы определения состава тела человека. -М.: Наука, 2006. - 248с.
12. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. - Киев: Наук. думка, 1990. - 224с.
13. Pethig R., Kell D. B. The passive electrical properties of biological systems: their significance in physiology, biophysics and biotechnology // Physical medical biology. 1987. Vol. 32 N. 8, P. 933-970 p.
14.Pethig R. Dielectric and Elecrronic Properties of Biological Materials -Chichester and New York: Wiley, 1979 - 474 p.
15. Grimnes S., Martinsen G. Bioimpedance and bioelectricity basics - New York: Academic press, 2000 - 338 p.
УДК 616.7
Алексанян Г.К. Кучер А.И. аспирант, 3 курс
факультет «Информационные технологии и управление»
Демьянов В.В. студент магистратуры, 2 курс факультет «Информационные технологии и управление» Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
Россия, г. Новочеркасск РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ КОММУТАТОРОВ И ИСТОЧНИКА ТОКА ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ В статье разрабатывается печатная плата, на которой реализованы источник тока и блок коммутаторов. Данная плата является составной частью информационно-измерительной системы электроимпедансной
