Обзор электрических параметров внутренних органов человека
Автор: Алексанян Г.К., Кучер А.И., Демьянов В.В., Тарасов А.Д.
Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j
Рубрика: Основной раздел
Статья в выпуске: 11 (17), 2016 года.
Бесплатный доступ
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
Удельное сопротивление, удельная электропроводность, диэлектрическая проницаемость, биологический объект, внутренние органы
Короткий адрес: https://sciup.org/140267459
IDR: 140267459
Текст научной статьи Обзор электрических параметров внутренних органов человека
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 ρ и удельная электропроводность Ω тканей и жидкостей человека
|
Тип ткани (органа) |
ρ Ом∙м |
Ω, Ом-1м-1 |
Тип ткани (органа) |
ρ Ом∙м |
Ω, 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 – 10-2 |
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 – 10-7 |
Яичко |
0,93 – 2,0 |
0,4 |
|
Кость |
(0,91– 1,24)∙106 |
10-6 - 8∙10-7 |
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 ε некоторых тканей
|
Ткань |
ε при, МГц |
||||||||
|
25 |
50 |
100 |
200 |
400 |
700 |
1000 |
3000 |
8500 |
|
|
Головной мозг |
>160 |
110-114 |
81-83 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
Жир |
— |
11-13 |
— |
4.5 7.5 |
4-7 |
5.3 7.5 |
5.3 7.5 |
3.9 7.2 |
3.5 4.5 |
|
Костный мозг |
— |
6.8-7.7 |
— |
— |
— |
— |
4.3 7.3 |
4.2 5.8 |
.4 - 5.4 |
|
Легкое |
— |
— |
— |
35 |
35 |
34 |
— |
— |
— |
|
Мышцы |
103-115 |
85-97 |
71-76 |
56 |
52 54 |
52 53 |
49 52 |
4248 |
40 42 |
|
Печень |
136-138 |
88-93 |
76-79 |
50 56 |
44 51 |
42 51 |
46 47 |
42 43 |
34 38 |
|
Почки |
>200 |
119-132 |
87-92 |
62 |
5355 |
50 53 |
— |
— |
— |
|
Селезенка |
>200 |
135-140 |
100-101 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
Сердечная мышца |
— |
— |
— |
59 63 |
52 56 |
5055 |
— |
— |
— |
|
Кровь |
— |
— |
— |
— |
— |
85,5 |
— |
— |
— |
|
Кожа сухая (эпидермис) |
— |
— |
— |
— |
— |
40 50 |
— |
— |
— |
|
Кость |
— |
— |
— |
— |
— |
6-10 |
— |
— |
— |
Так как метод ЭИТ основан на измерении импеданса, то данные о ρ
(для удобства интерпретации и анализа экспериментальных данных), представленные в таблице 1, были упорядочим. Результат представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Столбовая диаграмма отсортированного по возрастанию ρ
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-МК.
Список литературы Обзор электрических параметров внутренних органов человека
- Pecker K.S. Brazovsky Ya.S., Usov V.Y. Electrical impedance tomography-Tomsk: LLC "Publisher of scientific literature", 2004.-190 p.
- 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
- D. Holder. Electrical Impedance Tomography. Methods, History and Applications/Edited by David S. Holder. -IOP Publishing, 2005. -456 p.
- Липченко В. Я., Самусев Р. П. Атлас нормальной анатомии человека: Учебное пособие. -2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 1989. -320 с.
- Аполлонский С.М., Каляда Т.В., Синдаловский Б.Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях. СПб.: Политехника, 2006. -263 с.
- ОБЩАЯ И БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Пономарева Н.И., Рябинина Е.И., Зотова Е.Е., Клокова В.М., Овечкина Н.М., Попрыгина Т.Д. Воронеж, 2013.
- Николаев Д.В., Смирнов А.В., Бобринская И.Г. и др. Биоимпедансный анализ состава тела человека. Монография. -М.: Наука, 2009. -392 с.
- 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)
- 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)
- Привалов Е.Е Основы электробезопасности: учеб. пособие. Директ-Медиа, 2016. -154с.
- Мартиросов Э.Г., Николаев Д.В., Руднев С.Г.Технологии и методы определения состава тела человека. -М.: Наука, 2006. -248с.
- Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. -Киев: Наук. думка, 1990. -224с.
- 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.
- Pethig R. Dielectric and Elecrronic Properties of Biological Materials -Chichester and New York: Wiley, 1979 -474 p.
- Grimnes S., Martinsen G. Bioimpedance and bioelectricity basics -New York: Academic press, 2000 -338 p.
