Прямая задача электроимпедансной томографии

– граничные  условия, связанные с величиной  измеряемой нагрузки и зависимость  этой величины от различных условий

Для подведения зондирующего тока  и измерения  напряжения используют специальные  электроды, которые накладываются  на биообъект. В месте контакта электрода  и биообъекта возникает контактное сопротивление, которое может случайным  образом меняться в достаточно широких  пределах. Изменение контактного  сопротивления может вызываться состоянием кожи пациента, наличием или отсутствие пота, качеством механического контакта и т.д.

     Часто изменение происходит скачкообразно  при движении или шевеление пациента, это также может вызывать погрешности  в величине зондирующего тока.

     Таким образом, источник зондирующего тока должен обеспечивать переменный выходной ток  стабильной амплитуды. Постоянная и  низкочастотная составляющая выходного  тока равны нулю. При этом невозможно поставить в качестве ограничивающего  элемента разделительный конденсатор, поскольку постоянный ток будет  вызвать заряд конденсатора до напряжения насыщения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Схемы источника  зондирующего тока 

     Рисунок 4 – Стабилизатор тока на ОУ

     Рисунок 5 – Биполярный источник тока (Вариант 1)

     В основе схем лежит стабилизатор постоянного  тока на основе операционного усилителя  и транзистора (Рис.4). Ток в нагрузке равен току через резистор R1. И определяется соотношением U1/R1. Соединяя два таких стабилизатора, можно получит двухполярный источник тока. Выходной ток, в котором, равен разности токов задаваемых каждым стабилизатором.

     Биполярный  источник тока по первому варианту [5] работает следующим образом. Выходной ток (I_н) равен разности токов протекающих через транзистор T1 и T2 стабилизаторов однополярного тока. При отсутствии входного сигнала ток коллектора транзистора T1 равен току через измерительный резистор R1, напряжение на измерительном резисторе задается источником напряжения смещения Eсм1.

     Аналогичным образом задается ток через транзистор T2. Переменный входной сигнал подается на ОУ ОP3, при этом через токозадающий резистор R5 потечет соответствующий ток, точно такой же ток будет потребляться по цепям питания ОУ.

     OP3 работает на постоянную нагрузку, с нулевым синфазным сигналом на входе, питание подключено к точкам с постоянным напряжением, что обеспечивает точное задание напряжением выходного тока, в рабочем диапазоне частот. Операционные усилители стабилизаторов тока работают практически в режиме постоянного тока. Выходные емкости транзисторов перезаряжаются большими токами, которые не уменьшаются при переходе входного сигнала через ноль. Поэтому существенно уменьшается их вклад в искажения переходной характеристики устройства и обеспечивается повышение выходного сопротивление на высокой частоте.

     Отличительной особенностью биполярного источника  тока является то, что амплитуда  положительной и отрицательной  полуволны зависит только от одного сопротивления, тем самым обеспечивается независимость амплитуды выходного  тока устройства, от разброса значений резисторов [6].

      Другой вариант схемы источника  тока представлен на Рис.6. В качестве базового элемента также используется стабилизатор постоянного тока на основе операционного усилителя и транзистора (Рис.4).

Рис. 6 Биполярный источник тока( Вариант2)

     Ток в нагрузке равен току через резистор R1. Через транзисторы VТ1 и VТ2 при помощи резисторов R1 и R2 задается постоянный ток. Причем коллекторы транзисторов соединены с виртуальной землей. Подавая входной сигнал через резистор R5, мы заставляем протекать выходной ток в нагрузке. При положительном входном сигнале ток в нагрузке будет забираться по положительным цепям питания OP4, поскольку ток через R1 фиксированный, то на соответствующую величину будет уменьшать ток коллектора транзистора VT1, компенсируя входной ток. При равенстве тока нагрузки и входного тока, в точке соединения коллекторов транзисторов VT1 и VT2 будет поддерживаться нулевой потенциал. Аналогично происходит и при отрицательном входном сигнале. Таким образом, выходной ток источника полностью определяется входным, независимо от сопротивления нагрузки, при условии работы операционных усилителей в ненасыщенном состоянии.

     Заключение

     В настоящее время наблюдается  бурное развитие электроимпедансной томографии, о чем свидетельствует значительное количество публикаций — по самым скромным подсчетам, в месяц появляется не менее 10–15 новых работ по рассматриваемой теме.

     Оценивая  актуальное состояние электроимпедансной визуализации, можно уверенно констатировать, что этот метод нашел свое достойное место в визуализирующей диагностике и продолжает бурно развиваться. Основной проблемой широкого внедрения метода в клинику, по нашему мнению, было и остается недостаточное методическое обеспечение. Врачу необходимы четкие однозначные алгоритмы диагностики на основе данных электроимпедансных изображений, он должен «привыкнуть» к ним и научиться правильно их читать. Как показывает практика внедрения других методов визуализирующей диагностики, это занимает не одно десятилетие. Сейчас происходит накопление клинических данных, полученных с помощью метода электроимпедансной визуализации, их накопление и обобщение. Не вызывает сомнения, что через непродолжительный промежуток времени метод найдет существенное практическое применение. 
 
 
 
 
 
 
 

     Литература

1. Технические средства медицинской интроскопии /Под ред. Леонова Б.И. – М.: Медицина, 1989. – 304 с.
2. Соколова И.В. Система автоматизированной диагностической оценки функционального состояния сосудов головного мозга по реоэнцефалограмме // Медицинская техника. – 1986. – №2. – С.9–13.
3. Фокин А.В., Бразовский К.С. Система электроимпедансной томографии// Современные техника и технологии: Труды XIV Международной научно–практическая конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск, 24–28 марта 2008 г.), Томск: Изд. ТПУ, 2008 – т. 1. – С. 507-509.
4. Жанайдаров С.А. Реография головы: некоторые клинико–патофизиологические и методические аспекты. – Алма-Ата. – 1992. – 96с.
5. Патент РФ на ПМ №71454. Биполярный источник тока / Пеккер Я.С., Бразовский К.С., Уманский О.С. Фокин А.В., Бюл. №7 Опубл. 10.03.2008
6. Фокин А.В. Формирователь тока магнитоиндукционного томографа // Электронные средства и системы управления: Материалы III международной научно–практической конференции – Томск: ТУСУР, 2004  – т. 3. – С. 69–72.
7. Пеккер Я.С., Бразовский К.С. Электроимпедансная томография: монография. – Томск: НТЛ.– 2004. – C.51-52.