Диссертация (Биотехническая система окклюзионной многоканальной электроимпедансной локализации периферических венозных сосудов), страница 7

Для расчетноймоделибылополученоаналитическоевыражениезависимостиэлектроимпеданса от параметров модели на основе решения уравнения Лапласадлязадачиоднороднойполубесконечнойсредысбесконечнымцилиндрическим включением.3.Оптимальной частотой зондирующего тока при применении даннойметодики является 100 кГц., поскольку именно при данной частоте разницамежду электрофизическими параметрами мягкой ткани и крови наибольшая4.Разработаннаяматематическаямодельпозволяетвыполнитьрасчеты, необходимые для выбора оптимальных параметров электродныхсистем.56ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯМНОГОКАНАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОИИМПЕДАНСНОГО МЕТОДАЛОКАЛИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВЕНОдной из задач разработки метода локализации периферических венявляется разработка такой электродной системы, которая обеспечиваетнеобходимую чувствительность измеряемых электроимпедансных данных клокализации вен. Выбор подходящей электродной системы зависит от такихфакторов, как глубина исследования ткани, отношение сигнал-шум ичувствительность электродной системы к вертикальным и горизонтальнымизменениям сопротивления[60].В данной главе представлены результаты исследований по оценкечувствительности многоканального электроимпедансного метода в зависимостиот параметров электродной системы, от локализации периферических венразличного размера и глубины залегания в мягких тканях.Сформулированытребованиякпараметрамэлектродныхсистем,обеспечивающие необходимую чувствительность измеряемых данных клокализации вен.

Расположение и размер электродной системы были выбранытаким образом, чтобы охватить область, где может располагаться сосуд длядальнейшего определения проекции его оси на поверхность кожных покрововпациента (Рисунок 3.1).Для определения проекции оси сосуда на поверхность кожных покрововнеобходиморазработатьэлектроднуюсистемусшагомизмерения,сопоставимым с минимальным диаметром сосуда.Для регистрации значения электрического импеданса использоваласьтетраполярная система, состоящая из двух токовых электродов и двухизмерительных.Тетраполярный метод измерения имеет ряд преимуществ по сравнению сбиполярнымметодом.Существенныенедостаткибиполярногометода57заключаются в том, что метод не позволяет точно измерить базовый импедансиз-за наличия нелинейного влияния приэлектродного сопротивления, а такжевысокая чувствительность метода к качеству контакта электрода с кожейпациента.Применениевышеперечисленныететраполярнойнедостатки,нометодикипозволилопотребовалоустранитьдополнительныхисследований для выбора оптимального расстояния между токовыми иизмерительными электродами [26, 61].Рисунок.

3.1. Вариант расположения электродной системы при локализациипериферических венозных сосудов.3.1. Обоснование выбора геометрических размеров электродной системыдля многоканального электроиимпедансного метода локализацииповерхностных венМатематическая модель, выведенная в разделе 2.2, использовалась дляопределения допустимой глубины и диаметра вен, которые могут бытьобнаружены с помощью электроимпедансного метода. Аналитическое решениемодели представляет собой функцию, зависящую от различных переменныхRMN      (  ,  , a, b, r , h, y)11 2(3.1)58гдеRMN– измеряемое значение импеданса,- геометрическийкоэффициент, зависящий от типа электродной установкой, 1 ,  2 - удельныесопротивления мягкой ткани и крови, a – полурасстояние между токовымиэлектродами, b-полурасстояние между потенциальными электродами, r- радиусвенозного сосуда , h - глубина залегания вены в мягкой ткани, y- смещение осисосуда относительно центра электродной системы.Расстояние между токовыми электродами было выбрано с условием, чтоэлектрическое поле достигает венозного сосуда исследуемого участка сегментаконечности.При расчете параметров электродной системы учитывались конечныеразмеры используемых электродов, требования к межэлектродному рассеяниюи чувствительность многоканальной реографической системы (Рео32).Таккакизменениебазовогоимпеданса,связанноесшумовойсоставляющей может достигать 50 мОм., то падение сопротивления в областирасположениясосудадостоверноможноопределитьприизмененияхимпеданса порядка 100 мОм..Длярасчетаприемлемыхпараметровэлектроднойсистемыбылапроизведена оценка чувствительности импедансного метода к локализациипериферических кровеносных сосудов в зависимости от расстояния междутоковыми и потенциальными электродами.

Расчеты были выполнены дляследующих предельных значений параметров модели: ρ1 = 300 Ом*см., ρ2 =135 Ом*см., h = 6 мм, r = 1 мм, y = 0 мм..Зависимость, представленная на Рисунке.3.2, показывает изменениеимпеданса от отношения глубины сосуда к расстоянию между токовымиэлектродами.59Рисунок. 3.2. Зависимость изменения импеданса от отношения глубинысосуда к расстоянию между токовыми электродамиИз этого графика следует, что изменение импеданса возрастает суменьшением расстояния между токовыми электродами при фиксированнойглубины залегания сосуда.

Однако это расстояние ограничено требованием кмежэлектродным расстояниям и пятнам контакта электродов. В противномслучае есть вероятность возникновения прямого контакта электродов иповышения неоднородности тока в области измерения[46]. В результате былоустановлено, что расстояние между токовыми электродами, обеспечивающеенеобходимуючувствительность,Установленное расстояниенаходитсямежду токовымивдиапазоне20-25электродамимм..обеспечиваетжелаемую глубину зондирования для поверхностных сосудов, а увеличениерасстояниямеждутоковымиэлектродамиприводиткснижениюпространственного разрешения метода определения расположения сосуда.Зависимость (Рисуонк.3.3), показывающая изменение импеданса отрасстояниямеждуизмерительнымиэлектродамиприустановленномрасстоянии между токовыми электродами, использовалась для выбора60приемлемого расстояния между потенциальными электродами и составляет от4- 7 мм..Рисунок.

3.3. Зависимость изменения импеданса от расстояния междуизмерительными электродамиПолученная зависимость показывает, что чем больше расстояние междуизмерительными электродами, тем выше чувствительность измеряемыхэлектроимпедансных данных к локализации вен. Однако для более точногоопределения проекции оси сосуда на поверхность кожных покровов шагизмерения должен быть сопоставимым с минимальным диаметром сосуда,который необходимо найти.3.2.

Исследование различных электродных систем для многоканальногоэлектроиимпедансного метода локализации поверхностных венДля оценки чувствительности электроимпедансного метода был проведенанализ электродных систем с разной конфигурацией. Под чувствительностьюподразумеваетсяоценкавозможностейэлектроимпедансногометодалокализации вен, находящихся на глубине. Чувствительность зависит от61различных параметров, таких как диаметр вен и глубина их залегания в мягкихтканях. Результаты работы опубликованы в [62-64].3.2.1.

Исследуемая электродная система №1Первая электронная система представляет собой систему с однимтоковым каналом и различными потенциальными каналами, установленнымимеждутоковымиэлектродами.НаРисунке.3.4.представленасхемарасположения токовых и потенциальных электродов одного канала.Рисунок. 3.4. Схема расположения токовых A-B и потенциальных M-Nэлектродов одного канала измерения импеданса.Для расчета чувствительности электроимпедансного метода данного типаизмеренияаналитическоерешениематематическоймоделибыломодифицировано и имеет следующий вид:RMN  111 1  1   dz ( 1 ,  2 , a, b, r , h, x, y )2  x x  b a  x  b a  x ( 3.1)62где а- расстояние между токовыми электродами ;b- расстояние междупотенциальными электродами; x - расстояние от токового электрода доизмерительного канала ; y-расстояние от токового электрода до оси сосуда.Исходя из предыдущих расчетов для выбора приемлемых расстояниймеждутоковымиипотенциальнымиэлектродамибыларазработанаэлектродная система, показанная на Рисунке.

3.5 .ЭС включает в себя две пары токовых электродов, расстояние междукоторыми составляет 25 мм, и три потенциальных канала, размещенных насередине расстояния между токовыми электродами. Расстояние междупотенциальными электродами составляет 4 мм.Рисунок. 3.5. Электродная система №11- токовые электроды, 2- потенциальные электродыДля оценки чувствительности разработанной электродной системы былипроведенырасчетыизмененияизмеряемогоимпедансакизменениюинтересующего параметра модели.Рисунки 3.6-3.8 отражают зависимость электрического импеданса отвзаимного расположения электродной системы относительно вены приизменении глубины залегания сосуда, изменении диаметра и измененииудельного сопротивления мягкой ткани. Рассматривались три вариантарасположения сосуда, которые представлены на рисунках.

Значение минимумана графике соответствует расположению вены.63Рисунок 3.6. Зависимость изменения импеданса dz от взаимногорасположения электродной системы и вены при изменении глубины залеганиявены, X – смешение потенциальных электродов,h – глубина залегания64Рисунок 3.7. Зависимость изменения импеданса dz от взаимногорасположения электродной системы при изменении удельного сопротивлениямягкой ткани ρ1.65Рисунок 3.8. Зависимость изменения импеданса от взаимногорасположения электродной системы относительно вены диаметром 2r от 2 до5мм.66Преимущество данной электродной системы по сравнению с предыдущейзаключается в следующем:1.

Сниженвкладгетерогенностисреды,обусловленнойвариабельностью удельного сопротивления мягких тканей, приизмерении импеданса2. Болеевысокаячувствительностьэлектроднойсистемыкизмеряемым электроимпедансным данным при локализации вен3. Более высокая разрешающая способность за счет низкого шагаизмеренияОсновным недостаткам данной электродной системы является высокаячувствительность к точности геометрических параметров электродной системы3.2.1. Исследуемая электродная система №2Вторая электродная система представляет собой систему из несколькихизмерительных и токовых электродов.НаРисунке.3.9представленасхемарасположениятоковыхипотенциальных электродов одного канала. Электроды каждого каналарасположены на одной линии по тетраполярной симметричной методике. Приэтом потенциальные электроды располагаются симметрично относительноцентра электродной системы между токовыми электродами.Рисунок.

3.9. Схема электродной системы одного канала измерениязначения импеданса1 – токовые электроды, 2 – потенциальные электроды67Расстояние между токовыми электродами составляет 2a=21 мм, а междупотенциальными электродами – 2b=7 мм.Для определения места расположения сосуда и оценки его протяженности,необходимо проводить измерения, как минимум, по трём каналам.результатебыларазработанамногоканальнаяэлектроднаяВсистема,представленная на Рисунке. 3.10. Все каналы сдвинуты друг относительнодруга на расстояние, равное шагу измерения, который составляет половинурасстояниямеждупотенциальнымиэлектродамиТочкаизмерениярасположена в центре электродной системы.Рисунок.

3.10. Исследуемая электродная система №2.Дляопределенияразработаннойнеобходимогоэлектроднойдиапазонасистемычувствительности импеданса кбылаэффективнойработыпроизведенаоценкаизменению глубинызалеганиясосуда,изменению диаметра и изменению удельного сопротивления мягкой ткани.Кривая,представленнаянаРисунке.3.11,показываетзначениязависимости импеданса от расположения электродной системы относительновены диаметром 2 мм и глубиной залегания от 2 до 6 мм в мягких тканях.68Графики соответствуют значениям удельного сопротивления 300 Ом*см., 135Ом*см.