Биоимпеданс и его измерения

Сопротивление и импеданс

импеданс биологическая ткань тело Понятие электрического сопротивления было введено в физику Георгом Омом, который в результате экспериментальных исследований открыл получивший его имя закон.

I = U=R, (1).

где I — сила тока в проводнике, U -приложение к проводнику напряжение, R — сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ом). Обратная сопротивлению величина.

G=1/R

называется проводимостью и измеряется в сименсах (См).

Цепь на рис. 2.1, состоящая из последовательно соединённых сопротивления R и емкости C, на переменном токе характеризуется комплексным импедансом Z.^[2]

Импедансом (Z) называют полное электрическое сопротивление тканей. Эта величина имеет две компоненты: активное ® и реактивное сопротивление (Х)^[1]. Активное, или омическое, сопротивление характеризует способность тканей к тепловому рассеянию электрического тока. Оно связано с проводящей средой, в биологических тканях которой являются водные растворы электролитов во внеклеточном и внутриклеточном пространствах. Эта составляющая импеданса обуславливается преобразованием электрической энергии в тепло при протекании тока. Реактивное сопротивление характеризует смещение фазы тока относительно напряжения за счёт ёмкостных свойств клеточных мембран, способных накапливать электрический заряд на своей поверхности. Емкостная составляющая импеданса создаётся диэлектрическими перегородками между проводящими областями. В биообъектах такими перегородками являются мембраны клеток и клеточных органелл.

Рис. 1 Цепь из активного и реактивного элементов.

Импеданс выражается формулой.

Z = R — jX_C (2).

Где j — мнимая единица, определяемая равенством j²= -1. Абсолютная величина реактивного сопротивления Х_с равна.

X_C = 1/щC, (3).

Где щ— круговая частота, измеряемая в рад/с (часто пишут с^-1).

В случае переменного тока вместо R в знаменателе закона Ома (2.1) появляется модуль импеданса Z, а в качестве I и U используют действующие, то есть среднеквадратические, значения тока и напряжения.