Imagistică prin măsurători de impedanță electrică a țesuturilor

1. Comportarea electrica a tesuturilor

Tesuturile biologice prezinta doua foarte importante proprietati electrice pasive:

- contin sarcini electrice libere si deci pot fi considerate ca si conductori electrici. In acest caz este de asteptat ca, conductivitatea electrica sa constituie o proprietate caracteristica a fiecarui tesut  imaginea diferenrelor in conductivitatea electrica ar putea explica structurile sau chiar indica patologiile.

- contin sarcini legate care conduc la efecte dielectrice  ar fi posibila crearea unei imagini a permitivitatilor electrice relative.

Curentul de conductie (Ic) si curentul de deplasare (Id), care iau nastere la aparitia unui gradient de potential intre doua regiuni ale tesutului, sunt dependente de frecventa.

Totusi, curentul de conductie variaza foarte putin cu frecventa si putem considera ca se mentine constant intre 10Hz si 10 MHz.

Curentul de deplasare depinde foarte puternic de frecventa.

 < 1 kHz  Id = 3,5 Ic

 = 100 kHz  Id = 3,5 Ic  putem neglija efectele dielectrice cind se masoara impedanta tesuturilor la frecvente < 100 kHz.

Daca o imagine a unui tesut ar putea fi realizata la mai multe valori ale frecventei, ar fi de asteptat ca structuri diferite sa poate fi vazute pentru diferite valori ale frecventei. La frecvente mari (>200kHz) aparitia de capacitati parazite ar putea ingreuna interpretarea imaginii.

Atunci cind curenti de joasa frecventa sunt trecuti prin piele prin intermediul unei perechi de electrozi, se instaleaza un inceput de senzatie care creste cu cresterea frecventei.

Mecanismul electric dominant pentru aaceasta senzatie se schimba si el cu frecventa si exista trei cauze identificabile ale senzatiei:

- La frecvente joase, senzatia apare datorita unei electrolize locale. Corpul uman este cel mai sensibil din pdv electric la frecventa de 50Hz, de unde si pericolul potential al electrocutarilor domestice.

- La frecventa medii, electroliza pare a fi reversibila, iar mecanismul dominant este stimularea neuronala.

- La frecvente inalte, in domeniul 10-100 kHz, mecanismul biologic dominant este incalzirea tesutului.

Exista o inerenta intirziere a unui nerv in raspunsul la un stimul, ca rezultat al vitezei mici de propagare a impulsului de-a lungul nervului. Din acest motiv, curentii alternativi , de citeva zeci de kHz, pot fi utilizati pentru a investiga corpul uman, fara vreun pericol pentru inima, nervi sau muschi.

Pentru a deveni o informatie utila in obtinerea unei imagini, este necesar sa stim daca conductivitatea materialului biologic variaza liniar cu intensitatea cimpului electric.

Cercetarile experimentale au demonstrat ca liniaritatea este sustinuta cu o eroare de 5% in domeniul 100 Hz - 100kHz.

Exista o mare cantitate de date experimentale, dar in acelasi timp exista si mari discrepante intre ele. Si aceasta datorita dificultatile intilnite atunci cind se fac masuratori in vivo. Majoritatea acestot dificultati apar datorita impedantei de contact a electrodului.

Se crede ca in jurul valorii de 50 kHz, membranele celulare se comporta ca izolatori iar curentul electric curge de-a lungul acestor membrane.