Определение границ криовоздействия с помощью импедансной томографии

Внедрение: 2017 г.

Одной из основных проблем при анализе воздействия холода на исследуемый объект является трудность в быстром определении границы и глубины криовоздействия. Повысить точность определения этих значений мешает сложность состава, различная скорость охлаждения и высокий градиент температур. Для решения описанных проблем в статье [1] исследователей из Томского политехнического университета рассматривается метод оценки криовоздействия с помощью измерения импеданса (импедансной томографии). С помощью модуля АЦП E20‑10 продемонстрированы результаты экспериментальных исследований поглощения спектра электрического сигнала при различной температуре исследуемой жидкости (льда). Полученные результаты экспериментов показали, что данный метод может успешно применяться как в медицине, так и в промышленности.

Импедансная томография является неинвазивным методом измерения распределения импеданса внутри исследуемого объекта. Для получения необходимого представления об исследуемом объекте производятся независимые измерения прохождения электрического тока зондирующей формы с различной частотой от 1 до 2 МГц и амплитудой до 10 мА. Разностный сигнал между парой электродов подается на АЦП, а затем обрабатывается на персональном компьютере.

Данный метод интересен для криомедицины, так как обладает высокой чувствительностью, что важно для определения границы холодового воздействия. В будущем этот метод позволит визуализировать область ткани перед операцией для проведения более точного воздействия, во время операции визуализировать границу замершей области ткани, после окончания операции определить границы крионекроза. В промышленности привлекательность метода заключается в быстром и надежном анализе повреждений сложных неоднородных композитных материалов в качестве дополнительного метода контроля.

Генератором зондирующего воздействия выступает высокоскоростной ЦАП AD9764. Управление преобразователем выполняется с помощью микроконтроллера Stm32f103.

Запись сигналов осуществляется с помощью быстродействующего модуля АЦП E20‑10.

Рисунок 1. Внешний вид макета установки для проведения импедансной томографии.

В данной работе с помощью этой системы были проведены экспериментальные исследования по анализу частотного поглощения зондирующих электрических сигналов в минеральной воде при различной температуре.

Рисунок 2. Спектральная характеристика поглощения сигналов при различной температуре в жидкости (льде), где: 1 – минус 18 °С, 2 – минус 7 °С, 3 – плюс 4 °С. Ось Y – действующее значение напряжения в логарифмической шкале измерения, ось X – частота в Гц.

В результате проведенных экспериментальных исследований были получены результаты, демонстрирующие зависимость частотного поглощения электрических сигналов от температуры исследуемой жидкости. Полученные данные показывают, что в частотном диапазоне от 0 до 1,2 МГц наблюдается усиление поглощения спектра при таянии льда, а также подтверждают возможность определения степени охлаждения объекта с помощью импедансной томографии. Ослабление спектра в широком диапазоне обусловлено простотой исследуемого образца. Авторы статьи планируют использовать полученную спектральную характеристику поглощения сигналов для проведения экспериментальных исследований по определению глубины промерзания ткани и величины крионекроза.

Источник:

Королюк Е. С., Ханахмедова Г.Б. Повышение эффективности определения степени криовоздействия с помощью импедансной томографии // Инженерия для освоения космоса: сборник научных трудов V Международного молодежного форума. – Томск: Изд-во ТПУ. – 2017. – С. 84‑87.

Научный руководитель - Бразовский К.С., д.м.н.

Разработчик: Королюк Е.С., Ханахмедова Г.Б. (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)