Bakalářská práce se zabývá problematikou měření elektrické impedance u biologických vzorků, konkrétně u vzorku srdeční tkáně. Teoretická část shrnuje současné poznatky z oblasti anatomie a elektrofyziologie lidského srdce. Dále poskytuje rešerši nejpoužívanějších metod měření elektrické impedance jak v běžných elektrických obvodech, tak ve spojení s biologickou tkání. Cílem praktické části je ověřit klesající trend závislosti impedance tkáně na frekvenci a vypracovat návrh zadání pro praktické cvičení v rámci relevantních předmětů. Celkem jsme realizovali tři metody měření: vektorovou analýzu, metodu tří voltmetrů a Ohmovu metodu. Pro zjednodušení postupu měření jsme navrhli přípravek se čtyřmi jehlovými elektrodami. Pomocí tohoto přípravku jsme provedli impedanční spektroskopii na několika frekvenčních rozsazích a v různých vzdálenostech elektrod. Výsledky ukázaly značné odlišnosti hodnot mezi jednotlivými metodami, avšak impedance podle našich předpokladů vždy klesala s rostoucí frekvencí.
Anotace v angličtině
The bachelor's thesis deals with the issue of electrical impedance measurement in biological samples, specifically in a cardiac tissue sample. The theoretical part summarizes present knowledge in the field of anatomy and electrophysiology of the human heart. Furthermore, it provides a review of the most used methods of measuring electrical impedance both in common electrical circuits and in connection with biological tissue. The aim of the practical part is to verify the decreasing trend of tissue impedance dependence on frequency and to develop a proposal for practical exercises within the relevant subjects. Overall, we implemented three measurement methods: vector analysis, the method of three voltmeters and the Ohm's method. To simplify the measurement procedure, we designed a device with four needle electrodes. Using this device, we performed impedance spectroscopy at several frequency ranges and at different electrode distances. The results showed significant differences in the values between the individual methods, but according to our predictions, the impedance always decreased with increasing frequency.
Klíčová slova
elektrická impedance, měření impedance, srdeční tkáň, vepřové srdce
Bakalářská práce se zabývá problematikou měření elektrické impedance u biologických vzorků, konkrétně u vzorku srdeční tkáně. Teoretická část shrnuje současné poznatky z oblasti anatomie a elektrofyziologie lidského srdce. Dále poskytuje rešerši nejpoužívanějších metod měření elektrické impedance jak v běžných elektrických obvodech, tak ve spojení s biologickou tkání. Cílem praktické části je ověřit klesající trend závislosti impedance tkáně na frekvenci a vypracovat návrh zadání pro praktické cvičení v rámci relevantních předmětů. Celkem jsme realizovali tři metody měření: vektorovou analýzu, metodu tří voltmetrů a Ohmovu metodu. Pro zjednodušení postupu měření jsme navrhli přípravek se čtyřmi jehlovými elektrodami. Pomocí tohoto přípravku jsme provedli impedanční spektroskopii na několika frekvenčních rozsazích a v různých vzdálenostech elektrod. Výsledky ukázaly značné odlišnosti hodnot mezi jednotlivými metodami, avšak impedance podle našich předpokladů vždy klesala s rostoucí frekvencí.
Anotace v angličtině
The bachelor's thesis deals with the issue of electrical impedance measurement in biological samples, specifically in a cardiac tissue sample. The theoretical part summarizes present knowledge in the field of anatomy and electrophysiology of the human heart. Furthermore, it provides a review of the most used methods of measuring electrical impedance both in common electrical circuits and in connection with biological tissue. The aim of the practical part is to verify the decreasing trend of tissue impedance dependence on frequency and to develop a proposal for practical exercises within the relevant subjects. Overall, we implemented three measurement methods: vector analysis, the method of three voltmeters and the Ohm's method. To simplify the measurement procedure, we designed a device with four needle electrodes. Using this device, we performed impedance spectroscopy at several frequency ranges and at different electrode distances. The results showed significant differences in the values between the individual methods, but according to our predictions, the impedance always decreased with increasing frequency.
Klíčová slova
elektrická impedance, měření impedance, srdeční tkáň, vepřové srdce
1. Zpracovat detailní rešerši metod měření elektrické impedance s důrazem na měření této veličiny u biologických vzorků.
2. Popsat základní elektrofyziologické vlastnosti srdce.
3. Navrhnout a připravit experimentální aparaturu pro měření impedance vzorku srdeční tkáně.
4. Provést diskuzi a připravit podklady pro realizaci praktické úlohy měření impedance srdeční tkáně v rámci cvičení u relevantních předmětů.
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Elektrická impedance je veličina, která popisuje zdánlivý odpor při průchodu střídavého elektrického proudu. Fyzikálně se jedná o podíl komplexního napětí a proudu. Pokud srdeční tkání prochází střídavý proud, dojde tím k fázovému posunu mezi napětím a proudem. Proto nelze měřit pouze odpor tkáně kladený stejsnosměrnému proudu. Impedanci lze změřit unipolární nebo bipolární metodou. Oba tyto přístupy využívají dvě elektrody, přičemž se liší v jejich vzájemné poloze. U bipolární metody jsou elektrody téměř u sebe, unipolární využívá vzdálené referenční elektrody s relativně velkým povrchem. V praxi se měření elektrické impedance používá především při impedanční tomografii hrudníku. Měření impedance pouze srdeční tkáně by se dalo prakticky využít například k určení polohy jehly při provádění regionální anestezie.
Výstupem bakalářské práce budou podklady pro realizaci praktické úlohy měření impedance srdeční tkáně v rámci cvičení u relevantních předmětů.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Náleží námi naměřená impedance srdeční tkáně do intervalu hodnot uváděných v literatuře?
Metoda:
Experimentální měření.
Technika práce, vyhodnocení dat:
Experiment a měření. Data budou zpracována pomocí grafů a tabulek v programu Microsoft Office Excel 2019. Text bude zpracován pomocí textového editoru LateX.
Místo a čas realizace výzkumu:
Místo výzkumu: Technická univerzita v Liberci.
Čas výzkumu: listopad 2021 - leden 2022.
Vzorek:
Počet měření: několik sérií po 11 měřeních.
Zásady pro vypracování
Cíle práce:
1. Zpracovat detailní rešerši metod měření elektrické impedance s důrazem na měření této veličiny u biologických vzorků.
2. Popsat základní elektrofyziologické vlastnosti srdce.
3. Navrhnout a připravit experimentální aparaturu pro měření impedance vzorku srdeční tkáně.
4. Provést diskuzi a připravit podklady pro realizaci praktické úlohy měření impedance srdeční tkáně v rámci cvičení u relevantních předmětů.
Teoretická východiska (včetně výstupu z kvalifikační práce):
Elektrická impedance je veličina, která popisuje zdánlivý odpor při průchodu střídavého elektrického proudu. Fyzikálně se jedná o podíl komplexního napětí a proudu. Pokud srdeční tkání prochází střídavý proud, dojde tím k fázovému posunu mezi napětím a proudem. Proto nelze měřit pouze odpor tkáně kladený stejsnosměrnému proudu. Impedanci lze změřit unipolární nebo bipolární metodou. Oba tyto přístupy využívají dvě elektrody, přičemž se liší v jejich vzájemné poloze. U bipolární metody jsou elektrody téměř u sebe, unipolární využívá vzdálené referenční elektrody s relativně velkým povrchem. V praxi se měření elektrické impedance používá především při impedanční tomografii hrudníku. Měření impedance pouze srdeční tkáně by se dalo prakticky využít například k určení polohy jehly při provádění regionální anestezie.
Výstupem bakalářské práce budou podklady pro realizaci praktické úlohy měření impedance srdeční tkáně v rámci cvičení u relevantních předmětů.
Výzkumné předpoklady / výzkumné otázky:
Náleží námi naměřená impedance srdeční tkáně do intervalu hodnot uváděných v literatuře?
Metoda:
Experimentální měření.
Technika práce, vyhodnocení dat:
Experiment a měření. Data budou zpracována pomocí grafů a tabulek v programu Microsoft Office Excel 2019. Text bude zpracován pomocí textového editoru LateX.
Místo a čas realizace výzkumu:
Místo výzkumu: Technická univerzita v Liberci.
Čas výzkumu: listopad 2021 - leden 2022.
Vzorek:
Počet měření: několik sérií po 11 měřeních.
Seznam doporučené literatury
BENEŠ, J., D. JIRÁK a F. VÍTEK. 2015. Základy lékařské fyziky. 4. vyd. Praha: Karolinum. ISBN 978 80 246-2645-1.
BULAVA, Alan. 2017. Kardiologie pro nelékařské zdravotnické obory. Praha: Grada. ISBN 978-80-271-0468-0.
ČIHÁK, Radomír. 2016. Anatomie. 3. vyd. Praha: Grada. ISBN 978-80-247-4788-0.
IŠTUK, N. et al. 2021. Dielectric Properties of Ovine Heart at Microwave Frequencies. Diagnostics [online]. 11(3), 531 [cit. 2021-05-13]. DOI 10.3390/diagnostics11030531. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/diagnostics11030531
KANIUSAS, Eugenijus. 2019. Biomedical signals and sensors III: linking electric biosignals and biomedical sensors. Cham: Springer. ISBN 978-3-319-74916-7.
KANOUN, Olfa. 2018. Impedance spectroscopy: advanced applications: battery research, bioimpedance, system design [online]. Berlin: De Gruyter [cit. 2021-05-13]. ISBN 978-3-11-055892-0. Dostupné z: https://library.oapen.org/handle/20.500.12657/25190
KITTNAR, Otomar et al. 2020. Lékařská fyziologie. 2. vyd. Praha: Grada. ISBN 978-80-247-1963-4.
LA GIOIA, A. et al. 2018. Open-Ended Coaxial Probe Technique for Dielectric Measurement of Biological Tissues: Challenges and Common Practices. Diagnostics [online]. 8(2), 40 [cit. 2021-05-13]. DOI 10.3390/diagnostics8020040. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/diagnostics8020040
SALAHUDDIN, S. et al. 2018. Demonstration of dielectric heterogeneity of previously assumed homogeneous tissues: examination of the Heart. 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). 2018, 407. DOI 10.1049/cp.2018.0766.
TÁBORSKÝ, M., J. KAUTZNER a A. LINHART. 2018. Kardiologie. 2.vyd. Praha: Mladá fronta. ISBN 978 80 204-4812-5.
Seznam doporučené literatury
BENEŠ, J., D. JIRÁK a F. VÍTEK. 2015. Základy lékařské fyziky. 4. vyd. Praha: Karolinum. ISBN 978 80 246-2645-1.
BULAVA, Alan. 2017. Kardiologie pro nelékařské zdravotnické obory. Praha: Grada. ISBN 978-80-271-0468-0.
ČIHÁK, Radomír. 2016. Anatomie. 3. vyd. Praha: Grada. ISBN 978-80-247-4788-0.
IŠTUK, N. et al. 2021. Dielectric Properties of Ovine Heart at Microwave Frequencies. Diagnostics [online]. 11(3), 531 [cit. 2021-05-13]. DOI 10.3390/diagnostics11030531. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/diagnostics11030531
KANIUSAS, Eugenijus. 2019. Biomedical signals and sensors III: linking electric biosignals and biomedical sensors. Cham: Springer. ISBN 978-3-319-74916-7.
KANOUN, Olfa. 2018. Impedance spectroscopy: advanced applications: battery research, bioimpedance, system design [online]. Berlin: De Gruyter [cit. 2021-05-13]. ISBN 978-3-11-055892-0. Dostupné z: https://library.oapen.org/handle/20.500.12657/25190
KITTNAR, Otomar et al. 2020. Lékařská fyziologie. 2. vyd. Praha: Grada. ISBN 978-80-247-1963-4.
LA GIOIA, A. et al. 2018. Open-Ended Coaxial Probe Technique for Dielectric Measurement of Biological Tissues: Challenges and Common Practices. Diagnostics [online]. 8(2), 40 [cit. 2021-05-13]. DOI 10.3390/diagnostics8020040. Dostupné z: https://doi.org/10.3390/diagnostics8020040
SALAHUDDIN, S. et al. 2018. Demonstration of dielectric heterogeneity of previously assumed homogeneous tissues: examination of the Heart. 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). 2018, 407. DOI 10.1049/cp.2018.0766.
TÁBORSKÝ, M., J. KAUTZNER a A. LINHART. 2018. Kardiologie. 2.vyd. Praha: Mladá fronta. ISBN 978 80 204-4812-5.
Přílohy volně vložené
CD ROM
Přílohy vázané v práci
grafy
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.