MỞ ĐẦU 1. Sơ lược về lịch sử quá trình đo tổng trở Tổng trở là một đại lượng vật lý thé hiện trạng thái của tổ chức sinh học từ mức tế bảo đến mức mô, cơ quan. Những nghiên cứu về do tong trở để đánh giá hoạt động của tổ chức sinh học đã được tiến hành từ rất lâu và tới nay đã có những bước phát triển rất mạnh mẽ. Việc nghiên cứu các van đề liên quan đến các đối tượng sinh học mà cụ thể là cơ thể sống ngày cảng được chú trọng.
Tất cả các đối tượng sinh học đều được cầu tạo từ các tế bào và thực nghiệm cho ta thay rang, trang thai đói tượng sinh học biến đổi có liên quan nhiều đến sự thay đôi về giá trị điện trở, điện dẫn và các thông số điện của tế bào [1, 2]. Ví dụ, khi một tô chức hay bộ phận của đối tượng bị biến đổi trạng thái thì thé tích tế bào có thé bị trương lên, khoảng không gian giữa các tế bào bị thu hẹp lại, điện trở tại khu vực biến đôi tăng lên rất nhanh hoặc cũng có thé thé tích tế bao bị co lại, khoảng không gian giữa các tế bào tăng lên, làm cho điện trở tại khu vực biến đối giảm xuống [3. Trên thế giới các nghiên cứu trước đó dé cập đến sự thay đối trở kháng của đối tượng [5] va cũng đã thâm nhập vào lĩnh vực đo tong trở tạo ra các thiết bị xác định tham số của tong trở các đối tượng sinh học. Cũng như các tham sỐ trạng thái khác của đối tượng sinh học đã được nghiên cứu, khai thác ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực mang lại một kết quả đáng ghi nhận, làm cho cuộc sống của con người ngay càng được cải thiện, nhiều loại bệnh đã được điều trị.
thì hướng nghiên cứu về tổng trở của các đối tượng sinh học cũng đã tìm ra các yếu tố ảnh hưởng có thể khai thác phục vụ cuộc sống của con người. Như trong lĩnh vực thực phẩm, đo tổng trở có thể xác định được độ tươi của các loại rau, cu quả và thịt [6]; Trong lĩnh vực y tế đã có nhiều ứng dụng cụ thể, một lĩnh vực mới cũng đang hướng đến việc xác định tổng trở của các mô bị viêm, hay trạng thái của cơ thể trong các trường hợp bệnh lý hoặc sau khi điều trị bệnh lý băng các phương pháp từ đó tìm ra các hướng điều trị trên cơ thé từ tham số tong trở này. HVTH: NGUYÊN THỊTH ƠNG GVHD: TS. TRAN HY BÌNH Khuynh hướng phát triển của phương pháp đo tổng trở trong lĩnh vực y tế từ khi xuất hiện đến nay là do có một số ưu điểm sau [7, 8]: + Các phép đo tổng trở là phép đo không xâm lấn, an toàn, tiến hành do nhanh, thiết bị đo nhỏ gọn và có thé đo lưu động.
+ Các phép đo có thé thực hiện được trên nhiều đối tượng độ tuổi khác nhau, trạng thái sức khỏe khác nhau do các phép đo chỉ đưa vào bệnh nhân một dòng điện dưới ngưỡng kích thích, không gây ra tác động kích thích tới đối tượng trong khi đo và về lâu dài. + Dùng để chan đoán được bệnh nhanh chóng, đặc biệt chuẩn đoán hình ảnh không dùng tác nhân ion hóa. Phép do tong trở cũng được ứng dụng trong một số ngành khoa học khác [7] như: kỹ thuật hóa học, quá trình ứng dụng công nghiệp, vật liệu kỹ thuật, vi sinh vật và công nghệ sinh học, kiểm tra không phá hủy (NDT), công nghệ chế tạo, công trình dân dụng, khoa học trái đất và địa vật lý và khoa học địa lý, lĩnh vực quốc phòng, hải dương học, kỹ thuật môi trường và các lĩnh vực khác của khoa học ứng dụng, kỹ thuật và công nghệ. Sự phát triển của phép đo tong trở trên các đối tượng sinh học được đánh dau bang mốc lịch sử khi Rudolf Hoeber đã phát hiện độ dẫn của máu phụ thuộc vào tần số và đã mặc nhiên công nhận sự ton tại của màng tế bào, đồng thời ông cũng đánh giá trạng thái điện môi của vật chất vào năm 1911.
Philippson năm 1921 đo trở kháng mô như một hàm của tần số và thấy răng điện dung thay đối như nghịch đảo căn bậc hai của tần số. Ông gọi đây là điện dung phân cực tương tự như tim thay cho các mặt phân cách pha kim loại/điện giải. Vào cuối những năm 1920, Gildemeister và các học trò của minh đã thực hiện các phép đo điện trở, tụ điện của da và các tế bào thần kinh va đã tìm ra đặc điểm về góc pha của mô, Herman Rein cũng phát hiện hiệu ứng điện thầm thấu liên quan đến sự biến đổi độ dẫn điện của da [9]. Năm 1957, Pauly và Schwan đã sử dung mô hình hóa dé hiểu và giải thích đặc tính điện của các đối tượng sinh học.
Đo tong trở sinh học là một phương pháp đơn giản và vô hại đối với các đặc tính điện của đối tượng sinh học [6]. Năm 1998, Ren D và các đồng nghiệp đã phát hiện sự thay đổi trở kháng điện của cơ thể trước HVTH: NGUYÊN THỊTH ƠNG GVHD: TS. TRAN HY BÌNH những triệu chứng bệnh lý. Năm 1999, Simon và đồng nghiệp công bố những nghiên cứu về sự chênh lệch trở kháng giữa những cá nhân khỏe mạnh và những người bị bệnh.
Hơn 10 năm trở lại đây, cùng với sự phát triển của khoa hoc công nghệ, và những thành tựu của các thiết bi điện tử, thì các phép đo trở kháng đã và đang được khai thác một cách triệt đê phục vụ cho cuộc sông của con người. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng phương pháp đo tổng trở hiện nay Dưới tác động của dòng điện xoay chiều lên một đối tượng sống, các giá trị của tong trở (trở kháng) phụ thuộc vào thành phan của mô, cau trúc, mỗi đối tượng sống, và tân số tín hiệu được đưa vào. Các phương pháp đo trở kháng điện sinh học có thé được sử dụng cho các phép không xâm lấn trên đối tượng sinh học. Khi đo được các giá trị trở kháng của các mô khác nhau trên một dải tần rộng sẽ cung cấp thêm thông tin bên trong mô, điều đó giúp chúng ta hiểu rõ hơn về giải phẫu sinh học mô, sinh lý học và bệnh lý.
Phương pháp đo trở kháng trên các đối tượng sinh học, từ khi xuất hiện (1911) đến nay đã được sử dụng trong nhiều ngành khác nhau và trong những năm gan đây phương pháp này đang ngày càng được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt lĩnh vực ứng dụng mới trong lĩnh vực sinh học và y học của phép đo tổng trở cung cấp kết quả đầy hứa hẹn. Các bài báo công bố gần đây cho thay sự quan tâm ngày càng tăng trong các phương pháp đo tổng trở. Triển vọng lớn cho sự phát triển của chúng gắn liên với các hướng trong nghiên cứu khoa học và chân đoán. Một số kỹ thuật đo tổng trở dựa trên các đặc tính không xâm lẫn đối tượng như phân tích trở kháng điện sinh học (BIA), phố tổng trở (EIS), phép ghi biến đối thé tích trở kháng điện (IPG), phép đo tâm đồ trở kháng (ICG), và chụp cắt lớp trở kháng điện (EIT) đã được đề xuất và rất nhiều công trình nghiên cứu đã được tiễn hành bằng các phương pháp không xâm lẫn mô dé chân đoán bệnh Các phép đo tong trở đã được dùng để nghiên cứu một số van dé trong y tế như [10]: theo dõi phản ứng của cơ thể bệnh nhân với một chế phẩm y tế được đưa HVTH: NGUYÊN THỊTH ƠNG GVHD: TS.
TRAN HY BÌNH vào cơ thể băng các phép đo tổng trở tại các điểm khác nhau trên da; sử dụng thiết bị dé theo dõi tong trở các cơ quan trong lỗng ngực; thử nghiệm độc đáo dựa trên phương pháp đo tổng trở dé đánh giá các chức năng của trở kháng hồng cầu ở động vật khi được chiếu xạ gamma, thử nghiệm đã chứng minh rằng khả năng dẫn điện của màng tế bào dễ bị ton thương nhất do các tác động ion hóa. Một phương pháp đo tong trở phi tuyến da ếch đã được dé xuất dé theo dõi tình trạng da [9|. Các phép đo tong trở tại các điểm hoạt tính sinh học của cơ thé con người có thể được sử dụng như là một tiêu chí về đánh giá tình trạng tâm than [10]. Phương pháp báo trước tình trạng hệ thông tim mach ở trẻ sơ sinh băng cách đo tổng trở của mach máu ngoại vi và chỉ số phút trong thai kỳ đã được dé xuất trong [11].
Kết hợp sử dụng phương pháp đo tổng trở với các phương pháp chân đoán khác là một xu hướng mới và day hứa hẹn được gọi là chan đoán impedansometry. Ví dụ phép đo tong trở kết hop với phép do pH trong dạ dày cung cấp thông tin rõ ràng hơn về các cơ ché tạo axit trong dạ dày của bệnh nhân và hình thái của niêm mac dạ. Sự kết hợp này chứng minh các giá trị khoa học của phương pháp đo tong trở và phép đo pH trong dạ day cho phép giám sát sự trung hòa axit cua dạ dày trong vùng hang vị. Các thành phần điện dung của các mô và tế bào là các tham số cung cấp thông tin nhiều nhất cho hoạt động giám sát này [12].
Tại Việt Nam lĩnh vực đo tong trở sinh hoc còn là một hướng di mới, chưa có một công trình nghiên cứu khoa học xâm nhập vào lĩnh vực này. Hiện tại mới có hai nhóm bước đâu nghiên cứu những vấn đề liên quan đến phép đo tổng trở. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thiết kế mạch thu nhận tín hiệu tim đồ trở kháng ngực (ICG) áp dụng để đo và theo dõi liên tục các thông số huyết động của tim. Nhóm nghiên cứu tại Viện Vật Lý Y Sinh Học, được sự trợ giúp chuyên gia Đức bước đầu đã xây dựng được hệ đo tổng trở, xác định tổng trở của một số đối tượng sinh học va đã có kết qua ban đầu khá khả quan.
Day là cơ sở nên tảng cho những nghiên cứu trong tương lai và cũng là cơ sở khoa học thực tiễn cho hướng nghiên cứu tổng trở của các đối tượng sinh học. Đó chính là lý do tôi chọn HVTH: NGUYÊN THỊTH ƠNG GVHD: TS. TRAN HY BÌNH nghiên cứu đề tài: “Xây dựng cơ sở lý thuyết và thực nghiệm cho quy trình đo tong trở các đôi tượng sinh học”. Mục tiêu của đề tài Với tình hình tong quan như trên, tac gia đã dé xuất mục tiêu luận văn như sau: - Tìm hiểu, nghiên cứu, khảo sát xây dựng co sở lý thuyết và thực nghiệm cho quy trình đo tổng trở các đối tượng sinh học.