А.В. Кобелев1, А.Н. Брико2, С.И. Щукин3

1–3 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
1 ak@bmstu.ru

Постановка проблемы. Одной из задач современной электроимпедансной миографии (ЭИМ) стала разработка метода оценки электрических свойств самой мышцы in vivo в процессе сокращения с учетом влияния кожи и подкожного жира. Величина электрического импеданса и его изменение при сокращении мышцы зависят от процессов изменения взаимного расположения «электрод-мышца», от геометрических параметров и удельного сопротивления тканей, окружающих мышцу, толщины кожно-жирового слоя. Эти механизмы остаются неизученными.

Цель. Разработать адекватную математическую модель тканей предплечья для установления связи между измерениями электрического импеданса и биомеханическими параметрами мышц.

Результаты. Рассмотрены две математические модели – однородной среды и двухслойной. При использовании двухслойной модели полубесконечной горизонтально-слоистой среды исследовано влияние кожи, подкожной жировой клетчатки и мышечной активности на сигналы электрического импеданса. Отмечено, что данная модель позволяет описывать эффекты внутренней и внешней компрессии электродной системы путем изменения толщины кожно-жирового слоя. Установлено, что поведение сигналов биоимпеданса при сокращении мышц лучше описывается двухслойной полубесконечной моделью, что подчеркивает важность рассмотрения более сложных моделей для адекватного решения обратной задачи электрического импеданса.

Практическая значимость. Результаты исследований дают представление о механизмах формирования сигнала ЭИМ предплечья при сокращении мышц для протезов или человеко-машинных интерфейсов.

Кобелев А.В., Брико А.Н., Щукин С.И. Горизонтально-слоистые математические модели биотканей предплечья для электроим­педансных измерений // Биомедицинская радиоэлектроника. 2025. T. 28. № 5. С. 35−39. DOI: https://doi.org/10.18127/ j15604136-202505-08

1. Rutkove S.B. Electrical impedance myography: Background, current state, and future directions. Muscle & nerve. 2009. V. 40.
   № December. P. 936–946. DOI: 10.1002/mus.21362.
2. Sanchez B., Martinsen O.G., Freeborn T.J., Furse C.M. Electrical Impedance Myography: A Critical Review and Outlook. Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 2021. V. 132. № 2. P. 338–344. DOI: 10.1016/j.clinph.2020.11.014.
3. Kusche R., Ryschka M. Combining Bioimpedance and EMG Measurements for Reliable Muscle Contraction Detection. IEEE Sensors Journal. 2018. V. 19. № 23. P. 11687–11696.
4. Grimnes S., Martinsen O. G. Bioimpedance and Bioelectricity Basics. 3rd ed. Academic Press. 2014.
5. Nakamura T., Kusuhara T., Yamamoto Y. Motion Discrimination Using Parameters of Bioelectrical Impedance. In: 13th International Conference on Electrical Bioimpedance and the 8th Conference on Electrical Impedance Tomography. Springer. 2007. P. 671–674.
6. Riu P.J., Giovinazzo G., Al-Surakhi O.I., Bogonez P. Changes in the arm bioimpedance with applied pressure and force. IFMBE Proceedings. 2007. V. 17 IFMBE. № 2. P. 719–722. DOI: 10.1007/978-3-540-73841-1_185.
7. Gabriel C., Peyman A., Grant E.H. Electrical conductivity of tissue at frequencies below 1 MHz. Physics in Medicine and Biology. 2009. V. 54. № 16. P. 4863–4878. DOI: 10.1088/0031-9155/54/16/002.
8. Zhdanov M.S. Foundations of geophysical electromagnetic theory and methods. 2017. V. 43. Elsevier.