Electrical impedance spectroscopy of human blood

Abstract

İNSAN KANININ ELEKTRİKSEL EMPEDANS SPEKTROSKOPISI ÖZET Bu tezde, hematokrit değeri % 31-% 50 arasında değişen insan kanının spesifik empedansı, 100 kHz-1 MHz frekans aralığında ölçülmüştür. % l'den daha iyi doğruluk değerli 4 elektrotlu insan kanı empedans ölçümleri için bir ölçüm sistemi dizayn edilmiştir. Özel olarak dizayn edilen iletkenlik hücresi (2 cm x 0.65 cm x 2 cm), altın elektrotlar vasıtasıyla akım uygulayıp, paslanmaz çelik elektrotlarla da voltaj ölçümü yapmıştır. Her bir ölçüm için 2.6 mi kan kullanılmıştır. Kan örnekleri 9 sağlıklı gönüllüden alınmış ve pıhtılaşmayı önlemek için sodyum heparin kullanılmıştır. Bu kan örnekleri, her bir gönüllüden 3 farklı hematokrit değeri elde etmek için % 0.9 tuzlu su ile seyreltilmiştir. Çoklufrekans empedans ölçümleri, LMS algoritması kullanılarak Cole-Cole diyagramlarına fit edilmiştir. Oda sıcaklığında hematokrit değer aralığmdaki eşdeğer elektriksel devreyi modellemek için kanın karacteristiği olan Cole-Cole parametreleri, pfe Pi, Fc ve a, kullanılmıştır. Çalışılan hematocrit aralığmdaki model parametrelerinin, bireysel değişim gösteren hematokritin lineer fonksiyonu olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Kırmızı kan hücresi, hücre kompleks iletkenliği, empedans spektroskopi, Cole-Cole diyagramı, hematokrit.

IV ELECTRICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY OF HUMAN BLOOD ABSTRACT In this study, the specific impedance of human blood for a hematocrit range extending from 3 1 % to 50 %, is measured over the frequency range up 100 kHz to 1 MHz. An instrumentation system is designed for performing true four probe impedance measurements on human blood samples, in the range of 100Q - lkQ, with better than 1% accuracy. The specially designed conductivity cell (2 cm x 0.65 cm x 2 cm) applies current through gold plate electrodes and measures voltage by means of stainless steel point electrodes. A blood volume of 2.6 ml is required for each measurement. Blood volumes were drawn from 9 healthy donors using sodium heparin as anticoagulant, and diluted with 0.9 % saline to obtain 3 different blood hematocrit values from each donor. Multifrequency impedance measurements are fitted to Cole-Cole diagrams using a LMS algorithm; Cole-Cole parameters pe, pi, Fc and a, that are characteristic of blood, are used to model the equivalent electrical circuit for a range of hematocrit values at room temperature. It is shown that all model parameters are linear functions of hematocrit, over the 3 1 to 50 % hematocrit range, although their ratio of change with hematocrit vary among individuals. Keywords: Red blood cell, cell complex conductivity, impedance spectroscopy, Cole- Cole plot, hematocrit.