Разработка методов электромагнитного программируемого воздействия на биообъекты с одновременным контролем состояния их тканей

Корсунов А.Р., канд. техн. наук

Украинская инженерно-педагогическа академия, Харьков

Известно, что электропроводимость тканей и органов существенно зависит от их функционального состояния и, следовательно, может быть использована как объективный контрольный параметр о влиянии внешнего воздействия на биологичесике ткани электромагнитным полем. Например, при воспалении, когда клетки набухают, уменьшается сечение межклеточных соединений и электрическое сопротивление тканей увеличивается, при повышении влажности кожи возрастает ее электропроводность. Проблема заключается в том, чтобы измерить подобные эффекты бесконтактным способом.

В работе предлагаются результаты исследования методов электромагнитного тестирования состояния тканей организма с помощью искусственных источников поля.

Возбуждение поля в тканях организма может проводится как источниками электрического поля (электрический диполь), так и источником магнитного типа (вертикальный магнитный диполь). Преимущества возбуждения и приема поля магнитным диполем особенно существенны при работе с тканями организмов по сравнению с электрическим диполем, когда требуется элемент заземлять. Измерения поля проводятся на расстоянии r от источника, что длина волны λ<r. В этом случае размер скин-слоя в горизонтальном направлении будет значительно меньше разноса. В результате поле, распространяющееся в тканях, практически полностью затухнет на расстоянии равном разносу. В точке приема регистрируется только поле, распространяющееся по воздуху над исследуемым участком биообъекта – неоднородная плоская волна. Именно это поле в зависимости от частоты сигнала и электрических свойств тканей искажается в области приема. Подобное искажение дает возможность исследовать распределение удельного сопротивления внутри тканей организма. При этом чем ниже частота, тем более глубоко проникает поле.

Обозначив удельное сопротивление тестируемой поверхности через ρ₁ рассчитываем ожидаемое диагностическое удельное сопротивление ρ_λ по следующей формуле

где ΔU – ЭДС, наведенное в приемной петле; I – ток в генераторной петле; К – геометрический коэффициент

для установки, в которой АВ размер дипольного излучателя, S – площадь приемной петли, θ – угол между оптической осью излучения и исследуемой поверхностью.

В первом приближении, выбрав модель поверхности организма как двухслойную (плохо проводящие кожные покровы и хорошо проводящая электрические заряды кровеносная система) можно воспользоваться типичным набором графиков нормированных отношений от , где h₁ – толщина первого слоя, для расчета глубины расположения реально проводящего слоя кровеносной системы.

Индуктивное тестирование свойств тканей организма проводится обычно в ближней зоне (в области малых параметров или зоне индукции), где на ρ₁ влияет в основном r и не влияет частота. Однако при переменном токе появляется возможность использовать не только электрические, но и магнитные диполи, что как и в первом случае позволяет работать без заземлений. Более удобен при измерениях вертикальной магнитный диполь (ВМД), который используется в качестве генератора.

Прием поля осуществляется поворотной рамкой, что позволяет за счет ее ориентации создать либо вертикальный, либо горизонтальный магнитный диполь. Подобное устройство позволит принимать как вертикальную так и горизонтальную компоненту поля облучения.

Существует ряд методов подобного тестирования с использованием вертикального магнитного диполя. Наиболее простой из них предполагает создание поле горизонтальной петлей или ферритовой антенной. С помощью аналогичных приемных устройств измеряются вертикальные и горизонтальные магнитные составляющие H_z и H_r соответственно. После этого определяется электропроводность облучаемой поверхности организма по формуле:

где ω – частота сигнала облучения; μ – магнитная проницаемость исследуемого объекта, r – растояние разноса.

При измерении характеристик биоструктур разносы небольшие и точно измерить H_z практически невозможно. Можно ограничится измерением минимальной величины поля, т.е. измерить значение малой полуоси эллипса поляризации поля. Это оправдано тем, что при отношении горизонтальную компоненту поля практически совпадает с малой полуосью.

Заключение. Разработанные в данной работе методы тестирования биоструктур отличаются от существующих методов измерения электрического сопротивления тканей организмов, интенсивности переноса электрических зарядов тем, что данные измерения можно проводить одновременно с электромагнитным программированным воздействием на биообъекты. При этом реализуется возможность исследовать и контролировать динамическое состояние тканей в ходе электромагнитных манипуляций с ними.

Литература.

1. Вальян Л.Л. Электромагнитные зондирования. М.: Научный мир, 1997. – 218с.

2. Корсунов А.Р., Черкасов С.А. Сочетанные методы взаимодействия с биоструктурой на базе элетромагнитного комплекса // Технология приборостроения. – 2002. - №2. – С. 19-29.