Корсунов А.Р., канд. техн. наук
Украинская инженерно-педагогическа академия, Харьков
Разработка методов электромагнитного программируемого
воздействия на биообъекты с одновременным контролем состояния их тканей
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 ρλ 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 Hz и Hr 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 Hz 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.