Диссертация (1025404), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

() =222,(1.2)Для абсолютно черного тела интенсивность ЭМИ можно определить издифференциального уравнения, связывающие температурные флуктуации телаdT(t) с тепловым излучением () и конвекцией () [88]−() = С()+ ()() = 4 ,(1.3)13где С – коэффициент теплоемкости, S – площадь поверхности тела, σ –коэффициент Стефана-Больцмана.В [88] показано, что изменения интенсивности излучения абсолютночерного тела в случае флуктуирующих процессов теплового воздействиясоответствуют модели флуктуациям скорости броуновской частицы в теорииЭйнштейна–Смолуховского и представляют собой немарковский процесс.Существуют экспериментальные данные, подтверждающие гипотезу отом, что источником броуновского движения микрочастиц в жидкости могутявляться локальные, хаотически распределенные в пространстве и во времени,флуктуации температуры [132].Согласно закону Кирхгофа интенсивность () ЭМИ тел, у которыхкоэффициент поглощения излучения меньше единицы, не может быть больше(), определяемого из уравнения (1.3), т.е.

() = 4 () < () ,(1.4)где χ – коэффициент поглощения тела, ∈ [0,1].Таким образом, общая мощность ЭМИ или радиояркостная температура Тя телазависит от его термодинамической температуры T и коэффициента поглощенияχ(ε) где  – диэлектрическая проницаемость тела.Длябиологическогообъекта,особеннодляголовногомозга,физиологическая интерпретация этого излучения является проблемной задачейвследствие неоднозначной зависимости радиояркостной температуры Тя, отэлектрофизическихпараметровбиологическихтканей,определяемыхизменениями термодинамической температурой T и коэффициента поглощенияχ(ε) [161, 203], в общем виде: T я   F   d4,Tя   F   d(1.5)где Я (Ω) – радиояркостная температура тканей мозга; (Ω) – диаграмма антенны, определяемая характеристиками АА весоваяфункция радиояркостной температуры от телесного угла (Ω);14Известно [185], что формирование температурных изменений в организмечеловекапроисходятконкуренцииприпостоянноммеханизмов,взаимодействии,регулирующихтеплообменсопряжениииидругиегомеостатические функции.

Эти процессы прослеживаются, прежде всего, науровне гипоталамуса. Используемые в системе регуляции теплообменанейромедиаторы, гуморальные вещества также принимают участие в регуляциидругих функций и показателей гомеостаза. Их примерами могут бытькатехоламины, которые выполняют функции медиаторов в центральной исимпатическойнервныхсистемах,функциисосудоактивныхвеществ,активаторов обменных процессов [185]. В качестве эффекторов в реакцияхтеплообмена используются сосуды поверхности тела, посредством которыхрегулируется кровоток в коже, ее температура и интенсивность теплоотдачи[143].

Система теплорегуляции использует также эффекторные механизмыдругих гомеостатических систем [64, 214].Так, при действии на организм высокой внешней температуры активацияпотоотделения и дыхания ведет к усиленному выделению из организма СО2,некоторых минеральных ионов [143]. Как при гипер-, так и при гипотермиимогут наблюдаться сдвиги кислотно-основного состояния [64]. За счет полипноэиинтенсификациипотоотделенияразвиваетсядыхательныйалкалоз,сопровождающиейся увеличением рН и снижением рСО2 в крови. Принарастании гипертермии в связи с ухудшением доставки к тканям кислорода вних развивается метаболический ацидоз [185].

Смена щелочной реакции кровина кислую при выраженной гипертермии вновь начинает играть положительнуюрегуляторную роль, как для усиления теплоотдачи, так и для предупреждениядальнейшего закисления крови и улучшения оксигенации тканей [208]. Этодостигается стимуляцией дыхательного центра посредством избытка Н+,увеличения минутного объема дыхания, усиления испарения влаги споверхности дыхательных путей, что ведет к снижению рСО2 и увеличению рО2[208].15Обратные взаимоотношения между процессами регуляции теплообмена идыханияпрослеживаютсяпригипотермии.Развивающаясяприэтомгиповентиляция является общим эффекторным механизмом, обеспечивающимснижение теплопотерь, поддержание на более низком уровне рН кровисоответственно сниженной температуре тела [208].Эта модель наиболее адекватно отражает процессы терморегуляции в тканяхголовного мозга.

С одной стороны, головной мозг является открытой системой,с постоянными процессами обмена энергией и веществом с окружающей средой.С другой стороны, температура тканей головного мозга является одной изважнейших констант гомеостаза [175].В организации терморегуляции тканей головного мозга участвуютметаболические процессы, процессы артериального кровоснабжения тканей,микроциркуляция крови, церебро-васкулярной жидкости, а также процессывнутри- и межклеточного транспорта жидкости [13].Для описания процессов переноса тепла в живых тканях с учетомвышесказанных особенностей используют уравнение Чена-Холмса, котороеявляется общим случаем известного уравнения био-теплопроводности Пеннеса[23,126,127].−С∂()∂− (χ) = ρ ωА ()(А − ())−ρ ω0 () + ()), (1.6)где χ – коэффициент теплопроводности, ωА – скорость артериального кровотока,TА – температура артериальной крови, ω0 – коэффициент локальной перфузии,Qmet – метаболическое производство тепла, ρb – плотность и Cb – удельнаятеплоемкость крови.

Локальный транспорт жидкости описывается третьимчленом левой части уравнения, который определяется величиной объемногорасхода жидкости на единицу площади.Исходя из вышесказанного и с учетом соотношения (1.4), приравняемправые части уравнений (1.3) и (1.6), продифференцируем их и послепреобразования получаем выражение для флуктуаций излучения Я () тканеймозга:16−∂∂я () =∂∂[ρ ωА ()(А − ())]−∂∂[ρ ω0 () ] +∂∂[ ()], (1.7)Из уравнения (1.7) следует, что флуктуации интенсивности излучения Ятканейголовногомозгаопределяютсяинформационнымипаттернами,связанными с механизмами регуляции внутричерепного транспорта жидкости иметаболических процессов мозга. Эта модель не противоречит гипотезе Ю.В.Гуляева и Э.Э.

Годика о том, что собственные физические поля человека могутбыть промодулированы физиологическими процессами. [148].В общем случае, сигнал на выходе СВЧ-радиометра пропорционаленследующему соотношению :х ∝ |1 − Γ 2 | ∫ Я ( Ω) (Ω)Ω,(1.8)4При условии относительной медленности указанных выше процессовточность оценки радиояркостной температуры, измеряемой СВЧ-радиометром,в течении времени определяется следующим выражением:∂х∂= −(1 − Γ 2 )+|1 − Γ 2 | (∫4 (∂Я ∂Ω∂Ω ∂∂Γ2∂∫4 Я ( Ω) (Ω)Ω + (Ω) +∂ ∂Ω∂Ω ∂Я (Ω)) Ω),(1.9)где:∂Я∂– исследование изменений информационных характеристик сигналасобственного ЭМИ головного мозга;∂∂– разработка АА для длительного мониторирования собственного ЭМИголовного мозга (рассматривается в Главе 2.1);∂Γ2∂– разработка схемотехнического решения входного тракта СВЧ-радиометра для обеспечения измерений радиояркостной температуры с заданнойпогрешностью (рассматривается в Главе 2.2).Эти особенности собственного ЭМИ головного мозга определилиособенности схемно-технических решений многоканального радиофизическогокомплекса.

При этом комплекс рассматривается как часть биотехнической17системы (БТС), в которой СВЧ радиотермограф является одним изинформационных каналов. Другими информационными каналами являютсяприборыстандартнойфункциональнойдиагностики.Комплексирование,обработка и анализ биомедицинских сигналов этих информационных каналоввыполняются программными методами, являющимися частью многоканальногорадиофизического комплекса.Многоканальный радиофизический комплекс должен обеспечиватьодновременную регистрацию биомедицинских сигналов радиометрическогоинформационного канала и сигналов, формируемых в информационных каналахстандартной функциональной диагностики (например, в электроэнцефалографе,электрокардиографе,регистраторекожногальваническойреакции,фотоплетизмогафе, пульсооксиметре и т.д.) с целью получения интегративнойоценкикачестварегуляцииразныхрегуляторныхсистеморганизма,обеспечивающих гомеостаз головного мозга.Как показано выше, собственное ЭМИ головного мозга являетсяследствием теплового броуновского движения заряженных частиц, котороемодулируется функциональными процессами в его тканях, то этот сигнал, повсей видимости, имеет фрактальную самоподобную природу, вызваннуюцикличностью процессов динамических систем регулирования гомеостаза.

Визвестных работах для оценки характеристик сигналов собственного ЭМИ, какправило, применяются статистические, спектральные, корреляционные иинформационные методы. В них не учитываются фрактальные свойстваисследуемого процесса. Поэтому при исследовании этой БТС целесообразноприменять методы мультифрактального анализа.Структура такой БТС представлена на Рис. 1.1.18Функциональные (самоподобные, фрактальные ) процессы регуляциигомеостаза головного мозгаФункциональнонагрузочные пробыИзмерительные каналы радиофизического комплексаСтандартныеприборыфункциональнойдиагностикиСВЧ-радиотермографИсследовательОценки параметроводновременнорегистрируемыхсигналовПрограммное обеспечение многоканального радиофизическогокомплекса для получения информационных оценок (в том числемультифрактальных оценок) одновременно регистрируемыхбиомедицинских сигналовПерсональный компьютерРис.1.1.

Характеристики

Список файлов диссертации