Шпоры по Щукину (1051156), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

(2.26)

Г де Е₀ - напряженность электрического поля в невозмущенной среде (на бесконечности).

Рис.2.4. Схематическое обозначение сечения тканей бедра.

Следовательно, имеем: (2.27)

На границах раздела r=a и r=b выполняются условия непрерывности потенциала и нормальных составляющих плотности тока. Нормальные компоненты плотности тока, как известно, определяются выражениями:

, _(2.28)

Следовательно, имеем две системы уравнений для нахождения оставшихся коэффициентов.

(2.29)

ВЧ гипертермия.

При лечении злокачественных новообразований широко используется метод гипертермии. Считается, что для уничтожения опухолевых клеток необходим нагрев тканей до температуры выше 41,8^ОС. При этом время экспозиции для 42^О составляет 2 часа и уменьшается в два раза при увеличении температуры на 1 градус. Особенно эффективно использование гипертермии совместно с химиотерапией.

Общая гипертермия предполагает нагрев всего тела с помощью воздуха, воды или электромагнитного поля. При региональной гипертермии нагревается часть тела ВЧ полем или при помощи методов экстракорпорального кровообращения с подогревом крови. Для достижения локальной гипертермии используют контактный нагрев, СВЧ электромагнитные и ультразвуковые поля. Для нагрева тканей используются следующие виды излучения:

- электромагнитные поля деметрового и метрового диапазона (ВЧ поля или радиоволны) с частотами от 3 до 300 МГц.;

- электромагнитные поля дециметрового диапазона (СВЧ поля и микроволны) с частотами 300-3000 МГц.;

- ультразвуковые волны с частотами 13 МГц..

Радиочастотные поля позволяют достичь глубокого прогрева тканей, но, вследствие слабого поглощения, для достижения теплового эффекта приходится использовать высокие интенсивности излучения, что чревато чрезмерным нагревом в первую очередь жировых тканей, а также областей вблизи кромок излучателей. Кроме того, радиочастотные поля не дают возможности дифференциального нагрева опухолевых и нормальных тканей.

Поля микроволнового диапазона используют для нагрева поверхностных и неглубоко лежащих тканей (характерная глубина проникновения не превышает нескольких сантиметров).

Применение ультразвука имеет те преимущества, что можно сфокусировать пучок, но на практике из-за различия акустических импедансов биотканей и опухолей (особенно вблизи костей) точность фокусировки не превышает нескольких сантиметров. Рассмотрим вопросы теоретического моделирования теплового воздействия при СВЧ гипертермии [12].

E₀ — заданная амплитуда в падающей волне. При расчётах по гипертермии обычно полагают =1. Поле внутри n-ого слоя, в котором присутствует падающая и отражённая волна (n=2, …N-1) имеет вид: _(3.7)

Для N-го слоя (прошедшая волна) получаем: (3.8)

С использованием условий равенства тангенциальных составляющих напряженностей электрического и магнитного полей на границах раздела сред (n=1,…N-1) и выражений (3.6-3.8) получим систему уравнений для определения (для определенности положено l₁=0):

, ,

, (n=2,…N-2)

, (n=2,…N-2) (3.8)

,

Здесь - отношение импедансов соседних сред. Решение системы (3.8) можно представить в виде:

, (n=2,…N-1)

, (n=2,…N-1)

, (n=2,…N-1) (3.9)

, ,

Для каждого слоя плотность мощности тепловыделения определяется из (3.6-3.8) соотношением : , где _n – проводимость в n-м слое.

На рис. 3.2-3.3 приведены результаты определения плотности мощности тепловыделения в нескольких плоских многослойных биообъектах, при прохождении через них плоской электромагнитной волны частотой 915 МГц. Во всех расчетах полагалось для ткани мышц _rm=50, _m=1,3 (ом*м)^-1, для жира _rf=6,5, _f=0,11 (ом*м)^-1. Плотность потока энергии падающей волны задавалась равной 0,265 Вт/см² (Е₀=10 В/м). На всех рисунках направление распространения волны слева направо.

На рис. 3.2 приведены распределения плотности мощности тепловыделения в мышечном слое различной толщины (кривые 1 соответствуют слоям толщиной 1 см), на рис. 3.3 – для полубесконечного мышечного слоя, которому предшествует жировой слой (кривые 1 соответствуют толщинам жирового слоя 1 см). Распределение мощности тепловыделения в жире и мышцах для многослойного объекта жир-мышца-воздух-мышца при различных толщинах слоя жира приведено на рис. 3.3. Такая ситуация может представлять интерес в связи с

Адекватные электромагнитные воздействия.

В процессе эволюции организм формировался как устойчивая метасистема представляющая собой совокупность связанных сенсорных и регуляторных систем. Причём, сенсо-регуляторные системы в процессе развития создали специфические, достаточно узкие по амплитудно-временным параметрам «окна чувствительности» к внешним воздействиям. Таким образом, если внешнее воздействие по характеру биологически действующего физического фактора и его параметрам попадает в указанный диапазон, то запускаются цепочки регуляторных биологических процессов, которые приводят к значимым для организма и объективно измеряемым физиологическим реакциям. Все иные воздействия не являются для систем организма биологически значимыми, и он от них стремиться отстроиться (не замечать) настолько, на сколько хватает адаптационных резервов. Когда резервы исчерпаны, возникает качественно иной характер реакции систем организма.

К примеру, человеческое ухо воспринимает биологически значимую информацию в довольно узком диапазоне частот 10 Гц. – 20 кГц. и диапазоне интенсивностей до 120-140 Дб.. При этом, ухо как орган, совместно с центральной и вегетативной нервной системой реализует цепочку связанных физических и биологических процессов (рецепция + передача информации по эфферентным нейронам в мозг + декодирование + принятие решения + кодирование в параметры импульсов афферентных нервных окончаний + двигательные и поведенческие акты и пр.) в конце которой находятся физиологически значимые процессы. Если внешнее воздействие попадает во временную (частотную) область биологической чувствительности сенсорных систем, оно еще должно попасть и в область параметров амплитудной чувствительности. Только в этом случае сенсо-регуляторные системы воспринимают внешнее воздействие как «привычное» и реагируют на него как на собственные, биологически значимые сигналы. В противном случае воздействие не адекватно собственным сенсорным и регуляторным процессам, а значит, организм стремиться на него не реагировать до тех пор, пока хватает интенсивностей гомеостатических механизмов. Такие воздействия, которые по своим характеристикам соответствуют процессам рецепции, и регулирования организма будем в дальнейшем называть биоадекватными, или адекватными.Важным аспектом в понимании механизмов рецепции адекватных внешних воздействий является роль иммунной системы. Например, почему воздействие, которое практически не ощущается здоровым организмом, становится не переносимым (например, из-за боли) для больного. Научно обоснованные ответы на подобные вопросы были найдены относительно недавно. На мембранном, клеточном, органном и системном уровнях было экспериментально установлено, что интенсификация процессов трансмембранного транспорта, снижение порога чувствительности рецепторных полей, быстрые ответные реакции нервной и сердечно-сосудистой систем в ответ на физические и вещественные воздействия проявляются гораздо выраженнее при активации иммунной системы. Иными словами развитие патофизиологических процессов приводит к активации иммунной системы организма и к снижению порогов чувствительности сенсорных и регуляторных систем (при этом повышается чувствительность). В понимании и практическом использовании механизмов биологической рецепции внешних воздействий мы сталкивается, и часто как с принципиальным ограничением, с одной из самых сложных и далеко не систематизированной областью биоинженерии – физики и техники биосенсорных систем. Перечислим основные научные и практические задачи на пути целенаправленного синтеза адекватных внешних воздействий для биологии и медицины.

1. Определение природы биологически действующего физического фактора внешнего поля.

Например, когда оказывается на ткани и системы организма

Содержание:

Электрические и магнитные свойства тканей и сред организма.

Электропроводность биологических тканей.

Диэлектрические свойства биологических тканей.

Магнитные свойства биологических тканей.

Дисперсия импеданса биологических тканей.

Электрическая проводимость крови.

Основные факторы, влияющие на проводимость покоящейся крови.

Электропроводность движущейся крови.

Основные результаты исследований

Низкочастотные электромагнитные поля. Распределение токов в биологических объектах.

Тело человека во внешнем низкочастотном электромагнитном поле.

Переменное магнитное поле.

Импульсные магнитные поля.

Постоянное магнитное поле.

Переменное электрическое поле.

Постоянное электрическое поле.

Распределение токов в неоднородных биотканях.

Электромагнитные поля высокой частоты.

Физические механизмы действия ВЧ полей.

ВЧ гипертермия.

Постановка проблемы.

Проблемы практических расчётов.

Основные расчетные соотношения.

Методы ВЧ терапии.

Низкочастотные электромагнитные поля.

Электротравма.

Адекватные электромагнитные воздействия.

Физиологически активные инфранизкочастотные поля.