Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 2
Текст из файла (страница 2)
МИП вЂ” это такие процессы, как частота сердечных сокрашений, частота дыхания„температура тела и т. д., БИП вЂ” это электрофизиологические процессы (электрокардиосигнал, электроэнцефалограмма и т. д.) ! ! !. На рнс. В1 в качестве примера приведена структурная схема измерительно-информационной БТС-М. Мониторные системы (МС) БТС-М характеризуются двумя видами управления. Пассивное реализуется в МС с обратной связью, включающей действия врача. Система функционирует в результате выработки сигналов визуальной и (или) звуковой тревоги, которая включается как только в физиологическом параметре отмечаются какие-то существеннь/е отклонения (в простейшем случае он вышел из заданного диапазона). Сигнал тревоги вырабатывается в БВИП и поступает в БР и СОИ.
При этом врач старается вернуть физиологический параметр в его нормальный диапазон посредством реанимационных фармакологических или физических воздействий. Если для нас существенно как воздействие на биообъект, так и обратное воздействие биообъекта на поле, то мь1 используем БТС активного типа (рис. В2) в отличие от одностороннего случая, когда мы используем пассивную БТС. В БТС-М пассивного типа энергетическое воздействие является однонаправленным от биологических объектов к техническим.
Примером такой БТС может служить комплекс приборов для регистрации электрокардиограммы !ЭКГ). Рнс. В1. Структурная схема иэмеритсдьно-информационной БТС-М; П вЂ” пациент; ДПИ вЂ” датчик-аресбраэсватеяь псряичнсй информации; БУ вЂ” блок усядсняя; БП вЂ” блок преобразования электрического сигнала я цифровую форму; ААΠ— автоматический анаяиэятср состояний, БР— блок регистрации; СОИ— система отображения информации (демснсчэирует состояния падиеятя ня экране дисплея); БОИ вЂ” блок сжатия инфсрмядия дяя БИП; БВИП вЂ” блок выделения информативных признаков; дП и ОП вЂ” блоки дслгоярсменнсй я оперативной памяти;  — врач; ЛС вЂ” лечебные срсдстяя; ЭМК вЂ” электромеханический контроллер ияи электронный преобразователь сигнала Медицинская БТС должна обязательно содержать систему мо""торннга непрерывной (текущей) диагностики состояния живого оРганизма.
12 Рнс. В2. Схема БТС активного типа с различными видами воздействия на бнообъект: I — ультразвук; 2 — лазер; 3 — электромагнитное псдс; 4 — рентген; р — давление, Т вЂ” темяерятуря При активном управлении, т. е. в замкнутой информационно- измерительной и управляющей БТС-М, существует непосредственная обратная связь между БВИП и ЭМК физиологического выхода системы (штриховая линия на рис. В!). При этом электронный преобразователь сигнала анализирует поступающую с БВИП информацию и корректирует параметры БТС.
В вычислительных МС роль БВИП выполняет ЭВМ. В БТС-М активного типа осуществляется тот илн иной тип воздействия на организм с лечебно- диагностическими целями. Параметры воздействуюших физических полей для диагностики и терапии не должны превышать радиуса адалтаиии биообъекта, т. е. той величины, в пределах которой система способна самостоятельно вернуться в исходное состояние. Если параметры воздействуюших полей превышают радиус адаптации, то возможны необратимые процессы или переход биообъектов в патологическое состояние.
Иначе говоря, необходимо ввести понятие порогового значения воздействия. Соответственно изучение поведения БТС может проводиться в подпороговом (в рамках адаптации), надпороговом (с акцентом на производимые изменения) и в пограничном (процессы вблизи точки бифуркации) режимах.
Если же параметры биообъекта не согласуются с параметрами технических элементов, то БТС не способна правильно сориентироваться и выработать тактику поведения. Такое случается, например, при терапевтическом или хирургическом воздействии. Следовательно, должен выполняться принцип идентификации или целостности, требующий единства информационных и управляюших сигналов, с помощью которых производится вещественный, энергетический или информационный обмен внутри БТС (1, 3, 41. Обобщенная количественная мера энергетического воздействия на биообъект обычно называется дозой. Такое определение дозы, учитываюшее в принципе любые воздействия, нуждается в конкретизации, чтобы его можно было использовать как рабочее для определенного вида взаимодействий.
Распределение накопленной в биообъекте энергии далеко не всегда поддается достоверной количественной оценке. Так как биообъект претерпевает внешнее воздействие, то необходимо выделить отклик биообъекта на это воздействие. Если нет возможности отследить и количественно охарактеризовать отклик, то нет возможности и предсказать результаты взаимодействия. Но понятие отклика требует специального определения, которое учитывает сложность объекта воздействия и системный характер взаимодействия.
Под откликом будем понимать совокупность всех реакций объекта, которые можно в той или иной степени связать с данным воздействием. Количественной мерой отклика является совокупность соотносимых параметров, поддающихся измерению. Измеряя эти соотносимые параметры, можно предсказать биологический эффект, даже не зная характеристик самого биообъекта.
Таким образом, основная задача дозиметрии заключается в следуюшем: построение функциональной зависимости между совокупностью параметров воздействия и соотносимыми параметрами отклика и использование этой функциональной зависимости для управления самим воздействием. Заметим, что вторая часть поставленной задачи может быть решена только при уже известной функциональной зависимости между параметрами воздействия и соотносимыми параметрами отклика (обычно эта зависимость в литературе называется «доза— эффект»).
Правильный прогноз отклика может бзвть сделан только в том случае, если построение функции воздействие — отклик (ФВО) проведено корректно. В конкретных задачах, где результаты воздействия выражаются большим и априори неизвестным количеством параметров, построение ФВО включает в себя всю совокупность эвристических элементов как исследовательского, так и метрологического характера. В2.
ВОЛНОВЫЕ И КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. СТРУКТУРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ Перед тем как перейти непосредственно к рассмотрению взаимодействия физических полей с биообъектами, кратко напомним основные свойства электромагнитных волн. Электромагнитное излучение (ЭМИ) обладает волновыми и квантовыми свойствами (проявляет корпускулярно-волновой дуализм). Согласно уравнению Максвелла, векторы Е и Н переменного электромагнитного поля удовлетворяют волновому уравнению в однородной изотропной непроводяшей среде: дЕ дН аао)Чзо = О' /зН™о)з)зо д/ д/ Л = д /дх + д /ду -« д /дг = о /дг . 2 2 2 2 2 2 2 2 Решение волнового уравнения: Е(г,/) = Е»ахз)п(оз/ — йг), где аз= 2л» вЂ” циклическая частота колебаний векторов Е и Н, и— частота этих колебаний; к = 2л/). — волновой вектор, ).
= с/и длина волны, с — скорость света в вакууме. Переменное электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде волн с фазовой скоростью о = с/,/ге)г, 8 8 с =1/,/ео)го = 3 !О м/с = 2,9979 10 м/с. Электромагнитные волны поперечны: (ЕН) =О, Е 3 и, Н.1п, векторы Е и Нколеблют- !5 я в одной фазе и образуют с вектором скорости правую тройку векторов, а их модули связаны соотношением Яо Е=4Ыо Н (В1) Монохроматической называется волна, векторы Е и Н которой колеблются с определенной частотой. Одним из важнейших выводов теории Максвелла является электромагнитная природа света. Экспериментально установлено, что действие света на устройства его регистрации (фотоэлемент, фотопленку, флуоресцирующий экран и т. д.) определяется вектором электрической напряженности Е электромагнитного поля световой волны. Это согласуется с классической электронной теорией, согласно которой процессы, вызываемые действием света на вещество, связаны с действием электромагнитного поля световой волны на заряженные частицы вещества — электроны и ионы.
Поскольку частота видимого и более коротковолнового излучения 15 очень велика (ч — 10 Гц), то сколь-нибудь значительные по амплитуде вынужденные колебания могут совершать только электроны, поскольку их масса намного меньше массы ионов. Обобщенная сила Лоренца, действующая на электроны со стороны электромагнитного поля, р = -1еЕ + е[п~В]1 = — е[Е + 12)то [п1Н11. намного меньше ее электрической составляющей: 1гйО 1[ОН)1< <ццоп1Н =(ц/п)Е«Е, так как значение скорости распростране8 ния эдектромагнитнои волны о — 10 м/с, а значение скорости электрона в атоме при вынужденных колебаниях под действием света п1 — 10 и/с, следовательно, Р = еЕ.
6 Интенсивность (плотипсть потока энергии) электромагнитной волны — это физическая величина 1, численно равная энергии, которую переносит волна за единицу времени через единицу плошади поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны, / =)(/)1; / =<Е> и, Здесь е и п~ — заряд и скорость электрона; В = ц)тоН вЂ” вектор магнитной индукции электромагнитного поля. С учетом (В!) покажем, что абсолютная величина магнитной составляющей силы Е где 1 — вектор Умова — Пойнтинга; < Е > — среднее значение объемной плотности энергии поля волны; и — фазовая скорость волны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
