SimpleMedics
Медицина и наука
Поглощение энергии ЭМП в тканях и преобразование ее в тепловую
Механизм преобразования в живых тканях энергии ЭМП в тепловую считали единственно возможной причиной любых биологических эффектов, вызываемых ЭМП от низких частот до сверхвысоких. На этой основе были разработаны и получили широкое распространение методы применения ЭМП высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот для лечения различных заболеваний. Исходя из этой концепции, пытались оценивать предельно допустимые интенсивности ЭМП радиочастот при изучении их профессиональной вредности.
Тепловая концепция биологических эффектов ЭМП противоречит результатам ряда исследований, проведенных с ЭМП слабых интенсивностей. Однако в тех случаях, когда биологические объекты подвергаются воздействию ЭМП достаточно высоких интенсивностей (при которых тепловой эффект уже возможен), она представляется полезной. Поэтому мы подробно рассмотрим теоретические и экспериментальные данные о тепловых эффектах ЭМП различных частот.
В низкочастотном и высокочастотном диапазонах преобразование энергии ЭМП в тепловую связано в основном с потерями проводимости, возникающими за счет выделения, в тканях джоулева тепла индуцированными в них ионными токами.
До частот порядка 10 Мгц размеры тела человека и крупных животных (а тем более мелких) малы по сравнению с длиной волны, а ткани тела можно рассматривать как проводящую среду. Поэтому выполняются условия квазистационарности и расчеты можно производить как для статического поля; мощность ЭМП, поглощаемая в единице объема тела, может быть в этом случае вычислена по законам постоянного
тока:
Р = i2ρ вт\см3
Величину плотности тока i следует вычислять применительно к форме и электрическим параметрам биологического объекта. Такой расчет для человека, находящегося в переменном электрическом или магнитном поле в диапазоне частот от 100 Кгц до 1 Мгц, сделан при следующих допущениях:
1. Тело человека приближенно рассматривается как гомогенный (по электрическим свойствам) проводящий эллипсоид;
2. Рассматривается только однородное электрическое или магнитное поле, в котором тело (эллипсоид) расположено так, что его большая ось параллельна силовым линиям.
При этих условиях плотность тока в случае электрического поля равна
ie=1,3*10-13 *f*E а/см2,
а в случае магнитного поля
iн=1,3*10-11*f*H а/см2
(Е выражено в в/м, Н — в а/м, f —в гц).
Количество тепла, выделяемое при этом в теле человека, будет определяться из соотношений:
QE=2*10-20* ρср*f2*E2 кал/мин
QH=2*10-16 ρср*f2*H2 кал/мин
(ρср - среднее удельное сопротивление тканей тела человека).
В диапазонах ультравысоких и сверхвысоких частот преобразование энергии ЭМП в тепловую связано уже не только с потерями проводимости, но и с диэлектрическими потерями. При этом доля диэлектрических потерь в общем поглощении энергии ЭМП в тканях возрастает с частотой. Например, потери, связанные с релаксацией молекул воды в тканях, при частоте 1 Ггц составляют около 50% от общих потерь, при частоте 10 Ггц - около 90% и при частоте 30 Ггц—около 98%.
В этих частотных диапазонах (выше 100 Мгц) размеры тела человека и крупных животных уже сравнимы с λ или превышают ее, а ткани тела уже нельзя рассматривать как проводящую среду; наконец, нельзя считать различные ткани гомогенными по электрическим свойствам. Иначе говоря, условие квазистационарвости здесь не выполняется и необходимо рассматривать поток волн, часть которого отражается от поверхности тела, а остальная часть постепенно поглощается в электрически негомогенных тканях.
Узнайте больше ...
Средства визуализации изображений в компьютерной томографии и цифровых рентгенографических системах
Древняя латинская поговорка гласит:
«Diagnosis cetra - ullae therapiae fundamentum» («Достоверный диагноз -
основа любого лечения»). На протяжении многих веков усилия врачей были
направлены на решение труднейшей задачи - улучшение распознавания заболеваний
человека.
Потребность в методе, который позволил бы
заглянуть внутрь человеческого тела, ...