Биофизика взаимодействия ЭМИ с биообъектом

ε = ε1 +іε2, (1)

где ε

2- определяется проводимостью.

Распространение волн в поглощающей среде характеризуется длиной волны в среде λС и глубиной скин-слоя Іск, определяемом как расстояние, на котором интенсивность излучения уменьшается в е 2

раз. Эти величины можно записать, как:

(2)

где n и α - соответственно показатели преломления и затухания электромагнитных волн;

λ

- длина волны в свободном пространстве.

Величины nи α

связаны через ε

следующим способом:

, . (3)

Обширный экспериментальный материал, свидетельствует, что ЭМИ мм-диапазона способно оказывать воздействие практически на все известные типы клеток (нервные, мышечные, соединительно-тканные, рецепторные и др.) в модельных системах любого уровня организации биологического объекта исследований (одиночные клетки, культура клеток, колонии микроорганизмов, культура ткани, изолированные органы, целостный организм)[41,46].

Результаты экспериментально-теоретических исследований легли в основу новейших методик лечения: микроволновой резонансной терапии (МРТ) и КВЧ-терапии, нашедших широкое применение в клинической практике.

При наличии границы, на которой диэлектрическая проницаемость изменяется прыжком, электромагнитные волны испытывают частичное отражение. Для биоткани характерной является граница кожа - жир, диэлектрические проницаемости этих тканей различаются приблизительно на порядок. Коэффициент отражения по мощности rвыражаются через параметры первой (n1 χ1) и второй (п2,χ2) среды следующим образом:

, (4)

Определение диэлектрической проницаемости реальных биотканей проводилось измерением коэффициента отражения при прохождении радиоволн через образцы тканей или непосредственно на живом объекте.

Следует отметить, что частотная зависимость диэлектрической проницаемости биотканей с высоким содержимым воды определяется параметрами воды.

Для крови зависимость ε

и k от длины волны λ

описывается формулами:

, , (5)

где λ

-длина волны, см;

k - проводимость, 1/см;

р - объемная часть фракции, заполненной макромолекулами;

k0- низкочастотная проводимость для частот 1 -10 МГц.

Последний параметр зависит от содержания соли и равняется приблизительно половине низкочастотной проводимости физиологического раствора.

В тканях с низким содержанием воды предложить подобную формулу сложно, так как диэлектрическая проницаемость зависит от процента содержания свободной и связанной воды. К последней относится та часть воды, которая соединена с поверхностью макромолекулярных компонентов; ее параметры еще недостаточно изучены.

Нужно также заметить, что кроме содержания воды в тканях, радиотепловое излучение биообъектов определяет также характерная структура поверхностного слоя биоткани, для которой характерно чередование слоев: кожа, жир, мышцы. Кожа и мышцы относятся к тканям с высоким содержанием воды, то есть с высокой диэлектрической проницаемостью, для жира характерным является приблизительно на порядок меньшее значение диэлектрической проницаемости. Это приводит к отражению радиоволн на границе 2-х тканей. Отличие слоев по толщине приводит к изменению результирующего коэффициент отражения от всей структуры r и соответственно ее способности к излучению, которая равна:

χ = 1- r

Кроме того, в некоторых частях изменение излучательной способности связана с близким расположением к поверхности костной ткани, которая имеет низкую диэлектрическую проницаемость.

Также необходимо привести экспериментально измеренное распределение излучательной способности человека: 1-вид спереди, 2-вид сзади. (Цифры показывают величину излучательной способности в процентах от излучательной способности черного тела) [2, 56].

Рис. 5 Экспериментально измеренное распределение излучательной способности человека: 1 - вид впереди; 2 - вид сзади (цифры показывают величину излучательной способности в процентах от излучательной способности черного тела)

Распределение мощности поглощения ЭМП в биологических тканях