Введение к работе
бКТУЭльЦос'ГЬ.темы. Современное состояние проблемы взаимодейстЕВД крайневысокочастотного (КВЧ) электромагнитного поля (ЗИП) с биологическими объектами характеризуется, с одной стороны, достаточными знаниями для внедрения методов КВЧ терапии в клиническую практику, с другой, теп, что первичные механизмы биологического дейсгия КВЧ ЭМП остаются не до- конца выясненными. Важной предпосылкой для их понимания является определение зависимостей интенсивности реакции биологического объекта от частоты и интенсивности облучающего поля. В КВЧ диапазоне условия облучения таковы, что обьект, будучи неоднородным как в биологическом, так и в электродинамическом смысле, чаше всего помещается в ближнюю зону апертурных излучателей. Полагается, что в тагах условиях величиной, . определяющей интенсивность воздействия, является квадрат амплитуды внутреннего электрического поля |Ь | (далее для краткости будем называть эту величину "полем"). Важным Фактором является также пространственное распределение \t\z , которое в ближней зоне невозможно контролировать по- измерениям в питающем волноводе. Контроль пространственного распределения поля необходим для осуществления корректной дозиметрии облучения, что, в свою очередь, способствует лучшей воспроизводимости и правильной интерпретации экспериментальных данных. Ситуация, когда в ближней зоне антенны- помещен силь'нопоглощэнэишй обьект, является специфичной и в электродинамике не рассматривается. Решение такой задачи в строгой постановке очень трудоемко. Сказанное определяет актуальность экспериментального исследования закономерностей формирования пространственной структуры поля в модельных биологических объектах, помещенных в ближнюю зону КВЧ излучателей, наиболее часто используемых в экспериментах.
Ц5Ь!?_Раоты являлось разработка конструкции и изготовление зонда КВЧ электрического поля, обладающего определенными- характеристиками, и исследование с его помощью закономерностей нормирования пространственной СТРУКТУРЫ ПОЛЯ В ПЛОСКОСЛОКС'ШХ П0ГЛ0И!31"ІЛ;1Х
структурах, облучаемых ближним полек апертурных излучателей. Рассматриваемый диапазон охватывал чашо всего испо льзу.чые с
экспериментах частоты, примерно от 20 до 80 ГГц. В качестве излучателей использовались рупора и волновод! ле излучатели различных модификаций. Плоскослоистые структуры с достаточной точностью моделируют большинство биологических объектов, например, чашку Петри со слоем жидкости или кожный покров человека.
Целью работы являлоясь также оценка влияния структуры облучающего їіоля на проявление биологических Эффектов, в частности, их частотных зависимостей.
Важным методическим вопросом, которому посвящена часть работы, является осуществление корректной дозиметр ш в условиях облучения объектов ближним попей.
В работе решались следующие конкретные задачи:
-
Разработка, изготовление и проверка характеристик зонда электрического поля КВЧ диапазона;
-
Исследование с помощью зонда закономерностей образования пространственной структуры поля в плоскослоистых поглощающих структурах, моделирующих биологические объекты и находящихся в ближней зоне апертурних излучателей, в диапазоне частот 20-80 ГГц;
-
Исследование злияния структуры поля на приявление частотных и-энергетических зависимостей биологических "эффектов КВЧ ЭМП;
-
Разработка методики дозиметрии в условиях облучения объектов ближним полем.
УЗУУІ'ЗЗ-УЗЗйЗЬЗ' Проведенные в работе исследования расширили представление об электродинамических явлениях, происходящих в ближней зоне КВЧ излучателей в присутствие в ней сильнопоглошающих объектов.
Исследование пространственной структуры поля в модельных объектах позволило объяснить некоторые особенности проявления биологического действия КВЧ. ЭМП. Показано, в частности, что частотная зависимость биоэффектов с резонансами .шириной порядка 10' может быть объяснена частотной зависимостью структуры ближнего поля, т.е., электродинамически. В ходе исследования не обнаружено явлений, которые могли бы вызвать более --узкие' (10 ) резонансы, что является косвенным подтверждением того, что такие резонанси имеют место на микроскопическом (молекулярном) уровне.
Показано также, что причиной некоторых эффектов, происходящих в жидких средах, является именно сильная неоднородность ближнего поля, а не присутствие поля вообще.
Важный »«»зультатоп является разработка методики дозиметрии и измерения частотных зависимостей биоэффектов в условиях облучения ближним полем.
Окїическая_ценность_абдтьі. Исследование закономерностей Формирования структуры поля внутри модельных биологических объектов способствует корректной интерпретации и лучшей воспроизводимости экспериментальных . данных по биологическому действию КВЧ ЭМП. Результаты исследования также могут быть использованы в качестве рекомендаций по использованию КВЧ излучателей медицинского назначения и для создания, их новых типов.
Разработанные автором средства и методики измерения позволяют экспериментальное решение широкого, класса задач, связанных с измерением пространственной структуры поля КВЧ диапазона, не ограничиваясь только биологическим действием КВЧ ЭМП.
0сновные_пдложениял_выносимый_на_зац!иту.
1. Поперечное распределение ближнего поля рупора отличается
несколькими локальными максимумами, число, величина и положение
которых сильно зависит от частоты и положения объекта относительно
плоскости апертуры.
-
Зависимость структуры поля рупора от частоты вызывает частотную 'зависимость локального поля (в макроскопическом понимании) в объекте с шириной резонансов порядка 10 , что может привести к резонансам биологических Эффектов с шириной такого же порядка.
-
Сильная неоднородность ближнего рупора поля иожет быть причиной возникновения частотнозависимых' биоэффектов посредством процессов переноса вещества и дипольных частиц в жидких средах.
-
Коэффициент продольного затухания ближнего поля апертурнкх излучателей увеличивается с уменьшением размеров апертуры относительно длины волны и имеет немонотонную дисперсию..
-
Поперечное распредепение ближнего поля апертуры волновода, в котором распространяется одна основная мода, является гауссовым в обеих плоскостях симметрии.
6. В условиях облучения обьектоь ближним попей для
осуществления корректной дозиметрии и измерения частотной зависимости биоэффехта необходим контроль яртстранственной структуры поля. Дозиметрия должна производится относительно дозиметрической величины, выбор которой определяется природой объекта и предполагаемым механизмом действия.
Апдбация_рабдты. Результаты работы неоднократно обсуждались на семинарах в ИРЭ, МЭИ, Институте биофизики клетки а также докладывались на следующих конференциях:
а) VI Всесоюзный семинар "Применение миллиметрового излучения
низкой интенсивности в биологии и медицине", 1986, Звенигород;
б) Международный симпозиум "Механизмы, биологического
действия ЭМИ", 1987, Пущино;
в) VII Всесоюзный семинар "Применение КВЧ излучения низкой
интенсивности в биологии и медицине", 1989, Звенигород;
в) Международный симпозиум "Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине", 1991, Москва.
Стуктур'а_и_объеи_работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (Глава 2), описания конструкции и характеристик зонда электрического поля'(Глава 3), описания экспериментальной установки.(Глава 4), результатов исследования пространственной структуры поля в модельных объектах, находящихся в ближней зоне КВЧ излучателей (Глава Ь), формулировки .основных результатов и выводов (Глава 6> и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 109 стр. и включает 48 рисунков. Список литературы состоит из 82 наименований.
