Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ методов исследованиясобственных интегративных полей живых организмов 13
1.1 Биофизическая природа собственных электромагнитных полей живого организма 13
1.1.1 Анализ известных результатов 13
1.1.2 Собственные ЭМП человеческого организма 15
1.1.3 Моделирование параметров БО, связанных с излучением ЭМП 21
1.2 Механизм взаимодействия внешних физических и электромагнитных полей с организмом биообъекта 22
1.2.1 Воздействие внешнего ЭМИ на организм человека 22
1.2.2 Физико-математические основы собственного ЭМП человеческого организма, межклеточного взаимодействия и воздействия внешнего ЭМИ 32
1.3 Свойства биоинформационной системы человека 36
1.3.1 Информационно - энергетические функции кожи 36
1.3.2 Свойства и морфология биологически активных точек и меридианов 38
1.3.3 Рецепторные поля, рефлексогенные и проекционные зоны 43
1.3.4 Физиологические реакции организма от воздействия на проекционные зоны 46
1.4 Методы объективизации собственных электромагнитных полей живого организма; аппаратура КВЧ-диапазона длин волн 47
1.4.1 Методы объективизации собственных ЭМП человеческого организма 47
1.4.2 Аппараты терапии КВЧ - диапазона длин волн 50
1.4.3 Медицинские датчики и внутритканевые зонды КВЧ - терапии. 51
1.4.4 Метрологическое обеспечение медико-биологических экспериментов 53
1.5. Аппаратура для регистрации собственных электромагнитных полей биообъектов 56
1.5.1 Фазовые, корреляционные и рефлектометрические устройства диагностики КВЧ - диапазона 56
1.5.2 Модуляционные радиометры 58
1.5.3 Многофункциональные радиометры 59
1.5.4 Модуляционные спектроанализаторы шумовых и детерминированных сигналов 60
1.5.5 Устройства КВЧ резонансной терапии с обратной связью 61
1.5.6 Устройства регистрации собственных ЭМП живого организма.. 63
2 Взаимодействие органов и систем человека с проекционными зонами 67
2.1 Структура интегративного поля человеческого организма 67
2.2 Взаимодействие внешних ЭМП с собственным ЭМП организ ма в области БАТ, РГЗ и ПЗ 71
2.2.1 Выбор зондирующего ЭМИ 71
2.2.2 Излучение и поглощение ЭМП в области БАТ, РГЗ и ПЗ; определение мощности зондирующего ЭМИ 73
2.3. Механизм и пути взаимодействия органов и систем человека с проекционными зонами 78
3 Аппаратурам реализация регистрации интегративного электромагнитного поля биообъекта 86
3.1 Предварительные разработки датчиковой аппаратуры для регистрации СИЭМПБО 86
3.2 Разработка схем и конструкций датчика для регистрации СИЭМПБО 91
3.2.1 Принцип работы датчика 91
3.2.2 Конструкция и технология изготовления 98
3.3 Исследование и разработка автоматизированной измерительной линии для регистрации СИ ЭМП БО 104
3.3.1 Методика съема медико-биологической информации на основе КВЧ-полей 104
3.3.2 Разработка автоматизированной измерительной линии для регистрации СИ ЭМП БО 106
4 Экспериментальные исследования по регистрации интегративных полей живых организмов 113
4.1 Разработка методики и схем экспериментов 113
4.1.1 Методика проведения экспериментальных исследований 113
4.1.2 Методика и схема проведения I экспериментальной части 114
4.1.3 Методика и схема проведения II экспериментальной части 115
4.2 Разработка экспериментальных стендов 117
4.3 Регистрация интегративного поля биообъекта без видимых патологических изменений 120
4.4 Регистрация интегративного поля биообъекта под воздействием быстродействующих транквилизаторов 125
4.5 Регистрация интегративиого поля биообъекта при формировании необратимого быстроразвнвающегося патологического процесса 131
4.6 Регистрация интегративиого электромагнитного поля биообъекта в процессе развития лихорадки 138
4.7 Эксперименты по переносу собственного интегративиого ЭМП с биообъекта на биообъект 145
4.8 Выводы 153
Выводы по диссертационной работе 153
Приложение 1
- Механизм взаимодействия внешних физических и электромагнитных полей с организмом биообъекта
- Взаимодействие внешних ЭМП с собственным ЭМП организ ма в области БАТ, РГЗ и ПЗ
- Разработка схем и конструкций датчика для регистрации СИЭМПБО
- Разработка экспериментальных стендов
Введение к работе
Актуальность темы
Современный уровень знаний в области биофизики полей и излучений полученный Научной школой академика РАМН Судакова, К.В. научными школами академика РАН Девяткова Н.Д. (ИРЭ РАН, Москва), Фесенко Е.Е. (ИБК РАН, Пущино), Ситько СП. (НИЦ «Видгук», Киев) и Тульской научной школой (НИИ НМТ Хадарцев А.А., Яшин А.А., Субботина Т.И.) и др., позволяет однозначно утверждать: одним из базовых направлений современного медицинского приборостроения, теоретической и экспериментальной биофизики является исследование жизнедеятельности организма человека, а изучение и регистрация собственных электромагнитных полей (ЭМП) биообъекта (БО) считается задачей первостепенной важности.
К сегодняшнему дню сложилось представление о собственном ЭМП БО, как о поле материальной среды, имеющем относительно высокую концентрацию структурных элементов. Физиологические процессы, связанные с переносом электрических зарядов, создают магнитные поля, следовательно, организм человека является генератором ЭМП. Доказано существование электромагнитного гомеостаза в человеческом организме, то есть системы, способной обеспечивать взаимодействие ЭМП внешней среды и внутренних ЭМП, генерируемых БО.
Область научных интересов, связанная с биологическими эффектами ЭМП и излучений, сформировалась как новое направление исследований, называемое электромагнитобиологией, и нашло практическое применение в физиотерапии, широко использующей ЭМП и электромагнитные излучения (ЭМИ) для диагностики и лечения различных заболеваний, преимущественно на первоначальной стадии развития болезни.
Исследования биологических эффектов электромагнитного излучения крайневысокой частоты (ЭМИ КВЧ) занимает особое место в электромагнитобиологии. Изучение действия ЭМИ КВЧ на биологические объекты в нашей стране началось около 10... 15 лет тому назад (Девятков Н.Д., Бецкий О.В. и др.). Исследования в течение этого относительно небольшого промежутка времени показали, что ЭМИ КВЧ может взаимодействовать с живыми объектами вплоть до клеточного уровня, вызывая значительные изменения их физиологического состояния и устраняя патологию. Цель и задачи диссертации
Целью работы является разработка и анализ эффективной инженерно-технической системы диагностики биообъекта на основе КВЧ полей.
В соответствии с поставленной целью, были сформулированы основные задачи: - анализ существующих методов исследования и регистрации ЭМП БО; выявление структуры интегративного поля (ИП) живого организма; определение механизма взаимодействия органов и систем человека с проекционными зонами (ПЗ); - выбор параметров зондирующего поля; проектирование, разработка схем и конструкций датчика для регистрации ИП, создание действующего макетного образца; проектирование и разработка автоматизированной линии для регистрации и обработки СИ ЭМП; разработка программного обеспечения регистрации и визуализации ИП; создание действующего лабора-торного экспериментального стенда; экспериментальные исследования по регистрации СИ ЭМП в норме и патологии; экспериментальные исследования по переносу СИ ЭМП с биообъекта на биообъект.
Методы исследования Для решения поставленных задач использовались основные положения биофизики и биологии живых систем, биофизики полей и излучений и биоинформатики, физики живого и биофизикохимических основ нарушения жизнедеятельности, технической электродинамики, методы оценки биологически активных точек (БАТ) рефлексогенных (РГЗ) и ПЗ подтвержденные физиологически. Для определения путей и механизмов взаимодействия органов и систем человека с ПЗ использовались положения теории информации. При конструировании датчиковых структур использованы основы теории элементарных и микрополосковых антенн и теории первичной обработки КВЧ-сигналов, вычислительной техники. Научная новизна В процессе экспериментального поиска установлена возможность обнаружения и регистрации отраженного сигнала КВЧ поля и выделения на основе технического решения сигнала СИ ЭМП живого организма, отражающего текущие патологические изменения. При этом: 1 .Разработан подход к выделению, регистрации и обработке сигнала СИ ЭМП живого организма, отражающего текущее состояние БО. 2.Установлен диапазон безопасного зондирующего облучения в процессе диагностики. 3.Выявлены максимально информативные области для регистрации сигнала СИ
ЭМП живого организма. 4.Разработано экспериментально обоснованное инженерно-техническое решение в виде устройства для автоматизированного съема и обработки информации о ЭМП БО. 5. Экспериментально подтверждены инженерно-техническая система диагностики на основе КВЧ полей и методика проведения КВЧ-терапии, на основе эффекта переноса СИ ЭМП с одного БО на другой.
Практическая значимость
Развиваемый подход относится к медицинской технике и технике медико-биологического эксперимента, пригоден для широкого круга задач: изучение воздействия низкоинтенсивных КВЧ ЭМП на живой организм в экспериментальной биологии и биофизике; использование в медицинской высокочастотной диагностике для создания немедикоментозных методов лечения на ранних стадиях развития патологии. Результаты работы могут использоваться в научно-исследовательских учреждениях, занимающихся исследованиями в области биофизики, при разработке устройств, регистрирующих ЭМП БО, а также служить основой для разработки многофункциональной высокочастотной диагностической аппаратуры. Вкад автора
Теоретические исследования структуры СИ ЭМП; выбор параметров методики диагностирования; определение путей и механизмов взаимодействия органов и систем организма с ПЗ с учетом биологических особенностей живого организма; разработка схем и конструкций датчиковой аппаратуры для снятия СИ ЭМП живого организма; разработка схем и алгоритмов работы автоматизированной системы регистрации и обработки сигнала ИП БО; создание действующего аппаратурного обеспечения комплекса, его апробация и анализ эффективности применения; разработка методики снятия и переноса сигнала СИ ЭМП БО; экспериментальные исследования; обработка и анализ материалов экспериментов; выявление нормы и патологии по динамике изменения формы сигнала СИ ЭМП БО; создание программного обеспечения диагностирования.
Реализация работы
Результаты диссертации использованы в НИР по теме «Разработка макета технического средства для индикации широкополосных электромагнитных излучений» - «ОТМЕЛЬ-IT», Тула 1999-2002, НИИ НМТ. Полученные результаты исследований внедрены в биомедицинскую тематику работ ЗАО «Шунгит»; в научно-исследовательскую работу ГУЛ НИИ новых медицинских технологий; в учебный процесс кафедры медико-биологических и профилактических дисциплин (МБПД) Тульского государственного университета, включены в курс лекций по дисциплинам: «Патологическая физиология», «Физические и физико-химические основы нарушения жизнедеятельности», «Взаимодействие физических полей с живым организмом»; внедрены в учебно-исследовательскую работу кафедры терапии №1 факультета повышения квалификации и профессиональной переподготовки специалистов (ФПК и ШТС) Воронежской государственной медицинской академии им Н.Н. Бурденко; в учебный процесс кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека Курганского медицинского университета; в научно-исследовательскую работу и учебный процесс кафедры биомедицинской физики, информатики с курсом математики Курского государственного универ-ситета; в научно-исследовательскую работу и учебный процесс кафедры «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института); в технологический процесс научно-производственной фирмы «РРТИ-ИНТЕРКОМ» (г. Рязань). Апробация работы Материалы диссертационной работы обсуждались на V Международной научно-практической конференции, посвященной сорокалетию первого полета человека в космос (2001, Житомирский инженерно-технологический институт); XVHT Научной сессии, посвященной Дню радио (2001, Тула); LVI Научной сессии, посвященной Дню радио (2001, Москва); 4 Международной конференции «Радиоэлектроника в медицинской диагностике» (2001, Москва); конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры «Приборы и биотехнические системы» Тульского государственного университета (2001, 2002, 2003 гг.); 3-м и 4-м Международных симпозиумах «Биофизика полей и излучений и биоинформатика» (Тула, 2000, 2002 гг.); I и II Международных научно-технических конференциях «Физика и технические приложения волновых процессов» (2001, 2003 гг., Самара); X Школе-семинаре «Электродинамика и техника СВЧ, КВЧ и оптических частот» (2002, Москва).
Разработанный аппаратурно-программный комплекс прошел апробацию в ГУЛ НИИ новых медицинских технологий (г. Тула) - НИЦ медицинского факультета Тульского государственного университета. Публикации по теме диссертации По теме диссертации опубликована 21 научная работа, включая 10 статей и 12 тезисов докладов, библиография которых приведена в списке литературы. Положения, выносимые на защиту 1.Структура СИ ЭМП живого организма, позволяющая учитывать возможные отклонения от нормы.
2.Механизм взаимодействия органов и систем человека с ПЗ, позволяющий реализовать биологическую обратную связь.
3.Диапазон диагностирующего облучения, позволяющий безопасно воздействовать на пациента.
4.Структурная схема и алгоритм работы системы регистрации СИ ЭМП биообъекта.
5.Структурная схема и конструкция датчика, позволяющая выделить сигнал СИ ЭМП.
6.Методика регистрации ИП живого организма, позволяющая выявить как норму, так и патологические изменения.
7.Методика экспериментального исследования по переносу СИ поля с одного БО на другой, позволяющая разработать новые методы КВЧ-терапии.
8.Результаты практических исследований, экспериментально оправдывающие инженерно-технические решения.
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, трех приложений и списка литературы (158 наименований). Текст изложен на 188 листах машинописного текста, включая 69 иллюстраций и 2 таблицы.
Механизм взаимодействия внешних физических и электромагнитных полей с организмом биообъекта
Клетки, органы и системы, а соответственно и организм в целом, с точки зрения биофизики, являются системами, очень чутко реапфующими на любые возможные внешние энергоинформационные воздействия, к числу которых относятся и воздействующие на биосистему электромагнитные и физические поля [21, 30, 38,39]. Рассмотрим механизм воздействия физических, электромагнитных полей на организм биообъекта. Остановимся на лечебно-диагностическом воздействии КВЧ - полей. Структурная схема приведена на рис. 1.2 [21,27]. Тепловое воздействие является наиболее простым по механизму воздействия, а потому и наиболее изученным. При лечении онкологических заболеваний используется тот эффект, что при воздействии температуры 40 -42С резко снижается жизнеспособность опухолевых клеток - это на фоне отсутствия необратимых изменений в здоровой ткани при температуре до 43-46С в течение определенного времени. Воздействия нетепловой интенсивности являются на данный момент малоизученными. По механизму воздействия являются биоэнергоинформационными и подразделяются на лечебные, диагностические и исследовательские. Вторая из названных групп воздействий предполагает регистрацию отклика организма - при диагностике или исследованиях на животных - на облучение и подразделяется на два основных типа: косвенный или опосредованный по цепям обратной связи датчиков, фиксирующих интегральные физиологические характеристики организма, и прямой - отклик собственных ЭМП клеток, который несет наиболее полную информацию. Лечебное корректирующее воздействие является биоэнергоинформационным, так как важны его информационно -содержательные характеристики: частота, вид модуляции, вид модулирующей функции сигнала, степень линейности или нелинейности сигнала, поляризация и другие. Влияние поляризационных характеристик ЭМП на биообъект следующее связано с лево- и правосторонней симметрией всех структурных образований [ 21,27,34, 39,40,41,42,43]. Основа моделирования "разговорного языка" генома сводится к электромагнитной природе функционирования всего генного механизма, начиная с генной активации и далее до дифференцировки клеток. На основе волнового механизма анализируется память генома, обмен кодограммами молекул ДНК. Генокод и генотексты организма представляются в форме образно-семантических структур нелинейной волновой, то есть солитоннои природы. Менее исследованным, чем нетепловое воздействие ЭМИ КВЧ является сочетанное воздействие КВЧ (СВЧ) - излучений, включая взаимную модуляцию, и излучений иной физической природы [21,22,23,27,44 ]. М.Б.Голантом [22,23] предложена концепция, объясняющая механизм воздействия КВЧ - излучения на живой организм с биофизической точки зрения. Осцилляции заряженных клеточных мембран являются основным фактором переноса энергии ЭМВ на клеточный биологический и биохимическиий уровни, а источником осцилляции является свободная энергия, вырабатываемая метаболическими процессами. Клетка - микромощный "электромеханический генератор". Внешнее ЭМП взаимодействует не только с собственными полями клеток, но и поля клеток в агрегации взаимодействуют друг с другом (рис. 1.3) [22,23,21,27]. Нормальное состояние клетки соответствует генерации бесконечного спектра шумового сигнала Аш(і). Появление патологии клетки вызывает появление когерентных колебаний на некоторых частотах fpl и fp2. в относительно узких полосах 2Afp] и 2Afp2 соответственно. При воздействии монохроматического внешнего ЭМП ABH(f) совпадающего по частоте с fp2, происходит переход осцилляции клетки в генераторный режим работы Агсн-KJI(f). Наложение внешнего когерентного ЭМП приводит к формированию резонансной системы клетки, включающей в себя мембрану и вновь образующиеся подструктуры. Такая сформировавшаяся в переходномколебательном процессе система обеспечивает генерацию клеткойузкоспектральных когерентных колебаний в КВЧ - диапазоне. Таким образом, формируется собственное ЭМП клеток. Аналогично радиофизическим системам, ширина спектра определяется добротностью Q системы [21,27,30,31]. В данной биосистеме "резонансным контуром" является периметр мембраны. Этот контур характеризуется очень большой электрической длиной и небольшими омическими потерями. Смысл лечебного воздействия внешнего КВЧ ЭМП заключается в резонансном усилении генерации клеткой на частоте «патологии» fP2 собственных колебаний, подпитываемых первоначально внешним ЭМП, а далее формируется и включается собственная генерирующая система, которая: а) «затягивает» приток свободной энергии метаболизма на
Взаимодействие внешних ЭМП с собственным ЭМП организ ма в области БАТ, РГЗ и ПЗ
Установленным фактом [11,99,118] является корреляция между нарушениями функций организма и патологией отдельных, составляющих его клеток, в частности, клеток крови, если речь идет об общем заболевании. Любое заболевание организма изменяет протекание метаболических процессов в клетках, инициируя тем самым процессы функциональной перестройки клеток и вариации спектров излучений собственных ЭМП клеток, изменение биоритмов работы органов и систем, повышение температуры, а как следствие изменение СИ медленно меняющегося поля организма в проекционной зоне.
Клетки и организм в целом являются системами, очень чутко реагирующими на любые возможные внешние энергоинформационные воздействия, к числу которых относятся и воздействующие на биосистему физические поля.
Смысловое содержание понятия "взаимодействие" подразумевает действие сторон друг на друга. Это означает наличие как прямой, так и обратной связи между взаимодействующими сторонами. Тогда следует полагать, что пространственная или временная устойчивость структур материальной среды обусловлена, помимо общеизвестных электромагнитных и термодинамических причин, действием обратной связи в процессе взаимодействия. При изменении структуры вещества естественно ожидать какие-либо изменения пространственного электромагнитного поля. Например, в процессе протекания фазового перехода происходят изменения структуры материальной среды. При этом должна меняться структура ИП этого вещества. Подобные изменения ИП перемещаются в пространстве в виде структурных возмущений электромагнитной среды.
В процессе взаимодействия внешнего ЭМП с организмом человека процесс идет не только в одном направлении. Внешнее поле воздействует на клетки не только ускоряя или замедляя ее биохимические и биофизические процессы. Клетка не является пассивным исполнителем управляющего внешнего ЭМП, а активно взаимодействует с ним на полевом уровне, благодаря собственному ЭМП. Механизм воздействия ЭМИ КВЧ на организм полагает основным фактором перенос энергии ЭМВ на клеточный биологический уровни с помощью осцилляции зараженных клеточных мембран, источником которой является свободная энергия, вырабатываемая метаболическими процессами, то есть клетку человеческого организма рассматриваем как микромощный "электромеханический генератор". Внешнее ЭМП взаимодействует с собственными полями клеток, а поля клеток взаимодействуют друг с другом в их агрегации. Взаимодействие полей возможно только в случае, если генератор-клетка является резонансным к системе взаимодействующих ЭМП. В нормальном состоянии клетки не генерируют когерентных сигналов. В то же время образование и выделение при процессах метаболизма свободной энергии сопровождается генерацией клеткой ЭМП со спектральными характеристиками. Возникновение когерентных, то есть согласованных, колебаний на фоне шумовых флуктуации и переход к колебаниям резонансным возможно только при переходе шумовых колебаний через некоторый верхний порог. Достижение этого порога возможно увеличением отдачи энергии метаболизма, то есть нарушением нормальной работы клетки или группы клеток. Появление колебаний в резонансных полосах на фоне шумового сигнала можно ассоциировать с радиофизическим самовозбуждением когерентных колебаний, появление условий для генерации и излучения клеток в том или ином диапазоне частот можно идентифицировать с частным характером нарушения нормальной работы клетки.
При прохождении ЭМИ через слой вещества интенсивность волны уменьшается вследствие взаимодействия ЭМП с атомами и молекулами вещества. Эффекты взаимодействия могут быть разными в различных веществах и для разных длин волн. Общий закон ослабления интенсивности одинаков: ослабление определяется поглощающей способностью вещества и рассеянием энергии электромагнитной волны в объекте. Характерной особенностью живых тканей является сильная зависимость их электрических свойств: диэлектрической проницаемости и проводимости от частоты. С ростом частоты длина волны электромагнитных волн становится соизмеримой с размерами человеческого тела. Поэтому в качестве несущей (зондирующей) частоты в нашем методе используем КВЧ излучение / = 37 ГГц, которое наиболее имманентно и безвредно живому организму - излучение клетки [6,9, 16,21,27], и обеспечивает наиболее полный объем характеристик собственного ИП. Другие диапазоны частот могут нанести непоправимый вред при длительном воздействии и несут лишь частичную информацию о СИ ЭМП БО, а некоторые из них, например, метрового диапазона, вообще могут огибать объект — человека.
Экспериментальные исследования [120,121,123] показывают, что модуль показателя преломления кожи в области точки акупунктуры отличен от значения в других точках кожи и отличен для электромагнитных волн правой и левой поляризации. Бегущие электромагнитные волны формируются в нелинейной среде человеческого организма и распространяются в его пределах в соответствии с известными законами нелинейной оптики для замкнутого резонатора, заполненного нелинейно поглощающей средой с активными центрами.
Для диагностирования организма использование специфических свойств БАТ, РГЗ и ПЗ на коже человека, являющихся источниками радиочастотного излучения в инфранизком 1 Гц и низкочастотном 2 кГц диапазонах, а также в СВЧ- и КВЧ - диапазонах, является наиболее информативным. Эти точки, зоны и области в электрофизической трактовке являются нелинейными системами, а это означает, что при подаче ЭМВ на проекционную зону происходит процесс взаимодействия ЭМВ с собственным ЭМИ точки, зоны, области и организма в целом, следствием подобного взаимодействия является модуляция падающей ЭМВ на излучательной частоте БАТ, РГЗ, ПЗ. Выделение этой частоты из спектра модулированной отраженной волны, ее анализ позволит получить информацию о состоянии организма и оценить ответные реакции на внешние воздействия на организм, в частности, физических полей.
Электрические и электромагнитные характеристики БАТ несут информацию о состоянии организма. При малых интенсивностях облучения (менее 1-10 мВт/см) проявляется рефлекторная реакция организма при локальном воздействии на БАТ. В частности, при интенсивности облучения в пределах 0,1-1 мВт/см наблюдается реакция, эквивалентная "тормозному" методу классической акупунктуры, а в пределах 1-10 мВт/см2 - воздействие, эквивалентное "возбуждающему" методу. Более интенсивные реакции проявляются при прерывании (импульсная модуляция) миллиметрового излучения [99].
Таким образом, при воздействии внешнего ЭМИ КВЧ-диапазона на БАТ, РГЗ, ПЗ организма наблюдается узкополосное резонансное поглощение на ряде терапевтических частот, индивидуальных для каждого БО. Относительная ширина полос на этих частотах является малой и не превышает единицы процента, практически составляя его десятые и сотые доли. С увеличением мощности излучения поглощение в БАТ уменьшается за счет возрастания отражающих свойств кожи. Под воздействием сильного облучения БАТ временно закрывается высокопроводящей "шторкой", которая отражает электромагнитные волны, что является следствием защитной реакции организма (большое содержание воды в тканях человека). Сильное поглощение и
Разработка схем и конструкций датчика для регистрации СИЭМПБО
Зовдирующий КВЧ-сигнал, отражённый от кожного покрова БО, модулируется в его аккупунктурных точках НЧ-сигналом собственного ЭМП организма. Данное поле является интегративным, а его текущий спектр S(Q, t) отражает текущие физиологические процессы в организме: как в норме, так и в патологии.На входе датчика имеем пространственно-временой сигнал со спектром:
В каждой макроскопической точке Ai пространства, в котором находится датчик (рис. 3.2) в общем случае присутствуют как собственные поля (датчика), так и наведённое поле S(co,Q,t). где j означает замкнутые поверхность S и контур L; V - объём, ограниченныйповерхностью S; вектораб?5 направлены наружу от поверхности S; вектора dl составляют правую тройку с векторами dS.
В системе (3.2.2) введены следующие обозначения: Е- внешний электрический и В- полный магнитный векторы; є0, ju0 - универсальные электрическая и магнитная постоянные, поставленные для выражения всех единиц измерения в системе СИ; р = рс + рн; ]—)с+]р+]я - соответственно полная плотность зарядов и полная плотность тока. Система (3.2.2) в общем виде описывает процессы в системе на рисунке 3.2.
Если проводимость среды равна нулю (диэлектрические слои датчика), из (3.2.2) получим, что поле описывается системой двух дифференциальных уравнений второго порядка:) В системе (3.2.3): О - точка вещества (датчика) в конечном объёме V0 (объём датчика), в которых сторонние силы удерживают сторонние токи с плотностью р (0,t) и создает сторонние точки с плотностью ](0,t).
Вне точки О, т. е. в окрестностях вещества датчика, поле удовлетворяет системе уравнений без сторонних токов и зарядов:Уравнения (3.2.3) и (3.2.4) - волновые уравнения, описывающие ЭМП, существующее в виде набора (мод) ЭМВ, которые распространяются в среде вещества датчика как фронтовые поверхности, связанные друг с другом электрической и магнитной составляющей ЭМП.
В неоднородной среде датчика (диэлектрические слои с промежуточными металлическими плёнками-проводниками) фронтовые поверхности искажаются в своей геометрии (рис. 3.3).
Датчик регистрирует в виде создания токов на металлических плёнках-проводниках пространственные ЭМВ, изменяющиеся во время процесса регистрации, т. е. «отслеживает» текущий спектр S(co,Q,t) регистрируемого пространственного сигнала.
Под пространственным электромагнитным сигналом понимается пространственная ЭМВ, фазовые поверхности которой приближаются к поверхностям сфер с центром в точке Оо, расположенным в области её источника (объёма V0 датчика со сторонними токами) (рис. 3.4)Плёночные спирали датчика - элементарные антенны, приёмники сигналов S(co,Q,t). Из (3.2.5) следует получить выражение для гармонических пространственных электромагнитных сигналов, принимаемых этими антеннами. (3.2.6) где rp - расстояние от точки Р до центра системы координат Оо, выбранным в некотором центре объёма Vo, Аг (О) = г (О) - гр (рис. 3.5).
Решение уравнения (3.2.6) хорошо известно в теории антенн [140]. Оптимальной формой элементарной антенны является элементарная электрическая рамка (рис. 3.6).Данная форма антенны, усиленная спиральной формой, выбрана в датчике. В такой антенне распределены все структурные звенья, присущие любой антенне (рис. 3.7).
Отталкиваясь от электродинамических соотношений (3.2.1)-(3.2.6), поясняющих рисунки 3.2-3.7, можно утверждать, что датчик представляет собой систему пространственно размещенных элементарных (специальных) антенн, которые регистрируют пространственное распределение динамически изменяющихся во времени пространственных ЭМВ, что позволяет наиболее адекватно регистрировать пространственный электродинамический процесс S(co,Q,t) (рис. 3.8). диэлектрический объем датчикаснимаемыйсигналСИЭМПпадающая отображение СИ ЭМП организма в виде осциллограммы, по форме изображения которой, можно с определённой достоверностью судить о текущем состоянии (физиологическом) организма, т. е. выявлять конкретную патологию и её векторизацию, то есть развитие болезни или её ингибирование (затухание).
Размеры (габариты) датчика выбраны исходя из длины волны несущей КВЧ-сигнала, т. е. его частоты / = 37 ГГц. Эта частота соответствует длине волны X = 8 мм, поэтому размеры датчика берут примерно на порядок выше величины X, что обеспечивает регистрацию (согласно теории антенн и теории первичной обработки микроволновых сигналов) [140,141,142] достаточно «тонких» вариаций пространственно-временного процесса распространения электромагнитной волны с этой длинной волны. Сверху размеры датчика ограничены технологией: стандартными размерами подложек (слоев диэлектрика), используемых в плёночной микроэлектронике (48x60 мм минимальный размер) и предельными размерами плёночного рисунка, который позволяет реализовать реальная промышленная технология напыления рисунка на подложки.
Исходя из этого в качестве фазовых (несущих) диэлектрических слоев выбраны подложки из поликора толщиной 0,5 мм с размерами 24x30 мм, на поверхности которых по промышленной технологии нанесены (напылены) спиральные плёночные проводники из композиции: адгезионный подслой, слой меди, золотой защитный слой (рис. 3.9) с суммарной толщиной 10... 15 мкм.
Предлагаемая нами технология по проектированию и изготовлению объемных датчиковых структур несет в себе ряд преимуществ, к которым следует отнести: исключение технологических операций по изготовлению
Разработка экспериментальных стендов
Исходя из заданных требований и поставленных задач принято решение о проведении 2 экспериментальных частей. Первая часть включает в себя следующие серии опытов: эксперименты по снятию СИ ЭМП БО без наличия явной патологии («здорового»); снятие сигнала после введения транквилизатора - реланиум (сибазон); снятие сигнала после введения смертельной дозы адреналина; динамика развития интегративного поля после моделирования у подопытного БО лихорадки - путем введения лейкопирогена. Вторая часть: эксперименты по переносу СИ ЭМП БО на БО. В опытах в качестве подопытных животных использовались молодые самцы крыс линии Wistar без видимой патологии («здоровые» особи). В качестве зондирующего сигнала использовалось ЭМИ КВЧ с f - 37 ГГц и Рп 0,1 мВт/см2 [150,151,152,153]. Снятие сигнала СИ ЭМП происходило параллельно телу животного по оси позвоночного столба, начиная с головы, с учетом анатомо-физиологических особенностей передачи информации по нисходящим нейронным путям от коры головного мозга к подкорковым ядрам, далее к структурам лимбической системы и РФ, имеющим ведущее значение в регуляции вегетативных процессов и отвечающим за связь органов и систем с БАТ,РГЗиПЗ.
Проверка работы экспериментальной установки проводилась во второй декаде декабря месяца 2002 года в первой половине дня - по метеосводкам атмосферное давление в пределах нормы, отсутствие солнечной активности (отсутствие выраженных магнитных бурь). Исключение этих факторов 114способствовало чистоте эксперимента, учитывая высокую барическую и геомагнитную чувствительность животных.4.1.2 Методика и схема проведения 1 экспериментальной части
Для реализации данной экспериментальной части на основании ранее изложенного использована схема съема и регистрации интегративного ЭМП, соответствующая схеме на рис.3.14.Рисунок 4.9 - Схема проведения І экспериментальной части
Биообъект в нашем методе облучается ЭМП основного источника КВЧ-излучения имеющего КВЧ-спектр - 37 ГГц и Рп 0,1 мВт/см2. Регистрации отраженных от БО волн осуществляется пространственно-временным датчиком. Датчик дополнительно облучают из одного вспомогательного источника ЭМИ КВЧ-спектра - 37 ГГц и Р„ 0,1 мВт/см2. Оба излучателя КВЧ синхронизированны: частота ЭМИ вспомогательного источника равна частоте ЭМИ основного источника. Далее происходит съем с датчика сигнала и дальнейшая обработка (УО) и визуализация (ПЭВМ). Полученный в результате 4.1.3 Методика и схема проведения 11экспериментальной части
Данные опыты посвящены одному из наиболее существенных явлений в исследовании процессов взаимодействия ЭМП с живым объектом в информационном аспекте, а именно переносу ИП с биообъекта на биообъект.
Доказательство данного явления проведено в двух сериях экспериментов: инструментальном и биофизическом. Инструментальный, то есть выполненный в приближении технических средств, эксперимент является «нулевым» приближением к реалии биофизического процесса переноса СИ ЭМП организма. В основу инструментального эксперимента положено исследование и установление факта пространственной интермодуляции - переноса ЭМП некоторого источника, наложением его на высокочастотное ЭМИ.
Цель биофизических экспериментов - доказательство пространственной интермодуляции СИ ЭМП организма монохроматического ЭМИ КВЧ диапазона нетепловой биоинформационной интенсивности, мощностью 0,1мВ/см2. В основе метода, применительно к задаче настоящего исследования, лежит теория переноса излучением КВЧ-диапазона «информационного слепка» СИ ЭМП одного организма на другой организм [125,126].
При этом, переносимое СИ ЭМП, взаимодействуя с СИ ЭМП другого организма, создает систему локальных и нелокальных резонансов. Наличие последних, подтверждает (по принципу и аналогии с корреляционным радиометром в радиофизике) сам факт переноса ЭМП. Наличие же резонансов интегративных ЭМП порождается организмом и накладывается на другой организм в окрестностях ПЗ, что наиболее наглядно и доступно для регистрации. Одно из экспериментальных животных имеет выраженную патологию - для чистоты эксперимента неинфекционного характера, другое -без выраженных патологий.В соответствии с поставленной целью использована схема эксперимента, представленная на рис. 4.2. Для реализации данной экспериментальной части на основании ранее изложенного использована схема съема и регистрации интегративного ЭМП, соответствующая схеме на рис.3.14.
Биообъект в нашем методе облучается ЭМП основного источника КВЧ-излучения имеющего КВЧ-спектр - 37 ГГц и Рп 0,1 мВт/см2. Регистрации отраженных от БО волн осуществляется пространственно-временным датчиком. Датчик дополнительно облучают из одного вспомогательного источника ЭМИ КВЧ-спектра - 37 ГГц и Рп 0,1 мВт/см2. Оба излучателя КВЧ синхронизированны: частота ЭМИ вспомогательного источника равна частоте ЭМИ основного источника. Далее происходит съем с датчика сигнала и дальнейшая обработка (УО) и визуализация (ПЭВМ). Полученный в результате
Таким образом, датчик для регистрации СИ ЭМП БО имеет следующие конструктивные преимущества: токопроводящие элементы выполнены в виде пленочных проводников, пленочные проводники имеют вид правосторонних или левосторонних спиралей, диэлектрические пластины, снабженные пленочными проводниками, выполненными в виде правосторонней спирали чередуются с диэлектрическими пластинами, снабженными пленочными проводниками, выполненными в виде левосторонней спирали, коммутационная плата расположена перпендикулярно диэлектрическим пластинам, датчик имеет обязательное заземление и ФНЧ, выполненный по микрополосковой технологии[134-136,142, 150, 151].Характеристики антенн датчика рассчитаны стандартным методом, с использованием программного обеспечения Microwave Office 5.02. (см. приложение III (б)).
