Адрес этой статьи в интернете: www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p208.htm

 

 

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЧ-БЛИЖНЕПОЛЬНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ БИООБЪЕКТОВ

 

Балошин Ю. А., Сорокин А. А., Мехреньгин М. В., Волченко А.Н., №Арсеньев А.В.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, НИУ ИТМО,197101, Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д.49, Е-Мail: baloshin1940@mail.ru

№Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение здравоохранения ВЦДОиТ «Огонек»

198515, Петродворец-5, Стрельна, Санкт-Петербургское шоссе, д. 101, Е-Мail: stivamat@rambler.ru

 

Предпосылками для создания модели ВЧ-ближнепольного зондирования биообъектов послужили следующие физико-биологические постулаты: 1) биофизика определяет электрическую систему регуляции жизнедеятельности, как одну из самых важных, наряду с вегетативной и эндокринной системами [1]; 2) процессы метаболизма, связаны с появлением и переносом электрических зарядов [2]; 3)качество процессов жизнедеятельности организма (норма или патология) меняет его электродинамические параметры: диэлектрическую проницаемость - ε, удельную проводимость - σ, магнитную проницаемость - μ.

С учетом вышеизложенного, в основу предлагаемой модели положена гипотеза о том, что информацию о внутренних свойствах биообъекта можно получить, поверхностно зондируя его ВЧ электромагнитным полем с помощью антенны входящей в контур ВЧ-генератора. Импеданс зондируемой поверхности биообъекта связан с процессами внутри биообъекта. Изменение этого импеданса приводит к изменению параметров электромагнитного поля антенны. Следствием этого будет изменение δω частоты сигнала ВЧ-генератора.

Схема ВЧ-ближнепольного зондирования живого организма применительно к обсуждаемой модели представлена на Рис. 1.

 

(а)	(б)	Рис.2
Рис.1

 

Решение задачи в рамках выбранной модели (Рис.1) включает в себя следующее; 1) определение параметров квазистационарного поля антенны и её импеданса в воздухе; 2) определение общего импеданса многослойной структуры (Рис.1 (а)) и его вариации в зависимости от изменений электродинамических характеристик ε, σ, μ отдельных слоев; 3) определение влияния импеданса исследуемой среды на импеданс антенны и определение δω. Решение поставленной задачи было осуществлено на компьютере с помощью специального сертифицированного пакета программ CST Studio Suite 2011. Электродинамические параметры ε и σ слоёв биотканей были взяты из работы [3]. На Рис.2 в качестве примера приведены сравнительные результаты клинических исследований активности ростковых зон (РЗ) на левой ноге у подростков, полученные с помощью диагностического комплекса в восстановительном центре детской ортопедии «Огонек» (СПб) и результаты расчетов уровней информационного сигнала (частота ω₁), по рассматриваемой модели. Уровень, равный единице (левая часть – относительные единицы) соответствует частоте равной 4,1МГц с антенной в воздухе для выбранной конструкции. Заштрихованная область соответствует «норме». Точки, отмеченные на Рис.2, как (о,) и (х), соответствуют уровню сигналов, полученных при обследовании пациента в клинике. Точки (о) соответствует уровню нормы. Точки, отменные на Рис.2, как (х), соответствуют по клиническим наблюдениям увеличенной активности РЗ. Точки () – уменьшенной активности. На этом же рисунке указаны три расчетные точки. Точка 2*, соответствующая «норме». Точка 3* получена решением задачи, в которой диэлектрическая проницаемость- ε₅ для пятого слоя (рис.1а), относящегося к кости конечности увеличена по сравнению с табличными данными на 40%, а точка 1* соответствует решению при уменьшении ε₅ на 40%.

Представленный материал позволяет сделать следующий вывод: рассмотренная электродинамическая модель качественно подтвердила диагностические возможности метода ВЧ - ближнепольного зондирования, метода-позволяющего по поверхностному зондированию биообъекта получать информацию о процессах, происходящих внутри его. Поставленные задачи могут решаться с помощью рассмотренной модели, так как она позволяет учитывать вклад ε и σ и их изменений в различных слоях биотканей под действием процессов метаболизма в биообъекте в оценку информационного сигнала при диагностике.

 

Литература

1. Электрическая система регуляции процессов жизнедеятельности / Под ред. Г.Н.Зацепиной. М.: МГУ, 1992

2. В. О. Самойлов. Медицинская биофизика. СПб, Спецюли., 2007, 560с.

3. K. R. Foster and H. P. Schan // Crit Rev. Biomed. Eng., 1989, 17, p.25-104с.

 

Electrodinamic model of the near-field high frequency method of biological objects probing

Baloshin Y.A., Sorokin A.A., Arsenev A.V., Volchenko A.N., Mehrengin M.V.