Физические поля в организме человека и возможности медицинской диагностики

1.6. Радиоволны сверхвысоких частот

Эти волны в теле человека затухают слабее, чем инфракрасное излучение. Поэтому с помощью  приборов для измерения слабых электромагнитных полей этого диапазона частот, так называемых СВЧ-радиометров, можно измерить температуру в глубине тела человека. Волны из тела человека принимают посредством контактной антенны –

аппликатора. Дистанционные  измерения в этом диапазоне, к  сожалению практически невозможны, так как волны, выходящие из тела, сильно отражаются обратно от границы тело-воздух.

Главная трудность при  анализе измерений глубинной  температуры по радиотепловому излучению  на его поверхности состоит в  том, что трудно локализовать глубину  источника температуры. Для ИК-излучения  эта проблема не возникает: излучение поглощается на глубине 100 мкм, так что его источником однозначно является поверхность кожи. Радиоволны СВЧ-диапазона поглощаются на расстоянии, которое составляет несколько сантиметров. Средняя глубина, с которой измеряется температура, определяется глубиной проникновения. Она зависит от длины волны и типа ткани. Чем больше в ткани воды, тем с меньшей глубины можно измерить температур в жировой ткани с низким содержанием воды, а в  мышечной ткани (с высоким содержанием воды) эта величина уменьшается.

Оптимальными для измерения  глубинной температуры являются радиометры с длиной волны в свободном  пространстве X = 20 - 40 см: у более коротковолновых устройств глубина проникновения снижается до нескольких миллиметров, то есть они фактически, так же как и ИК-тепловизоры, измеряют температуру кожи, а у более длинноволновых радиометров (А, = 60 см) слишком велик размер антенны и мала пространственная разрешающая способность. Хотя метод СВЧ-радиометрии измеряет среднюю по глубине температуру в теле человека, сейчас известно, какие органы могут менять температуру, и поэтому можно однозначно связать изменения температуры с этими органами.

2.Возможности  медицинской диагностики

2.1. Магнитокардиография

Магнитокардиография— метод исследования сердечной деятельности, основанный на регистрации изменений во времени магнитной составляющей электродвижущей силы сердца.  
В отличие от электрокардиографии, не требует контакта датчика прибора, с телом обследуемого, т.е. является бесконтактным методом. В ряде случаев может дать новую по сравнению с ЭКГ информацию. В качестве датчика для магнитокардиографии обычно используют тороидальную катушку с большим количеством витков, которую размещают по возможности ближе к грудной клетке пациента, находящегося в положении лежа или сидя. 
Сигнал от датчика через усилитель регистрируется на самописце, в качестве которого можно использовать электрокардиограф. Непременное условие успешной регистрации магнитокардиограммы (МКГ) — отсутствие у пациента магнитных материалов (металлических зубных протезов, часов и др.), т.к. сигнал от них намного превышает сигнал магнитной составляющей электродвижущей силы сердца.  
МКГ напоминает ЭКГ; при ее описании применяют обозначения, принятые для ЭКГ. Максимальная амплитуда основных зубцов регистрируется при записи с подложечной области. По-видимому, магнитокардиографии позволяет более четко регистрировать магнитные сигналы от близко расположенных участков сердца. Установлено, что на МКГ патологическая динамика биоэлектрических процессов в периинфарктной зоне отражается полнее, чем на ЭКГ. Из-за сложности технических условий регистрации МКГ метод применяется в основном в научных исследованиях.

2.2. СВЧ-радиометрия

Основными сферами практического  применения СВЧ-радиометрии в настоящее  время представляются диагностика злокачественных опухолей различных органов: молочной железы, мозга, легких, метастазов, а также функционального состояния коры головного мозга. При этом используют так называемые функциональные пробы: воздействия, вызывающие известный отклик организма. В этом качестве применяется, например, глюкозная проба - пациент принимает несколько граммов раствора глюкозы, после чего начинают измерения внутренней температуры антеннами, установленными в нескольких точках на поверхности тела около исследуемого органа. Если есть злокачественные опухоли или метастазы, то после глюкозной пробы видно увеличение глубинной температуры тела в этих областях.

Возможный биофизический  механизм повышения температуры  связан с тем, что глюкоза активно  усваивается клетками. Эффективность преобразования глюкозы в АТФ в раковых клетках значительно ниже, чем у здоровых: из одной молекулы глюкозы в раковых клетках синтезируется 2 молекулы АТФ, а в здоровых - 38. Поэтому раковым клеткам необходимо переработать гораздо большее количество глюкозы. Поскольку коэффициент полезного действия этого процесса не превышает 50%, раковые клетки сильно разогреваются. Этот разогрев в силу физиологических механизмов индуцирует повышение температуры и нормальных близлежащих тканей. Суммарный подъем температуры регистрируется СВЧ-радиометром.

 

2.3.Инфракрасное  излучение

Исследователи отметили, что инфракрасное излучение улучшает циркуляцию крови, а вызванная инфракрасными  лучами гиперемия оказывает болеутоляющее  действие. Также замечено, что хирургическое вмешательство, проведенное при инфракрасном излучении, обладает некоторыми преимуществами - легче переносятся послеоперационные боли, быстрее происходит регенерация клеток. К тому же инфракрасные лучи позволяют избежать внутреннего охлаждения в случае открытой брюшной полости. При этом понижается вероятность операционного шока и его последствий.

Применение инфракрасного  излучения у обожженных больных, создает условия для удаления некроза и проведения ранней аутопластики, снижает сроки лихорадки, выраженность анемии и гипопротеинемии, частоту осложнений, предупреждает развитие внутрибольничной инфекции.

 Инфракрасное излучение  также позволяет ослабить действие  ядохимикатов, g-излучения, способствуя  повышению неспецифического иммунитета.

Установлено что процедуры воздействия инфракрасного излучения ускоряют процесс выздоровления больных гриппом и могут служить мерой профилактики простудных заболеваний.

Преимущество терапии  с использованием инфракрасного  излучения перед другими тепловыми  методами лечения в более глубоком прогревании. Кроме того, отсутствует контакт между источником тепла и органом, чем устраняется раздражение тканей и их загрязнение, что особенно важно при открытых повреждениях. Возможно также инфракрасное облучение через тонкие повязки, так как оно проникает через обычные перевязочные материалы.

Также широкое применение инфракрасное излучение нашло в  косметологии для проведения процедур, связанных с уходом за кожей лица и тела. Очень важное значение приобретает  в последнее время термография, основанная на регистрации с помощью электронно-оптических преобразователей инфракрасного излучения, испускаемого тканями человека. Инфракрасное излучение несет с собой информацию о находящихся под кожей тканях и позволяет видеть детали, неразличимые при визуальном осмотре. Хорошо видны на инфракрасных снимках или на телеэкранах находящиеся близко под кожей вены, так как температура крови немного выше температуры окружающих сосуды тканей, и они создают более интенсивное инфракрасное излучение. Снимки вен позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, поскольку очаги воспаления имеют температуру более высокую, чем окружающие ткани. Современные методы регистрации инфракрасного излучения позволяют обнаруживать места локализации тромбов или злокачественных опухолей, даже если их температура превышает окружающую температуру на сотые доли градуса. Вывод информации на компьютер дает возможность за считанные секунды получить своеобразную термограмму-силуэт исследуемого участка органа с цифрами, соответствующими температурам внутри ткани.

                              

 

 

 

2.4.Оптическое  излучение

Оптическое излучение  широко используется при лечении  и диагностике ряда заболеваний. Например, тепловой эффект инфракрасного  излучения ближней области используют для прогревания поверхностных слоев тела (на глубине около 2 см). В качестве источника излучения используются специальные лампы. Терморегулирующая система организма для охлаждения, нагретого участка  усиливает кровообращение в нем, что и вызывает терапевтический эффект. Небольшие дозы ультрафиолетового облучения оказывают благоприятное действие на сердечно-сосудистую, эндокринную, нейрогуморальную, дыхательную системы. Однако молекулярный механизм такого воздействия ультрафиолета в большинстве случаев точно неизвестен. Излучение гелий-неонового лазера применяется для ускорения заживления ран. В хирургии используются лазерные скальпели, способные вызвать высокотемпературное разрушение ткани с одновременной коагуляцией белка. Такие операции протекают бескровно и широко практикуются при лечении отслоения сетчатки, глаукомы (лазером прокалываются микроскопические отверстия диаметром 50—100 мкм, что вызывает отток внутриглазной жидкости и, следовательно, понижение внутриглазного давления). Оптическое излучение и его производные используют при лечении злокачественных опухолей, так как обнаружено, что эти соединения накапливаются исключительно в опухолевых клетках и отсутствуют в здоровых. Сенсибилизаторы повышают чувствительность опухоли к действию видимого света, облучение которым приводит к ее гибели. Данный метод фотохимиотерапии используют при лечении опухолей, как кожи, так и внутренних органов. В последнем случае облучение проводится при помощи специальных световодов. Избирательное накапливание в опухолях ге-матопорфиринов используют и при диагностике онкологических заболеваний, так как люминесценция этих молекул позволяет определить размеры опухоли. Ультрафиолетовое излучение большой мощности оказывает бактерицидный эффект, что используется при стерилизации медицинских инструментов и помещений. В качестве источника излучения применяются специальные бактерицидные лампы.

2.5. Ультразвуковое излучение

С применением ультразвука  в медицине связано множество  разных аспектов. Однако при этом физика явления должна включать следующие процессы: распространение ультразвука в «биологической среде», такой как тело человека, взаимодействие ультразвука с компонентами этой среды и измерения и регистрация акустического излучения, как падающего на объект, так и возникающего в результате взаимодействия с ними.

Проблема интерпретации  взаимодействия акустического излучения  с биологической средой существенно  упрощается, если последнюю рассматривать  не как твердое тело, а как жидкость. В такой среде нет сдвиговых  волн, поэтому теория распространения волн проще, чем для твердого тела. В диапазоне ультразвуковых частот, применяемых в медицинской акустике, это предположение справедливо почти для всех тканей тела, хотя имеются и исключения, например кость. То, что взаимодействие ультразвука с тканью

можно смоделировать его взаимодействием с жидкостями, - важный фактор, повышающий практическую ценность медицинской ультразвуковой диагностики. В медицинских или биологических приложениях необходимость в приеме и измерении ультразвука возникает в трех обширных областях. Это получение диагностической информации от пациента, измерение акустических полей, которыми могут облучаться живые клетки и ткани, в том числе и ткани пациентов. Ультразвук по определению не воспринимается непосредственно органами чувств человека, и поэтому необходимо использовать какой-то физический эффект или последовательность таких эффектов, чтобы действие ультразвука могло проявиться, причем главным образом количественно. Таким образом, выбор метода для конкретной задачи производится с точки зрения удобства его применения, а также точности измерения интересующего параметра акустического поля. Методы ультразвуковой эхо-импульсной визуализации уже нашли широкое и разнообразное применение в медицине. Основным элементом любой системы визуализации является электроакустический преобразователь, который служит для излучения зондирующего акустического импульса в объект и для приема акустических эхо-сигналов, переизлучаемых мишенью. Приемник представляет собой своего рода систему сопряжения между преобразователем и дисплеем или системой записи, которые применяются для передачи наблюдателю информации, полученной с помощью ультразвука. В хороших системах эхо-сигналы на выходе преобразователя имеют большой динамический диапазон. Эхо-импульсные методы в настоящее время стали широко применятся во многих областях медицины.

 

 

 

 

 

Заключение

Физические поля человека в настоящее время один из разделов медицинской и биологической  физики. Наиболее важное его приложение - это исследование состояния различных  органов человека с помощью пассивной регистрации электромагнитного или акустического излучения непосредственно этого органа либо каких-либо других участков тела, связанных с исследуемым органом нервными или гуморальными связями.

Контактные измерения  электрического поля в настоящее время находят наибольшее применение в медицине: в кардиографии и электроэнцефалографии. При помощи, которых можно выявить патологии сердца и головного мозга.

И магнитокардиограммы (МКГ) столь же высокого качества, как  и электрокардиограммы. Магнитография позволяет исследовать процессы не только в коре больших полушарий, но и в глубоких структурах мозга и не только отклики на возбуждение органов чувств, но и более сложные процессы. При помощи изменения магнитных полей можно судить о физиологическом состояниях мышц, внутренних органов, кожи, глаза.

СВЧ-радиометрия в  настоящее время может производить  диагностика злокачественных опухолей различных органов: молочной железы, мозга, легких, метастазов, а также  функционального состояния коры головного мозга.

ИК-тепловидение это способ оценить кожный кровоток в различных  участках тела. Регистрируя размер областей со сниженной температурой, можно определить степень выраженности заболевания, а также эффективность  терапевтических мероприятий. Оптическое свечение не связано с наличием загрязнений на коже и зависит от функционального состояния пациента, снижаясь в покое и повышаясь с ростом его активности. Акустические колебания несут информацию о многих процессах внутри организма: дыхательных движениях, биениях сердца и температуре внутренних органов. Явление акустического эха используется для диагностики слуха новорожденных в первые несколько дней жизни, когда невозможно использовать обычные методы аудиометрии.

С помощью прибора  акустотермометра можно, например, измерить температуру тела человека, погруженного в воду. Существенной областью применения акустотермографии станет измерение глубинной температуры в онкологии, при процедурах, связанных с нагревом опухолей в глубине тела с помощью разных методов: ультравысокими и сверхвысокими частотами, ультразвуком, лазерным излучением. Таким образом, подводя итог можно сказать, что изучение изменения физических полей человека является очень важным для диагностики многих заболеваний. 

 

Литература

 

1. Годик Э.Э., Гуляев Ю.В. Физические поля человека и животных // В мире науки. - 1990. - №5. - С.75-83.

 

2. Хилл К. – «Применение ультразвука в медицине» - 1989г.

 

 

3. Крылов Н.П. и Рокитянский В.И. – «Ультразвук и его применение» - 1958г

 

4. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов, 1983г.

 

     5. Ремизов А.Н. – «Медицинская и биологическая физика» – 1987г