ГЛАВА 20. ВЫСОКОЧАСТОТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ

20.1. СВОЙСТВА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ

20.1.1. Диэлектрические свойства

Проникновение электромагнитной энергии в различные тела определяется свойствами вещества, а также частотой и другими характеристиками падающей волны. Такое регулируемое проникновение служит основой применений СВЧ излучения [49] в промышленности, биологии и медицине. Явления, наблюдаемые при воздействии сверхвысоких частот, имеют в основном тепловой характер, при этом они существенно зависят от дисперсии диэлектрической проницаемости и проводимости, рассмотренной в разд. 6.2. С другой стороны, наблюдаются явления, существенным образом связанные с частотой излучения. В этих случаях играет роль молекулярная структура, которая может быть изучена методами электронного резонанса, как это описано в разд. 7.3.

Методы измерений [82, 86], используемые при изучении диэлектрических свойств живых тканей, и полученные результаты во многих отношениях такие же, как и для обычных веществ. Например, диэлектрическая постоянная крови, как и следовало ожидать, из-за большого содержания в ней воды определяется свойствами последней [23, 78, 87]. Результаты измерений в диапазонах для таких тканей, как кожа, мускулы, кости и жировые образования, удовлетворяют [22] соотношениям Дебая.

В табл. 20.1 приведены типичные данные, полученные посредством измерений [50, 89, 97], проведенных на различных тканях человеческого организма в диапазоне частот Различие

в свойствах отчасти обусловлено наличием [48] молекул протеина. Температурный коэффициент сопротивления, изменяющийся с частотой, всегда отрицателен и мало отличается от соответствующего значения для раствора поваренной соли. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости положителен при низких частотах, а с ростом частоты проходит через нуль и становится отрицательным.

Таблица 20.1 Свойства различных тканей при 27 °С

Свойства мускулов, жира и кожи из-за большого значения в медицине исследовались в широком диапазоне частот [21, 34, 93]; типичные результаты для диэлектрической проницаемости и проводимости приведены в табл. 20.2. «Влажный» жир (жир с повышенным содержанием воды) характерен для жировых образований у лошади, а «сухой» жир по своим свойствам ближе к свиному; параметры жира в человеческом организме являются промежуточными. Диэлектрическая проницаемость влажного жира в малой степени зависит от температуры, но проводимость по сравнению со значением при 37° С удваивается при 50° С и уменьшается в 2 раза при 20° С.

Таблица 20.2 Диэлектрическая проницаемость и проводимость тканей при 37 °С