Вы здесь

Обгрутування параметрів електромагнітного впливу і технічних засобів для поліпшення відновлення кісткової тканини сільськогосподарських тварин

Автор: 
Орел Олександр Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2005
Артикул:
0405U000953
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЙ
СВЧ ДИАПАЗОНА В КОНЕЧНОСТЯХ ЖИВОТНЫХ
2.1. Модель травмированной конечности животного, находящейся под воздействием
СВЧ излучения
В разделе 1 была отмечена высокая эффективность лечения различных заболеваний
животных с помощью низкоэнергетических электромагнитных излучений СВЧ
диапазона. В полной мере сюда можно отнести и заболевания костной ткани,
включая переломы. При этом следует отметить, что в большинстве случаев, как
параметры воздействующего электромагнитного поля, так и используемая с этой
целью аппаратура, выбираются достаточно произвольно.
В связи с этим, возникает необходимость проведения физико-математического
моделирования процесса взаимодействия ЭМП с тканями конечностей животных,
позволяющего оценить биотропные параметры поля и создать необходимые
предпосылки для проведения экспериментальных исследований.
Очевидно, что конечности сельскохозяйственных животных можно представить в
виде многослойных структур, состоящих из кожного покрова, мягких тканей и,
собственно, кости. Однако, при определении структуры электромагнитного поля
внутри реального биологического объекта возникает трудность, связанная с точным
математическим описанием его формы. Поэтому, для описания структуры
рассматриваемых полей сами биологические объекты представляют в виде простых
геометрических фигур. В частности, конечности сельскохозяйственных животных
можно представить в виде многослойного цилиндра. [24,25,27,28].
Итак, пусть в пространстве, обладающем диэлектрической и магнитной
проницаемостью и , соответственно, помещен бесконечный цилиндр радиуса
(рис.2.1). Вдоль оси цилиндра его электромагнитные свойства не меняются, а по
радиусу он представляет собой слоистую структуру с пятью слоями,
соответствующими костному мозгу, кости, мышечной ткани, коже и шерстяному
покрову. При этом, каждый из слоев обладает своими биофизическими
характеристиками: [86].
-относительной диэлектрической проницаемостью еі для:
1.костного мозга е*к.м.=5.90-4.90;
2.костной ткани е*к.т.=8.35-7.83;
3.мышечной ткани е*м.т.= 46.50-47.30;
4.кожного покрова е*к.п.= 43.50-45.20;
5.шерстяного покрова е*ш.п.=4.63-5.36;
- плотностью сі для:
1.костного мозга с к.м.= 928 кг/м3;
2.костной ткани с к.т.= 1850-1930 кг/м3;
3.мышечной ткани с м.т.= 1033-1048 кг/м3;
4.кожного покрова с к.п.= 1250-1270 кг/м3;
5.шерстяного покрова с ш.п.=1.28-1.33 кг/м3
- внешним радиусом rі для:
1.костного мозга r к.м.=7.5-10.0·10-3 м;
2.костной ткани r к.т.=12.5-18.0·10-3 м;
3.мышечной ткани r м.т.=20.5-28.0·10-3м;
4.кожного покрова r к.п.=23.5-35.0·10-3м;
5.шерстяного покрова r ш.п.=25.0-38.0·10-3м;

Что касается магнитной проницаемости каждого слоя, то она везде равна магнитной
проницаемости свободного пространства, то есть Гн/м, так как и моделирующий
конечность животного цилиндр и окружающая его среда, то есть воздух, являются
немагнитными.
Пусть на рассматриваемый цилиндр падает плоская электромагнитная волна,
распространяющаяся в направлении, перпендикулярном его оси. При этом возможны
два случая:
- ось цилиндра параллельна электрическому вектору (-поляризация);
- ось цилиндра параллельна магнитному вектору (-поляризация).
Произвольная ориентация векторов электрической и магнитной составляющей
падающего электромагнитного излучения может быть получена как суперпозиция этих
двух случаев. Точки над обозначениями векторов свидетельствуют о том, что их
амплитуды – комплексные величины.
Для решения задачи введем цилиндрическую систему координат, у которой ось
совпадает с осью цилиндра. Вектор Пойнтинга падающей волны направлен в
отрицательную сторону оси. При этом рассматриваться будет -поляризация в
соответствии с рис. 2.1.
Решение задачи заключается в нахождении электромагнитных полей внутри
цилиндра. При этом переход от -поляризации к -поляризации может быть произведен
посредством замены , . Бесконечность цилиндра по оси будет обеспечиваться в
практических случаях всегда, если его длина, по крайней мере, на порядок будет
больше радиуса цилиндра, то есть
когда можно пренебречь краевыми эффектами на торцах.

Рис. 2.1. Ориентация составляющих падающего ЭМП относительно конечности
животного
Кроме того, перерассеяние воздействующего на конечность животного ЭМИ от
поверхности земли, туловища животного и других объектов можно не учитывать, что
связано с длиной волны используемого излучения, а также возможным выбором
конструкции антенны.
В соответствии с исходными условиями падающее поле при - поляризации будет
иметь вид [79, 80]:
(2.1)
где и – комплексные амплитуды электрического и магнитного поля,
соответственно;
– волновое число в окружающей цилиндр среде;
– круговая частота падающего излучения;
– частота ЭМП.
Здесь и далее временной множитель опущен.
2.2. Определение внутренних полей в однородном биологическом объекте, имеющем
цилиндрическую форму
Строгое решение данной задачи сводится к решению уравнений Максвелла при
заданных граничных условиях для составляющих электромагнитного поля на
поверхности цилиндра с учетом условия излучения на бесконечности.
Присутствие цилиндра изменяет поле как по направлению распространения (ось ),
так и в перпендикулярном к нему направлении (ось ). В направлении оси цилиндра
с учетом его