автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Система контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов

На правах рукописи

ПЛЕТНЕВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И НАПРАВЛЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА СОСТОЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды,

веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург-2004

Работа выполнена в Северо-Западном государственном заочном техническом университете на кафедре приборов контроля и систем экологической безопасности

Научный консультант заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Потапов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Стафеев Сергей Константинович

доктор технических наук, профессор Сарвин Анатолий Александрович

доктор физико-математических наук, профессор Бецкий Олег Владимирович

Ведущее предприятие Всероссийский научно-исследовательский и

испытательный институт медицинской техники (ГУН «ВНИИИМТ» МЗ РФ)

Защита состоится 7 декабря 2004 г. в 14 час. на заседании диссертационного совета Д 212.244.01 при Северо-Западном государственном заочном техническом университете по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Миллионная,д.5, ауд.200.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.

Автореферат разослан б ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Иванова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1984-2004 годах исследований в области создания системы контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов с использованием биоимпедансных методов и импульсных магнитных полей определенной формы и параметров.

Актуальность темы. Чрезвычайно широкое распространение в различных областях науки, техники и особенно в биологии и медицине получили магнитные поля и магнитные методы контроля. Биологическая наука первой половины XX века уверенно описывала жизненные функции, вовсе не учитывая существования каких-либо магнитных полей. Более того, некоторые биологи считали нужным подчеркнуть, что даже сильное искусственное магнитное поле не оказывает никакого влияния на биологические объекты.

В последние годы России и за рубежом интенсивно развивается магнитотерапия, базирующаяся на лечебно-профилактическом применении магнитных полей различных параметров. Многочисленные экспериментальные исследования и клинические наблюдения указывают на высокую терапевтическую эффективность магнитных полей, хорошую их совместимость с другими лечебными средствами. Как физиологическое, так и лечебное действие магнитных полей многообразно и весьма существенно зависит от параметров и методик использования. Поэтому несмотря на обилие публикаций, многие вопросы магнитотерапии остаются неясными, требующими обсуждения и исследования. Актуальной проблему магнитотерапии делает и постоянное появление новых магнитотерапевтических аппаратов, методик и способов применения магнитных полей.

Среди нерешенных и перспективных вопросов отметим необходимость более полного и точного описания механизмов действия магнитных полей на здоровый и больной организм, разработку проблем общей и специальной магнитотерапии, оптимизацию лечебных методик при самых различных заболеваниях, совершенствование маг-нитотерапевтической аппаратуры. Особенно острой является проблема создания высокочувствительных современных методов и средств контроля и оценки степени воздействия магнитного поля различной формы и параметров на биологические объекты в норме и патологии.

В данной работе предлагается система контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов основанная на использовании методов динамических многочастотных биоимпе-дансных измерений и низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине

Цель работы — совершенствование методов контроля и создание научно обоснованных технических решений направленного воздействия магнитных полей на биологические объекты, обеспечивших внедрение в биологическую и медицинскую практику новых методов и средств контроля]01аднК1Ш£Р№еататеских технических

магнитных

БИБЛИОТЕКА I

устройств, основанных на использовании

полей определенной формы и параметров, позволивших значительно расширить области использования методов магнитотерапии.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Анализ современного состояния методов и средств контроля, воздействия магнитных полей на биологические объекты;

2. Анализ воздействия магнитных полей различных форм и параметров на состояние биологических объектов;

3. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для анализа распределения магнитных полей в биологических объектах и проводящих элементах технических устройств, используемых для воздействия магнитных полей на биологические объекты;

4. Разработка научных основ методов динамических многочастотных биоимпе-дансных измерений для оценки воздействия магнитных полей на биологические объекты;

5. Определение требований, предъявляемых к средствам биоимпедансного контроля магнитного воздействия на биологические объекты;

6. Проведение экспериментальных исследований при воздействии низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине;

7. Проведение опытно-промышленных испытаний и освоение биоимпедансных методов контроля и аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Показана возможность и эффективность использования биоимпедансного метода контроля воздействия магнитного поля на биологические объекты, основанного на измерении электрических параметров живой ткани;

• Экспериментальные данные, получаемые прибором для многочастотного измерения биоимпеданса, дают значительный массив информации, позволяющий детально описывать динамику процессов в живой ткани, что может представлять диагностическую ценность при анализе различных патологических состояний;

• В результате теоретических и экспериментальных исследований получены аналитические выражения для описания распределения магнитного поля в биологических объектах и проводящих материалах, используемых в устройствах воздействия магнитных полей на биологические ткани;

• В результате теоретических и экспериментальных исследований показана перспективность измерения проводимости тканей в субмегагерцовом диапазоне для контроля магнитотерапевтического воздействия аппаратов серии СПОК.;

• При изменении проводимости в ходе магнитотерапевтической процедуры выявлено сложное поведение частотных свойств тканей. Наибольшая стабильность отклика наблюдалась на частоте 125 кГц, а наибольшее разнообразие сценариев поведения - на частоте 1 МГц;

• Установлено, что влияние магнитотерапии на межсистемный уровень заключается в информационно-энергетическом эффекте магнитного воздействия на биологические системы, что достигается за счет увеличения скоростей биохи-

мических реакций и обменных процессов в зоне воздействия, стимуляции регенерации и повышения возбудимости нервно-мышечных процессов, улучшения микроциркуляции;

• Разработаны основные требования и предложены технические решения, защищенные рядом авторских свидетельств и патентов, обеспечивающие разработку аппаратов серии СПОК, основанных на использовании методов низкочастотного магнитного воздействия на биологические объекты;

• На основе результатов диссертационного исследования предложены методологические принципы магнитотерапевтической системы с использованием аппаратов серии СПОК в клинической и восстановительной медицине.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработаны аналитические алгоритмы и программы, позволяющие получать все необходимые данные для расчета и изготовления индукторов, с помощью которых формируются магнитные поля конкретных видов и величин;

- разработаны и освоены в промышленности приборы нового поколения серии «СПОК» (Униспок, Проспок, Гинеспок, Дермспок, Ортоспок, Уроспок, Диабспок, Гемоспок, Стимулспок, Музиспок, Неврспок). Сертификат соответствия РОСС BY.PBO1.B10552, РОСС ВУ.РБ01.В03759, РОСС ВУ.РБ В10553; регистрационные удостоверения ИМТ №ИМ-0.352, ИМТ №ИМ-0374, ИМТ №ИМ-7.632, МЗ РФ №2001/324, МЗМПР №97/719, МЗ РФ №2000/184, МЗМПР №98/511;

- разработаны и внедрены в медицинскую практику методические рекомендации по использованию аппаратов СПОК в медицинской практике;

- выполнены работы по разработке технологического обеспечения, сертификации выпускаемого оборудования, разработаны ТУ РБ 14506074.005-96, ТУ РБ 14506074.006-98;

- приборы серии «СПОК» внедрены более чем в 500 научных и лечебных учреждениях, в том числе: Всероссийском научном центре восстановительной медицины и курортологии, РНЦ «Курчатовский институт», Всероссийском научно-исследовательском институте физической культуры и спорта, Московском научном центре спортивной медицине, Санкт-Петербургской военно-медицинской академии, Оренбургской областной клинической больнице, Главном клиническом госпитале МВД РФ и др., а также поставлены на экспорт в Германию, Швейцарию, США, Австрию, Италию, Болгарию, Чехию, Венгрию, Польшу, Китай, Южную Корею, Чехию, Турцию;

- использование аппаратов СПОК в медицинской практике позволяет качественно улучшить оказание лечебно-оздоровительных услуг, сократить время лечения и реабилитации, число койко дней на каждого пациента. Лечение на аппаратах «СПОК» прошло более 300000 пациентов;

- использование аппаратов СПОК в спортивной практике позволяет повысить работоспособность спортсменов, улучшить восстановление после нагрузок, что позволяет показывать высокие результаты на различных соревнованиях. Аппараты «УниСПОК», «Ортоспок» использовались при подготовке и участии спортсменов на Летних Олимпийских играх в Сиднее и Афинах, Зимних Олимпийских играх в Солт-Лейксити.

На защиту выносится комплексное решение научно обоснованной системы контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов с использованием биоимпедансных методов и импульсных магнитных полей определенной формы и параметров, позволившей значительно расширить области использования методов магнитотерапии, включающей в себя:

1. Единый системный подход к решению задач разработки методов и средств контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов;

2. Полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований аналитические зависимости для описания распределения магнитных полей в биологических и проводящих средах;

3. Теоретические основы разработки алгоритмов и программ, необходимых для разработки методик контроля биологических объектов биоимпедансным методом;

4. Научное обоснование возможности использования биоимпедансного метода контроля, основанного на измерении электрической проводимости живой ткани, для проведения экспрессного контроля направленного воздействия низкочастотных магнитных полей на биологические объекты;

5. Основные требования, предъявляемые к средствам направленного воздействия магнитных полей и к биоимпедансным методам контроля, предназначенным для измерения и оценки степени воздействия магнитных полей на биологические объекты и соответствующие технические решения, положенные в основу магнитотера-певтических устройств типа «СПОК».

Апробация работы. Основные результаты работы были получены при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых предприятием «Интерспок» совместно с Российским научным центром «Курчатовский институт», в которых автор принимал участие в качестве руководителя и ответственного исполнителя, отражены в научных отчетах по этим работам, а также докладывались автором лично и в соавторстве на Всемирном конгрессе «Магнитные поля в медицине» (г.Чикаго, США, 1997г.), на 2-ой Международной конференции по биомедицинским технологиям (г.Стамбул, Турция, 1998г.), на Международной конференции по применению магнитных полей в медицине (Прага, Чехия, 1999г.), на ХШ Международном конгрессе Биофизиков (Нью Дели, Индия, 1999г.), на Европейском конгрессе ревматологов в (Ницце, Франция, 2000г.), на III Российском симпозиуме по остео-порозу (Санкт-Петербург, 2000г.), на 2-ом Всемирном конгрессе новых технологий (Дейджеон, Южная Корея, 2001г.), на Международной научно-практической конференции «Применение магнитных полей в медицине» (Оренбург, Россия, 2000г.), на Международном симпозиуме «Физические факторы в повышении работоспособности, лечении и реабилитации легкоатлетов» (Минск, Белоруссия, 2001г.), на Всероссийском форуме «Здравница 2002» (Москва, 2002г.), на Всероссийском форуме «Здравница 2003» (г. Кисловодск, Россия, 2003г.), на Всероссийском форуме «Здравница 2004» (Санкт-Петербург, Россия, 2004г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 54 научные работы, в том числе книг, монографий, брошюр - 3, авторских свидетельств и патентов - 17, изданиях по перечню ВАК — 4, статей в отечественных журналах и докладов и тезисов докладов на науч-

но-технических семинарах и конференциях - 23, нормативно и информационно-технические издания - 2, методические рекомендации и инструкции — 5.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы. Основная часть диссертации изложена на 271 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков и 15 таблиц.

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, анализируется предмет исследования, теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен аналитический обзор современного состояния применение магнитов и магнитного поля в современной медицине.

Рассмотрены биофизические и биохимические основы магнитотерапии, механизмы физиологического и терапевтического действия, показания и противопоказания к лечебному применению магнитных полей.

Проведен анализ магнитных полей биологического происхождения и их использование в медицине. Значительное внимание уделено современной измерительной аппаратуре, используемой для оценки влияния магнитных полей.

Приведен обзор применения магнитов в медицине, в котором рассмотрено современное состояние магнитотерапии, основные достижения магнитотерапии. Значительное внимание уделено классификации магнитных полей и классификации маг-нитотерапевтических аппаратов. Рассмотрены также перспективные направления развития магнитотерапии и новые технологий в магнитотерапии.

Во второй главе представлены теоретические основы оценки распределения магнитного поля в биологических объектах и проводящих элементах технических устройств, используемых для воздействия магнитных полей на биологические объекты.

Рассмотрен общий случай расчёта магнитного поля и вихревых токов в проводящих средах при изменении тока в соленоиде. В общем случае переменного электромагнитного поля расчёты напряженности магнитного и вихревого электрического полей в вакууме проводятся на основе уравнений Максвелла в дифференциальной форме (в системе СИ):

Здесь - это векторные поля электрического смещения, магнит-

ной индукции, напряжённости магнитного поля, напряжённости электрического поля, плотности электрического тока и скалярное поле плотности электрического заряда, соответственно. Пользуясь этими уравнениями можно рассчитать величины напряженности Н для магнитных и Е для электрических полей для произвольных плотностей токов обмотках электромагнита и в любой точке пространст-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

<1М)=р, (НуВ=0, ЭО^ИгоШ, -д&д*=г<ЛЕ.

(1) (2)

(3)

(4)

ва. В произвольной среде величины магнитной индукции В и электрического смещения D связаны с напряжённостью магнитного поля Н и с напряженностью электрического поля Е соотношениями:

В=ццоН, D=E80E, (5)

где ц и Цо - это магнитная проницаемость среды и в а к у у smiEo - это диэлектрическая проницаемость среды и вакуума, соответственно.

В дальнейшем эти величины используются для вычисления плотности вихревых токов в проводящей среде по закону Ома:

где удельная электропроводность вещества.

В работе источником магнитного поля служили катушки с ферритовым сердечником. В статике и при низкой частоте колебаний (меньше 1 кГц) учитывали то обстоятельство, что длина электромагнитной волны и глубина скин-слоя в случае слабо проводящей среды много больше размеров катушки. Тогда, в первом приближении можно пренебречь излучением электромагнитной волны и скин-эффектом, и оценить величину поля такой катушки с помощью простых формул, известных из стандартного курса электромагнетизма. Так, например, внутри бесконечно длинного (т.е. очень тонкого по сравнению с характерными размерами задачи) соленоида напряженность Н магнитного поля равна произведению:

Н=п1, (7)

где п - число витков на единицу длины (в метрах), I - электрический ток (в амперах), а Н получается в единицах ампер/метр (в вакууме 1 А/м=(4я/103) эрстед). Чтобы получить величины магнитной индукции В в вакууме в единицах тесла, нужно умножить Н на так что В=Нц<г=Н(4я/107) тесла. Таким образом, напряженности магнитного поля Н в 1 эрстед в вакууме соответствует магнитная индукция В

i л-4

величиной 10 тесла.

Для величины напряженности магнитного поля вдоль оси соленоида конечных размеров формула (7) принимает вид:

H=nI(cosP+cosa)/2, (8)

где - это величины углов (в радианах), под которыми видны края соле-

ноида из точки наблюдения:

cosa=(h-z)/(a2+(h-z)2)m, cosP=z/(a2+2?),Q, (9)

где h - это длина катушки в метрах, а - ее радиус, z - координата точки наблюдения на оси соленоида, начиная с нижнего края катушки.

Все расчеты величин магнитных и электрических полей и вихревых токов, а также картины пространственного распределения их векторных полей, проводились на компьютере в рамках прикладного пакета программ «МАТЕМАТИКА 4», совместимого с операционной системой Windows98 и выше. Этот программный продукт позволяет проводить расчеты непосредственно по формулам математической физики, в том числе решать интегро-дифференциальные уравнения, а также приводить результаты в удобном графическом виде.

В качестве конкретного примера рассчитаем зависимость величины магнитной индукции B(z) в единицах тесла от расстояния z в сантиметрах по оси соленоида до

нижнего края катушки. Ее параметры: радиус а=2 см, длина Ь=10 см, плотность вит* ков п=100/Ь, ток 1=0.2 ампера, магнитный сердечник с магнитной проницаемостью 11=700. Ниже приведена соответствующая расчетная формула задачи в том виде, как она непосредственно задается для компьютерного счета:

В=(700)аГ(4Р!/10000000)(((Ь-7)/(((Ь-2)2+аЛ2)(1/2))>(-((2)/(((2)2+а2)("2))))У2 Результат расчета удобно представить в виде графика:

"<нл$ \ / \

«>.1« 4 V

0,1

Рис.1. Расчетная магнитная индукция В в теслах по оси катушки - ось ординат» ось абсцисс z - расстояние в сантиметрах от ее нижнего края. Параметры катушки: радиус а=2 см, длина h=10 см, плотность витков n=100/h, ток 1=0.2 ампера, магнитный сердечник из феррита марки М700НН с магнитной проницаемостью ц=700.

Перейдем теперь к расчетам вихревых электрических полей в среде с проводимостью X. При изменении во времени магнитной индукции B(x,y,z,t) в области, окружающей соленоид, возникают вихревые электрические поля E(x,y,z,t), такие, что согласно уравнению Максвелла (4):

rotE(x,y,z,t)=cB(x,y,z,t)/dt (10)

Эти вихревые электрические поля вызывают соответствующие вихревые токи в проводящей среде, где происходит изменение магнитной индукции B(x,y,Z,t).

При достаточно низкой частоте таких изменений тока I(t) в катушке соленоида из уравнения Максвелла (3) можно с хорошей степенью точности записать: 5B(x,y>z,t)/3t=(Bo(x,y,z)/Io) (ЙОД/Й), • (11)

где - это магнитная индукция, создаваемая в пространстве вблизи со-

леноида с постоянным током 1о. Учитывая, что магнитная индукция может быть представлена как dotod вектосного потенциала A(x.v.z.t) Г21:

B=rot A(x,y,z,t), где A(x,y,z,t)=J J(x,y,z,t)dx dy dz/1 r-r (x,y,z,t) |.

Из (10) и (11) получаем пропорциональность вихревого электрического поля E(x,y,z,t) векторному потенциалу A(x,y,z,t). Поэтому, для вычисления вихревых токов полезно провести расчет векторных полей B(x,y,z,t) и A(x,y,z,t) для какого-нибудь постоянного тока Io, а потом этот расчёт использовать в задаче с переменными токами низкой частоты

В качестве начального приближения следует провести рассмотрение для очень тонкого и длинного соленоида.

Для бесконечно тонкого соленоида магнитная индукция в окружающем пространстве выглядит как суперпозиция радиальных кулоновских полей от двух разноимённых магнитных полюсов, расположенных в концевых точках этого тонкого соленоида. Соответствующий набор формул для пакета "МАТЕМАТИКА 4" имеет следующий вид:

Х:>хСмН + (5иМ: Хг-лХ г-хСоа[а]-ж51ж[а1; Ву! - +ВЗС; Вх: - -

-ВХ Соя [а] * ВХ &иь|а]

Вх : Ях:

СМ [а]* «&1а[а]> -1ПСмМ-»$и[а]

-КСмМ ♦ и 8им Со* [а]2 + ПяЕа]2 X

Яу 1-+ИГ;

-Ш Со* [а] - ЯХ 5им

; Лх

X

Си[а]>*51>М>

(X2 + У2 +

_X_

X

(»♦1Р«»)"» _X_1

_X_,

<5Р *х*+з*>"а 1

[х--, ■•»,, | хЬ.- ■ 1

1 ) 1 Vag.ya.ia )

Х- ■

ЯХ:. -

Х- •

Х» + Х»

-¿хй.уя^з

| «I

ЗР*Х»

Я:. ((В)М«(ВО*1)*(1/1); г <(Х) »1 ♦ РОЛ*> А<1/»>! Г :-Яг; а :--!•;

В приведённом примере (X,Y,Z) - это система координат, в которой соленоид .расположен вертикально по оси Z, a (x,y,z) - это система координат, в которой проводящие слои расположены горизонтально, т.е. перпендикулярно оси z. Первые уравнения описывают преобразования компонент векторов магнитной индукции, радиус-вектора и векторного потенциала при повороте системы координат относительно оси у на некоторый угол от нуля до 90 градусов. Величины АХ, AY, AZ - это компоненты векторного потенциала, а ВХ, BY, BZ - компоненты вектора магнитной индукции в той системе координат, где соленоид зафиксирован вертикально. Величины Ах, Ay, ^ и Вх, By, Bz - это компоненты векторного потенциала и компоненты вектора магнитной индукции, соответственно, в той системе координат, где поверхность проводящей среды горизонтальна. Величина параметра а=10 соответствует расстоянию в см между краями соленоида.

Для простейшего случая, когда тонкий соленоид ориентирован перпендикулярно поверхности проводящих слоев и угол наклона, следовательно, равен нулю, картина силовых линий магнитной индукции имеет следующий вид:

СожЪонгПоЪ[Г, (у, 1, 4«), {с, -13, 25), ГШГоШ|чШ, СийигЯмДид-» Га1»с, Со»Ьо«га-* 30, ПоШшдеЧ Я11];

10 £0 30 40

Рис.2. Картина силовых линий магнитной индукции вокруг тонкого соленоида, расположенного вертикально с нижним краем в начале координат. Расстояния по осям даны в см. Области сгущения силовых линий соответствуют концам соленоида.

Для получения картины распределения вихревых токов в проводящих слоях биологических объектов удобно воспользоваться опцией Unit Step в пакете «МАТЕМАТИКА 4», которая позволяет задавать произвольную многоступенчатую функцию, как сумму отдельных прямоугольных ступенек с заданными амплитудами и ширинами, которые соответствуют величинам проводимости и толщине проводящих биологических тканей, например

Рис.3. Здесь представлена в качестве иллюстрации метода модель проводящих слоев толщиной по 1 см с проводимостями 0.4, 1, 2 и 3, соответственно, для первых четырёх плоских слоев, считая от поверхности вглубь проводящей среды. Ось абсцисс соответствует направлению оси соленоида.

Ниже приведен расчетный график радиального распределения вихревых токов индукции в такой модели проводящих слоев, полученный с учётом того, что плотность вихревых токов в некоторой точке проводящей среды пропорциональна величине проводимости и величине векторного потенциала в данной точке. Более светлые участки на графике рис.4 соответствуют большим величинам плотности вихревого тока, а более тёмные - меньшим. По вертикали z меняется от 0.1 см до 4.1 см вглубь проводящей среды. По горизонтали отложено расстояние до оси соленоида от 0 см до 4 см:

ВеляиуНог £

Л (ШаеБЪерГ-Сг: + Г) (я +2)] + 2 ипдезЬерС-(г *2) (г + 3)] +

ЗипА15Ьер£-(г + 3) (г +4)] + 0.4 Шки^ерЦ-(г +1) (г)]), {х. О, 4>, {г, -4.1, -0.1), Р1о»о1пЫс -> 29];

■■■■■имс

«■МЯЗЗ-: •:

»»тятнтт^

V 1"« ^

^»■•«■■■■яаяямям!«»

<и 'г»Яг»У

тяшяняжмм«»«

л. «ч 11» .**»«•*

< ■ -Лг'ЛК-С"!

01234 -4 -г 024

Рис.4. Карта распределения амплитуды Рис.5. Радиальное распределение плот-плотности вихревого тока по глубине в ности вихревого тока, созданного переслоистой проводящей среде. Ось абс- менным магнитным полем вертикально цисс - расстояние от оси соленоида. ориентированного соленоида в отдель-Расстояния по осям - в см. ном слое на глубине г=-2 см.

На некоторой глубине, скажем, z=-2, распределение плотности тока имеет следующий вид (Из рис.5, где изображен вид сверху на картину распределения плотностей вихревых токов, следует, что плотность вихревых токов сначала возрастает при удалении от оси соленоида, достигает максимального значения, а затем спадает.)

А <и*и;51ер|;-(г + 1) <г +2)] ♦ 2 ип±15Сер[- (2 * 2) (г + 3)1 +

Зип1Ъ5гер[-(г + 3) (г +4)3 + 0.4 инИЗДегрС-(г +1) (г)]), (х, -4, 4), {у, -4, 4), РЮЪРоШЪв ->-25) г

Если тонкий соленоид наклонён под некоторым углом к поверхности проводящей среды, то картина распределения плотностей токов несколько изменится. Для таких случаев картина распределения плотности вихревого тока на глубине z=-2 имеет вид

(а) Карта распределения величины плотности вихревого тока в отдельном слое на глубине 2 см при горизонтальном расположении катушки.

(б) Карта векторного поля плотности вихревого тока при условиях (а) Кольцевые особенности вихревых токов соответствуют светлым областям этого рисунка и расположены напротив краев соленоида.

Рис. 6.

Из рис.6,а видно, что верхний конец тонкого соленоида перемещается влево при положительных значениях параметра Ь - горизонтальной проекции соленоида на плоскость слоя, и вправо при отрицательных. Ниже дается картина векторного поля плотности вихревых токов на той же глубине, которая, в отличие от предыдущего рисунка, дает распределение направлений этих токов.

Эффект нейтрализации поперечных компонент плотностей вихревого тока в проводящих средах возникает вследствие того, что ротор вихревого тока пропорционален ротору действительного векторного потенциала в каждой точке проводящей среды, то есть вектору магнитной индукции. Поскольку кулоновское магнитное поле от конца тонкого соленоида является потенциальным, то лапласиан от вектора плотности вихревого поля обращается в ноль в проводящей среде.

Модель представления поля толстого соленоида можно представить набором параллельных, тонких соленоидов. Можно использовать также аппроксимацию поля катушки в виде набора достаточно большого числа соосных кольцевых витков с то-

ком, расположенных на равных расстояниях друг от друга и имеющих одинаковый радиус. Дело в том, что магнитное поле простого кольцевого витка и поле его векторного потенциала хорошо известно и выражается через эллиптические интегралы Е(к) и К(к). Для одного витка радиуса а=2 см имеем набор формул

(«2/к) -к) Е11±ДО1сК[кА2] - (2/к) Elllpti.cE[кЛ 2]);

а:«2;к:.(4аг/ {(а + г) А2*7А2))А {1/2);

Нг (2/<г (<<а + г) А2 + гА2)А<1/2)))>

<-Е111рЫсК[кА2] ♦ «аА2*гА2+гА2)/«а-г)А2+2А2))

№ (1/{ С({а+г> А2 +гА2) А(1/ 2))))

<Е1ЫрЫ.сК[кА2] + «аА2-гА2-2Л2) / ((а-г) л2 ♦2А2))

Картина силовых линий магнитного поля для одного витка имеет вид

СопЪоигНоЬ [Г, (г, в, 7|, (2, (.1, 7), ПМРоШа 100, Сомяшвмащ-! Га1м, Сон^оа»30, ПоШща -» Ш]

Рис.7. Картина силовых линий магнитно- Рис.8. Картина силовых линий магнит-го поля от одного витка с его центром в ной индукции для вертикальной катушки начале координат и радиусом 2 см. из 10 витков. Центр нижнего витка распложен в начале координат. Расстояния даны в см.

Для системы из, например, 10 одинаковых витков, расположенных один над другим вдоль оси z, получаем простую суперпозицию выражений для одного витка, но на разных высотах z. Тогда имеем рис. 8.

Над верхним торцом толстого соленоида силовые линии магнитной индукции выглядят как на рис. 9.

ContowPlot[EX, (г, -7, 7}, {Z, M.II, 24),

Plot?oiiite-> 100, Contoarc-« за, PlotRaiuge-t Uli;

Рис.9. Густота заливки характеризует величину функции Р( г) =Аг, линии постоянного уровня которой совпадают с силовыми линиями магнитной индукции

- Рис.10. Картина векторного поля плотно- сти вихревого тока от катушки рис.8 в

- слое проводящей среды на глубине 3 см .

На глубине 3 см соответствующая картина векторных полей плотности вихревых токов после вычисления на компьютере имеет вид рис. 10.

PlotVectocField[{nX, ИГ), (X, -10.01, 18), (X, -10.1, 10), Hgtfoiata« 20, ScaleFactocNom]

В заключение параграфа приведём пример конкретного расчета вихревого электрического поля и тока в биологической ткани с проводимостью Х.«1 1/Ом м на глубине 2 см для катушки с параметрами рис.11 при внутриимпульсной частоте колебаний 100 Гц. Выпишем решение задачи для этого случая.

Магнитная индукция B(z) на оси соленоида в формулах (8,9) спадает от максимума до нуля за время четверти периода колебаний, что согласно уравнениям Максвелла приводит к возникновению вихревого электрического поля с амплитудой Eo(r,z,t), зависящей как от глубины z, так и от расстояния до оси соленоида г. Вблизи оси соленоида в первом приближении Ео( г) пропорциональна г.

Поток магнитной индукции B(z) через круг радиуса г равен В(г)яг2, где яг2 - это площадь круга в м2. Изменение этого потока за время Т=0.01 с приводит к ЭДС вихревого электрического поля Ео( г )2от. Отсюда имеем равенства

(B(z) 7trVr)= Ео( г )2яг, Е„( г) =(B(z) г/2Т). (13)

Подставляя в (13) характерный радиус г=2 см, B(z)=0.05 Тл и Т=0.01 с, получим для напряженности вихревого электрического поля оценку Ео=0.001 В/см=1 мВ/см. Для среды с удельной проводимостью биологической ткани плот-

ность тока для таких величин вихревых электрических полей, согласно уравнению (6), равна

(Ю-21/Ом смХЮ"3 В/см )«105 А/см2»10 шкА/ст2.

Отметим, что величина вихревого тока не зависит от диэлектрической проницаемости среды, поскольку определяется изменением во времени вектора напряженности электрического поля Е, а не электрического смещения D, и зависит только от удельной проводимости среды.

В третьей главе рассмотрены научные основы биоимпедансного метода контроля физического воздействия магнитного поля на биологические объекты.

В живых тканях распределение электрических полей, а также связанных с ними электрических токов зависит от электрических свойств этих тканей. К данным свойствам относятся удельная электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость е. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты электрического поля, в то время как удельная электрическая проводимость не меняется с частотой. Эти параметры характеризуют различные физические механизмы, которые будут изложены ниже.

Удельная проводимость — это мера подвижности ионов в жидкостях, входящих в состав исследуемой ткани, под действием электрического поля. Живые ткани являются проводниками с ионной электропроводностью. То есть электропроводность осуществляется за счет движения ионов в электролите под действием электрического поля. Электропроводность тканей зависит от содержания в них жидкости. Ткань с высоким содержанием воды и свободная от жира обладает меньшим электрическим сопротивлением, чем жировая, костная и эпителиальная. Общее количество воды, содержащейся в организме здорового человека, составляет в среднем около 60% его веса. Это количество принято разделять на внеклеточную и внутриклеточную жидкость. По данным S. Albert (1971) их процентные содержания составляют 16-20% и 38-50% от массы тела соответственно. Внеклеточная жидкость, в свою очередь, делится на плазму крови (4-5% массы тела) и на межтканевую жидкость и лимфу (13-15%).

Диэлектрическая проницаемость характеризует поляризацию вещества. Поляризация может меняться во времени под действием переменных электрических полей, что ведет к возникновению токов поляризации. Электрическая поляризация может быть определена как возмущение распределения электрических зарядов в некоторой области под действием внешнего электрического поля. Поляризация - это инерционный процесс, который не может произойти мгновенно. Постоянная времени, характеризующая длительность этого процесса, называется временем релаксации т. Время релаксации некоторой системы можно узнать, подав на нее ступенчатое возмущающее воздействие, и затем измерив время перехода в новое устойчивое состояние. Релаксация электронов и небольших дипольных молекул — это довольно быстрый процесс с временами релаксации, лежащими в диапазоне пико- и наносекунд, в то время как поляризация на границе раздела сред может занимать промежуток времени порядка секунд.

Рассмотрим простейшую модель, представленную на рис. 11, где исследуется образец сечением А и толщиной L, материал которого обладает диэлектрической проницаемостью е И удельной электрической проводимостью ст. Для данного примера закон Ома в комплексной форме будет выглядеть следующим образом

Рис.11. Измерение электрического импеданса. В исследуемый образец подается переменный ток заданной величины от источника тока через электроды, расположенные по обеим сторонам от проводящего образца. Падение напряжения на образце измеряется при помощи тех же электродов (такую схему подключения называют двухэлектродной). Напряжение и фазовый сдвиг зависят от полного сопротивления исследуемого образца.

Рис. 12. Идеализированное представление зависимости диэлектрической проницаемости биологической ткани от частоты. Три основных области релаксации а, ß и у характеризуются центральными частотами F и вариациями диэлектрической проницаемости Де. На практике дополнительные, менее ярко выраженные релаксационные эффекты приводят к тому, что основные области на-

чинают пересекаться. В предельных случаях может наблюдаться зависимость, изображенная пунктирной линией (Foster and Schwan, 1989).

--((T + jü)£aE)~E,

(14)

где ток, протекающий через образец, Iо — частота переменного тока, Е — разность потенциалов на электродах, Ь — площадь электродов, А — расстояние между электродами,

Приведенная выше схема позволяет измерить коэффициент пропорциональности между напряжением и током, который называется полным удельным сопротивлением 2.

Полное удельное сопротивление состоит из двух компонент активной - г \ и реактивной—г ".

В такой цепи между напряжением и током возникнет сдвиг фаз который определяется как

Диэлектрическая проницаемость биологических тканей зависит от частоты переменного электрического поля. Так же, как и г, диэлектрическая проницаемость может быть разложена на истинную и мнимую составляющие

Диэлектрические свойства биологических тканей и клеток имеют ряд отличительных особенностей. Обычно диэлектрическая проницаемость имеет наивысшее значение на низких частотах, а затем ступенчато снижается с увеличением частоты (рис. 12). Такие свойства объясняются действием нескольких различных биофизических механизмов. Три колена на графике соответствуют трем основным областям релаксации, получившим названия а, Р и у области. Им соответствуют частоты со средними значениями приблизительно равными 100 Гц, 500 КГц и 25 ГГц соответственно, а-область связана с внешней поляризацией мембран клеток и свойствами двойного электрического слоя. р-область связяна с наличием у клеточной мембраны электрической емкости. с релаксацией молекул воды. Далее мы рассмот-

рим более подробно аир области, так как они лежат в интересующем нас диапазоне частот (ниже одного мегагерца).

а-область была открыта X. Шванном в 1957 году. Суть явления, лежащего в основе появления а-области состоит во взаимодействии так называемого двойного электрического слоя, окружающего клетку, с внешним электрическим полем. Клетки, находящиеся в электролите, благодаря наличию на своей поверхности электрического заряда притягивают противоионы и диполи воды из окружающей среды. Эти частицы стремясь, приблизится к ионизированным группам клеточной мембраны, формируют двойной электрический слой. Если поместить клетку в однородное электрическое поле, то оно приведет к деформации двойного электрического слоя как показано на рис. 13. Смещение двойного электрического слоя придает клетке свойства электрического диполя, сориентированного вдоль силовых линий внешнего поля. Постоянная времени такого поляризационного процесса составляет единицы миллисекунд, что соответствует а-области на частотной зависимости диэлектрической проницаемости.

Основы Понимания свойств живых тканей в р-области были заложены в работах X.' Фрика (Fricke ,1925) и К. Коле (Cole, 1968). Ими впервые была исследована реакция клеточной мембраны на внешнее магнитное поле. Модель, описывающая поведение живой ткани в р-области, изображена на рис. 14. Электрические свойства данной модели характеризуются сопротивлением вне- и внутриклеточной жидкости, а также электрической емкостью мембраны. Эквивалентная электрическая схема модели изображена на рис. 15. Полное сопротивление такой схемы будет равно

(17)

(18)

¡озСт

- +RI + R„

Рис. 13. Двойной электрический слой вокруг клетки образован положительными ионами, присутствующими в электролите, и молекулами воды, сориентированными своими положительными полюсами по направлению к отрицательно заряженной мембране. Под действием внешнего электрического поля двойной электрический слой смещается.

Рис. 14. Клетка и ее окружение. Я, - сопротивление внутриклеточной жидкости, Кс - сопротивление внеклеточной жидкости, - электрическая емкость клеточной мембраны.

Рис. 15. Эквивалентная электрическая схема живой клетки и ее окружения.

Рис.16. Представление полного сопротивления на комплексной плоскости для схемы приведенной на рис. 15.

Для отображения поведения полного сопротивления при различных частотах в комплексной форме часто пользуются комплексной плоскостью (рис. 16).

Импеданеные измерения могут проводиться без учета фазового сдвига между напряжением и током, или, иначе говоря, в действительной области. В этом случае полезная информация об электрических свойствах ткани при различных частотах тоже может быть получена, при этом, измеряемой величиной является модуль пол-

ного сопротивления Щ. Модуль полного сопротивления связан с активной и реактивной составляющими следующим соотношением.

■+Z"1. (20)

Зависимость модуля полного сопротивления от частоты для вышеприведенной модели выглядит следующим образом (рис. 17).

Несмотря на свою простоту рассмотренная выше модель довольно полно отражает электрические свойства живой ткани в р-области. Дальнейшее уточнение модели предполагает рассмотрение бесконечной последовательности RC-цепочек. При этом ткань, состоящая из одинаковых равномерно распределенных клеток сферической формы, может быть смоделирована с высокой точностью при использовании одной и той же постоянной времени для всех RC-цепочек. Если же форма клеток отлична от сферической, а размеры и форма клеток варьируется, то возникает множество постоянных времени. Решение этой проблемы было предложено Коле и Коле в 1941 году (Cole and Cole, 1941). Ими было выведено следующее эмпирическое выражение для полного сопротивления

Л« - А„

(21)

1-0о>тУ

где - сопротивление ткани при частоте, стремящейся к бесконечности,

Ко - сопротивление ткани на постоянном токе (при частоте, стремящейся к нулю),

I — постоянная времени, являющаяся усредненным временем релаксации по

множеству возможных постоянных времени, р - характеризует ширину распределения постоянных времени.

Представление полного сопротивления данной модели на комплексной плоскости получило название диаграмма Коле (рис. 18). Из-за своей простоты данная модель широко используется для анализа результатов биоимпедансных измерений.

Рис.17. Зависимость модуля полного сопротивления от частоты для схемы, приведенной на рис. 15.

Rml Ro I

Рис.18. Диаграмма Коле

Из изложенного выше следует, что на низких частотах (порядка сотен герц) ток в живой ткани протекает в основном в межклеточном пространстве, а также по сосудам и межтканевым щелям. Путь протекания тока в ткани определяется составом ткани, или отношением внеклеточного объема к внутриклеточному. Таким образом, удельная проводимость зависит от типа ткани, а важными факторами, влияющими на электрический импеданс, являются размер и форма клеток.

На более высоких частотах (р-область и выше) ток может протекать и во внутриклеточном пространстве. Частота, на которой происходит переход от межклеточного протекания тока к внутриклеточному, зависит от размера мембранных структур. В более крупных структурах этот переход происходит при меньших частотах, чем в мелких структурах. Кроме того, импеданс на высоких частотах зависит от состава мембран, степени развития цитоскелета, а также электрических свойств субклеточных структур (мелких структур связанных с мембраной, таких, например, как митохондрия).

То, насколько сильно сопротивление ткани уменьшится с увеличением частоты, зависит от объемной доли клеток, присутствующих в ткани. Примером могут служить работы по исследованию ткани в процессе зарубцовывания (Chang, 1998). Известно, что коллаген, являющийся основным компонентом при образовании фиброза, имеет высокую проводимость и не содержит мембранных структур. В этой связи, замещение здоровых клеток со всеми их сложными мембранными структурами на фиброзный шрам приводит к увеличению проводимости (в особенности на низких частотах) и уменьшению емкостной составляющей полного сопротивления ткани (также являющейся следствием потери клеточных мембран).

Результаты импедансных измерений чувствительны к температуре окружающего воздуха. В работе М. Buono и его коллег (Buono et al., 2004) было показано, что при увеличении температуры с 15° до 35° происходило значительное снижение биоимпеданса. Это явление объясняется увеличением кожного кровотока (в том числе и в зоне измерений), и, как следствие, увеличением объема проводящего электролита, каковым является плазма крови. Следствием, вытекающим из данного наблюдения, является необходимость проведения биоимпедансных измерений при постоянной температуре для избежания температурных артефактов.

Измерение импеданса производится с помощью электродов, располагаемых на коже пациента в непосредственной близости от исследуемой области. Через электроды пропускается слабый переменный ток (10"5 — 10"4 А), и измеряется разность потенциалов на электродах, вызванная протеканием тока.

Различают несколько разновидностей биоимпедансных методов. Если требуется измерить пространственное распределение электрической проводимости в заданной области, то такой метод принято называть импедансной томографией. В случае, если измеряется зависимость проводимости от частоты, такой метод обычно называют импедансной спектроскопией. Частоты могут варьироваться от единиц герц до десятков гигагерц. Измерения на постоянном токе (или на частоте 0 герц) сильно затруднены из-за того, что при контакте электрода с кожей всегда возникают электрохимические потенциалы, искажающие импедансные измерения.

В измерительных схемах число и конфигурация электродов может варьироваться. Среди стандартных конфигураций различают 2-х и 4-х электродные схемы измерения биоимпеданса. В двухэлектродной схеме одна и та же пара электродов служит и для подачи тока в исследуемую ткань, и для измерения разности потенциалов, как показано на рис. 11. В четырехэлектродной схеме для выполнения каждой из вышеназванных функций имеется своя пара электродов (рис. 19). 4-х электродные им-педансные измерения обладают преимуществом перед двухэлектродными. Такая схема менее чувствительна к изменению сопротивления контакта с кожей, что снижает разброс измеряемых величин между повторными измерениями и различными пациентами.

При установке электродов рекомендуется удалять волосяной покров и тщательно очищать поверхность кожи. Эти меры могут снизить сопротивление контакта электрода с кожей до 100 раз. Кроме того, рекомендуется применять специальные контактные гели, которые улучшают электрический контакт. Применение гелей позволяет уменьшить градиент ионной концентрации между кожей и электродом, что снижает дрейф импеданса во время измерений.

Источод тока

Рис.19. Измерение импеданса по четы-рехэлектродной схеме. Применение отдельных пар электродов для подачи тока и для измерения импеданса уменьшает негативное влияние контакта с кожей.

Рис.20. Внутривагинальный датчик для измерения биоимпеданса. В поле зрения находятся два токовых и три потенциальных электрода. Остальные электроды находятся на обратной (невидимой) стороне датчика.

Существующие серийно выпускаемые приборы для измерения биоимпеданса (такие как Solartron 1260, Solartron Analytical и Vital Signs model 70175 impedance analyzer, Country Tech, WI) обладают высокой степенью универсальности. Они могут работать в широком диапазоне измеряемых сопротивлений (0.1 Ом — 10 Мом) и частот (0-10 МГц), и способны измерять активную и реактивную составляющие, а также фазовый сдвиг с высокой точностью. К недостаткам промышленных установок можно отнести их стационарность (а следовательно, большие размеры и массу) и высокую стоимость.

Долговременный эффект магнитотерапии может быть оценен при помощи ряда общих клинических характеристик. К ним относятся нормализация температуры тела, устойчивое снятие болей, заметное снижение уровня лейкоцитов и гематологических индексов интоксикации и другие. Однако существует потребность в быстрой оценке магнитотерапевтического воздействия для выбора оптимальных параметров процедуры. В данном разделе описано исследование, целью которого является выработка биофизического показателя, способного обеспечить контроль в реальном времени за областью, находящейся под воздействием импульсного магнитного поля. Данное исследование состоит из трех частей. В подразделах 3.3.1 и 3.3.2 представлены работы, проводившиеся на базе Минского медицинского института, целью которых являлся поиск диагностического средства, применимого в гинекологии, с использованием внутривагинального датчика. В данных подразделах описаны измерительная система и результаты измерения биоимпеденса в двух различных частотных диапазонах — порядка сотен герц и порядка сотен килогерц соответственно. В подразделе 3.3.3 представлены исследования, целью которых являлось показать возможности разработанной биоимпедансной системы при измерении глобальных характеристик организма, проявляющихся в медленных релаксационных процессах импеданса живых тканей.

Основная задача данного исследования состояла в обнаружении эффекта воздействия слабого импульсного магнитного поля на орган, подвергаемый терапевтической процедуре. При этом не требовалось определение устойчивых глобальных характеристик организма. Напротив, интерес представляло достаточно быстрое, порядка нескольких минут (постоянное или временное) изменение некоторой величины в процессе или в результате терапевтической процедуры. Параметры переходного процесса, возникающего как отклик на приложение магнитного поля, могут быть использованы в качестве величин, характеризующих состояние живой ткани в области измерений.

В качестве подходящего параметра для контроля эффекта терапевтической процедуры на организм нами было выбрано изменение удельного сопротивления тканей на частотах в диапазоне от десятков герц до 1 килогерца. Быстрый рост диэлектрической проницаемости тканей с понижением частоты в данном диапазон отражает свойства заряженных клеточных мембран и двойного электрического слоя, окружающего мембрану клетки.

В системе применена четырехэлектродная схема измерения потенциала. Конфигурация электродов выбрана таким образом, чтобы подавать достаточно однородный переменный ток в двух ортогональных направлениях в исследуемую область и измерять разность потенциалов. В состав датчика входят четыре токовых электрода и четыре потенциальных, укрепленных на внешней поверхности тонкостенного, пластикового, химически стойкого контейнера. Интравагинальный датчик изображен на рис. 20. Датчик плотно одевается на индуктор прибора ГинеСпок и подключается к измерительной системе через гибкий кабель. Измерения могут проводиться вдоль оси датчика и поперек (вдоль окружности датчика). Для каждого направления токовые электроды подключаются к источнику тока попарно. При этом направления чередуются, так что в каждый момент времени измерения производятся не более, чем в одном направлении. Длительность одного цикла измерения (час-

тота временной дискретизации) составляет, 4 сек. Один токовый электрод имеет площадь 30 кв.мм. Достаточно большая площадь позволяет уменьшить плотность тока вблизи электродов и тем самым исключить неприятные ощущения у пациентов. Площадь потенциальных электродов составляет около 7 кв.мм.

Исходя из вышеперечисленных требований, измерительная система выполнена на базе уже привычного для широкого круга медицинских работников персонального компьютера класса IBM с операционной системой Windows. Блок-схема измерительной системы показана на рис. 21.

Рис.21. Функциональная схема измерительной системы.

Компьютер выполняет функции отображения результатов измерения в графическом виде в реальном времени, служит для регистрации данных о пациенте, записи комментариев в процессе измерения и для запоминания всей информации в базе данных. Компьютер позволяет в дальнейшем проанализировать результаты любого измерения, сравнить его с другими, а также получить распечатку интересующих данных и кривых на принтере.

Результат работы системы во время стандартной процедуры на аппарате Ги-неСпок показан на рис. 22. Исследовалась пациентка с хроническим андекситом, прошедшая курс лечения, включающий магнитотерапию. В течение первых минут на графике видны колебания, вызванные сокращениями мышц при установке индуктора и первичной адаптации. В ходе процедуры графики напряжения спадают вниз, что говорит о плавном уменьшении электрического сопротивления тканей. Такое снижение может отражать повышенное кровоснабжение матки и придатков.

В дальнейшем была сформулирована задача исследования другого частотного диапазона, где эффект магнитотерапевтического воздействия был более выражен, а также можно было избавиться от обнаженных электродов.

В качестве новой рабочей частоты был выбран 1 МГц и его субгармоники - 500, 250 и 125 кГц, удобные для технической реализации. Выбранные частоты перекрывают один из диапазонов высокой дисперсии диэлектрической проницаемости живой ткани, как показано на рис. 12. Данная дисперсия является следствием процессов, протекающих в мембранах клеток и дает информацию об изменении активности клеток при воздействии физиотерапевтических факторов.

Время, мин

Рис.22. Зависимость от времени электрического импеданса ткани, прилегающей к индуктору ГинеСПОК во время магнитотерапевтической процедуры. Приведены кривые, снятые на трех частотах: 90, 230 и 710 Гц для двух направлений измерительного тока. Вверху - ток направлен вдоль индуктора, внизу - ток течет вокруг индуктора.

Общая схема измерительной системы показана на рис. 23.

Рис.23. Функциональная схема системы для динамического многочастотного измерения биоимпеданса

Контрольный блок осуществляет управление функцией измерения. Он производит периодическую смену рабочей частоты (125,250,500 и 1000 кГц). Длительность одного цикла измерений (период временной дискретизации) выбран равным 4 секундам. Блок осуществляет запуск аналого-цифрового преобразователя и запоминание результата измерения, а также передачу измеренных величин в компьютер для графического отображения на дисплее и перевода данных на файловое хранение. Он же принимает управляющие команды от компьютера. Блок предусилителя содержит генератор высокой частоты и субгармоник, линейный детектор высокочастотного тока и измерительный усилитель. В нем также имеется делитель амплитуды напряжения с переключателем на передней панели:

1 - полная амплитуда,

2 - ослабление в 3 раза,

3 - ослабление в 10 раз.

Ослабление необходимо для предотвращения зашкаливания прибора в случае, если протекающий ток оказывается слишком велик (при малых значениях импеданса ткани).

В системе применена двухэлектродная схема измерения импеданса. Такое упрощение оказалось возможным в связи с тем, что датчик не имеет прямого гальванического контакта с кожей и слизистыми и, следовательно, отсутствует главный источник нестабильности, присущий двухэлектродной схеме. Принципиальная схема для внутриполостных измерений показана на рис. 24.

Электроды служат для подачи слабого электрического сигнала в диапазоне частот от 125 до 1000 кГц и амплитудой до 4 вольт, а также для измерения импеданса ткани. Измерительный датчик включает два электрода, закрепленных непосредственно на корпусе индуктора. Электроды имеют цилиндрическую форму и изготовлены из нержавеющей стали. Они имеют достаточно большую площадь (21 кв.см.) для обеспечения стабильного контакта с низким емкостным сопротивлением. Расположение и размеры электродов показаны на рис. 25. Электроды соединены с измерительной схемой при помощи проводов, проходящих внутри индуктора. Это позволило сделать измерительную систему абсолютно незаметной для пациента.

Обработка данных в данном исследовании произведена при помощи программного пакета MATLAB.

Изолирующая пленка

Сигнал4В, Частота 125«Гц 250 кГц 500 «Гц 1000 кГц

Линейный детектор

Рис.24. Принципиальная схема измере- Рис.25. Измерительные электроды укре-ния с внутриполостными электродами плены на поверхности индуктора

Иа Д11П

К

1

25 ш 2т» 25т

Типичное поведение проводимости тканей в ходе магнитотерапевтической процедуры, наблюдаемое в большинстве записей, показано на рис. 26 и 27. В первом случае (рис. 26) все четыре кривые плавно поднимаются вверх, что соответствует общему росту проводимости на всех частотах.

! : ! } ! I ! ! : ! ! ! I

О 9 ДО 19

Время, минуты

Рис.26. Типичный результат измерения проводимости во время магнитотерапевтической процедуры. Наблюдается рост проводимости равномерно на всех частотах. Проводимость показана в относительных единицах.

а э 10 13

Время, минуты

Рис.27. Второй характерный сценарий поведения проводимости тканей в ходе проведения магнитотерапевтической процедуры. Наблюдается рост низкочастотных компонент с одновременным понижением высокочастотных. Проводимость показана в относительных единицах.

Наибольшую стабильность поведения среди всех записей показала проводимость на частоте 125 кГц, в то время как компонента 1МГц имела наибольшее разнообразие в поведении. Статистика поведения кривых по всем записям представлена в табл. 1.

Таблица 1. Количество записей (в процентах от общего числа), с различным поведением проводимости для каждой из измерительных частот. К категории «Прочее» были отнесены те записи, в которых проводимость не менялась или наблюдался рост проводимости в начале, переходящий в снижение в конце.

125 250 500 1

кГц кГц кГц МГц

Рост, % 100 94 66 56

Снижение, % 0 4 26 32

Прочее, % 0 2 8 12

Для удобства дальнейшего анализа были взяты временные срезы в начале и в конце каждой записи и произведено их сравнение в частотной области. На рис. 28 представлены два временных среза, взятых с графиков рис. 26, в моменты времени соответствующие началу и концу процедуры.

Рис.28. Частотные зависимости проводимости тканей в начале и в конце магнитоте-рапевтической процедуры, построенные на основе данных, приведенных на рис. 26.

Из рисунка видно, что увеличение проводимости произошло равномерно во всем частотном диапазоне. Наличие резонанса объясняется добавлением в схему дополнительного конденсатора, образованного последовательно соединенными емкостями электродов и разделительным конденсатором (рис. 24). Упрощенная эквивалентная электрическая схема цепи, включающая исследуемую живую ткань и входную цепь измерительной системы, представлена на рис. 29. Такая схема обла-

дает свойствами полосового фильтра. Так как Си, можно считать постоянной (емкость электродов не меняется во время измерений), то положение экстремума на амплитудно-частотной характеристике (или резонанса) будет зависеть от диэлектрических свойств исследуемой ткани.

Рис. 30 иллюстрирует анализ в частотной области изменения проводимости, изображенного на рис. 27. В ходе магнитотерапевтической процедуры наблюдается значительное смещение резонанса в область более низких частот с одновременным общим уменьшением проводимости. Такое смещение резонансной частоты говорит о возросшей диэлектрической проницаемости ткани или каких-либо других изменениях, сопровождающихся ростом емкостной составляющей.

Рис.29. Упрощенная эквивалентная схема объекта измерении, где С«, - емкость последовательного соединения электродов и разделительного конденсатора, показанного на рис. 24. Параметры Cm, Ш и Re характеризуют электрические свойства живой ткани, модель которой представлена на рис. 14.

360 кГц 520 кГц 10

Частота, кГц

Рис.30. Частотные зависимости проводимости тканей в начале и в конце магнитоте-рапевтической процедуры, построенные на основе данных, приведенных на рис 27.

В ходе работы было произведено исследование влияния гипертонического раствора на изменение проводимости под действием магнитотерапевтической процедуры. Было проведено две серии записей (по три записи в каждой серии). Первая запись производилась за час до введения гипертонического раствора, вторая - сразу после введения, и третья - через сутки после первой записи. У обеих пациенток наблюдалось смещение резонансной частоты в область более низких частот после вве-

дения гипертонического раствора и последующее возвращение проводимости к первоначальному значению через сутки. Результат этого исследования представлен на рис.31.

На следующий день

Рис.31. Влияние введения гипертонического раствора на магнитотерапевтическое воздействие.

Следующий этап исследования имел целью выяснить влияние суточного ритма на магнитотерапевтическое воздействие. Было проведено 5 серий (по 9 записей в каждой) у разных пациенток. Записи в каждой серии равномерно покрывают период времени длительностью в одни сутки. Результаты данного исследования представлены на рис. 32.

Рйс.32. Влияние суточного ритма на магнитотерапевтическое воздействие.

Как видно из рисунка, наиболее «спокойным», с точки зрения стабильности частоты резонанса, можно назвать период с 16 до 20 часов, в то время как в период с 6 до 12 часов дисперсия данного параметра максимальна.

В четвертой главе диссертации представлены научные основы проектирования технических средств различных типов импульсного магнитного воздействия на биологические объекты. Значительное внимание в данной главе уделено выбору типа магнитной стимуляции и разработке генератора тока для питания индуктора. Приведены результаты исследования влияния материала сердечника на эффективность работы индуктора. Проведен поиск оптимальной конструкции индуктора для магнитотерапии простатита. Кроме того, рассмотрены результаты разработки индуктора для импульсной магнитотерапии в гинекологии, для проведения общей импульсной магнитотерапии, а также для неинвазивной гемомагнитотерапии.

В пятой главе диссертации приведена практическая реализация результатов диссертационной работы методами низкочастотной магнитотерапии с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине. Рассмотрены механизмы биологического действия магнитных полей. Приведены результаты клинического применения аппаратов «СПОК» и низкочастотных импульсных МП в ортопедии и травматологии, а также аутогемомагнитотерапии в клинической практике. Значительное внимание уделено проблеме повышения и восстановления физической активности и выносливости с помощью низкочастотных МП.

Основные результаты диссертационной работы

1. Разработаны научные основы биоимпедансного метода для оценки воздействия магнитных полей на биологические объекты, основанного динамических многочастотных измерениях проводимости живой ткани.

2. Экспериментальные данные, получаемые прибором для многочастотного измерения биоимпеданса, дают значительный массив информации, позволяющий детально описывать динамику процессов в живой ткани, что может представлять диагностическую ценность при анализе различных патологических состояний.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований показана перспективность измерения проводимости тканей в субмегагерцовом диапазоне для контроля магнитотерапевтического воздействия аппаратов серии СПОК.

4. При изменении проводимости в ходе магнитотерапевтической процедуры выявлено сложное поведение частотных свойств тканей. Наибольшая стабильность отклика наблюдалась на частоте 125 кГц, а наибольшее разнообразие сценариев поведения — на частоте 1 МГц.

5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для анализа распределения магнитных полей в биологических объектах и проводящих элементах технических устройств, используемых для воздействия магнитных полей на биологические объекты.

6. Разработаны основные требования и предложены технические решения, защищенные рядом авторских свидетельств и патентов, обеспечивающие разработку аппаратов серии СПОК, основанных на использовании методов низкочастотного магнитного воздействия на биологические объекты.

7. Разработаны аналитические алгоритмы и программы, позволяющие получать все необходимые данные для расчета и изготовления индукторов, с помощью которых формируются магнитные поля конкретных видов и величин.

8. Разработаны и освоены в промышленности приборы нового поколения серии «СПОК» (Униспок, Проспок, Гинеспок, Дермспок, Ортоспок, Уроспок, Диаб-спок, Гемоспок, Стимулспок, Музиспок, Неврспок).

9. Проведены экспериментальные исследования при воздействии низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине. Установлено, что влияние магнитотерапии на межсистемный уровень заключается в информационно-энергетическом эффекте магнитного воздействия на биологические системы, что достигается за счет увеличения скоростей биохимических реакций и обменных процессов в зоне воздействия, стимуляции регенерации и повышения возбудимости нервно-мышечных процессов, улучшения микроциркуляции.

10. Осуществлено широкомасштабное внедрение в медицинскую практику:

- методических рекомендаций по использованию аппаратов СПОК в медицинской практике;

- выполнены работы по разработке технологического обеспечения, сертификации выпускаемого оборудования, разработаны ТУ РБ 14506074.005-96, ТУ РБ 14506074.006-98;

- приборов серии «СПОК» внедрены более чем в 500 научных и лечебных учреждениях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Книги, монографии, брошюры

1. Плетнев СВ. Магнитное поле, свойства, применение: Научное и учебно-методическое справочное пособие.- СПб.: Гуманистика, 2004.- 624 с.

2. Улащик B.C., Войнов В.И., Плетнев СВ. и др. Низкочастотная магнитотера-пия. -Минск: Белорусский центр науч. мед. информации, 2001.- 172 с.

3. Плетнев СВ., Португалов С.Н., Санинский В.Н. Врачебная тактика в восстановлении спортсменов.- Москва.: ЦСП Госкомспорт, 2004.- 12 с.

Статьи в отечественных журналах и изданиях по перечню ВАК

4. Плетнев СВ., Введенский В.А. Мохорт В.А и др. Аппараты для магнитотерапии типа «Спок» и опыт их клинического использования // Здравоохранение.-1998.-№6.-С. 69-71.

5. Остапенко ВА, Тепляков А.И., Плетнев СВ. Экстракорпоральная аутогемо-магнитотерапия: метод эфферентной терапии // Вестник интенсивной терапии.- 1998.- № 4.- С. 61-62.

6. Чичкан Д.Н., Улащик B.C., Тихонов А.В., Плетнев С В. Особенности действия низкочастотных магнитных полей различных параметров при экспериментальной эндотоксемии // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры.- 1999.- № 5.- С. 26-29.

7. Плетнев СВ., Введенский B.JL, Мишин А.А. Многочастотные биоимпеданс -ные измерения медленных релаксаций // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.- 2004.- №11,- С. 25-27.

8. Остапенко В.А, Плетнев СВ. Неинвазивная аутогемомагнитотерапия в лечении атеросклероза // Эфферентная терапия, Т. 10, №4.- С. 32-37.

9. Плетнев СВ., Остапенко В А, Зубовский Д.К., Воронцова Т.В., Португалов С.Н. Применение низкочастотной магнитотерапии для повышения работоспособности и коррекции иммунного статуса спортсменов // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры.- 2004.- №6.- С. 29-31.

Патенты

10.Устройство размагничивания изделий / Плетнев СВ. и др.- А.с. СССР №1674273 от 01.05.1991 г.

11.Способ контроля оптически проницаемых биологических объектов и устройство его осуществления / Плетнев СВ., Потапов А.И., Клопов В.Д.- Евразийский патент №003525 от 26.06.2003.

12.Способ лечения сахарного диабета / Плетнев СВ., Мохорт Т.В., Улащик В.С-Евразийский патент №002179 от 28.02.2002 г.

13.Способ лечения хронического простатита / Плетнев СВ. и др.- Патент Республики Беларусь №2493 от 15.06.1998 г.

14.Способ лечения хронического пилонефрита / Плетнев СВ. и др.- Патент Республики Беларусь №2435 от 12.06.1998 г.

15.Способ локальной магнитотерапии» / Плетнев СВ.- Евразийский патент №000494 от 29.06.1999 г.

16.Устройство для профилактики и лечения заболеваний органов поясничной и тазобедренной части организма / Плетнев СВ. - Евразийский патент №001893 от 22.10.2001 г.

17.Способ магнитотерапии» / Плетнев СВ.- Евразийский патент №000495 от 29.06.1999 г.

18.Способ восстановления работоспособности методом гемомагнитотерапии / Плетнев СВ. - Евразийский патент №003851 от 30.10.2003 г.

19. Способ лечения распространенного атеросклероза / Плетнев СВ. и др.- Патент Республики Беларусь №4856 от 06.04.1999 г.

20.MAGNETOTERAPY DEVICE / Pletnev S.V.- EUROPEAN PATENT SPECIFICATION EP0949938 Bl, 17.12.2003: Bulletin 2003/SI

21. DEVICE FOR local magnetotherapy / PLETNEV S.V.- AUSTRALIAN PATENT №743327 application №AU199745457B2,12.07.1997.

22. DEVICE FOR PROPHYLAXIS AND TREATMENT OF DISEASES OF LUMBAR, COXOFEMORAL AND PELVIC ORGANS OF A HUMAN BODY / PLETNEV S.V.- United States Patent №US6,592,51OB1 15.07.2003.

23. TREATMENT DEVICE FOR LUMBAR AND COXOFEMORAL ORGANS / Pletnev S.V.- EUROPEAN PATENT SPECIFICATION EP1044036 Bl, 23.06.2004.

24. Способ профилактики и лечения С.В., Руденко Э.М., Улащик B.C.- Патент Республики Бс|ларус»|ОДбЗДедА2.Щ|2004 г.

{ G Петербург I

i о» m № {

25. Синдром легочного повреждения / Плетнев СВ.- Евразийский патент №005255 от 14.09.04г.

26. Способ коррекции гемодинамики / Плетнев СВ.- Евразийский патент №005256 от 14.09.04 г.

Доклады и тезисы докладов на научных конгрессах и конференциях

27.Mohort V.A., Vvedensky V.L., Pletnev S.V. EFFECT OF LOW AMPLITUDE MAGNETIC STIMULAION FOR THE THERAPY OF PROSTATITIS AND GYNECOLOGIC DISORDERS // International Scientific Meeting on ELECTROMAGNETICS IN MEDICINE Chicago-USA, Nov 3-5 1997.- P. 64.

28.Улащик B.C., Чичкан Д.Н., Плетнев СВ. Общая магнитотерапия в комплексном лечении больных гипертонической болезнью // Актуальные проблемы восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии. Материалы международного конгресса «Здравница-2002» 8-10 октября 2002 г. Москва. -М.- 2002.- С 214.

29.Остапенко В.А., Улащик B.C., Чичкан Д.Н., Плетнев СВ. Метод гемомагни-тотерапии в комплексном лечении пациентов с распространенным атеросклерозом // Актуальные проблемы восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии. Материалы международного конгресса «Здравница-2002» 8-10 октября 2002 г. Москва.- М., 2002.- С 157.

30.Руденко Э.В., Чичкан Д.Н., Плетнев СВ. Низкочастотная магнитотерапия в комплексном лечении больных остеопорозом // Актуальные проблемы восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии. Материалы международного конгресса «Здравница-2002» 8-10 октября 2002 г. Москва.- М., 2002.-С 179.

31.Остапенко В.А., Василенко Р.М., Кручинский Н.Г., Тепляков А.Н., Плетнев С В. Клиническая эффективность экстракорпоральной аутогемомагнитотера-пии в комплексном лечении хронических форм ишемической болезни сердца и ишемической болезни головного мозга // Материалы научно-практической конференции «Эффективные и физико-химические методы терапии» 23-25 сентября 1998 г., Могилев.- С 199.

32.Кульчицкий СВ., Чичкан Д.Н., Кульчицкий В.А., Плетнев СВ. Выбор эффективных параметров воздействия низкочастотных магнитных полей на порог болевой чувствительности при лихорадке // Материалы научно-практической конференции «Эфферентные и физико-химические методы терапии» 23-25 сентября 1998 г., Могилев.- С 208.

33.Ткачев СВ., Чичкан Д.Н., Тихонов А.В., Улащик B.C., Плетнев СВ. Поиск наиболее эффективных параметров воздействия низкочастотных магнитных полей на тромбоциты и биохимические константы крови // Материалы научно-практической конференции «Эфферентные и физико-химические методы терапии» 23-25 сентября 1998 г., Могилев.- С. 213.

34.Кульчицкий СВ., Чичкан Д.Н., Плетнев СВ. Роль антиоксидантных систем в реакциях организма на действие магнитных полей низкой частоты // Материалы научно-практической конференции «Эфферентные и физико-химические методы терапии»' 23-25 Сентября 1998 г., Могилев.- С 199.

35.Плетнев С.В. Аппараты «СПОК» сегодня и завтра // Материалы Международной научно-практической конференции «Применение магнитных полей в медицине» 25-26 октября 2000 г., Оренбург.- С. 25-31.

36. Введенский В.В., Плетнев СВ. Определение состояния живой ткани путем динамических многочастотных биоимпедантных измерений // Материалы Международной научно-практической конференции «Применение магнитных полей в медицине» 25-26 октября 2000 г., Оренбург.- С. 70-87.

37. Грушин А.А., Мартынов B.C., Зубовский Д.К., Остапенко В.А., Плетнев СВ. Магнитная гемокоррекция в восстановлении и улучшении работоспособности спортсменов-лыжников высокой квалификации // Материалы международного сателлитного симпозиума «Физические факторы в повышении работоспособности, лечении и реабилитации легкоатлетов» 4-5 июня 2001 г., Минск.- С. 13-17.

38. Mishin A.A., Mohoit V.A., Pletnev S.V. Bioimpedance monitoring of pulsed magnetic therapy // Proceeding ofthe 1998 End International Conference Biomedical Engineering Days, May 20-22 1998 r. Istanbul Turkey.- P. 20-21.

39.Чичкан Д.Н., Плетнев СВ. Влияние низкочастотных магнитных полей на жизненно важные функции организма // Материалы Международного семинара «Конверсия научных исследований в Беларуси в рамках деятельности МНТЦ» 17-22 мая 1999 г., Минск.- С. 62-65.

40.Tchitchan D., Koulchitsky S., Pletnev S.V. EFFECT OF LOW-FREQUENCY MAGNETIC FIELDS ON ТЕ BLOOD LEVEL OF SH-COMPOUNDS DURING ACUTE PHASE REACTION ХП1 INTERNATIONAL BIOPHYSICS CONGRESS, 19-24 September 1999 r. New Delhi, India.

41.Руденко Э.В., Плетнев СВ. Применение импульсного магнитного поля для лечения и профилактики системного и околосуставного остеопороза у больных с ревматоидным артритом // Третий Российский симпозиум по остеопоро-зу.- Санкт-Петербург, 2000 г.- С. 115.

42.Rudenko E., Pletnev S. USE OF PULSED MAGNETIC FIELD FOR THE TREATMENS OF RHEVMATOID ARTRITIS and ARTHRITIS // Annual European Congress of RHEUMATOLOGY EVLAR 2000,21-24 June 2000 r. Nice.

43.3убовский Д.К., Остапенко В.А., Плетнев СВ. Магнитная гемокоррекция в восстановлении и улучшении работоспособности // Актуальные проблемы восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии. Материалы Международног форума.- Москва, 2002.- С. 85.

44.Vvedensky V.L., Pletnev Sergey. Micro analyzer for express assessment of the gas exchange function of human blood. THE Znd WTA DAEJEON TECHNOMART Daejeon, Korea.- 2001.- P. 217.

45.0стапенко В.А., Зубовский Д.К., Климов Д.В., Плетнев СВ., Буланова К.Я. Применение переменного магнитного поля в комплексном лечении больных атеросклерозом // «Космос и биосфера», тезисы докладов Международной Крымской конференции, 28 сентября - 4 ноября 2003 г.- Партенит.- Крым, Украина.-С. 181.

46.Буланова К.Я., Лобанок Л.М., Остапенко В.А., Климов Д.В., Плетнев СВ. Информационные процессы в эффектах восприимчивости живыми организ-

36 №22 7 0 6

36

мами сверхмалых доз веществ и низкоинтенсивных физических факторов // «Космос и биосфера», тезисы докладов Международной Крымской конференции, 28 сентября - 4 ноября 2003 г.- Партенит.- Крым, Украина.- С. 138.

Нормативно-информационныеиздания, методическиерекомендациии инструкции

47.Остапенко В.А., Плетнев СВ. и др. Метод электрокорпоральной аутогемомаг-нитотерапии (ЭАГМТ) в комплексном лечении пациентов с распространенным атеросклерозом, пострадавших в результате катастрофы на ЧАЭС (Инструкция на метод, утверждена 26.12.2000 г. per. № 109-0010).

48.Холодова Е.А., Плетнев СВ., Улащик B.C. и др. Синдром диабетической стопы: Диагностика. Профилактика. Лечение: Практические рекомендации.-Минск: Бел. Центр научной мед. инф., 2000.- 36 с.

49.Холодова Е.А., Улащик B.C., Мохорт Т.В., Заборовская З.Я., Ромейко Д.И., Белоид И.К., Катушкина А.П., Плетнев СВ. Синдром диабетической стопы: Диагностика. Профилактика. Лечение: Практические рекомендации.- Минск: Бел. Центр научной мед. информации, 2000.- 36 с.

50.Остапенко В.А., Улащик B.C., Кручинский Н.Г., Кирковский В.В., Плетнев СВ., Тепляков А.И., Митьковская М.П. и др. Электракрпоральная аутогемо-магнитотерапия: Методическое пособие для врачей.- Минск, 2001.- 27 с.

51.Плетнев СВ., Остапенко В.А., Португалов СН. Низкочастотная магнитотера-пия. Новые средства и методы восстановления и адаптации высококвалифицированных спортсменов: Методические рекомендации.- Москва: ВНИИФК, 2004.-С 12-15.

52. Технические условия ТУ РБ 14506074.005-96: Аппараты магнитного воздействия АМВ «СПОК», Минск.- 1996.- 22 с.

53. Технические условия ТУ РБ 14506074.006-98: Аппараты магнитного воздействия «СПОК-1», Минск.- 1998.- 25 с.

54. СВ. Плетнев. Методика расчёта магнитного поля и вихревых токов в проводящих средах. В сб. «В мире неразр. контр, и диагн. мат-лов, пром. изделий и окруж. среды. Мат-лы IV Всерос. с межд .участием научно-прак. сем-pa. -СПб.: СЗТУ, 2003.- С 2-17

АВТОРЕФЕРАТ ПЛЕТНЕВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И НАПРАВЛЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА СОСТОЯНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Лицензия ЛР №020308 от 14.02.97

Подписано в печать 01.11.04_Формат 60x84 1/16_

Б.ки.-жури. Пл.2.4 Бл. 1,2 РТПРИОСЗТУ _Тираж 100_Заказ 934_

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО, СЗТУ, член издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт- Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В СОВРЕМЕННОЙ МЕДИЦИНЕ

1.1. Введение и краткая историческая справка

1.2. Биофизические и биохимические основы магнитотерапии

1.3. Механизмы физиологического и терапевтического действия

1.4. Показания к лечебному применению магнитных полей

1.5. Противопоказания

1.6. Магнитные поля биологического происхождения и их использование в медицине

1.7. Магнитно-резонансная томография

1.8. Магнитная стимуляция - помощь при лечении психических расстройств

1.9. Обзор применения магнитов в медицине

1.10. Виды и классификация магнитных полей

1.11. Современное состояние магнитотерапии

1.11.1. Основные достижения магнитотерапии

1.11.2. Перспективные направления развития магнитотерапии

1.11.3. Разработка новых технологий в магнитотерапии

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩИХ СРЕДАХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ

2.1. Общий случай расчёта магнитного поля и вихревых токов в проводящих средах при изменении тока в соленоиде

2.2. Программные средства расчета величин магнитных и электрических полей и вихревых токов и картины пространственного распределения их векторных полей

2.3. Распределение магнитных полей и вихревых токов в проводящих средах

ГЛАВА 3. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ БИОИМПЕДАНСНОГО

МЕТОДА КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

3.1. Общие положения

3.2. Применение биоимпедансных методов в медицине

3.2.1. Биофизические основы измерения импеданса живых тканей

3.2.2. Технические особенности измерения биоимпеданса

3.3. Контроль воздействия низкочастотной импульсной магнитотерапии на живую ткань методом динамических многочастотных биоимпедансных измерений

3.3.1. Система мониторинга магнитотерапевтического воздействия прибора ГинеСпок биоимпедансным методом в субкилогерцовом диапазоне частот

3.3.2 Система мониторинга магнитотерапевтического воздействия прибора ГинеСпок биоимпедансным методом в субмегагерцовом диапазоне частот

3.3.3 Применение биоимпедансного метода для измерения медленных релаксационных процессов в живых тканя

ГЛАВА 4. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГОВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

4.1. Выбор типа магнитной стимуляции

4.2. Разработка генератора тока для питания индуктора

4.3. Исследование влияния материала сердечника на эффективность работы индуктора

4.4. Поиск оптимальной конструкции индуктора для магнитотерапии простатита

4.5. Обмеры магнитного поля вокруг индуктора ПроСПОК

4.6. Разработка индуктора для импульсной магнитотерапии в гинекологии

4.7. Разработка индуктора для проведения общей импульсной магнитотерапии

4.8. Разработка индуктора для неинвазивной гемомагнитотерапии

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ МЕТОДАМИ НИЗКОЧАСТОТНОЙ МАГНИТОТЕРАПИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АППАРАТОВ СЕРИИ «СПОК» В КЛИНИЧЕСКОЙ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ МЕДИЦИНЕ

5.1. Механизмы биологического действия магнитных полей

5.2. Клиническое применение аппаратов «СПОК»

5.3. Аутогемомагнитотерапия в клинической практике

5.4. Повышение и восстановление физической активности и выносливости с помощью низкочастотных МП

5.5. Основные разработки, выполненные по результатам диссертационных исследований

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

С незапамятных времен (Гиппократ, Авиценна) в медицине использовались постоянные магниты, которые оказывали положительное лечебное действие при тех или иных недугах. Еще древние инки отметили, что эффект от магнитных камней намного выше, когда больной проходит около них, т.е. когда происходит изменение Магнитного поля, поэтому особый интерес представляют переменные, т.е. изменяющиеся во времени электромагнитные поля.

Чрезвычайно широкое распространение в различных областях науки, техники и особенно в биологии и медицине получили магнитные поля и магнитные методы контроля. Биологическая наука первой половины XX века уверенно описывала жизненные функции, вовсе не учитывая существования каких-либо магнитных полей. Более того, некоторые биологи считали нужным подчеркнуть, что даже сильное искусственное магнитное поле не оказывает никакого влияния на биологические объекты.

В последние годы России и за рубежом интенсивно развивается магнитотера-пия, базирующаяся на лечебно-профилактическом применении магнитных полей различных параметров. Многочисленные экспериментальные исследования и клинические наблюдения указывают на высокую терапевтическую эффективность магнитных полей, хорошую их совместимость с другими лечебными средствами. Как физиологическое, так и лечебное действие магнитных полей многообразно и весьма существенно зависит от параметров и методик использования. Поэтому, несмотря на обилие публикаций, многие вопросы магнитотерапии остаются неясными, требующими обсуждения и исследования. Актуальной проблему магнитотерапии делает и постоянное появление новых магнитотерапевтических аппаратов, методик и способов применения магнитных полей.

На протяжении длительного времени выпускалось достаточно много оборудования, основанного на действии переменных электромагнитных полей. Это были аппараты и приспособления сравнительно несложные по конструкции, при этом характеристики магнитного поля находились в диапазоне от 0 до 100 Гц с частотами: 6; 12,5; 25; 50; 100 Гц. К таким аппаратам относятся «Полюс-1», «Полюс-2», «Полюс 01», «Алимп» и др.

Необходимо также отметить, что величина магнитной индукции колебалась в диапазоне 1-50 мТл, при этом в основном использовались соленоиды с очень небольшой величиной магнитной индукции (1-5 мТл).

В последнее десятилетие широкое распространение получили импульсные магнитотерапевтические приборы. Во многих научных центрах проводятся исследования по изучению влияния магнитных полей на биологические системы. Одним из основных эффектов воздействия импульсного магнитного поля является генерация индукционных токов — магнитная стимуляция. Она имеет ряд важнейших преимуществ по сравнению с прямой электростимуляцией:

1) Отсутствуют электроды, которые вызывали неприятные ощущения и раздражение кожи;

2) Бесконтактность воздействия, что позволяет проводить процедуры через повязки, одежду и т.д.;

3) Замкнутость линий тока и их концентрация вблизи индуктора делают воздействие пространственно сосредоточенным и остронаправленным (локальное, адресное).

К электрическим токам, индуцируемым такими полями, чувствительна, в первую очередь, нервная система. Следует отметить, что самая высокая чувствительность к электрическому полю наблюдается в ампулах Лоренци-ни, расположенных на концах нервных волокон, ведущих в центральную нервную систему, но даже и без этих естественных «усилителей» концы нервных волокон наиболее чувствительны к электрическому полю, особенно в органах чувств. Так, эффект влияния импульсного магнитного поля на зрение (глаз) был обнаружен еще в XIX веке.

Воздействие на организм может быть как высоко-, так и низкоамплитудным.

Высокоамплитудная стимуляция — это индукция поля более 1 Тл и длительность импульса менее 1 мс (прибор «Сета»). Резкий импульс вызывает столь значительный сдвиг трансмембранного потенциала клетки, что одновременно множество нервных импульсов (спайков) начинают движение по нервным волокнам, подвергшимся стимуляции. При одновременном срабатывании многих нейронов эффект стимуляции очевиден: человек чувствует удар.

Низкочастотная стимуляция — это индукция поля менее 100 мТл (0,1 Тл) и длительность импульса более 1 мс. Влияние низкочастотной стимуляции (подпо-роговой) проявляется как долговременное изменение режима работы стимулируемого органа. При процедуре нервные волокна, ганглии, сплетения находятся под действием импульсных магнитных полей и индуцированных ими токов; сами по себе токи небольшие, чтобы генерировать нервные импульсы, но они вызывают усиление возбудимости нейронов, включенных в контролирующую нервную систему (принцип «потряхивания клетки»). Замыкание петель управления может происходить на уровне ганглиев спинного мозга или ещё выше.

Существуют приборы, имеющие магнитные поля с индукцией более 1 Тл, т.е. служащие для высокоамплитудной стимуляции (Сета, Неотонус). Это грубое, жесткое, ударное воздействие на ткань, орган; при этом идет стимуляция периферической нервной системы с дальнейшим резким сокращением мышц тех или иных органов (аборт, стимуляция продольных мышц мочевого пузыря при нарушении его уренофункции). Принцип работы приборов такого класса основан на очень коротком импульсе — 0,01 мс. При этом трудно ожидать терапевтический эффект.

Имеется целая группа приборов, основанных на так называемом «резонансном» принципе, являющемся одной из широко изучаемых теорий действия магнитных полей на живой организм. Большая работа проделана в этом направлении польской фирмой «Vita life», пропагандирующей аппарат MRS-2000. При этом очень небольшое магнитное поле правильной специальной формы, как утверждают авторы, вызывает положительные стимулирующие эффекты во всем организме, а именно об этом идет речь, так как человек лежит на специальном магнитном матрасе. Наши исследования, проводимые при помощи специального оборудования, показали разнообразие реакций на магнитные поля, а также характера магнитной чувствительности органов и тканей. Это явление мы сравниваем с группами крови, а видов магнитной чувствительности гораздо больше. При этом следует ответить, что магнитная чувствительность претерпевает циклические изменения, которые находятся под влиянием как естественных внешних полей, так и процессов, происходящих внутри организма. Но мы не обнаружили какой-либо реакции организма на воздействие магнитными полями с величиной индукции 40 цТл и менее, характерных для аппарата MRS-2000.

Используя собственный опыт и последние достижения в этой области, мы разработали оборудование для магнитотерапии. В его основу положено: бесконтактное, мягкое, локальное, адресное, максимально приближенное к естественному биологическому состоянию клетки, ткани, органа воздействие импульсным магнитным полем специальной формы. При этом для каждого органа имеется специальный индуктор, который позволяет достичь максимального эффекта, основанного на создании поля, характеристики которого наиболее достоверно соответствуют именно данному органу или ткани. Наши аппараты могут применяться как при комплексном лечении традиционное и нетрадиционное), так и в некоторых случаях как монотерапия.

Аппараты «СПОК» просты и надежны в эксплуатации, они состоит из генератора импульсов, который питает индуктор импульсами тока с несущей частотой 10 Гц и внутриимпульсной частотой 40-160 Гц, что совпадает с характерным ритмом организма. Величина магнитного поля, воздействующая на орган, составляет 10-50 мТл (от пика до пика), что индуцирует электрическое поле поа рядка 1 мВ/см, причем плотность тока в ткани достигает 10 мкА/см .

Аппараты «СПОК» оказывают подпороговое воздействие на орган, при этом происходят долговременные положительные изменения в его работе. Наблюдается исчезновение болей, повышение рассасывающего эффекта, снятие отечности, улучшение локальной микроциркуляции, приводящей к оптимальному поступлению лекарственных препаратов к больному органу, при этом изменяется состав микрофлоры, лейкоцитарный индекс и т.п.

К несомненным достоинствам наших приборов следует отнести их высокую клиническую эффективность при отсутствии побочных явлений. Из противопоказаний, можно отметить: беременность (хотя последние исследования говорят об обратном), наличие имплантатов из ферромагнитных материалов, высокую температуру тела и сильный инфекционный очаг в месте воздействия (например, гонорея при лечении простатита, гинекологических заболеваний).

В настоящее время по результатам диссертационной работы разработаны и выпускаются аппараты:

1. «ПРОСПОК» — широко используется при лечении хронического простатита и простатопатии, а также психогенной эректильной дисфункции в сочетании с хроническим простатитом. На Всемирном конгрессе (3-5 ноября 1997 г.) в Чикаго, США, признан лучшим среди аппаратов этого направления.

2. «ГИНЕСПОК»— используется при лечении различных женских заболеваний: хронического воспаления придатков матки, эндоцервицита, кольпита, спаечной болезни малого таза, первичного и вторичного бесплодия, алгоменореи, а также в послеоперационном реабилитационном периоде.

3. «ДЕРМСПОК» — используется при лечении различной хронической кожной патологии — экзема, нейродермит, псориаз, болезнь Пейрони, кожный зуд и коллоидные рубцы.

4. «УНИСПОК» — универсальный аппарат, включающий в себя аппараты «ПРОСПОК» — «ГИНЕСПОК», «ДЕРМСПОК».

5. «ОРТОСПОК»— применяется при лечении периатрита, артроза, ревматоидного артрита, остеопороза, коксартроза, болезни Рейно, а также в послетравматическом реабилитационном периоде.

6. «ГЕМОСПОК» — используется при лечении ишемической болезни сердца и прогредиентной ишемической болезни мозга, различных видов сепсиса методом экстракорпоральной аутогемомагнитотерапии.

7. «ДИАБСПОК» — применяется при лечении «диабетической стопы» у больных сахарным диабетом; в качестве генератора используется «ОРТОСПОК».

8. «НЕВРСПОК» — используется при различных неврологических заболеваниях (остеохондроз и т.п.). В качестве генератора применяется «ОРТОСПОК».

9. «УНИСПОК-М» — высокоэффективный аудиомагнитотерапевтиче-ский аппарат для комбинированного воздействия музыки и магнитного поля. Он предназначен для лечения тех же заболеваний, что и «УНИСПОК». «УНИСПОК-М» уникален тем, что технически возможно создание «музыкального» магнитного поля, т.е. звуковой сигнал преобразуется в магнитное поле такого же частотного диапазона.

При этом возможны три режима работы прибора:

- Чисто музыкальный — 100% музыкальное поле.

- Базовый — поле в режиме стандартного генератора «УНИСПОК».

- Комбинированный — формируется поле с наложением музыкального и стандартного режимов.

Использование двух факторов (музыки и магнитного поля) позволяет не только усилить влияние каждого из них, но и получить необычное, высокоэффективное терапевтическое действие. Применение этого аппарата при подготовке и выступлении наших спортсменов на Олимпиаде в Сиднее было весьма результативным, а именно: значительно сократились сроки адаптации к часовым и климатическим условиям, повысился общий эмоциональный тонус и физическая работоспособность. Наши аппараты получили высокую оценку спортсменов, тренеров и врачей сборных команд.

При этом возможности аппарата гораздо шире, и новые схемы использования мы получим после завершения научных исследований.

10. Диагностический аппарат — применяется для измерения магнитного сопротивления ткани; по этой величине (ее отклонению от нормы) оценивают состояние организма, эффективность того или иного воздействия (физического, фармацевтического и т.п.).

11. «УРОСПОК» — применяется для лечения и стимуляции, также как и аппараты «ПРОСПОК», «ГИНЕСПОК», но без внутриполостного воздействия с помощью специального индуктора — «седла» велотренажера; в качестве генератора используется «ОРТОСПОК».

12. «ОРТОСПОК-У» — включает в себя аппараты «ОРТОСПОК», «ДИ-АБСПОК», «УРОСПОК».

13. С учетом положительного опыта воздействия магнитных полей на весь организм нами изготовлен магнитотерапевтический стимулирующий мат, который работает от генератора «УНИСПОК-М».

Очень перспективным, на наш взгляд, является комбинированное использование локальной и системной магнитотерапии при хроническом простатите, гинекологической патологии, нарушениях опорно-двигательного аппарата, неврологических, кожных болезнях и др. Нами создана хорошая техническая возможность, так как в качестве источника питания используется один генератор «УНИСПОК».

Перспективы совершенствования магнитотерапевтического оборудования «СПОК»:

1) Изучение, классификация и обобщение результатов исследования позволили изготовить аппарат (работа в этом направлении близка к завершению), автоматически определяющий величину и время воздействия на пациента. При этом модуляция магнитного поля будет производиться по измеряемому импедансу ткани пациента.

2) Дальнейшая разработка и создание аппаратов комплексного, комбинированного воздействия с использованием различных физических факторов — света, звука, тепла, холода и т.п.

Среди нерешенных и перспективных вопросов отметим: необходимость более полного и точного описания механизмов действия магнитных полей на здоровый и больной организм; разработку проблем общей и специальной магнитотерапии, оптимизацию лечебных методик при самых различных заболеваниях; совершенI ствование магнитотерапевтической аппаратуры. Особенно острой является проблема создания высокочувствительных современных методов и средств контроля и оценки степени воздействия магнитного поля различной формы и параметров на биологические объекты в норме и патологии.

В данной работе предлагается система контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов основанная на использовании методов динамических многочастотных биоимпедансных измерений и низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине

Таким образом, в диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1984-2004 годах исследований в области создания системы контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов с использованием биоимпедансных методов и импульсных магнитных полей определенной формы и параметров.

Цель работы - совершенствование методов контроля и создание научно обоснованных технических решений направленного воздействия магнитных полей на биологические объекты, обеспечивших внедрение в биологическую и медицинскую практику новых методов и средств контроля и магнитотерапевтиче-ских технических устройств, основанных на использовании низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров, позволивших значительно расширить области использования методов магнитотерапии.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Анализ современного состояния методов и средств контроля, воздействия магнитных полей на биологические объекты.

2. Анализ воздействия магнитных полей различных форм и параметров на состояние биологических объектов.

3. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для анализа распределения магнитных полей в проводящих элементах технических устройств, используемых для воздействия магнитных полей на биологические объекты.

4. Разработка научных основ методов динамических многочастотных биоимпедансных измерений для оценки воздействия магнитных полей на биологические объекты.

5. Определение требований, предъявляемых к средствам биоимпедансного контроля магнитного воздействия на биологические объекты.

6. Проведение экспериментальных исследований при воздействии низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине.

7. Проведение опытно-промышленных испытаний и освоение биоимпе-дансных методов контроля и аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Показана возможность и эффективность использования биоимпедансного метода контроля воздействия магнитного поля на биологические объекты, основанного на измерении диэлектрических параметров живой ткани.

• Экспериментальные данные, получаемые прибором для многочастотного измерения биоимпеданса, дают значительный массив информации, позволяющий детально описывать динамику процессов в живой ткани, что может представлять диагностическую ценность при анализе различных патологических состояний.

• В результате теоретических и экспериментальных исследований получены аналитические выражения для описания распределения магнитного поля в биологических объектах и проводящих материалах, используемых в устройствах воздействия магнитных полей на биологические ткани.

• В результате теоретических и экспериментальных исследований показана перспективность измерения проводимости тканей в субмегагерцовом диапазоне для контроля магнитотерапевтического воздействия аппаратов серии СПОК.

• При изменении проводимости в ходе магнитотерапевтической процедуры выявлено сложное поведение частотных свойств тканей. Наибольшая стабильность отклика наблюдалась на частоте 125 кГц, а наибольшее разнообразие сценариев поведения — на частоте 1 МГц.

• Установлено, что влияние магнитотерапии на межсистемный уровень заключается в информационно-энергетическом эффекте магнитного воздействия на биологические системы, что достигается за счет увеличения скоростей биохимических реакций и обменных процессов в зоне воздействия, стимуляции регенерации и повышения возбудимости нервно-мышечных процессов, улучшения микроциркуляции.

• Разработаны основные требования и предложены технические решения, защищенные рядом авторских свидетельств и патентов, обеспечивающие разработку аппаратов серии СПОК, основанных на использовании методов низкочастотного магнитного воздействия на биологические объекты.

• На основе результатов диссертационного исследования предложены методологические принципы магнитотерапевтической системы с использованием аппаратов серии СПОК в клинической и восстановительной медицине.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработаны аналитические алгоритмы и программы, позволяющие получать все необходимые данные для расчета и изготовления индукторов, с помощью которых формируются магнитные поля конкретных видов и величин;

- разработаны и освоены в промышленности приборы нового поколения серии «СПОК» (Униспок, Проспок, Гинеспок, Дермспок, Ортоспок, Уроспок, Ди-абспок, Гемоспок, Стимулспок, Музиспок, Неврспок). Сертификат соответствия РОСС ВY.PBO 1 .В 10552, РОСС BY.PB01.B03759, РОСС BY.PB В10553; регистрационные удостоверения ИМТ №ИМ-0.352, ИМТ №ИМ-0374, ИМТ №ИМ-7.632, МЗ РФ №2001/324, МЗМПР №97/719, МЗ РФ №2000/184, МЗМПР №98/511;

- разработаны и внедрены в медицинскую практику методические рекомендации по использованию аппаратов СПОК в медицинской практике;

- выполнены работы по разработке технологического обеспечения, сертификации выпускаемого оборудования, разработаны ТУ РБ 14506074.005-96, ТУ РБ 14506074.006-98;

- приборы серии «СПОК» внедрены более чем в 500 научных и лечебных учреждениях, в том числе: Всероссийском научном центре восстановительной медицины и курортологии, РНЦ «Курчатовский институт», Всероссийском научно-исследовательском институте физической культуры и спорта, Московском научном центре спортивной медицине, Санкт-Петербургской военно-медицинской академии, Оренбургской областной клинической больнице, Главном клиническом госпитале МВД РФ и др., а также поставлены на экспорт в Германию, Швейцарию, США, Австрию, Италию, Болгарию, Чехию, Венгрию, Польшу, Китай, Южную Корею, Чехию, Турцию;

- использование аппаратов СПОК в медицинской практике позволяет качественно улучшить оказание лечебно-оздоровительных услуг, сократить время лечения и реабилитации, число койко дней на каждого пациента. Лечение на аппаратах «СПОК» прошло более 300000 пациентов;

- использование аппаратов СПОК в спортивной практике позволяет повысить работоспособность спортсменов, улучшить восстановление после нагрузок, что позволяет показывать высокие результаты на различных соревнованиях. Аппараты «УниСПОК», «Ортоспок» использовались при подготовке и участии спортсменов на Летних Олимпийских играх в Сиднее и Афинах, Зимних Олимпийских играх в Солт-Лейксити.

На защиту выносится комплексное решение научно обоснованной системы контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов с использованием биоимпедансных методов и импульсных магнитных полей определенной формы и параметров, позволившей значительно расширить области использования методов магнитотерапии, включающей в себя:

1. Единый системный подход к решению задач разработки методов и средств контроля и направленного воздействия магнитных полей на состояние биологических объектов.

2. Полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований аналитические зависимости для описания распределения магнитных полей в биологических и проводящих средах.

3. Теоретические основы разработки алгоритмов и программ, необходимых для разработки методик контроля биологических объектов биоимпедансным методом.

4. Научное обоснование возможности использования биоимпедансного метода контроля, основанного на измерении электрической проводимости живой ткани, для проведения экспрессного контроля направленного воздействия низкочастотных магнитных полей на биологические объекты.

5. Основные требования, предъявляемые к средствам направленного воздействия магнитных полей и к биоимпедансным методам контроля, предназначенным для измерения и оценки степени воздействия магнитных полей на биологические объекты и соответствующие технические решения, положенные в основу магнитотерапевтических устройств типа «СПОК».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Разработаны научные основы биоимпедансного метода для оценки воздействия магнитных полей на биологические объекты, основанного динамических многочастотных измерениях проводимости живой ткани.

2. Экспериментальные данные, получаемые прибором для многочастотного измерения биоимпеданса, дают значительный массив информации, позволяющий детально описывать динамику процессов в живой ткани, что может представлять диагностическую ценность при анализе различных патологических состояний.

3. В результате теоретических и экспериментальных исследований показана перспективность измерения проводимости тканей в субмегагерцовом диапазоне для контроля магнитотерапевтического воздействия аппаратов серии СПОК.

4. При изменении проводимости в ходе магнитотерапевтической процедуры выявлено сложное поведение частотных свойств тканей. Наибольшая стабильность отклика наблюдалась на частоте 125 кГц, а наибольшее разнообразие сценариев поведения — на частоте 1 МГц.

5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для анализа распределения магнитных полей в биологических объектах и проводящих элементах технических устройств, используемых для воздействия магнитных полей на биологические объекты.

6. Разработаны основные требования и предложены технические решения, защищенные рядом авторских свидетельств и патентов, обеспечивающие разработку аппаратов серии СПОК, основанных на использовании методов низкочастотного магнитного воздействия на биологические объекты;

7. Разработаны аналитические алгоритмы и программы, позволяющие получать все необходимые данные для расчета и изготовления индукторов, с помощью которых формируются магнитные поля конкретных видов и величин.

8. Разработаны и освоены в промышленности приборы нового поколения серии «СПОК» (Униспок, Проспок, Гинеспок, Дермспок, Ортоспок, Уроспок, Диабспок, Гемоспок, Стимулспок, Музиспок, Неврспок).

9. Проведены экспериментальные исследования при воздействии низкочастотных импульсных магнитных полей определенной формы и параметров с использованием аппаратов серии «СПОК» в клинической и восстановительной медицине. Установлено, что влияние магнитотерапии на межсистемный уровень заключается в информационно-энергетическом эффекте магнитного воздействия на биологические системы, что достигается за счет увеличения скоростей биохимических реакций и обменных процессов в зоне воздействия, стимуляции регенерации и повышения возбудимости нервно-мышечных процессов, улучшения микроциркуляции.

10. Осуществлено широкомасштабное внедрение в медицинскую практику:

- методических рекомендаций по использованию аппаратов СПОК в медицинской практике;

- выполнены работы по разработке технологического обеспечения, сертификации выпускаемого оборудования, разработаны ТУ РБ 14506074.005-96, ТУ РБ 14506074.006-98;

- приборов серии «СПОК» внедрены более чем в 500 научных и лечебных учреждениях.

Заключение.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что измерения электрического импеданса живых тканей в субмегегерцовом диапазоне частот дают новую информацию о протекании процессов в живых тканях в ответ на внешнее воздействие. В настоящей работе исследовано влияние механического воздействия в виде наложения электрода. Набор данных, получаемых прибором для многочастотного измерения биоимпеданса, дает значительный массив информации, позволяющий детально описывать динамику процессов в живой ткани, что может представлять диагностическую ценность при анализе различных патологических состояний.

ГЛАВА 4. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

4.1. Выбор типа магнитной стимуляции

В результате анализа различных методов электрического и магнитного воздействия на живые организмы в терапевтических целях, был предложен тип магнитной стимуляции со следующими характерными чертами.

1) Магнитное поле должно быть импульсным, что эффективно генерирует индукционные токи, взаимодействующие с живой тканью. В отличие от методов электрической стимуляции с использованием кожных или внутриполостных электродов, магнитная стимуляция не требует контактов, которые вызывают неудобства при клиническом применении. При магнитном воздействии линии наводимых токов замыкаются вокруг силовых линий поля, не выходя на поверхность. Это обеспечивает хорошую локализацию воздействия.

2. Ритм чередования импульсов поля должен соответствовать характерным собственным ритмам организма. Нами было выбрано воздействие поля с основной частотой 10 герц, что соответствует доминирующему ритму в нервной и мышечной системах организма человека.

3. Ввиду сложности объекта воздействия, то есть органа подвергаемого магнитотерапевтической процедуре, трудно ожидать, что имеется лишь одна частота на которой воздействие будет эффективным. Поэтому форма импульса магнитного поля выбиралась так, чтобы его частотный спектр был достаточно широким. Спектр был выбран колоколообразным, с максимумом от 90 до 120 герц и плавным спадением к 10 Гц и 200 Гц. Выбор этого диапазона основывается на результатаах исследований электрических свойств живых тканей [1], указывающих на очень резкое изменение динамической диэлектрической проницаемости живой ткани в этом диапазоне частот. Это объясняется свойствами мембран клеток, несущих поверхностный электрический заряд (нервные, мышечные и др.).

4. Диапазон амплитуды импульсов поля выбирался исходя из возможности генерации максимального магнитного поля в условиях ограничесний, накладываемых размером индуктора и тепловыми нагрузками при длительных процедурах. В дальнейшем амплитуда корректировалась с учетом результатов клинических испытаний.

4.2. Разработка генератора тока для питания индуктора

Технические требования к источнику импульсных токов определяются формой импульсов. Типичная форма сигнала показана на Рис. 1. Сигнал представляет собой последовательность импульсов нерегулярной формы следующих с частотой 10 Гц. Данный сигнал имеет широкополосный спектр (Рис.2). Форма сигнала записана в памяти прибора в цифровом виде. Сигнал синтезируется с помощью аналого-цифрового преобразователя и усиливается генератором тока. Блок-схема аппарата серии СПОК представлена на рисунке 3. Амплитуда выходного тока аппаратов ПроСПОК, ГинеСПОК, ДермСПОК и ГемоСПОК составляет 8А, аппарата ОртоСПОК - 10А. При этом мощность потребляемая из сети переменного тока 220 В, 50 Гц не превышает 50 Вт.

Рис. 4.2.1. Форма импульсов применяемая для магнитотерапии

Рис. 4.2.2. Частотный спектр магнитотерапевтического сигнала. Гребенчатый характер спектра объясняется наличием частоты повторения импульсов равной 10 Гц.

Рис. 4.2.3. Функциональная схема аппарата серии СПОК. - Блоком реле оснащается аппарат ОртоСПОК для коммутации различных типов индукторов. - Микшером оснащается аппарат МузиСПОК для микширования музыки в импульсный сигнал.

4.3. Исследование влияния материала сердечника на эффективность работы индуктора

Исследовались три вида сердечников: трансформаторное железо, феррит и сталь СТЗ (в качестве контрольного образца). Форма и размер сердечников выбирались с учетом технологичности и доступности при серийном производстве. В качестве источника тока использовался аппарат ПроСПОК. Магнитное поле измеряелось с помощью индукционной катушки с 700 витками медного провода диаметром 0,11 мм, намотанной на цилиндр диаметром 9 мм. Длина намотки 5 мм, толщина намотки 2 мм. Для оценки эффективности генерации магнитного поля различными моделями индукторов измерительная катушка размещалась у торца индуктора (индуктор и измерительная катушка сосны, расстояние между индуктором и катушкой 10 мм) и сбоку от индуктора (ось индуктора параллельна оси измерительной катушки, расстояние между осями 25 мм). При измерениях контролировалась интенсивность нагрева индуктора. Контроль нагрева осуществлялся органолептически.

1. Боголюбов В.М., Пономаренко Г.Н. Общая физиотерапия: Учебник. — М., СПб.: СЛП, 1998. —480 с.

2. Э.Г.Калашников. "Общий курс физики". Электричество. "Наука". Москва. 1977. Гл.8, стр.150.

3. В.В. Батыгин, И.Н.Топтыгин. "Сборник задач по электродинамике". "Наука". Москва. 1970. Гл.У, стр.62.

4. S.J.Williamson, L.Kaufman, JMMM, 1981, 22, 129.

5. Демецкий A.M., Чернов В.Н., Попова Л.И. Введение в медицинскуюмагнитологию. — Ростов-на Дону: Изд-во РГУ, 1991. — 96 с.

6. Григорян Г.Е. Магниторецепция и механизмы действия магнитныхполей на биосистемы. — Ереван: НАН РА, 1999. — 80 с.

7. Плеханов Г.Ф. Основные закономерности низкочастотной электромагнитобиологии. — Томск: Изд-во ТГУ, 1990. — 1987 с.

8. Системы комплексной электромагнитотерапии / Под ред. A.M. Беркутоваи др. — М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. — 376 с.

9. Соловьева Г.Р. Магнитотерапевтическая аппаратура. — М.: Медицина,1991. — 176 с.

10. Улащик B.C. Новые методы и методики физической терапии. —

11. Минск: Беларусь, 1986. — 176 с. И. Улащик B.C., Лукомский И.В. Основы общей физиотерапии. — Минск; Витебск, 1997. —256 с.

12. Холодов Ю.А. Мозг в электромагнитных полях. М.: Наука, 1982. — 123 с.

13. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. Учебное пособие для студентов вузов. М., Энергия, 1972.

14. Ю.С.Русин. Расчет электромагнитных систем. Энергия. Ленинградское отделение. 1968.

15. Сергеев В.Г., Шихин А.Я. Магнитоизмерительные приборы и установки. М., Энергоиздат, 1982.

16. Панин В.В. и др. Измерение импульсных магнитных полей. Энероатом-издат. 1987.

17. Сергеев В.Г. и др. Магнитоизмерительные приборы и установки. Энергоиздат, 1982

18. Любчик М.А. Оптимальное проектирование силовых электромагнитных механизмов. М., Энергия, 1974

19. Бэрк г. Справочное пособие по магнитным явлениям. Энероатомиздат. 1991

20. Козлов Г.Д. Коммутация магнитного потока. М., Энергия, 1974

21. Миловзоров В.П. Электромагнитная техника. Энергия. Ленинградское отделение. 1964.

22. Сидоров И.Н. и др. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники: Справочник. М., Радио и связь. 1989.

23. Рабкин Л.И., Новиков З.И. Катушки индуктивности на ферритовых сердечниках. Л., Энергия, 1972.

24. ГОСТ 18311—80. Изделия электротехнические. Термины и определения.

25. ГОСТ 23618—79. Изделия из ферритов и магнитодиэлектриков. Термины и определения.

26. Белопольский Н. И., Каретникова Е. И., Пикалова Л. Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности.—М.: Энергия, 1973.—272 с.

27. Злобин В. А., Муромкина Т. С., Поспелов П. В. Изделия из ферритов и магнитодиэлектриков.—М.: Сов. радио, 1972.—240 с.

28. Аморфные прецизионные сплавы (образная информация) / Б. В. Моло-тилов, А. Ф. Прокошин, Н. М. Давыдова, Г. И. Николаева.— М.: Черме-тинформа-ция. Сер. Металловедение и термическая обработка.—1981.— Вып. 2—15-18 с.

29. Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы.—М.: Высшая школа, 1986.—352 с.

30. Касаткин А.С. Основы электротехники: Учебное пособие для сред. ПТУ. М.: Высшая школа, 1986 г.

31. Альтман А.Б. и др, Постоянные магниты. Справочник. Под. ред. Ю.М. Пятина. М., Энергия, 1971.

32. Хек К. Магнитные материалы и их техническое применение. Пер. с нем. М., Энергия, 1973.

33. Э.Г.Калашников. "Общий курс физики". Электричество. "Наука". Москва. 1977. Гл.8, стр. 150.

34. В.В. Батыгин, И.Н.Топтыгин. "Сборник задач по электродинамике". "Наука". Москва. 1970. Гл.У, стр. 62.

35. Соловьева Г. Р. Магнитотерапевтическая аппаратура. — М.: Медицина, 1991. 176 с.

36. Общее магнитное воздействие и его применение в лечебных и восстановительных целях / Под. ред. А. М. Беркутова. — Рязань: Радиотехническая акад., 1996. —112 с.

37. Программирование лечебного действия динамических магнитных полей,генерируемых полимагнитной системой «Аврора МК»: Методические рекомендации / Под ред. Ю. И. Карташова. — Рязань: Радиотехническая акад., 1996. —52 с.

38. А. с. 764191 (СССР), МКИ A 61N 2/00. Устройство для воздействия магнитным полем / Ю. Б. Кириллов, А. Г. Епифанов, Е. М. Прошин и др.

39. Патент 2003361 С1 (РФ), МКИ A 61N 2/02. Устройство для воздействиямагнитным полем / А. М. Беркутов, СВ. Груздев, В. Г. Кряков и др. — Опубл. 1993, Бюл. № 43-44.

40. Патент 2033206 С1 (РФ), МКИ A 61N 2/04. Способ лечения артериальныхсосудистых заболеваний, осложненных патологией венозной системы, и устройство магнитотерапии / А. М. Беркутов, Ю. Б. Кириллов, В. Г. Кряков и др. — Опубл. 1995, Бюл. № 11.

41. Патент 2007198 С1 (РФ), МКИ A 61N 2/02. Полимагнитный терапевтический аппарат / А. М. Беркутов, В. Г. Кряков, С. Г. Гуржин и др.— Опубл. 1994, Бюл. № 3.

42. Патент 2069572 С1 (РФ), МКИ A 61N 2/04. Способ лечения сосудистыхзаболеваний конечностей и устройство для магнитотерапии / Н. С. Барсук, А. М. Беркутов, Е. М. Прошин и др. — Опубл. 1997, Бюл. № 26.

43. Патент 2090217 С1 (РФ), МКИ A 61N 2/00. Способ формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления / А. М. Беркутов, Е. М. Прошин, О. Г. Светников. — Опубл. 1994, Бюл. № 3.

44. Беркутов А. М., Кириллов Ю. Б., Прошин Е. М. Современные тенденции и проблемы управления здоровьем // Вестник новых медицинских технологий. 1995. - Т.И, № 3-4. - С. 98-104.

45. Беркутов А. М., Карташев Ю. И., Прошин Е. М. Компьютерные информационные технологии в медико-биологической практике // 100 лет радио: Сб. научных трудов Рязанской государственной радиотехнической академии. — Рязань: РГРТА, 1995. С. 59-63.

46. Беркутов А. М., Жулев В. И., Кирьяков О. В. и др. Магнитотерапия и высокая лечебно-восстановительная технология // Образование инвалидов: Межвуз. сб. научных трудов / Под ред. JI. А. Саркисяна. — М.: МИИ, 1997. -С. 140-147.

47. Беркутов А. М., Кириллов Ю. Б., Прошин Е. М. Обратная связь в комплексах магнитотерапии // Автоматизация испытаний и измерений: Сб. научных трудов. — Рязань: РГРТА, 1995. — С. 4-Ю.

48. Данилевский В. Я. Исследования над физиологическим действием электричества на расстоянии. — Харьков, 1901. В двух томах. Т.2. — 158 с.

49. Magnetic belts: report of the Council on physical therapy on the «Vitrona» and «Theronoid» // JAMA. 1931. - Vol. 96, N 20. - P. 1693-1694.

50. Биологическое и лечебное действие магнитного поля и строго перио дической вибрации // Сб. статей / Под ред. В. И. Кармилова, М. Р. Мо-гендовича, А. В. Селезнева. — Молотов: Типогр. «Звезда», 1948. — 168 с.

51. Шерстнева О. С. Об изменениях фагоцитоза под влиянием магнитного поля, электронаркоза и химического наркоза: Автореф. дис. канд. мед. наук. — Молотов, 1951. — 7 с.

52. Скачедуб Р. Г. Материалы к физиологии внутренних анализаторов: Ав-тореф. дис. канд. биол. наук. — Молотов, 1954. — 12 с.

53. Холодов Ю, А. К физиологическому анализу действия магнитного поля на животных: Автореф. дис. . канд. биол. наук. — М., 1958. — 15 с.

54. Проблемы нейрокибернетики // Материалы конференции. — Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1989. — 493 с.

55. Сборник научных трудов. Выпуск XIX // Материалы XXIV итоговой НТК Куйбышевского мед. ин-та. Куйбышев, 1991. - С. 298-335.

56. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1967. - 460 с.

57. Тамм И. Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976. - 616 с.

58. Гроднев И. И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот. — М.: Связь, 1972. — 112 с.

59. Пресман А. С. Электромагнитные поля и живая природа. — М.: Наука, 1968.- 288 с.

60. Малков Ю. В., Коробков А. И., Петрова Н. А. Аппарат для магнитотерапии и магнитофореза «Полюс-3» // Мед. техника. — 1993. — №2. — С. 46-48.

61. Холодов Ю. А. Организм и магнитные поля // Успехи физиол. наук. — 1982.-Т. 13, №2. -С. 48-64.

62. Сухотник И. Г. Сравнительная оценка эффективности использования постоянных и переменных магнитных полей при лечении трофических язв // Вестник хирургии. 1990. — Т. 144, № 6. — С. 123-124.

63. Улащик В. С. Новые методы и методики физической терапии. — Минск: Беларусь, 1986. — 176 с.

64. Гавинский Ю. В. Методическое пособие по применению в медицинефизио-терапевтического комплекса «Магнитор — АМП». — Бийск: Изд-во АО «НПАП Алтаймедприбор», 1992. — 56 с.

65. Шишло М. А. О биотропных параметрах магнитных полей // Вопросыкурортологии и физиотерапии. — 1981. — №3. — С. 61-63.

66. Музалевская Н. И. Физиологические проявления действия магнитногополя малой напряженности в диапазоне сверхнизких частот: Автореф. Дис. канд. биол. наук. — Л., 1978. — 23 с.

67. Карташев А. Г. Об эффективности МП с вертикальным вектором / Цитир. по кн.: Демецкий А. М., Жуков Б. Н., Цецохо А. В. Магнитные поля в практике здравоохранения. — Самара: Изд-во самарского мед. ин-та, 1991.—157 с.

68. Холодов Ю. А., Шишло М. А. Электромагнитные поля в нейрофизио логии. М.: Наука, 1979. - 168 с.

69. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Магнитные поля. Женева: Изд-во ВОЗ — Медицина, 1992. - 192 с.

70. Пресман А. С. Электромагнитные поля в биосфере. — М.: Знание, 1971.-64 с.

71. Пресман А. С. Электромагнитная сигнализация в живой природе. Факты, гипотезы, пути исследования. — М.: Сов. радио, 1974. — 64 с.

72. Темурьянц Н. А., Владимирский Б. М., Тишкин О. Г. Сверхнизкочас тотные электромагнитные сигналы в биологическом мире. — Киев: Науко-ва Думка, 1992.- 187 с.

73. Данон Ж. Магнетизм и микроорганизмы // Наука и человечество. — 1986.-С. 187-191.

74. Шеповальников В. Н., Сороко С. И. Метеочувствительность человека. — Бишкек: Илим, 1992. — 248 с.

75. Дубров А. П. Геомагнитное поле и жизнь. — Д.: Гидрометеоиздат, 1974. 175 с.

76. Волынский А. М. Изменение сердечной и нервной деятельности у животных различного возраста при действии электромагнитными полями низкой частоты и малой напряженности // Проблемы космической биологии. — М., 1982. Т.43. - С. 98-100.

77. Волынский А. М., Владимирский Б. М. Моделирование воздействия магнитной бури на млекопитающих // Солнечно-земная физика. — 1969.1. Вып.1.-С. 294-298.

78. Волынский А. М., Владимирский Б. М. Изменения сердечной деятель ности у животных при воздействии низкочастотными магнитными полями // Экспериментальная и возрастная кардиология. — Владимир: Владимирский мед. ин-т, 1970. С. 25-26.

79. Плеханов Г. Ф., Ведюшкина Н. И. Выработка сосудистого условного рефлекса у человека на изменение напряженности электромагнитного поля высокой частоты // Журн. высш. нервн. деят. — 1966. — Т. 16, №1.1. С. 34-37.

80. Михайловский В. Н., Красногорская Н. Н., Войчишин Ю. С. и др. О восприятии людьми слабых колебаний напряженности магнитных полей // Проблемы бионики. — М.: Наука, 1973. — С. 202-208.

81. Сидякин В. F. Влияние глобальных экологических факторов на нервную систему. — Киев: Наукова Думка, 1986. — 160 с.

82. Сидякин В. Г., Темурьянц Н. А., Макеев В. Б., Владимирский Б. М. Космическая экология. — Киев: Наукова Думка, 1985. — 176 с.

83. Амосов И. С, Никитина Р. Г., Калашникова Н. Н. К проблеме биологического действия постоянных магнитных полей на организм // Радиация и организм. — Обнинск, 1984, С. 11-13.

84. Гавриков Н. А., Диженина И. И. Рефлекторная магнитопунктура при ишемической болезни сердца и гипертонической болезни // Актуальные вопросы магнитобиологии и магнитотерапии. — Ижевск, 1981. — С. 151-152.

85. Франкевич Е. JI. Магнитные поля и скорость реакции // Вестник АН СССР. 1978. - Т.2. - С .80-86.

86. Плеханов Г. Ф. Основные закономерности низкочастотной электромагни-тобиологии. — Томск: Изд-во Томского ун-та, 1990. — 187 с.

87. Темурьянц Н. А. Нервные и гуморальные механизмы адаптации к дей ствию неионизирующих излучений: — Автореф. дис. . докт. биол. наук. — М.,- 44 с.

88. Холодов Ю. А., Шишло М. П. Электромагнитные поля в нейрофизиологии. — М.: Наука, 1979. — 168 с.

89. Берлин Ю. В. Сенсорные реакции на различные магнитные поля // Применение магнитных полей в медицине, биологии, сельском хозяйстве. —Саратов, 1978. С. 17-18.

90. Усенко Г. А. Психосоматический статус и качество пилотирования у летчиков в период геомагнитных возмущений // Авиационная и экологическая медицина. — 1992. №4. - С. 23-27.

91. Мизун Ю. Г, Мизун П. Г. Магнитные бури и здоровье человека. — М., -46 с.

92. Павлович С. А. Магнитная восприимчивость организмов. — Минск: Наука и техника, 1985. — 110 с.

93. Ю1.0синцева Г. К. Сенсомоторные реакции у работников, подвергшихся воздействию электромагнитных полей промышленной частоты // Механизмы биологического действия электромагнитных излучений. — Пущи-но, 1982. —С. 149.

94. Нахильницкая 3. Н., Стржижовский М., Климовская Л. Д. Магнитное поле и жизнедеятельность организмов // Проблемы космической биологии.— М.: 1978. - Т.37. - 267 с.

95. Соловьев А. Н. К вопросу о механизмах биологического действия импульсного магнитного поля // Доклады АН СССР. — 1963. — Т. 149, № 2. — С. 438-442.

96. Холодов Ю. А. Влияние электромагнитных и магнитных полей на центральную нервную систему. — М.: Наука, 1966. — 284 с.

97. Ю5.Бучаченко A. JL, Сагдеев Р. 3., Салихов К. М. Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях. — Новосибирск: Наука, 1978. — 296 с.I

98. Юб.Волобуев А. Н., Жуков Б. Н., Овчинников Е. Л., Труфанов Л. А. Спиновые механизмы влияния постоянного магнитного поля на перенос нервного импульса // Магнитология. — 1993. — № 1. — С. 7-11.

99. Ю7.Волькенштейн М. В. Биофизика. — М., 1981.

100. Викторов В. А., Малков Ю. В. К механизму лечебного действия низко частотного ЭМП // Магнитология. — 1993. — №1. — С. 3-7.

101. Ванаг В. К., Кузнецов А. Н. Первичные механизмы действия магнитных полей и спиновые эффекты // Биологические эффекты электромагнитных полей. Вопросы их использования и нормирования. — Пущино, 1989. — С. 15-49.

102. ПО.Молекулярная биология. — М.: Наука, 1965. — 155 с.

103. Ш.Ивков В. Г., Берестовский Г. Н. Липидный бислой биологических мембран. М.: Наука, 1982. - 224 с.

104. Реакции биологических систем на магнитные поля. — М.: Наука, 1978.

105. ИЗ. Плетнев С.В. Магнитное поле, свойства, применение: Научное и учебно-методическое справочное пособие.- СПб.: Гуманистика, 2004.- 624 с.

106. И4.Улащик B.C., Войнов В.И., Плетнев С.В. и др. Низкочастотная магнитоте-рапия. Минск: Белорусский центр науч. мед. информации, 2001.- 172 с.

107. Плетнев С.В., Португалов С.Н., Санинский В.Н. Врачебная тактика в восстановлении спортсменов.- Москва.: ЦСП Госкомспорт, 2004.- 12 с.

108. Плетнев С.В., Введенский В.А. Мохорт В.А. и др. Аппараты для магнитотерапии типа «Спок» и опыт их клинического использования // Здравоохранение.- 1998.- № 6.- С. 69-71.

109. Остапенко В.А., Тепляков А.И., Плетнев С.В. Экстракорпоральная аутоге-момагнитотерапия: метод эфферентной терапии // Вестник интенсивной терапии.- 1998.- № 4.- с. 61-62.

110. И8.Чичкан Д.Н., Улащик B.C., Тихонов А.В., Плетнев С.В. Особенности действия низкочастотных магнитных полей различных параметров при экспериментальной эндотоксемии // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры.- 1999.- № 5.- С. 26-29.

111. Плетнев С.В., Введенский B.JL, Мишин А.А. Многочастотные биоимпе-дансные измерения медленных релаксаций // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника.- 2004.- №11. С. 25-27.

112. Остапенко В.А., Плетнев С.В. Неинвазивная аутогемомагнитотерапия в лечении атеросклероза // Эфферентная терапия, Т. 10, №4.- С. 32-37.

113. Устройство размагничивания изделий / Плетнев С.В. и др.- А.с. СССР №1674273 от 01.05.1991 г.

114. Способ контроля оптически проницаемых биологических объектов и устройство его осуществления / Плетнев С.В., Потапов А.И., Клопов В.Д.-Евразийский патент №003525 от 26.06.2003.

115. Способ лечения сахарного диабета / Плетнев С.В., Мохорт Т.В., Улащик B.C.- Евразийский патент №002179 от 28.02.2002 г.

116. Способ лечения хронического простатита / Плетнев С.В. и др.- Патент Республики Беларусь №2493 от 15.06.1998 г.

117. Способ лечения хронического пилонефрита / Плетнев С.В. и др.- Патент Республики Беларусь №2435 от 12.06.1998 г.

118. Способ локальной магнитотерапии» / Плетнев С.В.- Евразийский патент №000494 от 29.06.1999 г.

119. Устройство для профилактики и лечения заболеваний органов поясничной и тазобедренной части организма / Плетнев С.В.- Евразийский патент №001893 от 22.10.2001 г.

120. Способ магнитотерапии» / Плетнев С.В.- Евразийский патент №000495 от 29.06.1999 г.

121. Способ восстановления работоспособности методом гемомагнитотерапии / Плетнев С.В.- Евразийский патент №003851 от 30.10.2003 г.

122. Способ лечения распространенного атеросклероза / Плетнев С.В. и др.-Патент Республики Беларусь №4856 от 06.04.1999 г.

123. MAGNETOTERAPY DEVICE / Pletnev S.V.- EUROPEAN PATENT SPECIFICATION EP0949938 Bl, 17.12.2003: Bulletin 2003/SI

124. DEVICE FOR local magnetotherapy / PLETNEV S.V.- AUSTRALIAN PATENT №743327 application №AU199745457B2, 12.07.1997.

125. DEVICE FOR PROPHYLAXIS AND TREATMENT OF DISEASES OF LUMBAR, COXOFEMORAL AND PELVIC ORGANS OF A HUMAN BODY / PLETNEV S.V.- United States Patent №US6,592,510B1 15.07.2003.

126. TREATMENT DEVICE FOR LUMBAR AND COXOFEMORAL ORGANS / Pletnev S.V.- EUROPEAN PATENT SPECIFICATION EP1044036 Bl, 23.06.2004.

127. Способ профилактики и лечения остеопороза / Плетнев С.В., Руденко Э.М., Улащик B.C.- Патент Республики Беларусь №6678 от 12.08.2004 г.

128. Синдром легочного повреждения / Плетнев С.В.- Евразийский патент №005255 от 14.09.04г.

129. Плетнев С.В. Аппараты «СПОК» сегодня и завтра // Материалы Международной научно-практической конференции «Применение магнитных полей в медицине» 25-26 октября 2000 г., Оренбург.- С. 25-31.

130. Mishin А.А., Mohort V.A., Pletnev S.V. Bioimpedance monitoring of pulsed magnetic therapy // Proceeding of the 1998 End International Conference Biomedical Engineering Days, May 20-22 1998 r. Istanbul Turkey.- P. 20-21.

131. Чичкан Д.Н., Плетнев С.В. Влияние низкочастотных магнитных полей на жизненно важные функции организма // Материалы Международного семинара «Конверсия научных исследований в Беларуси в рамках деятельности МНТЦ» 17-22 мая 1999 г., Минск.- С. 62-65.

132. Tchitchan D., Koulchitsky S., Pletnev S.V. EFFECT OF LOW-FREQUENCY MAGNETIC FIELDS ON ТЕ BLOOD LEVEL OF SH-COMPOUNDS DURING ACUTE PHASE REACTIDN XIII INTERNATIONAL BIOPHYSICS CONGRESS, 19-24 September 1999 r. New Delhi, India.

133. Руденко Э.В., Плетнев С.В. Применение импульсного магнитного поля для лечения и профилактики системного и околосуставного остеопороза у больных с ревматоидным артритом // Третий Российский симпозиум по остеопорозу.- Санкт-Петербург, 2000 г.- С. 115.

134. Rudenko Е., Pletnev S. USE OF PULSED MAGNETIC FIELD FOR THE TREATMENS OF RHEVMATOID ARTRITIS and ARTHRITIS // Annual

135. European Congress of RHEUMATOLOGY EVLAR 2000, 21-24 June 2000 r. Nice.

136. Зубовский Д.К., Остапенко B.A., Плетнев С.В. Магнитная гемокоррекция в восстановлении и улучшении работоспособности // Актуальные проблемы восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии. Материалы Международног форума.- Москва, 2002.- С. 85.

137. Vvedensky V.L., Pletnev Sergey. Micro analyzer for express assessment of the gas exchange function of human blood. THE Znd WTA DAEJEON TECH-NOMART Daejeon, Korea.- 2001.- P. 217.

138. Холодова Е.А., Плетнев С.В., Улащик B.C. и др. Синдром диабетической стопы: Диагностика. Профилактика. Лечение: Практические рекомендации.- Минск: Бел. Центр научной мед. инф., 2000.- 36 с.

139. Остапенко В.А., Улащик B.C., Кручинский Н.Г., Кирковский В.В., Плетнев С.В., Тепляков А.И., Митьковская М.П. и др. Электракрпоральная аутоге-момагнитотерапия: Методическое пособие для врачей.- Минск, 2001.- 27 с.

140. Плетнев С.В., Остапенко В.А., Португалов С.Н. Низкочастотная магнито-терапия. Новые средства и методы восстановления и адаптации высококвалифицированных спортсменов: Методические рекомендации.- Москва: ВНИИФК, 2004.-С. 12-15.

141. Технические условия ТУ РБ 14506074.005-96: Аппараты магнитного воздействия АМВ «СПОК», Минск.- 1996.- 22 с.

142. Технические условия ТУ РБ 14506074.006-98: Аппараты магнитного воздействия «СПОК-1», Минск.- 1998.-25 с.

143. С.В. Плетнев. Методика расчёта магнитного поля и вихревых токов в проводящих средах. В сб. «В мире неразр. контр, и диагн. мат-лов, пром. изделий и окруж. среды. Мат-лы IV Всерос. с межд .участием научно-прак. сем-pa. СПб.: СЗТУ, 2003. с. 2-17

144. Schwan, Н. P. ELECTRICAL PROPERTIES OF TISSUES AND CELL SUSPENSIONS: MECHANISMS AND MODELS, 1994 IEEE Engineering in Medicine & Biology, Paper number: 672

145. S.J.Williamson, L.Kaufinan, JMMM, 1981, 22, 129.

146. В.Н.Бинги, А.В.Савин. УФН, 2003, Г73, №3, 265.

147. Albert S.N. 1971. Blood volume and extracellular fluid volume. Springfield, Illinois: Charles and Thomas Publisher, 290 p.

148. Buono M J, Burke S, Endemann S, Graham H, Gressard C, Griswold L and Michalewicz B. 2004. The effect of ambient air temperature on whole-body bio-electrical impedance. Physiol. Meas. 25 119-123.

149. Cole K.S. 1968. Membranes, Ions and Impulses, University of California Press, Berkeley/LA.

150. Cole K. S. and Cole R. H. 1941. J. Chem. Phys., 9, 341.

151. Chang I A. 1998. Dielectric properties of healthy and chronically infracted myocardium PhD Thesis Department of Bioengineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA.

152. Foster К R and Schwan H P 1989 Dielectric properties of tissues and biological materials: a critical review Crit. Rev.Biomed. Eng. 17 25-104.

153. Fricke H. 1925. J. Gen. Physiol., 9, 137.

154. Gagnon RT., Gagner M., Duplessis S. 1994. Variations of body comparision by bioelectric impedancemetiy after major surgery // Ann. Chir. V. 48 p.708-716.

155. Kong C.H., Thompson C.M., Lewis C.A., et al. 1993. Determination of total body water in uraemic patients by bioelectrical impedance // Nephrol. Dial. Transplant. V. 8 p.716-719.

156. Kreymann G., Paplow N., Muller C. et al. 1995. Relation of total body reactance to resistance as a predictor of mortality in septic patients // Crit. Care Med. V. 23 (Suppl.) p. A49.

157. Mishin A.A., Mohort V.A., Gerasimovich G.I., Pletnev S.V., Naurzakov S.P., Vvedensky V.L. 1998. Bioimpedance monitoring of pulsed magnetic therapy.

158. Proceedings of the 2nd International Conference Biomedical Engineering Days. Istanbul, Turkey, pp.20-22.

159. Patel R., Peterson E., Silverman N., et al. 1996. Estimation of total body and extracellular water in post-coronary artery bypass graft surgical patients using single and multiple frequency bioimpedance.// Crit. Care Med. V. 24 p. 18201828.

160. Osterman К S, Hoopes P J, DeLorenzo C, Gladstone D J and Paulsen К D. 2004. Non-invasive assessment of radiation injury with electrical impedance spectroscopy. Phys. Med. Biol. 49 665-683.

161. Schwan H.P. 1957. Advances in Bio. And Med. Physics, V, 147.

162. Sanker Narajan P. V., Subrahmajan S., Srinivazan Т. M. A controlled magnetic field enclosure for experiments in magnetic physiology // J. Biomed. — 1982.1. V.2, N2. P. 25-29.

163. Subrahmajan S., Sanker Narajan P. V., Srinivazan Т. M. Effects of magnetic micropulsation on the biological system, a bioenvironmental study // Int. J. Biometeor. 1985. - V. 29, N3. - P. 193-203.

164. Becker R. O., Marino A. A. Electromagnetism and life. — Albany: State Univ. N.-Y. press, 1982.-214 p.

165. Audus L. I., Whish I. C, Magnetotropism // Biological effects of magnetic fields: Plenum Press, 1964. - N4. - P. 170.

166. Kirschvink J. L. The horisontal magnetic dance of the honeybee is compatible with a single-domain ferromagnetic magnetoreceptor // Biosystems. — 1981.1. V.14, N2. P. 193-203.

167. Douri P., Boisselier В., Bernard T. Effect pathologiques sur 1 ehomme des-rayonnements electromagnetiques U.H.F Des aeriens radars A-propes dune observation// Sem. hop., Paris, 1970. - V.42, N42. - P. 2681-2683.