350 руб
Журнал «Биомедицинская радиоэлектроника» №1 за 2010 г.
Статья в номере:
Вопросы дозиметрии при исследовании биологического действия электромагнитного излучения крайне высоких частот
Ключевые слова: электромагнитное излучение крайне высоких частот дозиметрия тестирование излучающих систем плотность потока энергии удельная поглощенная мощность
Авторы:
А.Б. Гапеев - доктор физ.-мат. наук, профессор, лаборатория регуляции в биомедицинских системах, Институт биофизики клетки РАН (г. Пущино). E-mail: a_b_g@mail.ru Н.К. Чемерис - доктор биол. наук, профессор, Институт биофизики клетки РАН
Аннотация:
Рассмотрены некоторые вопросы дозиметрии, решение которых необходимо при исследовании механизмов биологического действия электромагнитного излучения крайне высоких частот. На основе результатов собственных исследований и литературных данных продемонстрирована методология дозиметрии при выборе излучающей системы, обеспечении согласования излучателя с питающим трактом и облучаемым биологическим объектом, измерении диаграммы направленности антенны и определении плотности потока энергии, измерении распределения удельной поглощенной мощности в облучаемом объекте, определении степени неоднородности удельной поглощенной мощности, зависимости от частоты излучения и геометрии облучаемого объекта. Приведены примеры экспериментальных, теоретических и численных методов определения поглощения энергии электромагнитного излучения при облучении биологических систем in vitro и in vivo.
Страницы: 13-36
Список источников
  1. European Prestandard ENV 50166:1995. Human exposure to electromagnetic fields: two parts: ENV 50166-1: Low frequencies (0 to 10 kHz); ENV 50166-2: High frequencies (10 kHz to 300 GHz). CENELEC.Brussel. 1995.
  2. IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3 kHz to 300 GHz, IEEE Std C95.1-2005. TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers. NewYork. 2006.
  3. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03. М.: Минздрав России. 2003.
  4. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03. М.: МинздравРоссии. 2003.
  5. International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection: Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields // Health Physics. 1998. V. 74(4). P. 494-522.
  6. D'Andrea J.A., Ziriax J.M., Adair E.R. Radio frequency electromagnetic fields: mild hyperthermia and safety standards // Prog. Brain. Res. 2007. V. 162. P. 107 - 135.
  7. Roy C.R. Rapporteur Report: ICNIRP international workshop on EMF dosimetry and biophysical aspects relevant to setting exposure guidelines // Health Phys. 2007. V. 92(6). P. 658-667.
  8. Grandolfo M. Worldwide standards on exposure to electromagnetic fields: an overview // Environmentalist. 2009. V. 29. P. 100-117.
  9. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Некоторые вопросы дозиметрии в исследовании биологических эффектов электромагнитного излучения крайне высоких частот. / Материалы 19-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-тех­ника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь, Крым, Украина. Севастополь: Вебер. 2009. С. 877-879.
  10. Бецкий О.В., Девятков Н.Д., Лебедева Н.Н. Лечение электромагнитными полями. Часть 1. Источники и свойства электромагнитных волн // Биомедицинская радиоэлектроника. 2000. № 7. С. 3-9.
  11. Беляков Е.В.Высокодобротный резонанс в волноводе с сильно поглощающим диэлектриком // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1987. Вып. 7(401). С. 51-53.
  12. Харланов А.В. Влияние электромагнитных волн на протекание жидкости через капилляр. / Материалы 19-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь, Крым, Украина. Севастополь: Вебер. 2009. С. 897-898.
  13. Бецкий О.В., Петров И.Ю., Тяжелов В.В. и др. Распределение электромагнитных полей миллиметрового диапазона в модельных и биологических тканях при облучении в ближней зоне излучателей // ДАН СССР. 1989. Т. 309. № 1. С. 230-233.
  14. KhizhnyakE.P., Ziskin M.C. Heating pattern sinbiological tissue phantoms caused by millimeter wave electromagnetic irradiation // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1994. V. 41(9). P. 865-873.
  15. Полников И.Г., Путвинский А.В. Акустическое детектирование поглощения электромагнитного излучения миллиметрового диапазона в биологических объектах // Биофизика. 1988. Т. 32. Вып. 5. С. 893-895.
  16. Баланцев В.Н., Лебедев А.М., Пермяков В.А. и др. Численное исследование распределения удельной поглощаемой мощности на двумерных моделях рупорных антенн с биологическими объектами. / Сб. докл. Междунар. симп. «Миллиметровые волны нетепловой интенсивности в медицине». М.: ИРЭ АН СССР. 1991. Ч. 3. С. 660 - 664.
  17. Корбанский И.Н.Антенны. М.: Энергия. 1973. 336 с.
  18. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Действие непрерывного и модулированного ЭМИ КВЧ на клетки животных. Обзор. Часть II. Проблемы и методы дозиметрии ЭМИ КВЧ // Вестник новых медицинских технологий. 1999. Т. VI. № 2. С. 39-45.
  19. Кузнецов А.Н. Биофизика электромагнитных воздействий (основы дозиметрии). М.: Энергоатомиздат. 1994. 256 с.
  20. Iskander M.F., Barber P.W., Durney C.H., Massoudi H. Irradiation of prolate spheroidal models of human in the near field of a short electric dipole // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1980. V. 28(7). P. 801 - 807.
  21. Lachtakia A., Iskander M.F., Durney C.H., Massoudi H. Near-field absorption in prolate spheroidal models of humans exposed to a small loop antenna of arbitrary orientation // IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1981. V. 29(6). P. 588-594.
  22. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М.: Связьиздат. 1957. 699 с.
  23. Исмаилов Э.Ш. Биофизическое действие СВЧ-излу­чений. М.: Энергоатомиздат. 1987. 144 с.
  24. Belyaev I.Ya., Shcheglov V.S., Alipov Ye.D., Polunin V.A. Resonance effect of millimeter waves in the power range of 10-19-3´10-3 W/cm2on E.coli cells at different concentrations // Bioelectromagnetics. 1996. V. 17. P. 312 - 321.
  25. Буткус Г.Т. Измерение электрического поля КВЧ-диа­пазона // Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35.
    № 10. С. 2128-2133.
  26. Ряковская М.Л., Штемлер В.М., Кузнецов А.Н. Деп. рукопись «Поглощение энергии электромагнитных волн миллиметрового диапазона в биологических препаратах плоскослоевой структуры», деп. в ВИНИТИ за №801 от 15.11.1983. 42 c.
  27. Кинг Р., Смит Г.Антенны в материальных средах. М.: Мир. 1984.  С. 261-277.
  28. Burkhardt M., Poković K., Gnos M. et al.Numerical and experimental dosimetry of Petri dish exposure setups // Bioelectromagnetics. 1996. V.17(6). P. 483-493.
  29. Schönborn F., Poković K., Burkhardt M., Kuster N. Basis for optimization of in vitro exposure apparatus for health hazard evaluations of mobile communications // Bioelectromagnetics. 2001. V. 22(8). P. 547 - 559.
  30. Chou C.K., Guy A.W., Johnson P.B. SAR in rats exposed in 2450 MHz circularly polarized waveguides. - Bioelectromagnetics. 1984. V. 5(4). P. 389-398.
  31. Allis J.W., Blackman C.F., Fromme M.L., Benane S.G. Measuring of microwave radiation absorbed by biological systems. I. Analysis of heating and cooling data // Radio Science. 1977. V.12.N.6(S). P. 1 - 8.
  32. Dunscombe P.B., Constable R.T., McLellan J. Minimizing the self-heating artifacts due to the microwave irradiation of thermocouples // Int. J. Hyperthermia. 1988. V. 4(4). P. 437-445.
  33. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Distortion of millimeter-wave absorption in biological media due to presence of thermocouples and other objects // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2001. V. 48. P. 1013 - 1019.
  34. Guy A.W. Analysis of electromagnetic fields induced in biological tissue by thermographic studies on equivalent phantom models // IEEE Trans. MicrowaveTheoryTechn. 1971. V. 19(2). P. 205-214.
  35. Иваницкий Г.Р., Деев А.А., Хижняк Е.П., Хижняк Л.Н. Современное матричное тепловидение в биомедицине. Альманах клинической медицины. М.: МОНИКИ. 2008. Т. XVII. Ч. II. С. 58-62.
  36. Гапеев А.Б., Сафронова В.Г., Чемерис Н.К., Фесенко Е.Е. Модификация активности перитонеальных нейтрофилов мыши при воздействии миллиметровых волн в ближней и дальней зонах излучателя // Биофизика. 1996. Т. 41. Вып. 1. С. 205 - 219.
  37. Гапеев А.Б., Соколов П.А., Чемерис Н.К.Исследование поглощения энергии электромагнитного излучения крайне высоких частот в коже крысы с использованием различных дозиметрических методов и подходов // Биофизика. 2002. Т. 47. Вып. 4. С. 759-768.
  38. AlekseevS.I., ZiskinM.C. Local heating of human skin by millimeterwaves: akineticsstudy // Bioelectromagnetics. 2003. V. 24. P. 571-581.
  39. Alekseev S.I., Radzievsky A.A., Szabo I., Ziskin M.C.Local heating of human skin by millimeter waves: effect of blood flow // Bioelectromagnetics. 2005. V. 26. P. 489-501.
  40. Foster K.R., Kritikos H.N., Schwan H.P. Effect of surface cooling and blood flow on the microwave heating of tissue // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1978. V. 25. P. 313-316.
  41. Walters T.J., Ryan K.L., Nelson D.A. et al. Effects of blood flow on skin heating induced by millimeter wave irradiation in humans // Health Physics. 2004. V. 86. P. 115-120.
  42. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Influence of blood flow and millimeter wave exposure on skin temperature in different thermal models // Bioelectromagnetics. 2009. V. 30(1). P. 52-58.
  43. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Reflection and absorption of millimeter waves by thin absorbing layers // Bioelectromagnetics. 2001. V. 21. P. 264-271.
  44. Кисляков А.Г. Глубина проникновения миллиметровых радиоволн в кожу человека // Радиотехника и электроника. 1994.Т.39. № 11. С. 1852-1858.
  45. Orcutt N., Gandhi O.P. A 3-d impedance method to calculate power deposition in biological bodies subjected to time varying magnetic fields // IEEE Trans. BiomedicalEngineering. 1988. V. 35(8). P. 577-583.
  46. Виноградов С.В., Пирогов Ю.А. Расчет распределения напряженности электрического поля в многослойных системах резонансного типа // Вестник Московского университета, Сер. 3 Физ.Астрономия. 1983. Т. 24(4). С. 50-52.
  47. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1970. 855 c.
  48. Козарь А.В., Колесников В.С., Пирогов Ю.А.Распределение напряженности электрического поля в многослойных системах резонансного типа // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 1978.Т. 19(1). С. 78-86.
  49. Alekseev S.I., Ziskin M.C. Millimeter wave power density in aqueous biological samples // Bioelectromagnetics. 2001. V. 22. P. 288-291.
  50. Виноградов С.В., Екжанов А.Е., Пирогов Ю.А. Рекуррентный метод исследования нестационарных режимов многослойных интерференционных систем // Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. 1984.Т. 25(3). С. 62-64.
  51. Alekseev S.I., Ziskin M.C.Human skin permittivity determined by millimeter wave reflection measurements // Bioelectromagnetics. 2007. V. 28(5). P. 331-339.
  52. Alekseev S.I., Radzievsky A.A., Logani M.K., Ziskin M.C.Millimeter wave dosimetry of human skin // Bioelectromagnetics. 2008. V. 29(1). P. 65-70.
  53. Alekseev S.I., Szabo I., Ziskin M.C. Millimeter wave reflectivity used for measurement of skin hydration with different moisturizers // Skin Research and Technology. 2008. V. 14. P. 390-396.
  54. Alekseev S.I., Gordiienko O.V., Ziskin M.C. Reflection and penetration depth of millimeter waves in murine skin // Bioelectromagnetics. 2008.V. 29(5).P. 340-344.