RU2108058C1

RU2108058C1 - Device for examining objects by applying extremely high frequency action

Info

Publication number: RU2108058C1
Application number: RU95102275/14A
Authority: RU
Inventors: н В.И. Петрос; В.И. Петросян; Н.И. Синицын; Э.А. Житенева; В.А. Елкин; ев Ю.В. Гул; Ю.В. Гуляев; тков Н.Д. Дев; Н.Д. Девятков; В.И. Проскурнов
Original assignee: Петросян Вольдемар Иванович; Синицын Николай Иванович; Житенева Элина Анатольевна; Товарищество с ограниченной ответственностью "Научно-лечебный центр физики и новых методов медицины"
Priority date: 1995-02-10
Filing date: 1995-02-10
Publication date: 1998-04-10
Also published as: RU95102275A

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has oscillator producing electromagnetic millimetric band waves and receiver for reading object radio response, emitting and receiving aerials set in radio wave communication through the object. Piston unit making contact to the object under examination is composed of receiving aerial-applicator unit of the receiver used as piston and hollow cylinder manufactured from radio transparent material which length along the generatrix is not less than the cross-section diameter of the receiving aerial-applicator unit having removable insert manufactured from non- wettable radio transparent material mainly having the form of drink glass. The receiver is radiometer operating in the long wave band of extremely high frequency bandwidth - of centimetric, decimetric, metric and/or radio bandwidth. EFFECT: wide range of functional applications; simplified examination method. 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике анализа и может быть использовано как для исследования физических, химических и других образований, тел, объектов, так и медико-биологических объектов, например для исследования органов, установления их патологии и устранения ряда их, а также может быть использовано в ветеринарии, в фармацевтической и пищевой отраслях промышленности, технике, технологии, метрологии и экологии. The invention relates to techniques for analysis and can be used both for the study of physical, chemical and other formations, bodies, objects, and biomedical objects, for example, for examining organs, establishing their pathology and eliminating a number of them, and can also be used in veterinary medicine , in the pharmaceutical and food industries, engineering, technology, metrology and ecology.

Известны КВЧ-устройства различных типов для воздействия электромагнитным излучением (ЭМИ) на живые биологические объекты - человека и микроорганизмы [1]. Known EHF devices of various types for exposure to electromagnetic radiation (EMP) on living biological objects - humans and microorganisms [1].

Эти устройства включают генератор миллиметровых (ММ) радиоволн, излучающую антенну и индикаторы работоспособности. These devices include a millimeter (MM) radio wave generator, a radiating antenna, and health indicators.

Недостатком этих устройств является отсутствие в них приемного устройства для исследования воздействия ЭМИ КВЧ, что не позволяет вести оперативный контроль степени воздействия и поиск активных частот. Контроль за КВЧ-воздействием ведется пост-фактум по результатам биохимических и медицинских анализов. Кроме того, эти устройства принципиально не позволяют контролировать КВЧ-воздействие на неживые биологические и физические объекты. The disadvantage of these devices is the lack of a receiving device for studying the impact of EHF EMF, which does not allow for operational monitoring of the degree of exposure and the search for active frequencies. EHF exposure is monitored post-factum based on the results of biochemical and medical analyzes. In addition, these devices fundamentally do not allow controlling the EHF effect on inanimate biological and physical objects.

Известно устройство для КВЧ-терапии, состоящее из широкодиапазонного генератора ЭМИ КВЧ, излучателя и в качестве анализатора КВЧ-воздействия в него включен электроэнцефалограф и фильтр α-Δ -ритма [2]. A device for EHF-therapy is known, consisting of a wide-range EMI EHF generator, a radiator, and an electroencephalograph and an α-Δ-rhythm filter are included in it as an EHF-analyzer [2].

Устройство работает следующим образом. На пациента производят КВЧ-воздействие под постоянным контролем электроэнцефалограммы в интервале длин волн 3,8 мм (78,9 ГГц) - 5,7 мм (52,6 ГГц) при плотности потока мощности на выходе излучателя, не превышающей 100 мкВт/см². КВЧ-воздействие осуществляют нарастающими по частоте сигналами продолжительностью 10-120 с, с последующим сканированием частоты, и по смене на электроэнцефалограмме β - ритма на α-Δ -ритм, характеризующий переход кортикальных элементов коры головного мозга человека в спокойное состояние, определяют индивидуальную, строго фиксированную частоту, обеспечивающую возникновение биологического эффекта.The device operates as follows. The patient is subjected to EHF exposure under constant monitoring of an electroencephalogram in the wavelength range of 3.8 mm (78.9 GHz) - 5.7 mm (52.6 GHz) with a power flux density at the emitter output not exceeding 100 μW / cm ² . EHF exposure is carried out by increasing signals in frequency for a duration of 10-120 s, followed by frequency scanning, and by changing the β rhythm to the α-Δ rhythm on the EEG, which characterizes the transition of the cortical elements of the human cerebral cortex to a calm state, they determine an individual, strictly a fixed frequency that provides a biological effect.

Недостатком устройства служит неприменимость его для исследования микробиологических и физических объектов, а также невозможность контроля КВЧ-воздействия на другие органы, реакция которых неадекватна энцефалограммам мозга. The disadvantage of this device is its inapplicability for the study of microbiological and physical objects, as well as the inability to control EHF effects on other organs, the reaction of which is inadequate to brain encephalograms.

Известно также устройство для КВЧ-воздействия, состоящее из КВЧ-генераторов, которые связаны с двумя каналами, один из которых соединен с облучателем суспензии клеток, эксплантированных из организма, другой - с облучателем тела пациента, причем в последний канал включен модулятор амплитуды или частоты колебаний [3]. A device for EHF exposure is also known, consisting of EHF generators that are connected to two channels, one of which is connected to the irradiator of a suspension of cells explanted from the body, the other to the irradiator of the patient’s body, and the modulator of the amplitude or frequency of oscillations is included in the last channel [3].

Устройство работает следующим образом. КВЧ-сигнал от каждого из генераторов воздействует на отдельную порцию суспензии клеток пациента in vitro, а потом после выбора нужной частоты, которая определяется биохимическим анализом по восстановлению свойств клеток в зависимости от частоты КВЧ-облучения, проводят облучение организма пациента in vivo. The device operates as follows. The EHF signal from each of the generators acts on a separate portion of the patient’s cell suspension in vitro, and then after selecting the desired frequency, which is determined by biochemical analysis to restore the properties of cells depending on the frequency of EHF irradiation, the patient’s body is irradiated in vivo.

Недостатком способа является отсутствие прямого анализатора КВЧ-воздействия на организм человека. В связи с этим для исследования воздействия применяется пост-фактум косвенный биохимический анализ КВЧ-воздействия на организм человека, при котором возможно получение недостоверной информации. The disadvantage of this method is the lack of a direct analyzer of EHF-effects on the human body. In this regard, to study the impact, a post-factum indirect biochemical analysis of the EHF-effect on the human body is used, in which it is possible to obtain false information.

Наиболее близким к заявляемому устройству является установка для исследования воздействия ЭМИ КВЧ на культуру микроорганизмов, состоящая из генератора ЭМИ, ослабителя, измерительной линии, волномера, детекторной головки, стрелочного прибора, измерителя мощности падающего ЭМИ КВЧ, электромотора, перемешивающего биосреду, рупоров излучательной и приемной антенн, корректирующих линз и трансформаторов, кроме того, в установку в качестве приемника, прошедшего через биосреду ЭМИ КВЧ, включены термисторная головка и измеритель мощности [4]. Closest to the claimed device is a device for studying the effect of EHF EHF on a microorganism culture, consisting of an EMI generator, attenuator, measuring line, wave meter, detector head, pointer device, a power meter for incident EHF EHF, an electric motor that mixes the biological medium, horns of the radiating and receiving antennas , corrective lenses and transformers, in addition, a thermistor head and a power meter are included in the installation as a receiver passing through the EHF EHF biological medium [4].

Однако установка не применима к объектам большого объема - человеку и животным. Она сложна и не способна осуществлять исследование воздействия ЭМИ КВЧ на состояние и свойства в целом всего объема объекта, так как она чувствительна только к изменениям свойств биосред в тонком слое, не превышающем толщину 500 мкм. Установка также принципиально не применима для исследования неживых и физических объектов. However, the installation is not applicable to objects of large volume - to humans and animals. It is complex and not capable of studying the effect of EHF EMF on the state and properties of the entire volume of an object as a whole, since it is sensitive only to changes in the properties of biological media in a thin layer not exceeding a thickness of 500 μm. The installation is also fundamentally not applicable for the study of inanimate and physical objects.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при повышении информативности и упрощении исследований объекта КВЧ-воздействием. The purpose of the invention is the expansion of functionality while increasing information content and simplifying research on the object by EHF-exposure.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием, включающее генератор миллиметрового диапазона электромагнитных волн и приемник радиоотклика объекта, излучающую и приемную антенны, соединенные через объект посредством радиоволновой связи, введен контактирующий с исследуемым объектом поршневой узел, образованный приемной антенной-аппликатором приемника, служащей поршнем, и полым цилиндром из радиопрозрачного материала с длиной по образующей не меньше поперечного размера приемной антенны-аппликатора, со сменным вкладышем в нем из несмачиваемого радиопрозрачного материала, преимущественно, в форме стакана, а приемник выполнен в виде радиометра длинноволновой части СВЧ- и/или радиодиапазона. The essence of the invention lies in the fact that in the device for researching objects by EHF exposure, including a millimeter-wave generator of electromagnetic waves and a radio response receiver of the object, radiating and receiving antennas connected through the object via radio wave communication, a piston assembly contacting the object being studied is formed by a receiving antenna - the applicator of the receiver, which serves as a piston, and a hollow cylinder of radiolucent material with a generatrix length not less than the transverse size of the receiver antenna applicator, with a removable liner in it of non-wettable radiolucent material, mainly in the form of a glass, and the receiver is made in the form of a radiometer of the long-wave part of the microwave and / or radio range.

Предложенное устройство является комплексным устройством, включающим генератор миллиметровых радиоволн с рупорной антенной, а в качестве радиоприемника - радиометр СВЧ-и/или радиодиапазона с контактной антенной-апликатором и полым цилиндром, образующих между собой поршневой узел для размещения анализируемого объекта. The proposed device is a complex device, including a millimeter-wave generator with a horn antenna, and as a radio receiver, a microwave and / or radio-band radiometer with a contact antenna applicator and a hollow cylinder, which form a piston assembly between them to accommodate the analyzed object.

Выполнение антенны-аппликатора в виде поршневого узла дает возможность приема радиоволнового отклика объекта в непосредственном контакте с ним. Поскольку глубина радиозондирования объекта, например, в сантиметровом диапазоне радиоволн
1 λ/vε, ,
где
λ - длина волны принимаемых радиоволн, см;
ε - диэлектрическая проницаемость анализируемого объекта,
то перемещением антенны-аппликатора в цилиндре устанавливается оптимальный объем для каждого объекта.The implementation of the antenna applicator in the form of a piston unit makes it possible to receive the radio wave response of the object in direct contact with it. Since the depth of radio sounding of an object, for example, in the centimeter range of radio waves
1 λ / vε,,
Where
λ is the wavelength of the received radio waves, cm;
ε is the dielectric constant of the analyzed object,
then by moving the antenna applicator in the cylinder, the optimal volume for each object is set.

Применение сменного вкладыша, преимущественно, в форме стакана, в который помещается объект, позволяет избежать остаточных примесей от проведенного эксперимента при смене анализируемого объекта, т.е. обеспечить чистоту анализа. The use of a replaceable insert, mainly in the form of a glass into which an object is placed, allows avoiding residual impurities from the experiment when changing the analyzed object, i.e. ensure purity of analysis.

Использование КВЧ-генератора (ММ-диапазон) и СВЧ-радиометра, например, сантиметрового диапазона означает проведение воздействия на объект и приема радиоотклика от него в разных диапазонах, что дает новое качество, так как принимается радиоотклик на КВЧ-воздействие не с поверхности, а из глубины объекта. При этом радиоотклик принимает характер острорезонансного, характеристического амплитудно-частотного спектра, индивидуального для различных объектов. Эффект заключается в том, что ММ-радиоволны в узких интервалах резонансных частот свободно проникают в объект, в котором происходит в объекте естественное преобразование частот ММ-диапазона в длинноволновый участок, например сантиметровый диапазон. Следовательно, исследуемый объект выполняет активную радиофизическую функцию по преобразованию КВЧ-волн в более длинноволновую часть диапазона радиоволн - сантиметровую, дециметровую, метровую и/или радиодиапазон. Применение устройство дает возможность анализировать свойства живых и неживых биологических объектов, а также физических путем воздействия на них КВЧ-волнами. The use of an EHF generator (MM band) and a microwave radiometer, for example, in the centimeter range, means that the object is exposed and receives a radio response from it in different ranges, which gives a new quality, since the radio response to the EHF effect is not received from the surface, but from the depths of the object. In this case, the radio response assumes the character of an acute-resonance, characteristic amplitude-frequency spectrum, individual for various objects. The effect consists in the fact that MM radio waves freely penetrate into the object in narrow intervals of resonant frequencies, in which the natural conversion of the frequencies of the MM range into the long-wavelength region, for example, the centimeter range, takes place in the object. Therefore, the studied object performs an active radiophysical function for converting EHF waves into the longer wavelength part of the radio wave range - centimeter, decimeter, meter and / or radio range. The use of the device makes it possible to analyze the properties of living and non-living biological objects, as well as physical ones, by exposing them to EHF waves.

Необходимо отметить, что резонансные эффекты и контроль КВЧ-воздействия возможны только в сочетании КВЧ-генерации и глубинного приема в СВЧ- и/или радиодиапазоне. В случае приема на частоте КВЧ-генерации эти возможности исключаются. It should be noted that resonant effects and control of EHF exposure are possible only in combination of EHF generation and in-depth reception in the microwave and / or radio range. In the case of reception at the frequency of EHF generation, these possibilities are excluded.

При проведенном патентном поиске авторами не обнаружены устройства со сходными признаками отличительной части. Поэтому авторы считают, что предлагаемое решение отвечает критерию "Новизна". When conducting a patent search, the authors did not find devices with similar features of the distinctive part. Therefore, the authors believe that the proposed solution meets the criterion of "Novelty."

На фиг. 1. представлена блок-схема предлагаемого устройства. In FIG. 1. presents a block diagram of the proposed device.

Устройство для исследования объектов КВЧ-воздействием содержит генератор 1 миллиметровых радиоволн, блок 2 управления эксплуатационными параметрами, излучающую рупорную антенну генератора, радиометр 4, приемную антенну-аппликатор 5 радиометра, блок 6 регистрации экспериментальных параметров объекта, полый цилиндр 7, вкладыш 8, исследуемый объект 9, защитный электромагнитный экран 12. The device for researching objects by EHF-influence contains a generator of 1 millimeter radio waves, a unit 2 for operating parameters control, a radiating horn antenna of the generator, a radiometer 4, a receiving antenna-applicator 5 for the radiometer, a unit 6 for recording experimental parameters of the object, a hollow cylinder 7, an insert 8, an object under study 9, protective electromagnetic shield 12.

Предлагаемое устройство имеет следующие функциональные связи. Вход генератора 1 внешней перестройки частоты соединен с выходом блока 2 управления, излучающая рупорная антенна 3 генератора 1 соединена с выходом волноводного тракта генератора, вход радиометра 4 соединен с приемной антенной-аппликатором 5, выход радиометра 4 соединен с входом блока 6 регистрации, приемная антенна-аппликатор 5 введена в полый цилиндр 7, вкладыш из радиопрозрачного материала, помещен в цилиндр 7 на торцевую часть приемной антенны-аппликатора 5, объект 9 помещен во вкладыш 8, генератор 1, радиометр 4 и объект 9 находятся между собой с радиоволновой связи через падающую КВЧ-волну 10 и принимаемую СВЧ-волну 11 радио- отклика. Все элементы радиоволнового анализатора, за исключением блока 2 управления и блока 6 регистрации, размещены в защитном электромагнитном экране 12. The proposed device has the following functional relationships. The input of the external frequency adjustment generator 1 is connected to the output of the control unit 2, the radiating horn antenna 3 of the generator 1 is connected to the output of the generator’s waveguide path, the input of the radiometer 4 is connected to the receiving antenna-applicator 5, the output of the radiometer 4 is connected to the input of the recording unit 6, the receiving antenna is the applicator 5 is inserted into the hollow cylinder 7, the liner of radiolucent material, placed in the cylinder 7 on the end of the receiving antenna-applicator 5, the object 9 is placed in the liner 8, the generator 1, the radiometer 4 and the object 9 are between minutes with radiowave communication via EHF incident wave 10 and the received microwave radio wave response 11. All elements of the radio wave analyzer, with the exception of the control unit 2 and the registration unit 6, are located in the protective electromagnetic screen 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Антенна-аппликатор 5 устанавливается в цилиндре 7 в положение, соответствующее заданному объему исследуемого объекта 9. Вкладыш 8 помещается в цилиндр на торцевую часть приемной антенны-аппликатора 5 и заполняется объектом 9 исследования. Подается напряжение электропитания на все радиотехнические элементы устройства. Далее миллиметровые радиоволны 10 от генератора 1 через излучательную рупорную антенну 3 направляются на исследуемый объект 9. С блока управления эксплуатационными параметрами 2 подается сигнал, обеспечивающий перестройку частоты генератора 1 в одном из диапазонов 30 - 60 ГГц, 60 - 90 ГГц, 90 - 120 ГГц, а также фиксирования частот вблизи 50,0 ГГц ± 2%, 52,0 ГГц ± 2%, 65,0 ГГЦ ± 5%, 100,0 ГГц ± 10% или других комбинационных частот, с шагом прохождения диапазона не более 0,1 ГГц, с экспозицией не более 5 с, мощностью не более 10 мкВт. Сигнал радиоотклика объекта 9 на воздействие миллиметровыми радиоволнами снимается с помощью приемной антенны-аппликатора 5, подается на радиометр 4 и далее на блок 6 регистрации экспериментальных параметров и проводится запись характеристического резонансного радиоволнового амплитудно-частотного спектра исследуемого объекта. The antenna applicator 5 is installed in the cylinder 7 in a position corresponding to a given volume of the studied object 9. The insert 8 is placed in the cylinder on the end part of the receiving antenna-applicator 5 and is filled with the object 9 of the study. Power is supplied to all the radio components of the device. Then, millimeter-wave radio waves 10 from the generator 1 are sent through the radiating horn antenna 3 to the object under study 9. A signal is supplied from the operational parameters control unit 2, which ensures the frequency of the generator 1 is tuned in one of the ranges 30–60 GHz, 60–90 GHz, 90–120 GHz as well as fixing frequencies near 50.0 GHz ± 2%, 52.0 GHz ± 2%, 65.0 GHz ± 5%, 100.0 GHz ± 10% or other combination frequencies, with a range step of no more than 0, 1 GHz, with an exposure of not more than 5 s, with a power of not more than 10 μW. The signal of the radio response of object 9 to the millimeter-wave radiation is measured using a receiving antenna-applicator 5, fed to the radiometer 4 and then to the experimental parameter registration unit 6, and the characteristic resonant radio-wave amplitude-frequency spectrum of the studied object is recorded.

На фиг. 2 показаны примеры характеристических радиоволновых резонансных спектров: воды (H₂O) при 25^oC и тканей организма человека в трех указанных выше диапазонах, воды-льда при 0^oC, насыщенного раствора соли хлористого натрия (NaCl) при 25^oC, этилового спирта (C₂H₅OH) при 25^oC, воды при 40^oC, воды при 25^oC в магнитном поле H=5 мТл, гидродисперсной смеси соли фтористого лития (LiF) при 25^oC, гидродисперсной смеси кварца (SiO₂) при 25^oC.In FIG. 2 shows examples of characteristic radio wave resonance spectra: water (H ₂ O) at 25 ^o C and human body tissues in the three above ranges, water-ice at 0 ^o C, saturated sodium chloride (NaCl) solution at 25 ^o C, ethyl alcohol (C ₂ H ₅ OH) at 25 ^o C, water at 40 ^o C, water at 25 ^o C in a magnetic field H = 5 mT, a hydrodispersed mixture of lithium fluoride salt (LiF) at 25 ^o C, a hydrodispersed mixture of quartz (SiO ₂ ) at 25 ^o C.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении информативности анализа и возможности контроля степени КВЧ-воздействия на объекты. Таким образом, степень воздействия на живые объекты наблюдается непосредственно в динамике, и это позволяет предотвратить излишнее воздействие как по времени так, и по другим накапливаемым параметрам. The technical and economic effect of the invention is to increase the information content of the analysis and the ability to control the degree of EHF exposure to objects. Thus, the degree of impact on living objects is observed directly in the dynamics, and this helps to prevent unnecessary exposure both in time and in other accumulated parameters.

Достоверность контроля проверяется другими косвенными способами, существующими до настоящего времени, и результаты не расходятся с ними. Однако способ по применению заявляемого устройства проще, позволяет работать с ним персоналу в условиях, исключающих необходимость высокой квалификации и профессиональную вредность, благодаря использованию сверхмалых мощностей (менее 10 мкВт) и контролируемого малого времени КВЧ-воздействия (в пределах 10 - 20 мин). Reliability of control is checked by other indirect methods that exist to date, and the results do not differ from them. However, the method for using the inventive device is simpler, allows personnel to work with it in conditions that exclude the need for high qualifications and occupational hazards, due to the use of ultra-low power (less than 10 μW) and a controlled short time of EHF exposure (within 10 - 20 minutes).

Устройство применимо в силу технологичности освоения выпуска узлов в отдельности многими предприятиями, новый узел антенно-поршневой не вызывает сложности в изготовлении. The device is applicable due to the technological development of the production of nodes separately by many enterprises, the new antenna-piston assembly does not cause manufacturing difficulties.

Экспериментальный образец устройства проходит апробацию в Саратовском филиале Института радиотехники и электроники РАН и в Саратовском государственном медицинском университете и получил высокую оценку. An experimental sample of the device is being tested at the Saratov branch of the Institute of Radio Engineering and Electronics of the Russian Academy of Sciences and at the Saratov State Medical University and was highly appreciated.

Качество исследования заявляемым устройством превосходит аналогичное исследование устройствами и прототипом, потому что данное устройство способно получить информацию с глубины исследуемых объектов, регистрируя, таким образом, аномалии и свойства как живых, так и неживых и физических объектов, что чрезвычайно ценно, причем получаемая информация позволяет наблюдать за всем объемом исследуемого объекта и воздействовать на него дозированно без излишней передозировки. The quality of the research by the claimed device is superior to a similar study by devices and the prototype, because this device is able to obtain information from the depth of the studied objects, thus recording the anomalies and properties of both living and non-living and physical objects, which is extremely valuable, and the information obtained allows us to observe for the entire volume of the investigated object and to act on it in a metered way without undue overdose.

Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого радиоволнового анализатора позволяет по сравнению с прототипом проводить анализ состава и состояния объекта, в том числе и биологической природы, в ММ-диапазоне радиоволн с регистрацией радиоотклика объекта на воздействие ММ-волн в виде характеристических острорезонансных амплитудно-частотных спектров. Thus, the technical and economic efficiency of the proposed radio wave analyzer allows, in comparison with the prototype, to analyze the composition and condition of the object, including the biological nature, in the MM-range of radio waves with registration of the radio response of the object to the influence of MM-waves in the form of characteristic acute-resonance amplitude-frequency spectra.

Claims

A device for researching objects by EHF exposure, including a millimeter-wave generator of electromagnetic waves and a receiver connected to the object via radio wave communication through a radiating and receiving antenna, characterized in that a piston assembly in contact with the object being studied is formed, which is formed by the receiving antenna of the receiver, serving as a piston and a hollow cylinder of radiolucent material, with a generatrix length not less than the transverse size of the receiving antenna applicator, with interchangeable on a cannon made of non-wettable radiolucent material, mainly in the form of a glass, and the receiver is made in the form of a radiometer of the long-wave part of the microwave and / or radio range.