Воздействие микроволнового излучения на многослойные биологические ткани (стр. 7 )

Количество легких (положительных и отрицательных) ионов должно соответствовать оптимальным значениям: для положительных – 150…300, для отрицательных – 3000…5000. Коэффициент полярности (отношение разности числа положительных и отрицательных ионов к их сумме) должен находиться от – 0,5 до 0 (“Санитарно-гигиенические нормы допустимых уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений” № 000-80).

В помещении, где используется компьютер, следует ограничивать применение полимерных материалов для оценки интерьера и оборудования. Пол должен иметь поливинилхлоридное антистатическое покрытие (ТУ 4). Двери и стенные шкафы могут быть облицованы поливинилхлоридным декоративным антистатическим материалом (ТУ -82).

Запрещается применять для отделки интерьера компьютерного помещения строительные материалы, содержащие органическое сырье: древесно-стружечные плиты (ДСП), декоративный бумажный пластик, поливинилхлоридные пленки, моющиеся обои и др.

Другие факторы.

Зрительное и умственное перенапряжение можно уменьшить путем правильной организации рабочего места при работе с компьютером.

При работе на ЭВМ необходимо соблюдать правильную посадку. Работающий за видеотерминалом должен сидеть прямо, опираясь в области нижних углов лопаток на спинку стула, не сутулясь, с небольшим наклоном головы вперед (до 5…7º). Предплечья должны опираться на поверхность стола, снимая тем самым статическое напряжение мышц плечевого пояса и рук. Угол, образуемый предплечьем и плечом, а также – голенью и бедром, должен быть не менее 90º.

Уровень глаз должен приходиться на центр экрана и оптимальное ее отклонение в вертикальной плоскости должно находиться в пределах 10º. Оптимальный обзор в горизонтальной плоскости от центральной оси экрана должен быть в пределах 15º, допустимый - 30º. При рассмотрении информации, находящейся в крайних положениях экрана ЭВМ, угол рассматривания ограниченный линией взора и поверхностью экрана должен быть не менее 45º. Чем больше угол рассматривания, тем легче воспринимать информацию с экрана видеотерминала и меньше будут уставать глаза.

Оптимальное расстояние глаз до экрана монитора должно составлять 60…70 см, допустимое – не менее 50 см. Рассматривать информацию на экране видеотерминала ближе 50 см не рекомендуется.

Для предупреждения развития переутомления обязательными условиями являются:

1.  Осуществление перерыва после каждого академического часа работы длительностью не менее 15 минут, независимо от ее вида;

2.  Проведение во время перерыва проветривания помещения (желательно сквозное);

3.  Осуществление во время перерыва подвижной паузы в течении 3…4 минут:

4.  Через каждые 20…25 минут работы на видеотерминале осуществлять упражнения для глаз. Комплекс упражнений рекомендуется менять не реже одного раза в 2…3 недели.

Уровень неиспользованного рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана и других поверхностей ЭВМ не должен превышать 100 мкР/ч.

Напряженность электростатического поля на рабочем месте при работе на видеотерминале должна быть не более 15 кВ/м.

В целях предупреждения электрических травм запрещается работать на незаземленных мониторах, а также на мониторах, у которых нарушен внешний вид (повреждена поверхность корпуса и ЭЛТ и т. п.), имеются нехарактерные сигналы, нестабильное изображение на экране ЭДТ и др.

Помещения должны быть оснащены устройствами защитного отключения. Электрические розетки, находящиеся на рабочих местах операторов, должны быть расположены в труднодоступном месте. Свободные розетки должны быть закрыты заглушками. Должны быть соблюдены нормы, препятствующие легкому извлечению сетевых вилок из розеток (на розетках устанавливаются защитные кожухи).

Средства вычислительной техники должны быть установлены и подключены в строгом соответствии с инструкциями по их эксплуатации и заземлены. Провода электропитания не должны свешиваться со столов или висеть под столами. Должна быть исключена возможность случайного касания ногами проводов или электрических розеток.

Операторы не должны иметь легкого доступа к задним панелям видеотерминалов.

ЭВМ должны находиться на столах в устойчивом положении, а столы должны быть прикреплены к полу. Средства вычислительной техники должны иметь чехлы, предохраняющие их от пыли.

Для снижения пыли в помещении с компьютером рекомендуется:

1)  не входить в помещение, где установлены видеотерминалы, в уличной обуви;

2)  на входе в помещение необходимо предусмотреть шкаф с полками для хранения портфелей и сумок, или же встроенный шкаф:

3)  ежедневно проводить уборку помещения влажным способом и протирать экраны и корпус видеомонитора.

4)   

4.5 Инженерный расчет экранировки экспериментальной установки

Основной целью электромагнитной экранировки установки является не допущение воздействия СВЧ – мощности на обслуживающий персонал. Для частот свыше 300 МГц установлена максимальная мощность длительного (несколько часов) воздействия на человека и она равна 10 .

Экранирование производится металлом, толщиной 3 мм. Защитные свойства обусловлены тем, что электромагнитное поле создает на экране токи Фуко, наводящие в нем вторичное поле по амплитуде примерно равное, а по фазе противоположное экранируемому. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей очень быстро убывает в экране, проникая на незначительную глубину.

В исследованиях применяется частота 2450 МГц, получаемые выходные мощности находятся в пределах до 1,0 кВт при следующих геометрических размерах установки размерах установки: 1200 мм 34мм72мм.

Таким образом, в объем резонаторной камеры излучается СВЧ мощность – 1 кВт, и следовательно можно определить величину мощности, приходящейся на единицу поверхности волноводной камеры:

(4.1)

Экранирование производится листами стали, толщиной (z = 3 мм).

Величину мощности СВЧ – излучения из СВЧ – устройства можно рассчитать из уравнения:

(4.2)

В этом выражении:

- плотность мощности излучения внутри установки;

- плотность мощности излучения из установки;

z – толщина металлического стального листа;

- постоянная затухания СВЧ – мощности в медном листе.

Величина постоянной затухания может быть определена по формуле:

(4.3)

В этом выражении:

f - частота колебаний электромагнитного поля, ;

- проводимость меди, ( ) ;

- относительная магнитная проницаемость стали;

- абсолютная магнитная проницаемость ;

Таким образом, величина СВЧ – мощности, которая излучается из установки равна нулю, и следовательно, удовлетворяет всем требованиям по безопасным условиям работы обслуживающего персонала.

В России в настоящее время действуют следующие нормативные документы:

1. ГОСТ 12.1.006 – 84 “Система безопасных условий труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допускаемые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля”;

2. Отраслевые “Правила техники безопасности и производственной санитарии в электронной промышленности”, разделы К, Н, согласованные с Министерством электронной промышленности СССР от 01.01.01 г.

Оба указанные документа устанавливают в качестве безопасной нормы, при 8 часовом рабочем дне, уровень плотности потока мощности не более

10 .

4.6 Основные требования к помещению для СВЧ – установки

Установка является экологически чистой, не содержит вредных выбросов в атмосферу и обеспечивает обеззараживание грунта под рассаду.

СВЧ – установка для обезжиривания грунта под рассаду изготовлена в исполнении УХЛ категория 3 по ГОСТ и предназначена для работы в сухом помещении, при температуре от +5°С до +40°С; относительной влажности воздуха до 98% при температуре +25°С и более низких без конденсации влаги, атмосферном давлении 745 мм. рт. ст. в среде невзрывоопасной, не содержащей пыли и капель воды в количестве снижающем параметры источников СВЧ – энергии в допустимых пределах.

Глава 5 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

5.1 Воздействие электромагнитного излучения на человека

О вредном воздействии на здоровье человека электромагнитного излучения высоковольтных ЛЭП уже много писали, но, оказывается, наши квартиры, опутанные электрическим кабелем и переполненные бытовыми приборами, не намного безопаснее. Речь пойдет о воздействии на людей магнитных полей, которые создаются некоторыми бытовыми электроприборами, а в основном разнообразным электротехническим оборудованием здания: кабельными линиями, подводящими электричество ко всем квартирам, системами энергоснабжения лифтов. В России не установлены предельно допустимые уровни переменного магнитного поля частотой 50 Гц для населения, поэтому этот вид излучения не контролируется органами санэпидемнадзора в жилищах и для бытовых приборов. А вот в Швеции цифра 0,2 мкТл фигурирует уже в обязательных к исполнению существующих правил, и в них рекомендовано снижать уровень поля, насколько это позволяют сделать современные технические средства.

В результате исследований населения в Швеции установлено, что у тех, кто живет в условиях повышенного (более 0,1 мкТл) уровня магнитного поля промышленной частоты, риск развития лейкемии у детей возрастал в 3,6 раза с повышением уровня магнитного поля от 0,1 мкТл до 0,4 мкТл.

Споры о воздействии электромагнитного излучения аппаратов сотовой связи на здоровье пользователей ведутся уже несколько лет, при этом самым главным аргументом защитников радиотелефона было отсутствие достоверных экспериментальных данных о связи высокочастотного излучения и заболеваемости.

В майском выпуске журнала “ Radiation Research” группа исследователей под руководством доктора Майкла Рипачелли сообщила об экспериментах по облучению лабораторных животных импульсно-модулированным радиочастотным сигналом (900 МГц), соответствующим одному из наиболее распространенных стандартов сотовой связи.

Исследование проведено на мышах, методами генной инженерии выведенных для изучения раковых заболеваний. Эти мыши имеют особый ген, вызывающий склонность к образованию лимфомы, и ученые заранее знают, какой процент животных в нормальных условиях окажется больным через любое время. В ходе эксперимента около 100 мышей – самок подвергались облучению дважды в день в течение 30 минут. Через полтора года 43% облученных животных заболело лимфомой, в контрольной группе – только 22%.

Эти эксперименты устанавливают статистически достоверную связь между электромагнитным излучением сотового телефона и ростом онкологических заболеваний у подопытных животных.

Исследование группы Майкла Рипачелли выполнено квалифицированным коллективом с использованием самых современных методов. Работа проводилась в рамках международного проекта Всемирной организации здравоохранения. Биологическое действие электромагнитных полей, и ее результаты, очевидно, указывают на возможность канцерогенного действия электромагнитных полей, особенно в сочетании с другими канцерогенными факторами.

Однако полностью переносить эти результаты на человека пока преждевременно. Провести эксперименты на человеке невозможно, поэтому надо ждать, когда проявятся последствия для здоровья сегодняшних пользователей радиотелефонов. Точно так же в сороковых годах ученые не имели данных об онкологическом воздействии ядерного излучения на человека, хотя опыты на животных достоверно связывали радиацию и рак. Лишь потом, в ходе медицинских наблюдений за жертвами ядерных взрывов и аварий, все данные лабораторных исследований были подтверждены.

Результаты исследований доктора Рипачелли являются тревожным сигналом и требуют большой осторожности в использовании техники мобильной связи.

Биологическое действие электромагнитных полей зависит, прежде всего, от двух параметров – мощности и частоты излучения. В зависимости от мощности различают тепловое и нетепловое воздействие. Условной границей между этими областями является величина в 10 милливатт на квадратный сантиметр облучаемой поверхности. При таком значении мощности ткани могут прогреться на несколько десятых долей градуса. От частоты излучения зависит, насколько хорошо поглощается электромагнитная энергия в теле человека. Например, волны метрового диапазона (40 МГц) слабее поглощаются в тканях, чем волны дециметрового диапазона (900 МГц), а излучение сантиметрового диапазона может полностью “застрять” в живой ткани на глубине в несколько сантиметров. Значение выходной мощности является основной энергетической характеристикой – чем она больше, тем больше уровень электромагнитного поля будет около антенны. Для радиотелефонов ручного пользования мощность находится в пределах от десятых долей ватта до 10 ватт. В России уже несколько десятков лет действуют нормы для предельно допустимых уровней радиочастотных излучений.

Например, для устройств, работающих в области частот 30…300 МГц была введена предельная напряженность электрического поля волны в 100 В/м.

Для частот выше 300 МГц установлена предельно допустимая мощность излучения 10 микроватт на сантиметр квадратный (для облучаемого персонала). Для населения этот уровень меньше в 5,1 раза, без ограничения времени облучения. При использовании любой бытовой аппаратуры в России эти нормы должны соблюдаться. Простейшие оценки показывают, что радиотелефон (например, 900 МГц) с мощностью излучения около одного ватта способен создать в области вашей височной кости плотность мощности в 10…100 раз большую, чем предельно допустимые значения. Заметим, что инструментальные измерения уровней излучения радиотелефонов подтверждают эту печальную картину. Проблему влияния электромагнитного поля радиотелефона на здоровье стали широко обсуждать в США в начале 90-х годов. Именно тогда к производителям аппаратов и владельцам сотовых сетей был предъявлен ряд гражданских исков от родственников людей, активно пользовавшихся при жизни радиотелефоном и умерших от рака мозга. Вся эта история вызвала панику среди пользователей аппаратов сотовой связи, которая и привела в 1993 году к резкому падению курса акций крупнейших компаний, занятых в радиотелефонном бизнесе. Производители провели беспрецедентную компанию по формированию благоприятного общественного мнения: в рекламу были включены сообщения о безопасности продукции, проводились пресс-конференции ученых, заявившие, что не было отмечено ни одного случая существования угрозы для здоровья от применения сотового телефона. При этом никто не отрицал того факта, что ни одного специального исследования, посвященного проблемам биомедицинских эффектов от радиотелефона к тому времени выполнено не было. Традиционно при рассмотрении биологических эффектов от электромагнитного поля считалось, что основным механизмом воздействия является “тепловое” поражение тканей. Исходя из этого, и разрабатывались стандарты безопасности во многих странах. Однако, в последнее время появляется все большее количество доказательств, что существуют другие пути взаимодействия электромагнитного поля живого организма при интенсивностях поля недостаточных для тепловых воздействий. В числе отдаленных проявлений этих воздействий и раковые, и гормональные заболевания, и многое другое. Кроме того, ученые обратили внимание на комбинированное воздействие малых интенсивностей различных видов воздействий. Практически все мы находимся в условиях одновременного воздействия электромагнитных полей, ионизирующих излучений, химических веществ и прочее. В результате совместного действия всех этих факторов процессы в организме протекают иначе, не так, как это моделировалось в лабораториях для какого-либо одного вредного воздействия.

Одна из групп провела в течение месяца эксперимент, в ходе которого 20 добровольцев 6 дней в неделю по 2 часа в день использовали стандартный сотовый телефон, а врачи анализировали их гормональное состояние. В отчете приведены данные об устойчивом снижении тиреотропного гормона, отвечающего за работу щитовидной железы. Хорошо известно, что при снижении функции щитовидной железы уменьшается потребление кислорода, снижается скорость обменных процессов. Внешние признаки этого - прорежение волос, сухая, одутловатая кожа с желтоватым оттенком, хриплый голос.

Эксперименты на животных показали, что практически все контрольные системы организма реагируют именно на модулированный сигнал при низкой интенсивности энергии воздействия (100 мкВт/кв. см.) При исследовании теплового воздействия электромагнитного излучения необходимо иметь ввиду тот факт, что ткани живого организма неоднородны. Например, в тканях головного мозга есть участки, которые из-за высокой проводимости способны поглотить значительно большую часть энергии электромагнитного излучения, чем соседние ткани. Возможность такого “локального” перегрева была достоверно установлена еще до изобретения радиотелефона. При превышении некоторых доз (кстати, весьма незначительных) высокочастотного излучения в мозгу подопытных животных наблюдались микроскопические участки, которые были буквально сварены. Не исключено, что подобное явление приведет к раку мозга. Вопрос о воздействии радиотелефонов на здоровье человека остается по сей день открытым.

ГЛАВА 6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Оценка стоимости разработки микроволнового устройства лучевого типа для воздействия микроволнового излучения на многослойные биологические ткани включает в себя следующие основные этапы:

1.  Разработка технического задания на микроволновую установку, которое включает в себя следующие основные параметры:

- выбор конструкции микроволнового устройства экспериментальных исследований;

- многослойная структура биологических тканей;

- проведение экспериментальных исследований по воздействию микроволновой энергии на биологические ткани;

- описание принципа действия микроволновой установки на частоте 2450 МГц, мощностью до 600 Вт, её конструкции;

- обоснование выбора многослойной структуры биологической ткани и ее основных параметров;

- распределение температуры в многослойных тканях и области применения полученных результатов.

2.  Разработка конструкции микроволновой установки, которая включает в себя следующие основные параметры: размеры металлической камеры, выбор конструкции источника СВЧ энергии и пульта управления. Этот этап работы включает проведение расчета микроволновой установки;

3.  Разработка конструкторской документации для изготовления микроволновой установки. Конструкторская документация состоит из двух основных частей: чертежи на микроволновую камеру и чертежи на изготовления источника СВЧ энергии и пульта управления;

4.  Покупка комплектующих для источника СВЧ энергии, пульта управления и микроволновой установки, а также изготовление их на профильном предприятии;

5.  Производство сборочных работ. Сборка источника СВЧ энергии и сборка микроволновой камеры и пульта управления.

6.  Проведение пуско-наладочных работ;

7.  Проведение экспериментальных исследований по воздействию микроволнового излучения на многослойные биологические ткани.

Оценка изготовления металлической камеры для микроволновой установки, размерами: (600 х 600 х 600) мм и двери с запорным устройством на предприятии составляет 40 тыс. рублей.

Оценка изготовления источника СВЧ энергии для микроволновой установки составляет 12 тыс. рублей (на микроволновой установке расположено 1 источник СВЧ энергии).

Оценка амортизационных и прочих затрат определяется деятельностью конкретного предприятия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения дипломной работы:

- сформулированы основные проблемы развития микроволновой медицины и определены направления исследований воздействия микроволнового излучения на биологические объекты;

- проведен анализ экспериментальных результатов по исследованию биологических систем в различных диапазонах сверхвысоких частот и особенности их нагрева;

- представлены механизмы взаимодействия микроволнового излучения с биологическими объектами на атомно-молекулярном уровне, а также воздействие микроволнового излучения на микроорганизмы;

- рассмотрено применение современных медицинских микроволновых аппаратов в области терапии на частоте колебаний электромагнитного поля 2450 МГц;

- предложена многослойная модель биологических тканей человека и проведены экспериментальные исследования по воздействию на эти ткани микроволнового излучения на частоте колебаний электромагнитного поля 2450 МГц;

- результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность локального нагрева области, где расположена опухоль, не повреждая окружающие биологические ткани (мощность СВЧ установки 600 Вт, время воздействия на многослойные биологические ткани 3 минуты, расстояние от биологических 325 мм, частота колебаний электромагнитного поля 2450 МГц);

- проведен теоретический расчет мощности поглощения микроволнового излучения многослойными биологическими тканями (слой воды, характеризующий опухоль на 4-5 градусов Цельсия выше температуры окружающих тканей).

В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований по воздействию микроволнового излучения на биологические ткани, подтверждена перспективность данного направления, а также возможность эффективного лечения злокачественных опухолей (температура опухоли на несколько градусов выше температуры окружающих тканей).

Также разработано запорное устройство (защита от СВЧ – излучения обслуживающего персонала) обеспечивающее плотность СВЧ – излучения существенно меньше . СВЧ – устройство удовлетворяет всем требованиям по технике безопасности;

В дипломной работе рассмотрены вопросы экологии, экономики и техники безопасности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  , Чирков опыт интерстициальной термотерапии Nd-YAG-лазером // Применение лазеров в биологии и медицине: Материалы международной конференции. – Киев,1995. – с. 49-50

2.  Пустырский и комплексное лечение рака молочной железы с использованием современных физических методов воздействия // Дис. …докт. мед. наук. – Москва, 1992. – с.347

3.  , , Акимов размеров зоны поражения злокачественных опухолей при лазерной интерстициальной термотерапии // Медицинская техника. – 1996. - №4. – с. 19-23

4.  Русанов интерстициальная термотерапия: современное состояние и перспективы использования для лечения новообразований молочной железы // Маммология. – 1997. - № 1. – с. 9-18

5.  , Ищенко методы и механизмы термодеструкции // Лазерная медицина. – 2000. – т.4, вып. 4, с. 67-71

6.  , , Черкасов использование лазерной фотодинамической терапии и гипертермии в онкологии. Конференция “Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий” // Сочи, 1 – 10 октября, 2001 г.

7.  Патент РФ № от 27.04.02. “Способ лечения злокачественных опухолей”, авторы: , ,

8.  СВЧ – энергетика // М.: Мир, 1971, т. 3.

9.  , Девяткин нагревательные установки для интенсификации технологических процессов // Издательство Саратовского университета, 1983 г.

10.  Миллиметровые волны в биологии и медицине // М. № 4, 1994 г.

11.  Физиотерапия, , М. // “Медицина”, 1995г.

12.  “Микроволны и их лечебное применение”, // М., 1974 г.

13.  Аппарат для СМВ терапии ЛУЧ-11 // издательство “ЭМА”, г. Москва, 2003.

14.  Манахов от электромагнитных полей технологических установок в электронной промышленности // М.: изд. МЭИ, 1992, 72 с.

15.  , Новиков среда и человек // 2 изд. М., 1986, 415 с.

16.  Экология, учебное пособие // М.: Знание, 1997.

17.  , , Нагинаев труда в вычислительных центрах // М.:Машиностроение, 1990.