《电磁兼容生物效应》PPT课件

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1、第8章生物电磁效应与应用刘洋应用物理教研室18.1生物电与人体电磁兼容人体是最精妙最复杂的电磁兼容系统，人体组织是具有生命活动的物质。物质由带电粒子的分子和原子组成，这些带电粒子在生命活动中遵循生物电磁场的规律(至今仍不很清楚)形成自身的电磁场与电磁波。人体组织由于各种生命活动，可产生诸如电子运动、离子转移、神经电活动等生物的电过程，从而会产生不同频率、强度和波形的生物电场、磁场和电流。神经系统以电脉冲(动作电位)为信息载体，从探测器(耳、眼、皮肤和内脏的感受器)接受体内外环境的各种变化(即刺激)，并把刺激能量转化成神经冲动。2经过中枢的分析、整合，再将命令信息以神经冲动方式传至效应器

2、(肌肉和腺体等)，以支配和调节各器官的活动。人体动作的协调和准确，是任何机器人所无法比拟的。瘫痪、神经脱髓鞘病、小脑共济失调、癫痫发作和帕金森氏综合症等神经系统疾患，就是神经系统受损害和内部的电磁骚扰引起的人体机能“降级”甚至紊乱。38.1.1生物电4动作电位是细胞兴奋时所产生的跨膜电位波动。刺激因素(电、化、机械)使膜局部平衡暂时破坏而产生突然电压瞬间(几毫秒内)变化，并可形成传播神经冲动，或沿肌肉(心肌)传导。临床上动作电位大量综合形成心电、脑电、肌电等。58.1.2人体电磁兼容人体组织和器官的电阻抗差异较大。血清的电阻率较低，肌肉次之，肝、脑等组织的电阻率较高，脂肪和骨骼的电阻抗

3、最高。不仅各种组织和器官有不同的阻抗，即便是同一组织，在不同频率下，其阻抗也不相同。复杂的生物体，如人体、动物等内部电场的估算是非常复杂的，这主要是由于这些物体的形状非常不规则，内部的电常数也是非均匀的。尽管这样，还是要通过理论计算和试验方法来确定在外部电磁场的照射下人体与其他动物组织中所感受的电磁场。正是这些电磁场与人体和其他动物组织相互作用，才产生出种种效应。6几种组织的电阻抗和电导率7平面电磁波正入射人体时的网格空间设置，网格空间的大小采用分辨率为2.62cm的模型；对应于人体模型需要12×23×67个网格；分析时采用二阶近似的吸收边界条件。8右图表示入射波频率为100MHz时，

4、人体吸收的SAR(比吸收率SpecificAbsorptionRate的简称)分布.定义为每公斤人体组织所吸收的电磁功率(W/kg)，是生物医学中的一个重要参数，用来度量电磁辐射在生物单位组织中所感应的电场。比吸收率能够考虑热效应和非热效应，体温升高率也和比吸收率成正比。98.2电磁波的生物效应电荷产生电场，电荷流动产生磁场，两者合称为电磁场；电磁场以波的形式(电场和磁场的振幅相互垂直)向外传递电磁能量，形成了电磁辐射。生物组织中的电解质与水是主要参与反应的物质。就组织的含水量来讲，不同年龄、不同组织器官含水量不同，一般来讲，含水量较低的组织，其介电常数均低于含水量高的组织一个数量级。

5、随着频率的升高，人体各种组织的介电常数随之减少，电导率增大。人体部分组织在不同频率的电导率值如下表所示。10118.2.1电磁波生物效应从生物物理角度分析，电磁波对人体产生影响的机理是：对电子传送的影响。对自由基活动的影响。对生物膜通透性的影响。对蛋白质和酶活性有影响。对遗传基因的影响。电磁波生物效应机理大体上分为热效应、非热效应和积累效应等。128.2.2微波的生物效应电磁辐射的频谱可由甚低频到极高频(1022Hz)，其中高频电磁波由微波(300MHz~300GHz)和射频(radiofrequency)构成，它们均有明显的生物学效应。高频电磁波对生物体的作用主要以辐射方式进行，称为

6、电磁辐射区。特别是频率为300GHz~100MHz的电磁波称为微波辐射，是电磁辐射生物效应研究的重点区间。微波是高频电磁波，也称射频电磁波。其波长在lm~1mm范围内，所对应的频率范围大约在300MHz~300000MHz。13微波照射到生物体所产生的各种现象，不仅与微波的作用有关，还与生物体有关。微波与生物相互作用后所产生的各种生理和病理反应，称之为微波生物医学效应或微波生物学效应。医学领域中出现了各种性能较好的局部加热医用微波辐射器、微波诊断仪、微波透视仪和微波治疗仪等。14微波诊断仪微波治疗仪15表中微波波段(1m~1mm)频带最宽，在医学诊断、治疗中占有十分重要的地位。在高电压

7、辐射场中，热效应占主导地位。在长时间、低电压电磁场辐射下，非热效应占主导地位。168.2.3微波的热效应利用微波对生物体进行照射时，生物机体的温度会逐渐上升。说明微波对机体具有加热作用，这就是微波的热效应。微波可引起眼睛损伤，眼睛是人体对微波辐射比较敏感和易受伤害的器官。如果微波功率增加到某一确定门限值，眼睛被损坏。在微波照射下，可能眼的表层组织角膜还没有出现伤害，而晶状体已出现水肿。在大强度、长时间作用下会造成晶状体混浊，严重的将导致白内障。