The use of ultra-high frequencies in biological research, Iu. E. Maskalenko. In: Biophysics ( UdSSR ), 3-5, S. 589-598 ( Übersetzung ins Englische ).
Auch zitiert als: Moskalenko, Y.E.: Utilization of superhigh frequencies in biological investigations. In: Biophysics ( UdSSR ), ( englische Übersetzung ), vol. 3, pp 619-626, 1958

Die Verwendung von UHF Frequenzen in der biologischen Forschung

(...) Die Körper von Menschen und Tieren sind für Radiowellen im UHF Bereich halb durchlässig. (...) Eine ebene elektromagnetische Welle die auf irgendeinen Teil des Körpers trifft, wird in ihm teilweise absorbiert. Der Grad der Absorption hängt von den durchschnittlichen Werten der dielektrischen Konstante und der Leitfähigkeit des Gewebes des Körpers der sich im Weg der Radiowellen befindet. (...) Ein Gerät zur Aufzeichnung der Änderung der Absorption der Radiowellen ( Bild 1 ) kann folgendermaßen dargestellt werden: Sendeantenne A1 die in Richtung auf das zu untersuchende Objekt strahlt und Empfangsantenne A2 die das Signal auffängt das durch den zu untersuchenden Körper O gewandert ist. (...)

Es wurde ein Gerät erdacht und gebaut, das aus einem Generator mit einer Leistung von 2 Watt, einer Sendeantenne und einem Empfangssystem mit einem an ein Koaxialkabel angeschlossenen Dipol besteht. Die Spannung im Kabel wird gleichgerichtet und auf ein EO-7 Oszilloskop gegeben. Damit keine speziellen Gleichstromverstärker verwendet werden müssen, sind die elektromagnetischen Schwingungen des Oszillators durch die Verwendung einer Wechselspannung von 50 Hertz moduliert. Dadurch kann der Niederfrequenzbereich des EO-7 Oszilloskops als Verstärker verwendet werden. Die Aufnahme der Änderungen der Radiowellenabsorption im Raum zwischen den Antennen wurde photographisch durchgeführt, indem ein Gerät einen Filmstreifen gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit von 10 und 30 mm/Sekunde über das Anzeigefeld des Oszilloskops transportierte.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß die größte Empfindlichkeit dieser Methode erreicht wird, wenn der Abstand der Sendeantenne 10-15 cm und der Abstand der Empfangsantenne 0,5-1 cm vom zu untersuchenden Objekt beträgt. In diesem Fall durchdring der Hauptteil der elektromagnetischen Energie den Körper in einem kreisförmigen Bereich mit einem Durchmesser von 5-7 cm, was es möglich macht, Veränderungen im Blutgehalt von menschlichen Organen Herzens, Lunge, Rückenmark und so weiter zu messen.

Wenn die Veränderungen im Blutgehalt von tiefliegendem Gewebe untersucht werden, muß die Ebene der Sendeantenne parallel zur Projektion des entsprechenden Organs auf die Oberfläche des Körpers sein, denn wenn die Radiowellen unter einem anderen Winkel einfallen, wird ein Teil der elektromagnetischen Energie reflektiert. Bei einem Winkel über 60 Grad erfolgt vollständige Reflektion. Dieser Umstand ermöglicht den zu untersuchenden Bereich durch entsprechende Orientierung des Körpers im Verhältnis zur Antenne genauer einzugrenzen.

Die erfolgreiche Anwendung dieses kontaktlosen Verfahrens zur Untersuchung von tiefliegenden Organen hängt davon ab, inwieweit es möglich ist den Einfluß von Änderungen des Blutgehalts von anderem Gewebe, das sich im Weg der Radiowellen befindet, abzuschätzen. Da der Strahl der Radiowellen auf geradem Weg durch das Gewebe dringt, ist das Verhältnis in der Änderung der Absorption von elektromagnetischer Energie im Gewebe des untersuchten Organs zur Änderung der Absorption im übrigen durchdrungenen Gewebe gleich dem Verhältnis des systolischen Blutvolumens im untersuchten Organ und im übrigen Gewebe. Eine ungefähre Berechnung dieses Verhältniswertes ist nicht schwierig und zeigt, daß er in der Untersuchung von Organen wie Herz, Lunge und Gehirn nicht größer ist als 0,05. Das bedeutet, daß der Fehler dieser kontaktlosen Messmethode, der sich aus der Änderung des Blutgehalts des Gewebes ergibt, das das zu untersuchende Organ umgibt, nicht größer als 5 Prozent ist. (...)

Versuche an Modellen hatten zum Ziel, die Bedingungen der größten Empfindlichkeit dieses Verfahrens sowie die Größe der Veränderung des Signals im Empfängersystem festzustellen, wenn die äußeren Abmessungen des Untersuchungsobjektes gleich bleiben. Das Modell an dem diese Versuche durchgeführt wurden, bestand aus einer Flasche mit einem Durchmesser von 150 mm und einem langen Hals durch den ein einseitig verschlossener Gummischlauch geführt wurde, an dem am anderen Ende ein Gummiball befestigt war. Der Raum der Flasche war mit 1 % NaCl Lösung gefüllt. Beim zusammendrücken des Balls dehnte sich der Schlauch in der Flasche aus und ein Teil der Lösung in der Flasche floß in ein Messröhrchen. Durch den Anstieg des Spiegels der Flüssigkeit in diesem Röhrchen war es möglich die Größe der Änderung des Verhältnisses zwischen Luft und Flüssigkeit in der Flasche abzuschätzen. Das Bild der Änderung der Radiowellenabsorption in diesem Modell die durch periodisches Zusammendrücken des Gummiballs hervorgerufen wurde, zeigt Bild 6a. Die Veränderung im Verhältnis von Luft und Flüssigkeit in der Flasche betrug 0,8 Prozent.

Diese Versuche ermöglichten den optimalen Abstand zwischen dem zu untersuchenden Objekt und den Antennen festzustellen, der oben angegeben wurde und zeigten die Abhängigkeit der Änderung der Radiowellenabsorption von inneren Vorgängen die im untersuchten Objekt stattfinden.

Versuche an Menschen wurden unter den selben Bedingungen wie bei den Modellversuchen durchgeführt. Der zu untersuchende Teil des Körpers wurde so platziert, daß die Linie zwischen den Mitten der beiden Antennen ( die Antennenlinie ) durch das zu untersuchende Organ lief und die Ebene der Sendeantenne parallel zu dem Teil des Körpers war auf den die Projektion des untersuchten Organs am größten war. ( Berücksichtigt wurde auch wo die Menge des übrigen Gewebes im Weg der Radiowellen am geringsten ist. )

In Bild 6b, 6c, 6d und 6e werden Kurven von Änderungen der Radiowellenabsorption durch Puls und Atem in verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers wiedergegeben. Durch Anordnung der Antennenlinie auf der Höhe des fünften ( Bild 6b ) und des zweiten ( Bild 6c ) Rippenzwischenraumes der linken Brustseite entspricht die Änderung der Radiowellenabsorption während des Anhaltens der Luft der Änderung des Blutvolumens des Herzens. Der Unterschied in der Kurve der beiden Bilder 6b und 6c zeigt daß der Hauptstrahl der Radiowellen durch verschiedene Bereiche des Herzens ging. Diese Kurven wurden durch die Bekleidung hindurch aufgenommen, was aber, wie der Versuch zeigt, die Empfindlichkeit des Verfahrens nicht beeinflusst.

Das Bild 6d zeigt die Änderung im Lungenvolumen während normaler Atmung. (...) Zunahme der Radiowellen Absorption in Bild 6d entspricht der Einatmung. Bei der Aufnahme dieser Kurve verlief die Antennenlinie durch die Mitte der Brust. Die Änderung der Absorption von Radiowellen wenn sie sagittal ( Anmerkung des Übersetzers: von vorne nach hinten oder umgekehrt ) durch den Schädel geleitet werden, hängt von der Änderung des mengenmäßigen Verhältnisses zwischen Blut und Hirnflüssigkeit ab, denn das gesamte Volumen des Gewebes im Bereich des Gehirns bleibt gleich. (...)

Die hier wiedergegebenen Bilder zeigen nur einige Beispiele der Anwendung der kontaktlosen Methode zur Untersuchung von bestimmten Vorgängen in Organismen ohne alle Möglichkeiten der Anwendung dieser Methode in der biologischen Forschung aufzuzählen.

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