Es ist aus der Theorie und der Praxis von ultrahohen Frequenzen bekannt, dass jeder Gegenstand in einem Wellenleiter die Weiterleitung von elektromagnetischer Energie durch Absorption verringert. (...) Um berührungslose Aufzeichnungen von Volumenänderungen mit Hilfe der UHF-Elektroplethysmographie durchzuführen ist es notwendig, eine Methode zu finden, das Testobjekt im Wellenleiter zu befestigen und die prinzipiellen elektrischen Charakteristika der verwendeten Radiowellen - Wellenlänge und Stärke des Energieflusses - auszuwählen. (...) Wegen der Abhängigkeit der Empfindlichkeit der UHF-Elektroplethysmographie von der Orientierung des Testobjektes ist es möglich, Volumenänderungen in dessen verschiedenen Teilen aufzuzeichnen. Zu diesem Zweck wird das Testobjekt im Wellenleiter so angeordnet, dass die Änderung seiner Silhouette ( vorzugsweise entlang der X-Achse ) durch den Teil des Objektes verursacht wird, dessen Volumenänderung aufgezeichnet werden soll. (...) ( Die X-Achse ist parallel zur breiten Seite des Wellenleiters.) (...)
Zwei Reihen von Versuchen zur Überprüfung der theoretischen Annahmen und praktischen Durchführbarkeit der UHF-Elektroplathysmographie wurden durchgeführt. Die erste Versuchsreihe wurde an Modellen mit dem Ziel durchgeführt, die optimalen Bedingungen für kontaktlose Volumenänderungen sowie die Grenzen der Empfindlichkeit des Verfahrens festzustellen. In der zweiten Reihe der Versuche, deren Ziel die Untersuchung der praktischen Anwendungsmöglichkeit der UHF-Elektroplathysmographie war, waren die untersuchten Objekte die isolierten Organe eines Frosches ( Rana temporaria, Herz und Skelettmuskel ) sowie das isolierte Herz von Kaulquappen am 28. bis 30. Tag ihrer Entwicklung. Für Objekte dieser Größe betrug die gewählte Wellenlänge ungefähr 3 cm ( Frequenz ungefähr 10 GHz ). (...)
Die erste Reihe von Versuchen wurde an einem Modell durchgeführt, dass aus einem Gummischlauch von 20 cm Länge mit einem Durchmesser von 2 mm bestand. Der Hohlraum des Schlauches war mit 1 % BaCl Lösung gefüllt Ein Ende des Schlauches war verschlossen und das andere Ende war mit einem Gummiballon verbunden, der sich beim Zusammendrücken den Schlauchs aufblähte und seinen Durchmesser auf 3 mm vergrößerte. Der Schlauch wurde durch eine Öffnung in den Wellenleiter geführt und sein Ende in einer Messbürette platziert. Die Volumenänderungen des sich im Wellenleiter befindenden Schlauchstückes wurde mit Hilfe der Änderung des Flüssigkeitsstandes in der Bürette abgeschätzt.
Die Versuche an diesem Modell zeigten einen Zusammenhang zwischen dem Volumen des Schlauches und der Spannung am Empfänger. (...) Das Verhältnis zwischen der Dämpfung durch das Testobjekt und der Empfindlichkeit der Methode wurde bestimmt. Die größte Empfindlichkeit wurde bei einer Dämpfung von 5-6 Dezibel beobachtet. (...) Nachdem experimentell die Möglichkeit der Aufzeichnung von kleinen Volumenänderungen bewiesen war, begann eine zweite Reihe von Versuchen an biologischen Objekten.
Bild 4 zeigt eine Aufzeichnung von Volumenänderungen der verschiedenen Teile des Herzens die durch eine Bewegung des Objektes in Richtung der Y-Achse hervorgerufen wurde ( Bild 4 (a), (b), (c)). Diese Aufzeichnungen wurden bei einer Empfindlichkeit der Versuchsanordnung, die 10 Prozent des Maximums entsprach, durchgeführt. Die durch das Versuchsobjekt im Wellenleiter hervorgerufene Dämpfung betrug ungefähr 2-3 Dezibel. Aufzeichnungen der Volumenänderungen des isolierten Sartorius Muskels eines Frosches als Folge eines einzelnen Stimulus sind in Bild 4 (d) wiedergegeben. Die durch den Muskel im Wellenleiter hervorgerufene Dämpfung betrug 1,5 Dezibel.
Das im Zentimeterbereich arbeitende Standardgerät erlaubt kontaktloses Aufzeichnen von Volumenänderungen oder Bewegungen von größeren biologischen Objekten ( deren Abmessungen gleich oder sogar größer sind als die Wellenlänge ) wenn es aus dem einen oder anderen Grund nicht erwünscht ist, ein Aufzeichnungsgerät an ihnen zu befestigen. In diesem Falle wird das Testobjekt zwischen die zwei Hornantennen gebracht, deren Abstand voneinander 2 cm oder mehr betragen kann. Auf diese Weise wurden die Kontraktionen des mit Nährlösung versorgten Kaninchenherzens aufgezeichnet ( Bild 4 (e)).
Die hier vorgestellten Daten sind nur einzelne Beispiele, die die Möglichkeit der kontaktlosen Messung von Volumenänderungen und Bewegungen in einem elektromagnetischen Feld von Radiowellen im Zentimeterbereich bestätigen. Tatsächlich sind die Grenzen der Anwendungsmöglichkeiten der UHF-Elektroplethysmographie viel weiter gesteckt. Für jeden einzelnen Versuch ist es notwendig, (...) die passenden Eigenschaften des elektromagnetischen Feldes und die richtige Anordnung des Versuchsobjektes im Wellenleiter auszuwählen.
Zusammenfassung
(1) Auf der Grundlage der Verteilung von Zentimeterwellen in einem Wellenleiter ist es möglich, eine kontaktlose Methode der Aufzeichnung von Volumenänderungen in biologischen Objekten mit einer Genauigkeit von bis zu 0,5 Prozent zu beschreiben: UHF-Elektroplethysmographie.
(2) Das Prinzip der Methode der UHF-Elektroplathysmografie basiert auf der Dämpfung des Leistungsflusses in einem Wellenleiter durch das Versuchsobjekt. Der Wert dieser hervorgerufenen Dämpfung wird durch die Größe der Silhouette des Versuchsobjektes in Richtung auf die kleinste Wand des Wellenleiters bestimmt. Die vorgeschlagene Methode hat ihre größte Empfindlichkeit bei Versuchsobjekten deren Größe einem Zehntel der Wellenlänge entspricht.
(3) Die Verringerung der Wellenlänge bis in den Bereich der Millimeterwellen öffnet die Möglichkeit der Entwicklung von Verfahren, die Aufzeichnungen von Bewegungen und Volumenänderungen von biologischen Objekten bis in den mikroskopischen Bereich ermöglichen.