71722

Физические основы высокочастотных электрических методов, применяемых в медицине

Лабораторная работа

Физика

На опыте убедиться в эффективности действия электрического поля ультравысокой частоты и высокочастотного магнитного поля на хорошо проводящие электролит и плохо проводящие дистиллированная вода структуры. Действие магнитного поля на движущийся заряд.

Русский

2014-11-11

320.5 KB

15 чел.

181

Физические основы высокочастотных электрических

методов, применяемых в медицине

Лабораторные работы №№ 16, 17

Цель: 1. Ознакомиться с физическими основами, применяемых в медицине, высокочастотных электрических методов.

  1.  Изучить принцип работы генератора высокочастотных электрических колебаний.

Получить элементарные практические навыки работы с аппаратами для высокочастотной электротерапии.

На опыте убедиться в эффективности действия электрического поля ультравысокой частоты и  высокочастотного магнитного поля на хорошо проводящие (электролит) и плохо проводящие  (дистиллированная вода) структуры.

Литература

  1.  Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: «Высшая школа», 1987. - Гл. 15 – 19.
  2.  Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: «Высшая школа», 1978. – Гл. 6, 8, 12, 28.  
  3.  Физический энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия»», 1989.
  4.  Medizinische Physik (Physik fur Mediziner, Pharmazeuten und Biologen). Springer – Verlag Wien New York 1992.

Вопросы входного контроля

  1.  Электрический ток. Условия существования электрического  тока.
  2.  Определение переменного тока, уравнение переменного тока.
  3.  Как связаны между собой амплитудные и эффективные значения тока и напряжения?
  4.  В каких случаях в цепи переменного тока может возникнуть сдвиг фаз между током и напряжением?
  5.  Полное сопротивление цепи переменного тока.
  6.  Обобщенный закон Ома для цепи переменного тока.
  7.  Как на основании данных цепи переменного тока определить сдвиг фаз между током и напряжением?
  8.  Что такое резонанс напряжений и токов? Условие его возникновения.
  9.  Что представляет собой простейший колебательный контур? От чего зависти частота собственных колебаний колебательного контура?
  10.   В чем сущность явления резонанса электромагнитных колебаний? Когда он наступает?
  11.   Объяснить принцип действия генератора электрических колебаний.
  12.   Каково назначение терапевтического контура?
  13.   Каково условие резонанса колебательного контура генератора и терапевтического контура?

14. Магнитное поле как вид материи. Условия его существования.

15. Действие магнитного поля на движущийся заряд.

16. Вихревые токи.

17. Закон Джоуля-Ленца.

18. Вывод уравнения тепловыделения при индуктотермии.

19. Вывод уравнения тепловыделения при УВЧ-терапии.

20. Каковы меры безопасности при работе с аппаратами УВЧ и ИКВ?

1. Краткая теория

После изобретения радио, по мере создания все более мощных радиопередатчиков, у людей, работающих на радиостанциях, стали наблюдаться странные явления: отмечались главным образом нарушения нервной системы, а у лиц, долгое время работающих на радиостанции, часто повышалась температура.

Это наблюдение послужило толчком для тщательного и кропотливого изучения физиологического воздействия электромагнитных излучений. Как показали исследования, у людей электромагнитные волны могут вызывать головную боль, беспокойство, ощущение страха и целый ряд других неприятных симптомов. Мощные электромагнитные излучения приводят к гибели подопытных животных, тогда как под воздействием более слабых электромагнитных излучений рост гусениц тутового шелкопряда ускоряется; из яиц попугая птенцы вылупляются раньше срока; новорожденные мышата быстрее прибавляют в весе.

Из физики известно, что если радиоволны поглощаются какой-то средой, то энергия волны переходит в тепловую и среда нагревается. Ученые предположили, что наблюдаемые явления связаны с тепловым эффектом. В 30-е годы Коваршик проделал следующий опыт: в ванну с дистиллированной водой при температуре 24о он пускал рыб и подвергал их воздействию электромагнитного излучения такой интенсивности, что температура рыб повышалась до 40о. Рыбы погибали через несколько минут, причем температура воды повышалась лишь на десятые доли градуса. Затем в ванну помещали рыб, но воду предварительно нагревали до 40оС. И в этом случае - уже без электромагнитного излучения! - рыбы также погибали через несколько минут.

Таким образом, ученому удалось доказать, что гибель рыб вызвана не каким-то специфическим воздействием, а исключительно тем, что их температура резко повысилась.

Во время второй мировой войны солдаты, обслуживающие радиолокационные устройства, обнаружили, что микроволновое излучение радиолокаторов действует согревающе: в зимние месяцы они обогревали в пучке излучения локатора озябшие руки, холодные пальцы ощущали приятное тепло. Так отпало подозрение, что сотрудники радиостанций испытывают какое-то специфически вредное воздействие электромагнитного поля. Одновременно некоторые прозорливые исследователи осознали пользу, которую может принести тепловой эффект для лечения больных.

Тепло используется в лечебных целях с незапамятных времен. Достаточно вспомнить нагретый кирпич, горячую ванну, различные припарки - каждое из этих средств предназначено для согревания какой-либо части тела, т.е. для искусственного повышения локальной температуры.

Однако, общий недостаток традиционных методов обусловлен тем, что тепловая энергия поступает в организм от источника тепла, находящегося вне его (например, от грелки), путем теплопередачи. Поэтому ткани нагреваются неравномерно; согреваются главным образом кожа и прилегающая к ней жировая клетчатка, а также поверхностно расположенные мышцы, тогда как температура более глубоких тканей и органов (мышц, суставов) почти не изменяется, хотя, как правило, именно они нуждаются в воздействии тепла. Чтобы на несколько градусов повысить температуру в глубоко расположенных тканях, на поверхность тела следовало бы поместить источник тепла с температурой до 70-80оС. По вполне понятным причинам это невозможно (опасность ожога и сильная боль).

Сказанное позволяет понять удовлетворение ученых, установивших, что с помощью электрического тока можно добиваться повышения температуры внутри живого организма, в глубоко лежащих тканях.

Прежде, чем перейти к физиологическим воздействиям конкретных высокочастотных методов необходимо рассмотреть способы получения высокочастотных электрических, магнитных и электромагнитных полей.

Получение высокочастотных электрических колебаний

Высокочастотные электрические колебания и электромагнитные волны принято подразделять по частоте на следующие диапазоны:

  •  высокой частоты (ВЧ) - от 0,2МГц до 30МГц;
  •  ультравысокой частоты (УВЧ) - от 30МГЦ до 300МГц;
  •  сверхвысокой частоты (СВЧ) - свыше 300МГц.

Медицинские приборы, в которых используются электрические колебания диапазонов ВЧ и УВЧ, построены на одном общем принципе – они имеют генератор электрических колебаний, энергия от которого подводится к больному при помощи терапевтического контура.

Генератор высокочастотных электрических колебаний,

используемый в аппаратах для высокочастотной электротерапии

Принцип работы генератора электрических колебаний в установившемся режиме легко понять из простейшей схемы, изображенной на рис.1 (см. также учебник физики Ливенцев, гл. 9 и гл. 12).  

Терапевтический контур состоит из катушки (), индуктивно связанной с катушкой (LГ) колебательного контура генератора, конденсатора переменной емкости (Сn) и электродов (Э). Электроды представляют собой в электрическом отношении либо емкость (), как у аппаратов типа УВЧ, либо индуктивность, как у аппаратов типа ИКВ, либо и то и другое. Таким образом, в терапевтическом контуре создаются вынужденные колебания с частотой изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке (), т.е. с частотой колебаний генератора. Для того, чтобы в терапевтический контур отдавалась существенная часть энергии и на электродах создавались значительные электрические или магнитные поля, необходимо настроить его в резонанс с генератором. В аппаратах УВЧ это делается при помощи   конденсатора переменной емкости  (Сn) (следует помнить, что общая емкость терапевтического контура складывается из параллельно включенных  (Сn) и (), т.е. )**.  Такая настройка производится в начале каждой процедуры заново, поскольку емкость системы «электроды-пациент» - () будет всякий раз разной.

  (**) В параллельном колебательном контуре, при совпадении частоты генератора () с собственной (резонансной) частотой колебательного контура (), происходит резкое увеличение амплитуды напряжения на элементах схемы, а, следовательно, и напряженности (Е) электрического поля между обкладками конденсатора – электродами терапевтического контура. Резонансная частота () может быть определена по известной формуле:

,

 где ёмкость , (определяются через геометрические и электрические параметры  тела, помещенного между электродами (обкладками) см. также рис. 1.)

     Л                                

                                    LГ

                     LОС                                                                                                                              СЭ

                                         LK       СГ                   СП                      Е                         d

                               В

                                  +

                             -    

Рис. 1.

Другая важная функция терапевтического контура - обеспечение электробезопасности, так как индуктивная связь исключает возможность попадания пациента под высокое напряжение цепей питания генератора.

В аппаратах СВЧ-диапазона используются несколько иные принципы генерации и отвода мощности от генератора. В них вместо колебательного контура используется резонатор, а вместо электродов - волноводы.

Физические основы действия высокочастотных

полей на ткани организма

В физиотерапии принято различать два механизма воздействия высокочастотных электрических и магнитный полей на ткани - ТЕПЛОВОЙ и СПЕЦИФИЧЕСКИЙ.

В основе ТЕПЛОВОГО эффекта при УВЧ-терапии лежит силовое действие высокочастотного электрического поля на заряженные частицы (электроны, ионы, молекулы), вызывающее увеличение  интенсивности их  движения, и, как следствие,  повышение внутренней энергии тела. Ионы тканевых электролитов совершают колебательное движение, по амплитуде соизмеримое с тепловым.

Количество теплоты, выделившейся в тканях, зависит не только от напряженности и частоты действующего поля, но и от электрических свойств биологических тканей. В отличие от низкочастотного, высокочастотный ионный ток не оказывает раздражающего действия на биологическую ткань.

СПЕЦИФИЧЕСКИЙ эффект проявляет себя при очень слабых полях, когда тепловое действие можно считать отсутствующим. Механизмы специфического действия изучены недостаточно, объяснение их носит характер гипотез. Однако в последнее время некоторые из них получили экспериментальное подтверждение.

При изучении конкретных высокочастотных методов особое внимание обратите на их использование и особенности применения.

Диатермия, диатермокоагуляция, электротомия

Метод ДИАТЕРМИИ основан на хорошо известном эффекте Джоуля. На тело пациента накладываются электроды терапевтического контура (см. рис.1). Протекающий по цепи высокочастотный ток (1,5-2МГц) создает тепловой эффект в тканях (см. рис. 2).

Количество теплоты q, выделяемое в единицу времени в единице объема ткани, может быть рассчитано на основании  закона Джоуля-Ленца по формуле:

                                                                                              (1)

   где:  - удельное сопротивление ткани;

- плотность тока.

При диатермии кожа и подкожная клетчатка нагреваются сильнее, чем мышцы и другие хорошо проводящие ткани.

                                                                          Кожа и подкожная

              Электрод 1                                                  клетчатка

                                                                      

                                                                     Мышечная ткань                                 

                                                                     

                     Переменный ток

 

      

              Электрод 2

Рис. 2.

Метод диатермии предполагает очень плотный контакт тела пациента с электродами, т.к. при нарушении контакта вследствие возрастания плотности тока  могут возникнуть ожоги. В настоящее время диатермия применяется мало - ее заменяют более эффективные бесконтактные методы: УВЧ-терапия, индуктотермия и микроволновая терапия.

ДИАТЕРМОКОАГУЛЯЦИЯ и ЭЛЕКТРОТОМИЯ - хирургические методы сваривания и рассечения тканей с использованием высокочастотного переменного тока.

Один из электродов (активный) при диатермокоагуляции (электрокоагуляции) имеет форму маленького шарика, второй остается плоским с достаточно большой площадью поверхности.                                                                    

Точечный электрод плотно прижимается к ткани, после чего включается ток. При этом максимальная плотность тока будет в малом объеме около активного электрода (рис. 3). Нагрев ткани под электродом до 60-80о вызывает свертывание белков.

При электротомии активный электрод имеет форму тонкого лезвия, поэтому нагрев ткани под электродом происходит еще более интенсивно (больше плотность тока). Мгновенное испарение (со взрывом) клеточной и межклеточной жидкости приводит к рассечению ткани.

                                                                

                       

                                    Область большой

                                                                     плотности тока

                               

                           

Рис. 3.

Индуктотермия

Метод индуктотермии отличается от диатермии тем, что тепловой эффект достигается не высокочастотным электрическим током, а наведенными высокочастотным магнитным полем (10-15МГц) вихревыми токами (токи Фуко).

В этом методе свободные клеммы терапевтического контура подсоединяются к катушке индуктивности (индуктору), содержащей несколько витков гибкого изолированного провода, который либо обмотан вокруг конечности человека (в виде соленоида), либо сложен в плоскую спираль. Быстропеременное магнитное поле индуцирует электрическое поле в тканях организма, которое имеет особую, вихревую структуру и приводит к образованию вихревых токов. Основное тепловыделение при индуктотермии происходит в тканях с высоким содержанием электролита (кровь, лимфа).

Рассмотрим этот вопрос подробнее. Если биологическая ткань, обладающая удельной электропроводностью , помещена в однородное переменное магнитное поле с индукцией () и частотой  () (рис. 4), а индукция магнитного поля изменяется по гармоническому закону, то скорость изменения магнитного поля можно представить в виде выражения:                            

              

               .             (2)

      Тогда на основании закона электромагнитной индукции  мгновенные значения индукционного тока :

                                   ,

эффективное значение индукционного тока IВ:

                                         ,               (3)

где - эффективное значение индукции магнитного поля.

                                                                                

                                                                                             

                                                                                               ()            

                                                                                             

                            

                                                                                                      Биологическая

                                                                                                       ткань

                                   

  Рис. 4. B – линии магнитной индукции (),

- мгновенные значения индукционного тока.

Тогда удельная мощность, выделяемая в тканях: 

                                ,        (4)

где некоторый коэффициент пропорциональности.

        Таким образом, количество теплоты q, выделившееся при индуктотермии  в единице объема за единицу времени, прямо пропорционально квадрату частоты и квадрату магнитной индукции и обратно пропорционально удельному сопротивлению тканей.     

Индуктотермия вызывает усиление тормозных процессов в коре головного мозга; генерализованные сосудистые реакции; повышение местной и, незначительное, общей температуры тела; влияет на обменные процессы; изменение свертывающей и антисвертывающей системы крови.

Метод индуктотермии эффективен при лечении хронических воспалительных процессов, возникающих как поверхностно, так и в глубоко лежащих тканях.

УВЧ-терапия (терапия электрическим полем

ультра высокой частоты)

Частота электрического поля при УВЧ-терапии (40-50МГц) на порядок выше, чем при диатермии. Этим обуславливается ряд существенных различий этих методов.

Электроды при УВЧ-терапии выполняют функции конденсаторных пластин, между которыми помещается пациент так, что остается небольшой воздушный зазор (см. рис. 5).

                                                                                          Линии напряженности 

                                                                            электрического поля

                                                                                             

       Электроды

   терап. контура                               

                                                                                         Биологическая ткань

Рис. 5.

Электрическое поле вызывает, как и при диатермии, смещение ионов (токи проводимости) и повороты (ориентацию) полярных молекул  вслед за изменением направления электрического поля.

Отличие же, связанное с повышением частоты в 20-25 раз (во столько же раз уменьшается период колебаний), заключается в том, что поворот полярных молекул при диатермии происходит за очень короткую часть периода изменения направления поля, а в остальную, большую часть периода, тепловой эффект создавался только движением ионов в электролитах. При УВЧ-терапии, вследствие меньшего периода колебаний, наоборот, амплитуда смещения ионов незначительно превышает амплитуду обычного теплового движения и основное тепловыделение происходит в тканях, обладающих большой диэлектрической проницаемостью (поляризуемостью). Следовательно, частота электрического поля также влияет на процесс тепловыделения в тканях.

Для выяснения механизма тепловыделения при действии высокочастотных полей и токов следует помнить, что биологическая ткань состоит как из структур проводящих электрический ток - тканевых электролитов,  так и из непроводящих электрический ток – диэлектриков, это биологические мембраны, белки и др.     

В растворах электролитов выделение тепла связано с током проводимости, возникающим при действии высокочастотного электрического поля. При этом, как несложно увидеть, удельная мощность, выделяемая в тканях, пропорциональна квадрату напряженности электрического поля и обратно пропорциональна удельному сопротивлению:

                                                  (5)

где: коэффициент пропорциональности;

       - удельное сопротивление;

       E- напряженность электрического поля.

 В диэлетрических средах происходит поляризация диэлектрика (взаимное смещение носителей связанных зарядов в пределах атома или молекулы, или ориентация полярных молекул). Процесс поляризации диэлектрика сопровождается потерями энергии (преодоление сил межмолекулярных связей, удерживающих молекулы в положении равновесия и др.). Величина этих потерь, называемых диэлектрическими, зависит от природы вещества и частоты поля, характеризуется тангенсом угла диэлектрических потерь ()**.

     **( угол отставания по фазе колебания молекул относительно колебания поля из-за внутреннего трения и инерции,).  

 Таким образом энергия, выделяющаяся в тканях () в единице объема за единицу времени, пропорциональна диэлектрической проницаемости среды, частоте поля, тангенсу угла диэлектрических потерь и квадрату напряженности электрического поля :

                                           (6)

     Полная тепловая энергия, выделяемая в биологическую ткань, может быть представлена выражением:  

                            (7)

Из выражения (7) следует, что при постоянной мощности генератора с ростом частоты большее тепловыделение будет происходить в тканях, обладающих диэлектрическими свойствами - плохо проводящих электрический ток и уже при частоте 300МГц большая часть тепла будет выделяться за счет диэлектрических потерь.

Кроме того, тепловой эффект в биологических тканях зависит от плотности распределения УВЧ электрического поля между электродами, т.е. будет зависеть от их размеров, расстояния и взаимного расположения.

Из сопоставления рассмотренных высокочастотных методов воздействия на организм (диатермия, индуктотермия или УВЧ-терапия)   следует, что выбор того или иного зависит в основном от электрических свойств тканей и места их расположения. Так для хорошо проводящих тканей (мышечная ткань, печень, легкое) эффективнее использовать индуктотермию, для прогревания связок, костной ткани и т.п. – УВЧ-терапию.

Необходимо отметить также, что высокочастотные аппараты для диатермии и УВЧ-терапии пригодны и для «атермической» терапии (неспецифический эффект). При этом на организм больного воздействует такое незначительное количество энергии, что не возникает ощущения тепла. Этот метод особенно благоприятно действует при острых воспалительных процессах, когда повышение температуры нежелательно из-за обострения боли. Атермическая терапия, за счет стимуляции обменных процессов, способствует удалению вредных веществ, накопившихся в воспаленных тканях. После такого лечения на участках, облученных высокочастотным электрическим полем, наблюдается расширение сосудов, что улучшает кровообращение в очаге воспаления.

Микроволновая терапия

Использование электромагнитных волн  СВЧ (сверхвысокой частоты) диапазона называется микроволновой терапией.

Прохождение электромагнитной волны в биологической ткани вызывает токи проводимости и смещения, приводящее к выделению энергии. Исследования показали, что при СВЧ-терапии большее выделение тепловой энергии происходит в тканях с высоким содержанием воды (кровь, мышцы и др.). Считается, что в этом частотном диапазоне тепловой эффект обусловлен токами смещения, при ориентационной поляризации в переменном электромагнитном поле, молекул воды. При этом ткани, содержащие воду, но имеющие слабое кровоснабжение, вследствие их низкой теплопроводности, наиболее подвержены перегреву (хрусталик, стекловидное тело и др.).  

На основании выше сказанного становится понятным почему костная и жировая ткани будут слабо поглощать энергию электромагнитных волн СВЧ-диапазона, а, следовательно, и не будет происходить их нагревания.

Метод микроволновой терапии дает возможность достаточно глубоко нагревать ткани на небольших ограниченных участках (заболевания суставов, растяжение сухожилий и мышц, заболевание нервной и мышечной систем, сопровождающиеся болями).

Она широко применяется в стоматологии при лечении воспалительных процессов полости рта и челюстно-лицевой области (луночные боли, острые периоститы, острые периодонтиты, острые остеомиелиты, гаймориты и т.д.).

Отечественной промышленностью выпускаются аппараты «ВОЛНА», «РОМАШКА», «ЯВЬ» и др.,  работающие на частоте 2375МГц (сантиметровые волны).

Кроме теплового действия, микроволновая терапия оказывает еще специфическое воздействие на молекулярном уровне. Поэтому она имеет ряд противопоказаний (например, злокачественные новообразования, туберкулез и др.).

       Лабораторная работа № 16

Изучение устройства и принципа действия на

биологическую ткань аппарата УВЧ-62

Цель: 

  1.  Изучить физические основы действия УВЧ электрического поля на биологическую ткань.
  2.  На основании электрической схемы генератора высокочастотных электрических колебаний (рис. 1) и блок-схемы (рис. 7), изучить принцип действия аппарата «УВЧ-62».
  3.  Получить элементарные практические навыки подготовки аппарата  для высокочастотной электротерапии «УВЧ-62» к работе.
  4.  При помощи электрического дипольного зонда изучить распределение напряженности электрического поля между электродами аппарата.
  5.  На опыте убедиться в эффективности действия электрического поля   ультравысокой частоты на хорошо проводящие (электролит) и плохо проводящие  (дистиллированная вода) структуры.

Приборы и принадлежности:

аппарат “УВЧ-62”, индикатор поля - неоновая лампа, электрический дипольный зонд, измерительная линейка, соединительные провода, две кюветы, одна из которых заполнена раствором электролита,  другая - дистиллированной водой, два спиртовых термометра, секундомер.

  1.  Введение

     УВЧ-терапия  - лечебный метод, при котором на ткани больного воздействуют дистанционно непрерывным или импульсным электрическим полем ультравысокой частоты порядка 40.58МГц (27.12МГц - за рубежом), мощностью от 1 до 350Вт. Поле подводится к больному посредством электродов - конденсаторных пластин различной величины и формы. При прохождении через биологические ткани, степень поглощения энергии электрического поля УВЧ, а, следовательно, и  выбор тактики лечения, зависит от их электрических свойств.

     Для УВЧ-терапии выпускается ряд аппаратов, генерирующих непрерывное или импульсное электрическое поле ультравысокой частоты. Непрерывное - создают аппараты «Экран-1», «Экран-2», «УВЧ-300», «УВЧ-66», «УВЧ-4» и «УВЧ-62». Импульсное - аппараты «Импульс-2», «Импульс-3».

  1.  Практическая часть

Общий вид панели и блок-схема аппарата «УВЧ-62» приведены на рис. 6 и 7.

 

                                                       УВЧ-62                                 1

         6                                                                                           4

        5                                                                                            3

                                                                                                       2

                                        2 3     4 5                                         15                          

                                     1                 6                       Выкл               30

                                                0                  7                           

Рис. 6. Панель аппарата УВЧ - 62.

1. «Настройка» - ручка конденсатора переменной емкости (СП)   терапевтического контура.

2. «Мощность» - переключатель мощности ( 15/30Вт ).

3. Сигнальная лампа включения питания от сети.

4. «Контроль» - контроль напряжения цепей питания генератора.

5. «Напряжение» – включение питания аппарата и регулировка рабочего режима генератора в условиях колебания напряжения питающей сети.

6. Стрелочный индикатор - для контроля напряжения питания генератора (переключатель 4 нажат) и настройки терапевтического контура в резонанс.

                                                             L

       Блок                                                       Терапевти-                 

     питания                 Генератор                 ческий                 Электроды

     аппарата                                                   контур

              

Рис.7 Блок-схема аппарата «УВЧ-62» (индуктивная связь

терапевтического контура с генератором).

Вследствие использования в цепях питания аппарата опасных для жизни напряжений - запрещено включать аппарат в сеть без заземления корпуса!

Задание 1. Познакомиться с техникой проведения процедуры на аппарате «УВЧ-62».

  1.  Подготовить аппарат «УВЧ-62» к работе:

а) установить электроды на расстоянии 10см друг от друга;

б) переключателем (5) включить сетевое питание аппарата,   предварительно поставив ручку “МОЩНОСТЬ” в крайнее левое положение, при этом загорится сигнальная лампочка (3) на панели;

в) переключатель «Напряжение» установить так, чтобы при нажатом тумблере «контроль» стрелка измерительного прибора находилась в красном секторе шкалы;

г) после 3-х минутного прогрева переключателем «Мощность» установить мощность, выдаваемую аппаратом, в терапевтический контур – «30Вт»;

д) при помощи ручки «Настройка» настроить терапевтический контур в резонанс (вращая ручку, добиваются максимального показания индикаторного прибора, кроме того, при наличии резонанса неоновая лампочка, помещенная между электродами, должна максимально ярко светиться).

  1.  Исследовать влияние емкости терапевтического контура на резонанс:

а) подготовить аппарат к работе (согласно п. 1);

б) пронаблюдайте за показаниями индикаторного прибора и свечением неоновой лампочки, находящейся вблизи электродов терапевтического контура: 

  •  при помещении  ладони между электродами;
  •  при изменении расстояния между пластинами;

в) подробное объяснение наблюдаемых явлений дать в отчете по лабораторной работе.

Задание 2.  Изучить распределение напряженности электрического поля между электродами терапевтического контура.

  1.  Установить электроды терапевтического контура  на координатной плоскости на расстоянии 20см друг от друга и подготовить аппарат к работе.
  2.  Медленно вносить зонд (антенну) в пространство между пластинами (перемещать в плоскости перпендикулярной пластинам), фиксируя показания измерительного прибора (показания измерительного прибора будут пропорциональны напряженности электрического поля в данной точке пространства). Занести координаты точек с одинаковым показанием прибора (0; 30; 60; 90  делений) в таблицу. Измерения проделать (при одинаковых показаниях измерительного прибора) с интервалом на плоскости 2–3см (см. рис. 8). На чертеже графически изобразить линии  одинаковой напряженности электрического поля (0; 30; 60; 90).

 

                                   Y                   Координ. плоскость

                                                                                        Электроды

                                                                                       X                

                        

 

                                                                                               Линии напряж. эл. поля

      Линия одинак.                                                            Эл. зонд

напряж. эл. поля

                                                                                  Измерит. прибор

Напр. движ. зонда

                                                  

Рис. 8. (Пунктиром показаны линии одинаковой напряженности).

         

                                                                                                Табл. 1.

Показания

Прибора

 + 90

+60

+30

  0

-30

-60

-90

1 (x1;y1)

2 (x2;y2)

…..

…..

…..

…..

…..

8 (x8;y8)

Задание 3: На опыте убедиться в эффективности теплового действия электрического поля   ультравысокой частоты на хорошо проводящие (электролит) и плохо проводящие  (дистиллированная вода) структуры.

  1.  Подготовьте аппарат «УВЧ-62» к работе (электроды терапевтического контура установите на минимальном расстоянии,  достаточном для установки между ними кюветы с исследуемой жидкостью).
  2.  Поместите между электродами поочередно кювету с термометром, заполненную дистиллированной водой затем электролитом – раствор NaCl.
  3.  Включить аппарат (перед каждым опытом настраивать терапевтический контур в резонанс).
  4.  Температуру – Т1 (дистиллированной воды) и Т2 (электролита) измерять через каждые 3 мин (время опыта 21минута).
  5.  Результаты измерения температуры и времени занести в таблицу:

t, м

Т1

Т2

0

3

6

:

.

 

  1.  По результатам измерений построить график зависимости Т=f(t) - температуры исследуемых жидкостей от времени воздействия  электрического поля УВЧ.
  2.  Обосновать причины наблюдаемых различий.

Вопросы выходного контроля

  1.  Какое физическое действие оказывают токи высокой частоты на биологические ткани?
  2.  Какие ткани при УВЧ–терапии нагреваются в большей степени и  почему? Что произойдет, если частота поля будет увеличиваться или уменьшаться? Ответ обосновать.
  3.  Нарисовать силовые линии напряженности электрического поля между электродами терапевтического контура.
  4.  Почему при диатермии необходим плотный контакт электродов с телом пациента? Что произойдет, если он будет нарушен?
  5.  Расскажите о конкретных высокочастотных методах, применяемых в медицине:

а) диатермия, диатермокоагуляция, элетротомия;

б) УВЧ-терапия;

в) микроволновая терапия.

  1.  Охарактеризуйте особенности воздействия электрических полей и токов на ткани организма в каждом из перечисленных методов.
  2.  Почему при диатермии плохо проводящие ткани нагреваются сильнее?
  3.  Почему для прогрева тканей используются токи и поля высокой частоты? Можно ли использовать для этого низкие частоты и постоянный ток? Ответ обосновать.

Лабораторная работа № 17

Изучение устройства и принципа действия на

биологическую ткань аппарата для индуктотермии «ИКВ-4»

Цель: 1. Изучить физические основы действия ВЧ магнитного поля на биологическую ткань.

2. На основании электрической схемы генератора высокочастотных электрических колебаний (рис. 11) и блок-схемы (рис. 10), изучить принцип действия аппарата «ИКВ-4».

3. Получить элементарные практические навыки работы с аппаратом    для индуктотермии «ИКВ-4».

4. На опыте убедиться в эффективности действия магнитного  поля   высокой частоты на хорошо проводящие (электролит) и плохо проводящие  (дистиллированная вода) структуры.

Приборы и принадлежности:

аппарат “ИКВ–4” две кюветы, одна из которых заполнена раствором электролита, другая - дистиллированной водой; два спиртовых термометра; секундомер.

  1.  Введение

Индуктотермия ( inducto - наведение, therme - тепло ) - лечебный метод, отличающийся от других ВЧ методов тем, что воздействие на биологическую ткань осуществляется наведенными   высокочастотным (10-15МГц) магнитным полем вихревыми токами. Общий вид аппарата представлен на рис. 9.

Рис. 9.

Для индуктотермии применяют стационарные аппараты «ДКВ-1», «ДКВ-2», «ИКВ-4». Принципиальных различий в конструкции аппаратов нет.                                                  

Блок - схема аппарата для индуктотермии представлена на рис. 10.

                                                             С

       Блок                                                       Терапевти-                 

     питания                 Генератор                 ческий                  Индуктор

     аппарата                                                   контур

Рис.10. Блок-схема аппарата «ИКВ-4» (емкостная связь терапевтического контура с генератором).

Принципиальное отличие аппарата для индуктотермии от аппарата УВЧ-терапии заключается в том, что в нем свободные клеммы (электроды) терапевтического контура подсоединяются не к устройству подобному «конденсатору», а к катушке индуктивности (индуктору), содержащей несколько витков изолированного провода (рис. 1 и 11).

     Л                      В0                                                                 В    

                                  LГ

                     LОС                                                                                                                             

                                                                   С1

                                         LK       СГ                                                                                               

                                                                    С2

                             -    +                                                              В

Рис. 11.

(С1 и С2  - разделительные емкости, Lи – индуктор, В – линии индукции     магнитного поля.)

     Индуктотермию проводят при помощи индукторов 2-х основных видов: индуктора – диска, который при проведении процедуры помещается на поверхность тела и индуктора - катушки, внутрь которой помещается конечность человека.

  1.  Практическая часть

 

Панель управления аппаратом «ИКВ-4» представлена на рис. 12.

                                                                                               4

                        3                                                                                                            

                                                                                                5     

                                                                                           

                       1                                                                      

                                                                                               2  

                                        

Рис. 12.

1 - ручка реле времени;

2 - ручка переключателя выходной мощности  «Доза»;

3 - клавиши выключателя сети;

4 - неоновая лампа, сигнализирующая о включении питающего напряжения;

5 - неоновая лампа, сигнализирующая о включении возбудителя.

На левой стороне корпуса выведено коаксиальное гнездо для подключения резонансных индукторов Lи, которые являются второй индуктивностью терапевтического контура, первая Lк находится внутри корпуса аппарата и служит для индуктивной связи с контуром генератора  (см. рис. 11).

Задание 1. Включение аппарата и подготовка его к работе.

Вследствие использования в цепях питания аппарата опасных для жизни напряжений - запрещено включать аппарат в сеть без заземления корпуса!

  1.  Укрепить индуктор на штативе.
  2.  Подключить аппарат к  сети и нажатием клавиши 3 подать питающее напряжение на аппарат. (Об этом свидетельствует свечение лампочки 4).
  3.  Переключатель мощности  2 -  «Доза» поставить в положение 1.
  4.  Завести реле времени вращением ручки «Минуты» по часовой стрелке до упора, а затем поворотом ручки в противоположную сторону установить необходимую длительность процедуры. При этом начинает светиться неоновая лампочка (5), сигнализирующая о подаче высоковольтного напряжения на генератор.
  5.   При помощи ручки 2 - «Доза» установить требуемую мощность, отдаваемую аппаратом в терапевтический контур (индуктор).

Задание 2. Изучение эффективности действия магнитного  поля   высокой частоты на хорошо проводящие (электролит) и плохо проводящие  (дистиллированная вода) структуры.

  1.  Включить аппарат (последовательность включения описана выше).
  2.  В две кюветы налить равные объемы дистиллированной воды (диэлектрик) и раствора NaCI (электролит).
  3.  Поместить кювету с дистиллированной водой  вблизи индуктора.
  4.  Через каждые 2 минуты измерять температуру воды в течении 16 мин. Результаты занести в таблицу.
  5.  Аналогичный опыт проделать и с кюветой, заполненной электролитом. Результаты занести в таблицу.
  6.  Построить график зависимости Т = f`(t) для дистиллированной воды и электролита.

t, м

Т1

Т2

0

2

4

:

.

7. Объяснить полученные результаты.     

Вопросы выходного контроля

  1.  Объяснить принцип действия генератора ВЧ и УВЧ-колебаний.
  2.  Какой колебательный контур используется в методе индуктотермии?  (Нарисовать).
  3.  Рассказать о конкретных высокочастотных методах, применяемых в медицине:

а) диатермия, диатермокоагуляция, электротомия;

б) УВЧ-терапия;

в) индуктотермия;

г) дарсонвализация;

д) микроволновая терапия.

4. Почему для прогрева тканей используются токи и поля высокой частоты? Можно ли использовать для этого низкие частоты?

5. Какое назначение имеет терапевтический контур в аппарате для индуктотермии?

  1.  Пояснить физический смысл действия высокочастотного магнитного поля на биологическую ткань?

Задание по УИРС

1.В каких тканях  (обладающих плохой или хорошей проводимостью) при диатермии тепловой эффект больше – обосновать почему?

2.Подготовить сообщение по конкретным методам применения высокочастотных аппаратов  в медицине.


     

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80062. Рідне слово 66.5 KB
  Капітан. Наш девіз: «Чим важче завдання, Тим дорожче перемога.» Ми зібрались в класі дружно, Щоб позмагатись І про мову нашу рідну Цікаве дізнатись. Дорогенькі суперники, Щиро вас вітаємо Від усього серця свого Успіху бажаємо. Щоб трудились ви сьогодні До сьомого поту І дістали нагороду...
80063. Презентація проекту «Стежками рідного краю» 77.5 KB
  Мета: активізувати і поширити набуті під час екскурсій знання учнів про рідний край; розвивати інтелект та творчу уяву; формувати громадянські, комунікативні, історико-культурні та соціокультурні компетентності. Обладнання: мультимедійний екран, комп’ютер, мольберти, ватмани.
80064. Ритмічна вправа. Музичні ігри 121.5 KB
  Розвивати координацію рухів; відчуття ритму і такту; увагу, пам’ять; гнучкість і пластичність. Виховувати естетичні почуття, прищеплювати любов до всього красивого, витонченого. Обладнання: магнітофон, касетний запис з дитячими піснями, м’ячі.
80065. Погано одному (урок–спілкування). Вступ: Поняття про риторику як науку 98 KB
  Ознайомити учнів з поняттям «спілкування»; пояснити, що мовлення є найважнішим засобом спілкування, обміну думками і почуттями між людьми. Дати уявлення про риторику, як науку. Розвивати мовлення учнів, формувати вміння висловлювати власну думку.
80066. Перевір себе. Чого ми навчились? Чого навчає наука риторика? 86.5 KB
  Привітання гостей Учитель: Діти сьогодні до нас на урок завітали гості. Поверніться будь ласка обличчям до гостей щоб привітатися віршове привітання Учитель: Треба всім нам привітатись Учні: Добрий день Учитель: Дружно весело сказати Учні: Добрий день Учитель: Вліво вправо повернулись...
80067. Демосфенові поради 38 KB
  Мета. Познайомити дітей з новим навчальним предметом - риторикою, з історією виникнення риторики, порадами Демосфена, розвивати усне мовлення учнів, виховувати почуття ввічливості. Обладнання: малюнок із зображенням Риторинки на Демосфена, лялька - Риторинка, посібник «Риторика», зошит.
80068. Різдвяні зустрічі 94 KB
  Мета: на кращих зразках творів світової літератури, музики та народної творчості вчити учнів читати мовою оригіналу; розвивати навики виразного читання, акторські здібності, вміння працювати в команді; виховувати любов до мистецтва, гарний смак.
80069. Від Різдва до Водохреща 69.5 KB
  Мета: знайомити учнів з традиціями, звичаями та обрядами українського народу, що пов’язані Різдвяно-новорічними святами; розвивати акторські здібності учнів, уміння виразно читати поетичні та прозові твори; виховувати повагу до традицій нашого народу, милосердя, почуття прекрасного.
80070. ROAD SAFETY 49 KB
  It is a traffic-light. You can see it at the cross-roads in the big cities. Look. It has three colours: red, yellow and green. If you see a red colour you must stop. If you see a yellow colour you must wait. If you see a green colour you can cross the street.