Исследование распределения токов в конечности человека при биоадекватных воздействиях (96

Рис. 4. Геометрические параметры воздействующей части при бесконтактном электромагнитном воздействии

Поскольку импульс тока в начальный и конечный момент времени должен равняться нулю, т. е. I(0) = I(T) = 0, где T – период импульса, получаем

При оценке пространственной неоднородности электрического поля запишем выражение для определения напряженности индуцированного электрического поля в зависимости от расстояния:

13

где Е0 – напряженность поля на поверхности изолированного соленоида.

На основании выражения (26) для поля в центре конечности и на поверхности конечности соответственно имеем

Используя (27) и (28), коэффициент неоднородности поля в пределах конечности можно представить в виде

Расчет параметров воздействующей системы и проверку адекватности параметров воздействия проводим исходя из того требования, чтобы неоднородность поля не превышала 25 % [5, 6].

Для всех рассмотренных случаев общая погрешность расчетов плотности токов в костной или сосудистой тканях составляет 15…25 %. Она сопоставима с точностью измерения медикобиологических параметров, на основании которых судят об эффективности воздействия, а также об ответных реакциях организма.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задача – провести вычислительный эксперимент с моделью, определенной индивидуальным заданием; исследовать распределение плотности токов в тканях конечности согласно приведенным ниже пунктам задания; оформить отчет по работе.

14

Задание к лабораторной работе

1. Условия. В индивидуальном варианте задания указаны:

–тип конечности (бедро, плечо, палец);

–тип биоткани, для которой проводится расчет (кость или сосудистая стенка);

–возраст пациента (взрослый или ребенок);

–тип воздействия (контактное или бесконтактное).

Условия расчета следующие:

–кость расположена по оси конечности;

–положение артериального сосуда задано в полярной системе координат относительно центра сосуда;

–положение электродов и соленоидов при расчете задано углом поворота артериального сосуда, так как все остальные объекты имеют осевую симметрию.

Характерные геометрические размеры (радиусы и толщины стенок кости и сосуда) надо определить самостоятельно по анатомическим данным.

2.Расчет плотности тока в конечности без учета неодно-

родностей. Расчет проводят для конечности радиуса, выбранного

взадании к работе.

2.1.Для значений углов развертки электродов 5, 10, 20, 40º и напряжения на электродах 1 и 10 В (контактное воздействие) определить:

–максимальную плотность тока в приэлектродной зоне и плотность тока в центре приэлектродной зоны;

–плотность тока в центре конечности.

2.2.Для значений углов развертки электродов 5, 10, 20, 40º и напряжения на электродах 10 В (контактное воздействие) определить степень неоднородности электрического поля в области предполагаемого сосуда для двух случаев:

–угол поворота сосуда 0º (артериальный сосуд удален от пары электродов);

–угол поворота сосуда 90º (артериальный сосуд находится под электродом).

Оценку степени неоднородности электрического поля проводят следующим образом:

–находят разность между максимальной и минимальной плотностями тока в исследуемой области, которую делят на найденную максимальную плотность, в результате чего получается относительный разброс плотности тока;

15

– находят максимум и минимум угла наклона вектора плотности тока в исследуемой области и вычисляют разность между этими величинами.

3. Расчет плотности тока в конечности с учетом цилиндри-

ческих включений. Расчеты проводятся для параметров биообъекта, определенных индивидуальным заданием.

3.1.Необходимо подобрать параметры стимуляции (длина электродов, угол развертки электродов, напряжение на электродах, угол поворота относительно артериального сосуда, длина и радиус соленоидов, расстояние между соленоидами, ток в соленоидах)

для создания уровня тока стимуляции биоткани, который составляет: для костной ткани – порядка 10 мкА/м2; для тканей сосудистой стенки – порядка 2 мА/м2.

3.2.Проверить для определенных параметров возможность

достижения плотностей тока, соответствующих болевому порогу (порядка 0,1 А/м2). Если это значение превышено, провести выбор параметров с учетом данного ограничения.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

–теоретическую часть;

–параметры индивидуального задания;

–результаты расчета по п. 2 задания (в виде таблиц и полученных показателей);

–выбранные параметры стимуляции для индивидуальной задачи (п. 3 задания), их обоснование, схему воздействия и выводы.

16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Щукин С.И. Методические указания по выполнению курсовой работы по курсу «Теоретические основы биотехнических систем». М.: Издво МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1990.

2.Стилько С.В. Электрические поля симметричных эллиптических образцов // Техническая электродинамика. 1987. № 5. С. 15 – 18.

3.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике: Пер. с англ. М.: Нау-

ка, 1973.

4.Щукин С.И. Локальные электрические поля в неоднородных биотканях // Вопросы медицинской электроники. Калинин: КПИ, 1989. С. 12 – 15.

5.Щукин С.И. Аппараты и системы для биоадекватной электромагнитной терапии и активной диагностики // Биомедицинская радиоэлек-

троника. 1999. № 3. С. 6 – 15.

6.Лужнов П.В., Морозов А.А., Щукин С.И. Программно-алгоритми-

ческие средства системы биосинхронизированного ЭМВ // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2002. № 9. С.42 – 48.

17

18