Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

им. Н.Н. БУРДЕНКО"

КАФЕДРА МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ

Методические указания

студентам по теме лабораторного занятия

ИЗУЧЕНИЕ АППАРАТА УВЧ-ТЕРАПИИ

Воронеж 2009

РАЗДЕЛ: Медицинская электроника.

ТЕМА: Изучение аппарата УВЧ-терапии.

ЦЕЛЬ: В результате выполнения данной лабораторной работы студент должен освоить теоретические вопросы действия электромагнитного поля на биологические объекты, уметь объяснять физические основы поглощения энергии различными веществами в поле УВЧ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ НАВЫКИ: Студенты должны знать устройство аппарата УВЧ-66, усвоить технику безопасности при работе с ним, уметь управлять аппаратом УВЧ-66 при его работе.

МОТИВАЦИЯ ТЕМЫ: УВЧ-терапия широко применяется для местного лечебного воздействия электрического поля ультравысокой частоты в клиниках терапевтического, неврологического, хирургического, психиатрического, акушерско-гинекологического профиля, в педиатрии и стоматологии. Энергия, поглощенная различными клетками и клеточными структурами, под действием электрического поля определяется их физико-химическими свойствами. В результате происходит неодинаковый нагрев клеточных элементов. Успешное применение в медицинской практике УВЧ-терапии обусловлено следующими факторами:

а) усиленно развивается соединительная ткань, что способствует быстрому росту грануляций, повышается и активность фагоцитов;

б) благодаря усилению крово- и лимфотока улучшается питание тканей и они могут лучше противостоять вредным влияниям;

в) повышается проницаемость сосудов, что способствует уменьшению отечности тканей;

г) усиливается и активнее протекает обмен в организме.

Побочным явлением УВЧ-терапии является развитие активной гиперемии, увеличение кровоточивости, что неоходимо учитывать при предоперационном назначении УВЧ-терапии.

I. Самостоятельная работа студентов во внеурочное время.

Задание 1.

Изучить теоретический материал занятия, используя рекомендованную литературу и настоящую методическую разработку, по следующей логической структуре учебного материала:

1. Понятие о теории Максвелла:

а) токи проводимости;

б) токи смещения.

2. Воздействие переменным электрическим полем:

а) количество теплоты, выделяющееся

– в проводниках,

– в диэлектриках;

б) угол диэлектрических потерь;

в) эффективная напряженность электрического поля;

г) выбор частоты тока при УВЧ-терапии.

3. Аппарат УВЧ-терапии (УВЧ-66):

а) элементы схемы аппарата;

б) терапевтический контур;

в) последовательность операций при подготовке аппарата к работе;

г) меры предосторожности при работе с аппаратом;

д) необходимость наличия резонанса колебаний контура пациента с колебаниями генератора.

Средства для самоподготовки студентов во внеурочное время

1. Учебная и методическая литература

а) основная

– Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. – М.: Дрофа, 2007. – С. 291-293.

– Физика и биофизика / Под ред. В.Ф. Антонова. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – С. 63-72.

– Лекционный материал по разделу "Медицинская электроника".

б) дополнительная

– Эссаулова И.А. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике: учебное пособие / И.А.Эссаулова. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 198-201.

– Агапов Б.Т. Лабораторный практикум по физике: учебное пособие / Б.Т. Агапов. – М.: Высшая школа, 1982. – С. 306-307.

2. Консультации преподавателей (еженедельно по индивидуальному графику).

Теоретический материал по теме занятия

Первичным действием переменного тока и электромагнитного поля на биообъекты при частотах более 500 кГц является тепловое воздействие. Лечебное прогревание высокочастотными электромагнитными колебаниями обладает рядом преимуществ перед традиционным в виде грелки:

а) ВЧ-прогревание обеспечивает образование тепла во внутренних частях организма, в то же время при нагревании грелкой это достигается лишь с помощью теплопроводности наружных тканей – кожи и подкожно-жировой клетчатки;

б) подбирая соответствующую частоту, легко вызвать воздействие на нужные ткани и органы, так как они обладают различными свойствами (диэлектрическая проницаемость и удельное сопротивление);

в) регулируя мощность генератора, можно управлять мощностью тепловыделения во внутренних органах, а иногда и дозировать это нагревание;

г) помимо теплового эффекта электромагнитные колебания вызывают и внутримолекулярные процессы, приводящие к некоторым специфическим реакциям.

Физиологическое воздействие электрического поля УВЧ основано на действии переменного электрического поля на молекулы и ионы в тканях организма. В результате этого воздействия в тканях выделяется значительное количество теплоты, что приводит к активизации биохимических и физиологических процессов.

Количество выделяемой теплоты зависит от диэлектрической проницаемости тканей, их удельного сопротивления и частоты электромагнитных колебаний. Подбирая соответствующую частоту можно осуществить преимущественное выделение теплоты в нужных тканях и органах.

Рассмотрим механизм действия УВЧ электрического поля на растворы электролитов и диэлектриков.

Для оценки эффективности действия поля УВЧ надо рассчитать количество теплоты, выделяющееся в проводниках и диэлектриках.

В тканях, находящихся в переменном электрическом поле, возникают токи смещения и токи проводимости (рис. 1).

Рис.1. Эквивалентная схема биологической ткани в переменном электрическом поле

Нагревание электролитов в поле УВЧ происходит за счет движения ионов, т.е. тока проводимости.

При помещении между электродами (без касания) тела, проводящего электрический ток, количество теплоты (мощность), выделившееся в теле

P = U2 / R U = E  l,

где E – напряженность электрического поля, l – расстояние между электродами, – сопротивление участка тела, S – площадь тела, ρ – удельное сопротивление тела электрическому току,– эффективная напряженность электрического поля.

Количество теплоты, выделяющееся за 1 с в 1м³ ткани можно выразить как

(1)

Под действием высокочастотного электрического поля в диэлектрике происходит непрерывная переориентация дипольных молекул. Колебания диполей отстают по фазе от колебаний напряженности электрического поля.

Поместим между электродами диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью ε. В нашем случае ткань носит емкостный характер, поэтому количество теплоты, выделяющееся в 1 м³ ткани за 1 с

q2 = ω  Е2  εr  ε0  tg δ,

(2)

где ω – циклическая (круговая) частота тока; ε_r – относительная диэлектрическая проницаемость среды; ε₀ – электрическая постоянная; tg δ – тангенс угла диэлектрических потерь.

В состав организма входят ткани, обладающие свойствами как электролитов, так и диэлектриков, следовательно, под воздействием поля УВЧ в тканях выделяется количество теплоты q = q₁ + q₂.

Сравнивая формулы (1) и (2) для проводника и диэлектрика нетрудно отметить, что в обоих случаях выделяемое количество теплоты пропорционально квадрату эффективной напряженности электрического поля и зависит от характеристики среды:

– ρ – для проводника;

– ε, tg δ – для диэлектрика.

Для диэлектрика важное значение имеет и частота электрического поля. В России в аппаратах УВЧ-терапии используется частота 40,68 МГц, при этом диэлектрические ткани организма нагреваются интенсивнее проводящих.

Многочисленные исследования показали, что частотные характеристики проводимостей и диэлектрических постоянных тканей сходны между собой, однако костная, мозговая и жировая ткани составляют исключение.

Костная ткань содержит большое количество кристаллов фосфата кальция и обладает более высоким импедансом, чем мягкие ткани.

Жировая ткань характеризуется более высоким удельным сопротивлением и более низкой диэлектрической постоянной, чем ткани, имеющие большой процент воды.

Ткань мозга имеет удельное сопротивление, близкое по значению к удельному сопротивлению жировых тканей, а диэлектрическая постоянная тканей мозга близка к диэлектрической постоянной тканей с большим содержанием воды.

При воздействии электрического поля максимальный нагрев происходит на разных частотах поля, обусловленных частотой максимальных колебаний дипольных молекул.

Например, для крови: 1,610¹⁰ Гц = 1,610⁴ МГц. Диэлектрическая постоянная крови: ε = 7350 (на низких частотах), ε = 160 (на высоких частотах) и зависит от многих факторов (частота, температура, показатель гематокрита, размеры эритроцитов, скорость течения и др.).