Контрольні запитання та задачі

1. Назвіть основні характеристики електричного і магнітного полів та поясніть їх фізичну суть. Поясніть природу лікувального і вра­жаючого фактора при електротравмі або фізіотерапії.

2. Що таке поляризація, які види поляризації найбільш важливі при дії ЕМП на БТ? Яким чином виникають у тканинах струми про­від­ності, індукційні струми і струми зміщення, від чого залежить їх величина?

3. Чим обумовлене прогрівання БТ при дії ЕМП і від яких факторів (зов­нішніх і внутрішніх) залежить кількість виділеної теплоти?

4. У діапазоні яких частот змінного струму (при незмінних інших ха­рактеристиках ЕМП) електротравма найбільш небезпечна для організму?

5. Чому резонансне поглинання енергії ЕМП проявляється в області УВЧ і НВЧ?

6. Поясніть особливості специфічної дії ЕМП на БТ.

7. При яких фізіотерапевтичних методиках спостерігається най­більш ефектив­ний прогрів внутрішніх тканин, що мають: а) доб­ру електропровідність; б) незначну електропровідність, а також, які є діелектриками?

8. У скільки разів зміниться питома тепловіддача Q/(V·t) для ме­то­дик діатермії, індуктотермії і УВЧ-терапії відповідно, якщо час­то­та коливань зросла вдвічі, питомий опір зменшився у п’ять разів, амплітуди векторів магнітної індукції і напруженості елек­три­чного поля зменшились у два рази?

3. Лабораторна робота №1 “Робота з фізіо­терапевтичною апаратурою”

Мета роботи: вивчити основи взаємодії ЕМП з БТ і на­бу­ти навички роботи на деяких фізіотерапевтичних апаратах.

Контрольні питання для підготовки до лабораторної роботи

1. Класифікація фізіотерапевтичної електронної медичної апарату­ри.

2. Тепловий ефект,викликаний ВЧ-струмами провідності та ін­дук­цій­ними ВЧ-струмами. Діатермія. Iндуктотермія.

3. Поняття про струми зміщення. Механізм прогріву електролітів і ді­­електри­ків. Поняття про діелектричні втрати.

4. Спрощена схема УВЧ-апарата (будова, призначення основних бло­ків, робо­чий процес апарата).

5. Дарсонвалізація (фізичний зміст методу, природа лікувального фак­тора, спрощена схема апарата для місцевої дарсонвалізації. Ро­бочий процес).

6. Специфічна дія УВЧ- і НВЧ- полів на біологічні тканини.

Додаткова література

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. –М.: Высшая шко­ла, 1992.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая шко­ла, 1987. – Гл. 18 (параграф 9), гл. 20, 23.

3. Ремизов А.Н. Курс физики, электроники, кибернетики для меди­цин­ских институтов. – М.: Высшая школа, 1982. – Гл. 24 (па­раграф 7), гл. 39 (параграф 3).

4. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Т. 2 (па­раг­рафы 151, 152, 153).

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1974 (па­раграфы 107, 108).

Додаткові теоретичні відомості

5.3.1.Робота з увч-апаратом

УВЧ-терапія– лікувальний метод, котрий використовує вплив електричного поля ультрависокої частоти (від 30 до 300МГц) на тканини організму.

Лікувальний фактор. Біологічні тканини знаходяться в елек­трич­ному полі конденсатора, обкладинки якого – ізо­льо­­вані пластини електродів. На ці пластини подається висо­ко­частотна (= 40.68МГц) напруга амплітудою декілька со­тень вольт. Для уникнення електричного контакту паці­єнта з електродами (і, як наслідок, виникнення УВЧ-струму про­відності) електроди вкриті ізолюючим шаром діелек­три­ка. Основним діючим фактором при цьому є струми змі­щен­ня, що виникають у біологічних тканинах під впливом елек­тричного поля змінної напруженостіЕ:

j_зм= ₀ dE/dt.

Механізм прогріву тканин. Струм зміщення існує, якщо на­пруженість електричного поля змінюється з часом. При збільшенні частоти (а, отже і швидкості зміниЕ) струм зростає. Величина струму зміщення суттєво залежить від типів за­рядів, які знаходяться в електричному полі (іонів, дипо­лів, мультиполів тощо), і особливостей їх поведінки у змін­но­му електричному полі.

Прогрів електроліту. У змінному електричному полі на­пруженостіЕіони електролітів зміщуються у напрямку дії кулонівської силиF =q·E. Якщо вважати, що сила, так само як і напруженість, змінюється за гармонічним законом, то можна припустити, що іон здійснює коливально-по­сту­паль­ний рух відносно положення рівно­ваги (див. мал. 5.4).

Мал. 5.4.

Кінетична енергія коливальної системи (іон + гід­рат­на оболонка) залежить від частоти й амплітуди коливань (²A²), величина амплітуди коливанняАзалежить відЕ, , маси системи та в’язкості середовища. Врахувавши, що кі­не­тична енергія одиниці об’єму рідини дорівнює сумі енер­гій усіх частинок об’єму, можна показати, що кількість теплоти, яка була виділена в одиниці об’єму за одиницю часу,визначається за формулою:

q  nA²()² = k()²nE²,

де n– концентрація іонів, k() – коефіцієнт пропорційності. Iз цієї формули видно, що результуючий ефект нагрівання за­­ле­жить від частоти складним чином – при збільшенні, з одного боку, збільшуєтьсяqпропорційно квадрату частоти²; з другого боку, із збільшенням частоти зменшується ам­плі­­туда коливань і, як наслі­док, зменшується кінетична енер­гія. Якісний аналіз показує, щонабуває макси­маль­не значення (мал. 5.4б) у деякому інтервалі частот [₀ Δ].

Прогрів діелектрика(вважаємо, що молекули діелек­три­­ка мають власний дипольний моментР=q·l). Полярні мо­ле­кули (молекули води, білків, ліпідів тощо) у змінному елек­тричному полі під впливом моменту силМ~РЕздійс­нюють коливально-оберталь­ний рух відносно осі, яка проходить через центр маси молекули (див. мал. 5.4а).

Кінетична енергія системи у цьому випадку може бути оці­не­на за частотою обертання і моментом інерції молекули (точний розрахунок досить складний тому, що необхідно вра­­ховувати міжмо­лекулярні сили взаємодії). Приблизну ве­ли­чину для даного випадку можна оцінювати за струмами зміщення, які виникають у діелектрику за рахунок орієн­та­цій­них (коливально-обертальних) рухів диполя:

q = Ej_зм = k()₀E²,

де k– коефіцієнт пропорційності, тобто для діелектрика, який знаходиться в однорідному полі конденсатора, величи­наq визначається за формулою (5.3).

Отже, прогрівання діелектрика буде залежати від амплі­ту­ди напруженості, діелектричних властивостей середовища та частоти. Кількісно залежність прогріву діелектрика від частоти описує крива, яка подібна до наведеної на мал. 5.4б, але максимум зміщений в бік більш високих частот.

Кількість виділеної теплоти в окремих структурах, ді­лян­ках тканини буде залежати від співвідношення об’ємів, які займають електроліти або дипольні діелектрики.

Окрім теплового впливу на тканини, електричне УВЧ-по­ле чинить високоефективну специфічну дію на зміни пев­них біохімічних процесів у клітині за рахунок коливальної і ко­ли­вально-обертальної дії на молекулярні структури, що в кінцевому результаті призводить до змін швидкості метабо­ліч­них реакцій і функцій клітинних структур і органів у ці­ло­му.

Мал. 5.5. Спрощена схема УВЧ-апарата.

Апарат для УВЧ-терапії. Спрощена схема приладузо­бра­жена намал. 5.5. Основні частини приладу: ламповий ге­нератор з контуромL_к, С_к, що налагоджений на частоту= = 40.68МГц, контур зворотного зв’язкуL_оздля керування роботою ламп. Потужність електричних коливань регулюється на­пругою на аноді ламп (перемикач П – “потуж­ність”у бло­ці живлення (БЖ) змінює напругу на виході блоку живлення). При збільшенні анодної напруги зміню­єть­ся амплі­туда коливань у контурі генератора.

Завдяки індуктивному зв’язкуелектромагнітні коливан­ня через проміжний контур ПК передаються у контур паці­єн­та (L,С,С_е). Такий зв’язок забезпечує безпеку пацієнта по відношенню до низькочастотної напруги у колах генерато­ра УВЧ.

Контур пацієнта складається з котушки індуктивності Lі змінної ємностіС(перемикач – “налагодження”). В єм­ність контуру пацієнта входить також і міжелектродна єм­ністьС_е. Зняття максимальної потужності з контуру генерато­ра досягається при виконанні умов резонансу, тобто при

L_kC_k =L(C+C_е).

Ємність терапевтичного контуру або контуру пацієнта (КП) змінюється при кожній процедурі (у поле конденсатора вводяться різні частини тіла пацієнта). Змінюючи величи­ну С, можна постійно підтримувати резонанс, при якому від­бувається максимальна передача електромагнітної енер­гії кон­туру тканинам пацієнта.

Ступінь налагодження терапевтичного контуру у резонанс з коливальним контуром генератора визначається за яскра­вістю лампочки або за відхиленням стрілки індикато­ра на панелі приладу.

Перемикачі керування потужністю (П – “потужність”), налагодження (С – “налагодження”), а також компенсатора падіння напруги кола живлення приладу (“мережа”), винесе­ні на передню панель приладу. Зміна положення перемика­ча ком­пенсатора змінює кількість витків у силовому транс­фор­ма­торі і, відпо­відно, напругу на виході блока живлен­ня.