Занятие 4 по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»

Тема: Изучение действия высокочастотных токов и полей на организм

1. Физические процессы в тканях при воздействии электромагнитными полями высокой частоты (ЭПВЧ).

1. Особенности устройства высокочастотной медицинской аппаратуры. Схема аппарата УВЧ-терапии. Терапевтический контур, его предназначение.

2. Диатермия. Электрохирургия.

3. Действие на ткани организма переменного магнитного поля высокой частоты. Индуктотермия.

4. Действие на ткани организма переменного электрического поля ультравысокой частоты (УВЧ-терапия).

5. Действие на ткани организма электромагнитных волн СВЧ диапазона (СМВ и ДМВ-терапия).

6. Местная дарсонвализация как пример нетепловой физиотерапевтической процедуры, в которой используется ток высокой частоты.

7. Порядок выполнения работы «Изучение действия высокочастотных токов и полей на организм».

1. Физические процессы в тканях при воздействии электромагнитными полями высокой частоты (эпвч).

На частотах больше 200 кГц ток не вызывает раздражающего действия (электростимуляцию), поэтому его амплитуду можно увеличивать и добиться значительного теплового эффекта. Возможность использования теплового эффекта, создаваемого значительным по силе током (до 2А), основана на снижении раздражающего действия переменного тока с повышением его частоты.

При характеристике электрических свойств живой ткани следует учитывать, что они являются комбинированными (композиционными) средами, поскольку одни структурные элементы обладают свойствами проводников, а другие – диэлектриков. При этом за счет работы сил электрического поля в хорошо проводящих структурах возникают токи проводимости, а в тканях ­– реальных диэлектриках – небольшой ток проводимости и токи поляризации.

Ток проводимости в тканях формируется за счет движения ионов (Рис. 1).

Рис. 1 Возникновение тока проводимости в проводниках

Токи поляризации возникают в диэлектриках при их поляризации (ориентации элементарных диполей в электрическом поле); положительные заряды смещаются в одном, а отрицательные – в противоположном направлении (рис. 2)

Рис. 2 Возникновение тока поляризации в диэлектриках

Любому электрическому току свойственно тепловое действие. Для цепи переменного тока с активным сопротивлением R выполняется закон Джоуля-Ленца: или , где , (эффективные значения силы тока и напряжения), а и – их амплитудные (максимальные) значения¹. При этом тепло возникает внутри тканей (эндогенное), в отличие от экзогенного, когда тепло проникает в ткань снаружи, как, например, при использовании грелки или компресса. Нагревание приводит к улучшению кровообращения, уменьшению болевых ощущений, активизации процессов обмена и так далее. Эффективность любой тепловой процедуры определяется количеством теплоты, которое выделяется в единице объема живой ткани за единицу времени. Эта величина называется удельной тепловой мощностью и обозначается q. Если Q – количество теплоты в ткани объема V, а t – время проведения процедуры, то .

Если на сложную физико-химическую среду воздействует переменное электромагнитное поле, то в ней возникают одновременно как ток проводимости, так и ток поляризации. Частота внешнего поля не влияет на величину тока проводимости, тогда как с ростом частоты происходит увеличение тока поляризации. При воздействии электромагнитного излучения на организм человека ток поляризации начинает преобладать над током проводимости на частотах превышающих 30 МГц.

2. Особенности устройства высокочастотной медицинской аппаратуры. Схема аппарата увч-терапии. Терапевтический контур, его предназначение.

Электромагнитные поля получают с помощью колебательного контура. Идеальный колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора (Рис. 3).

Рис. 3 Идеальный колебательный контур.

Если зарядить конденсатор такого контура, то в нем возникнут периодически повторяющиеся процессы перехода энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и наоборот. При определенных условиях от колебательного контура в окружающее пространство будет распространяться электромагнитная волна. Период колебаний в контуре определяется емкостью конденсатора C и индуктивностью катушки L по известной формуле Томсона и он равен периоду, излучаемой контуром электромагнитной волны. В реальном колебательном контуре присутствует активное сопротивление, поэтому колебания в нем будут затухающими. Для получения незатухающих колебаний необходимо периодически пополнять энергию контура от постороннего источника напряжения. Для этих целей используется генератор электрических колебаний. В генераторах, используемых в медицинских целях, к контуру генератора (КГ) индуктивно подключается терапевтический контур (ТК).

Рассмотрим, на примере аппаратов для УВЧ-терапии, роль колебательного терапевтического контура для подведения электромагнитного воздействия к пациенту (Рис. 4). Индуктивная связь исключает возможность попадания больного под высокое постоянное напряжение (400÷1000) В, которое всегда имеется в генераторе.

Рис. 4. Индуктивно связанные в аппарате УВЧ-терапии контур генератора (КГ) и терапевтический контур (ТК)

При индуктивной связи катушки контуров расположены близко одна от другой (рис.4). При этом часть переменного магнитного потока, создаваемого током в катушке контура генератора, будет пронизывать витки катушки терапевтического контура и наводить в ней переменную э.д.с. Под действием наведенной э.д.с. в терапевтическом контуре будет появляться ток, который приведет к возникновению электромагнитных колебаний. В состав терапевтического контура включают электроды пациента (ЭП), между которыми находится участок тела пациента. Электроды пациента образуют конденсатор емкостью С_п. Отметим, что ТК содержит также конденсатор переменной емкости С_Т. Рассмотрим его роль. Он предназначен для настройки колебательных контуров. Цель настройки системы связанных контуров заключается в передаче в терапевтический контур возможно большей мощности. Максимальная мощность в ТК выделяется только при условии резонанса, когда частота ω₀ собственных колебаний ТК совпадает с частотой колебаний, возникающих в колебательном контуре генератора ω, т.е. когда ω = ω₀ или . Так как емкость конденсатора С_П зависит от диэлектрической проницаемости ε среды и расстояния между его пластинами, а разные ткани имеют разную ε, то смена объекта воздействия приводит к изменению С_П и нарушению резонанса. Для восстановления резонанса служит конденсатор переменной емкости С_T.