Воздействие высокочастотного электрического поля на биологические ткани (УВЧ- терапия).
Лабораторная работа №12
Изучение воздействий электромагнитных полей
На биологические ткани.
Студент должен знать: схему простейшего лампового генератора незатухающих электрических колебаний и принцип ее работы, процессы, происходящие в колебательном контуре, период колебаний, терапевтический контур и его назначение, физические основы действия высокочастотных полей (УВЧ терапия, индуктотермия, диатермия, микроволновая терапия), использование высокочастотных токов в медицине (электрокоагуляция, электрохирургия).
Студент должен уметь: правильно пользоваться аппаратом УВЧ и настраивать его в резонанс.
Краткая теория
В медицинской практике применяемые с лечебной целью переменные токи высокой частоты либо подводятся непосредственно к телу (диатермия), либо они возникают в последнем под влиянием высокочастотных электромагнитных полей (индуктотермия и УВЧ-терапия).
Принято следующее разделение электромагнитных колебаний по их частоте:
Ультразвуковая (УЗ) – 20кГц – 200 кГц.
Высокая (ВЧ) – 200 кГц – 30 МГц.
Ультравысокая (УВЧ) – 30 МГц – 300 МГц.
Сверхвысокая (СВЧ) – свыше 300 МГц.
Воздействие переменного тока на ткани значительно отличаются от воздействия постоянного тока.
При низких, звуковых и ультразвуковых частот переменный ток вызывает раздражения. Разрушающее действие переменного тока связано со смещением ионов в межклеточной ткани, внутри клетки, разделением ионов на самой мембране, изменением концентрации ионов в различных частях клетки.
Раздражающее действие переменного тока зависит от формы импульса, от его длительности и его амплитуды.
При частотах более 500 кГц смещение ионов становится соизмеримым с их смещением возникающих в результате теплового движения и переменный ток уже не вызывает раздражающего действия. Основным эффектом воздействия переменного тока на ткани организма является его тепловое воздействие.
Прогревание тканей токами высокой частоты происходит за счет образования теплоты во внутренних органах. Выделяемая теплота зависит от диэлектрических свойств тканей, их удельного сопротивления, частоты тока.
Прогрев можно сделать целенаправленным и изменяя силу тока можно регулировать мощность тепловыделения.
P=I 2 R; I=jS; R= ;
где I— сила тока в биологической ткани.
R – сопротивления биологической ткани.
j – плотность тока, — удельное сопротивление биологической ткани.
Тогда P=j 2. S 2. =j 2
Где q— мощность тепла выделяющейся в единице объема биологической ткани.
Читайте также: Промышленное оборудование для влажно тепловой обработки ткани
Т.е. мощность тепла выделяемая в единице объема в 1 сек зависит от плотности тока и удельного сопротивления ткани.
Пропускание тока высокой частоты через биологические ткани получило название диатермии и местной дарсонвализации.
При диатермии используется ток с частотой 1 МГц при напряжении 100 – 150 В. При местной дарсонвализации используется ток с частотой 100 – 400 кГц. при напряжении – десятки кВ и силой тока 10 – 15 мА.
Т.к. q зависит от , то наибольший прогрев имеют ткани, обладающие большим удельным сопротивлением: кожа, жировая клетчатка, кости и т.д. Наименьший прогрев испытывают ткани, обладающие малым удельным сопротивлением (легкие, печень, лимфатические узлы и т. д.).
Токи высокой частоты используются и для хирургических целей – электрохирургия. Они позволяют «сваривать» ткани (диатермокоагуляция) и для рассечения тканей (диатермотомия).
При диатермокоагуляции применяют ток с плотностью до 6 – 10 мА/мм 2 , при этом температура ткани повышается и коагулирует. При рассечении ткани используется острый электрод (электронож) при плотности тока до 40 мА/мм 2 .
Воздействие переменным магнитным полем на ткани организма (индуктотермия).
Поместим образец (ткань) в переменное магнитное поле (рис. 1). Магнитный поток магнитного поля изменяется по закону: , а сила тока в ткани:
Обозначим , где k— коэффициент, учитывающий геометрические размеры ткани.
Тогда сила тока в биологической ткани определяется:
Допустим, что В изменяется по закону cos wt т.е. B=Bm . cos wt, а изменение индукции со временем будет определяться выражением:
Подставляя силу тока в формулу мощности, получим:
Мощность, выделяемая в единице объема в единицу времени q будет определяться уравнением
Анализируя полученное выражение, приходим к выводу, что , где удельное сопротивление ткани.
Ткань обладает как диэлектрическим, так и электролитными свойствами. Удельное сопротивление электролитов меньше чем для диэлектриков. Поэтому ткани, обладающие электролитными свойствами, прогреваются эффективнее, чем диэлектрики при одной и той же частоте магнитного поля (положительный эффект). К таким тканям относятся мышцы богатые сосудами, межтканевая жидкость и т.д.
Воздействие высокочастотного электрического поля на биологические ткани (УВЧ- терапия).
Возьмем биологическую ткань с диэлектрической проницаемостью и поместим ее между двумя электродами, выполненных в виде пластин. Причем пластины не касаются биологической ткани. Между пластинами возникает переменное электрическое поле напряженностью Е (рис. 2).
Читайте также: Как сшить детские сумки из ткани своими руками
U – переменное напряжение, подаваемое на пластины.
Под влиянием высокочастотного электрического поля в биологической ткани возникают токи смещения и проводимости.
Выразим через напряженность переменного электрического поля Е.
Среднее значение мощности в цепи переменного тока, выражающейся формулой,
— угол сдвига фаз между и . В чистых диэлектриках и .
В реальных диэлектриках , а угол — называют углом диэлектрических потерь (рис3).
Разложим силу тока на две составляющие: активную и реактивную (рис. 3). Реактивная составляющая сдвинута по фазе относительно напряжения на угол и мощность, выделяемая ею, равна нулю. Активная составляющая выделяет мощность в биологической ткани, которая определяется уравнением:
Выразим через напряжение и емкостное сопротивление биологической ткани.
где С— емкость плоского конденсатора в котором находится ткань с диэлектрической проницаемостью .
но , а , получаем .
Выразим через напряженность электрического поля Е, т.е.:
d — расстояние между обкладками конденсатора с биологической тканью.
При анализе полученного выражения видно, что количество тепла выделяемой в единице объема биологической ткани зависит от диэлектрических свойств самой ткани — чем больше диэлектрическая проницаемость, тем соответственно, и больше выделяется тепла. Следовательно, при УВЧ-терапии лучше прогреваются ткани, обладающие диэлектрическими свойствами (жир, клетчатка и т.д.).
В аппаратах УВЧ используется электрическое поле с частотой 40МГц.
Наряду с УВЧ – терапией применяется микроволновая терапия ( =2375 МГц) и ДЦВ – терапия ( = 460 МГц). Эти два вида получили название СВЧ – терапия.
Физический аспект: Электрическая волна поляризует молекулы вещества, в результате чего возникают диполи. При изменении направления электромагнитной волны происходит переориентация диполей, что вызывает ток смещения. Кроме того, электромагнитная волна вызывает смещения ионов образуя ток проводимости. Таким образом, в веществе помещенной в переменное электромагнитное поле возникают как токи проводимости, так и токи смещения. Все это приводит к нагреванию вещества.
Глубина проникновения электромагнитных волн в биологические ткани зависит от свойств самой ткани (строения) и электромагнитных волн.
Сантиметровые волны проникают в мышцы, биологические жидкости на глубины около 2 см., а в жир, клетчатки около 10 см.
Читайте также: Хлопчатобумажные перчатки из безворсовой ткани
Для дециметровых волн эти показатели примерно в 2 раза выше.
Порядок выполнения работы
Упражнение №1. Изучение теплового действия высокочастотного электрического поля на диэлектрик и электролит.
1. Подключите дискообразные электроды к аппарату УВЧ.
2. Между электродами поместите 2 сосуда с одинаковыми объемами жидкостей (пробирки с диэлектриком и электролитом), измерьте первоначальную их температуру и запишите в таблицу 1.
| t, (мин) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 |
| t°С, (Д) | |||||||||
| t°С, (Э) |
3. Включите аппарат в сеть ручкой «компенсатор«. Этой же ручкой при нажатой кнопке «контроль напряжения» установите показания стрелки измерительного прибора в пределах жирной полосы.
4. Поворотом ручки «мощность» установите выходную мощность 30 Вт.
5. Ручкой «настройка» настройте терапевтический контур в резонанс. Положение резонанса будет отмечено максимальным отклонением стрелки измерительного прибора и максимальным накалом сигнальной лампы, расположенной над прибором.
6. Через каждые 2 минуты в течение 16 минут измеряйте температуру жидкостей. Результаты занесите в таблицу 1.
Внимание! Постоянно следите за резонансом, в случае необходимости подстраивайте терапевтический контур.
7. Отключите аппарат УВЧ от сети.
8. По полученным данным в одних координатных осях постройте графики зависимости температуры диэлектрика и электролита от времени их нахождения в высокочастотном электрическом поле.
Упражнение №2. Изучение теплового действия высокочастотного магнитного поля на диэлектрик и электролит.
1. Подключите катушку индуктивности к аппарату УВЧ и расположите ее в подставке в непосредственной близости от пробирок (между торцовой частью катушки и пробирками должен быть зазор около 5 мм, чтобы не было прямого контакта катушки со стеклом).
2. Включите аппарат в сеть, установите выходную мощность 30 Вт и настройте прибор в резонанс.
3. Отметив начальную температуру жидкостей, через каждые 2 минуты записывайте в таблицу, аналогичную таблице 1, изменения их температуры в течение 20 минут.
4. Отключите аппарат УВЧ от сети.
5. По полученным данным в одних координатных осях постройте графики зависимости температуры диэлектрика и электролита от времени их нахождения в высокочастотном магнитном поле.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом