28.Физические процессы в тканях организма под действием электромагнитных высокочастотных токов и полей.

Ткани организма представляют собой совокупность проводящих тканей электролитов, и диэлектрических - костная, нервная, сухожилия и др. Если живую ткань поместить в переменное электрическое поле высокой частоты, то в них происходят физические процессы, связанные со смещением ионов проводящих тканях и колебаниях дипольных молекул в электриках.

В тканях возникают токи смещения «токи проводимости». При этом в тканях выделяется количество теплоты которое зависит от

электрической проницаемости (S), удельного сопротивления и частоты колебаний электрического поля. Подбирав соответствующую частоту, можно вызвать выделение теплоты в нужных органах и тканях. В растворах электролитов высокочастотное электрическое поле вызывает токи проводимости, сопровождающиеся выделением количества теплоты:

!Q1=k1*r*E^2! r – удельная электропроводимость тканей; Е – напряженность электрического поля.

В диэлектриках под действием переменного электрического поля происходит переориентация дипольных молекул с частотой колебаний поля. Вращательные колебания молекул в диэлектриках сопровождаются потерями энергии, затрачиваемой на преодоление кулоновских сил притяжения, удерживающих молекулы в равновесном положении – это диэлектрические потери, они зависят от природы диэлектрика и характеризуются велечиной tg «сигма» («сигма» - угол отставания по фазе колебаний молекулы от колебаний электрического поля.

!Q2=k2*сигма* сигма0*ню*Е^2* tg «сигма» ---- количество теплоты, выделяющеесе в диэлектрических тканях под действием переменного электрического поля.

«Ню» - частота колебаний, к – коэффициент пропорциональности.

При «ню»=40,58*10^6 Гц в диэлектриках выделяется большие количества теплоты, чем в электролитах. Но и вращательные колебания молекул диэлектриков при УВЧ-терапии оказывают значительное влияние на физиологическое состояние клетки (осцилляторное действие поля).

Все это приводит к активации биохимических и физиологических процессов.

29. Импульсный сигнал и его параметры. Изменение формы импульсного сигнала при прохождении им линейных цепей.

Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. Переменный ток вызывает раздражающее действие. Раздражающее действие одиночного импульса зависит от его формы (преимущественное значение имеет крутизна нарастания - tg альфа), длительности импульса (t с индексом u) и амплитуды (I с индексом n), которые являются его основными характеристиками.

t u-инд - время между началом и окончанием импульса.

In - пороговое значение (амплитуда).

При физиологических исследованиях чаще всего применяются импульсы прямоугольной формы.

Т.к. живые ткани обладают емкостными свойствами, то при прохождении через них прямоугольных импульсов, импульсы изменяют свою форму.

Повторяющиеся импульсы - импульсный ток. Он характеризуется периодом (Т - время между началами соседних импульсов), t u-инд - длительностью импульса, скважностью !Q=T/t u-инд, коэффициентом заполнения !к=1/Q=t u-инд/T!.

а) пусть прямоугольный импульс проходит через основную цепь, !t u-инд>>t=RC!

!t=RC! - постоянная времени (время в течение которого при зарядке конденсатора ток зарядки убывает в е=2,7 раз.

Дифференцирующая цепь

Тогда Uвх = Uc;

Uвых = U R-инд = I*R

I = dq/dt*q = Uc*c

I = c*dUc/dt => Uвых = RC*dUвх/dt - направление на выходе.

Сигнал на входе

Сигнал на выходе

Интегрирующая цепь

t >> t u-инд; Uвх = U R-инд; Uвых = Uc;

_{Сигнал на входе}

Сигнал на выходе

№30 Действие импульсных низкочастотных токов на ткани организма. Электростимуляция. Аккомодация. Диадинамические токи.

При низких звуковых и ультразвуковых частотах переменный ток вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов (в проводящих тканях), их разделением, изменением их концентрации в разных частных клетки и межклеточного пространства.

Раздражение зависит от формы импульсного тока (прямоугольная, экспоненциальная, синусоидальная и др.), от длительности и амплитуды импульсов. Электростимуляция - действие на живые ткани импульсным током, который приводит в состояние возбуждения группу клеток в живом организме на определённое время и с определённой повторяемостью. Электрический импульс можно легко дозировать, многократно повторять, его интенсивность можно легко и быстро изменять.

Для лечебной электростимуляции используются ритмически повторяющиеся импульсы (частотное раздражение), они подаются в форме посылок различной длительности (серии импульсов), чередующихся с паузами для отдыха тканей; либо биполярные импульсы, которые подаются в непрерывном режиме.

При длительном однотипном воздействий ткани перестают возбуждаться, т. к. наступает привыкание (аккомодация). Во избежание аккомодации монополярные импульсы либо подаются сериями, либо периодически, изменяется амплитуда колебаний, форма, частота. Диадинамические токи - токи высокой частоты. Их используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной . дарсонвализации. Это токи с частотой 10 Гц со с слабозатухающими колебаниями, напряжением 100-150 В, силой тока несколько ампер. Сильнее этими токами нагреваются кожа, жир, кости, мышцы, т. к. они имеют большое удельное сопротивление. Меньше - органы богатые кровью и

лимфой: легкие, печень, лимфатические узлы. При дарсонвализации

силой тока (10-15) 10 А.

Токи высокой частоты используют для хирургических целей (электрохирургия). Они позволяют пришивать, «сваривать» ткани (диатермокоагуляцию) или рассекать их (диатермотомия).

31 Надежность электромедицинской аппаратуры.

Одним из важных вопросов, связанных с использованием электронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопасность как для пациента, так и для мед. персонала.

Больной человек вследствие различных причин (ослабленность организма, действие наркоза, отсутствие сознания, наличие электродов на теле и др.) оказывается в особо электроопасных условиях, по сравнению со здоровым человеком. Мед. персонал, работающий с мед. электронной аппаратурой, тоже находятся в условиях риска поражения электрическим током.

Основное и главное требование - сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением.

1) Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Для этого мед. персонал должен знать о ремонтопригодности аппаратуры и долговечности её частей.

Способность аппарата не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации, сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени - это и есть надёжность.

Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от многих причин:

а) вероятность безотказной работы p(t)=N(t)/N₀

N(t) – число неиспортившихся за время t аппаратов;

N₀ - общее число испытывавшихся аппаратов;

б) интенсивность отказа

dN - число отказов;

dt - время;

N - число работающих элементов;

«-» означает, что dN < 0, т.к. число работающих аппаратов убывает со

временем.

В процессе эксплуатации медицинские изделия, в зависимости от возможных последствий отказа подразделяются на 3 класса:

а) изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента и персонала. p(t) для них должна быть не менее 99% (аппарат искусственного дыхания, кровообращения и др.)

б) изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма, не приводящий к опасности для жизни. p(t) = 80%

в) отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс, либо приводит к материальному ущербу или повышает нагрузку на медперсонал (диагностическая и физиотерапевтическая аппаратура).

32 Электроды для съемки биоэлектрического сигнала. Требования к ним.

Электроды - проводники специальной формы, соединяющие измерительную цель с биологической системой.

При диагностике они служат не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия, например, в реографии, а также с целью лечения и при электростимуляциях.

Требования к электродам:

1) они должны быстро фиксироваться и сниматься;

2) иметь высокую стабильность электрических параметров;

3) быть прочными;

4) не создавать помех;

5) не раздражать биологическую ткань и т.п.

Для уменьшения переходного сопротивления электрод-кожа стараются увеличить проводимость среды между электродом и кожей, используют марлевые салфетки, смоченые физиологическим раствором, или электропроводящие касты. Можно уменьшить это сопротивление, увеличив площадь контакта электрод-кожа, но тогда электрод захватит несколько эквипотенциальных поверхностей, и истинная картина электрического поля будет искажена.

По назначению они делятся на группы:

1) для кратковременного применения в кабинетах функциональной диагностики (снятие ЭКГ)

2) для длительного использования (при постоянном наблюдении за тяжелобольными)

3) для использования на подвижных обследуемых (в спортивной или космической медицине)

4) для экстренного применения (скорая помощь).

При съёмке биоэлектрического сигнала возникает гальваническая ЭДС; и на электродах выделяются продукты реакции при прохождении тока. Поэтому возникает встречная ЭДС, которая искажает полезный биопотенциал. Существуют способы для уменьшения или устранения подобных влияний.

33 Датчики медико-биологической информации. Характеристики датчиков. Погрешности датчиков.

Многие медико-биологические характеристики нельзя снять электродами, т.к. они не создают биопотенциалов (давление крови, температура, звуки сердца, частота дыхания). В этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи).

Датчик - устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.

1. Генераторные - датчики, которые под действием измеряемого сигнала, генерируют напряжение (передатчики – при деформации) или ток (фотоэлементы - при облучении светом - вырывание электронов с поверхности металлов). Напряжение генерируется при нагревании металлов с разной концентрацией электронов; полупроводников разной проводимости.

2. Параметрические-датчики, в которых под действием измеряемого сигнала изменяется какой-либо параметр:

а) ёмкостные (при сближении - или удалении пластин конденсатора или при изменении площади пластин - их смещение) изменяется электроемкость;

б) реостатные - при изменении длины изменяется омическое сопротивление;

в) индуктивные - (при вдвижении или выдвижении сердечника изменяется индуктивность катушки.

Характеристики датчиков: - чувствительность, равная единичному значению выходной величины при единичном значении входной. Функция преобразования у=kх - алгебраическая или графическая зависимость выходной величины от входной. Она должна быть линейной. Минимальное значение входной величины - порог чувствительности; максимальное значение входной величины - предел измерения датчика

Погрешности датчиков бывают из-за:

1) температурной зависимости измеряемых величин (например, сопротивление проводников зависит от температуры, длины, площади поперечного сечения).

2) гистерезис – запаздывание выходной величины даже при медленном изменении входной.

3) Непостоянство функции преобразования во времени.

4) Обратное воздействие датчика на биологическую систему, что приводит к изменению показаний.

5) Инерционность датчика (пренебрежение ею временными характеристиками).

Датчики являются техническими аналогами рецепторов биологических систем.

34 Общий случай интерференции света

Интерференция - сложение когерентных волн (волн равной частоты и постоянной разности фаз), в результате которого образуются устойчивые картины их усиления и ослабления. При этом интенсивность результирующей волны принимает в разных точках пространства от минимального до некоторого максимального. Для получения когерентных источников используют экран с двумя щелями (каждая щель становится источником вторичных сферических волн - принцип Гюйгенса) или один пучок разделяют на два c помощью тонких пленок (один пучок отражается от верхней грани пленки, другой - от нижней) и др. способы, например, зеркала, бипризмы и т.п.

При встрече двух волн в фазе (гребень с гребнем, впадина с впадиной) происходит усиление, при этом разность хода двух волн Δd равна четному числу длин полуволн (целому числу длин волн): Δd=kλ.

Если же встречается гребень с впадиной, то волны ослабляют (а при одинаковой амплитуде – гасят) друг друга, при этом разность хода 2-х волн равна нечетному числу (2k+1) полуволн Δd=(2k+1)λ/2.