61 Физические основы рентгенографии

Одно из наиболее важных медицинских применений рентгеновского излучения - просвечивание внутренних органов с диагностической целью (рентгенодинамика).

Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60-120кэВ. При этой энергии шоковый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом. Его значение обратно пропорционально третьей степени энергии фотона, в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и пропорционально третий степени атомного номера вещества-поглотителя ,k- коэф. пропорциональности.

Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в живой проекции видеть изображение внутренних органов тела человека.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах:

1. рентгеноскопия - изображение рассматривают на рентгенолюминицирующем экранах;

2. рентгенография изображение фиксируется на фотопленке.

Яркость изображения на фотопленке и время экспозиции зависят от интенсивности рентгеновского излучения.

Интенсивность не может быть большой, чтобы не вызвать нежелательных биологических последствий. Есть технические приспособления, излучающие изображения при малых интенсивностях рентгеновского излучения.

С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований (рентгенотерапия)

Методы рентгеновского излучения:

1. Флюрография

2. Ренгтгенография

3. Рентгеноскопия

4. Рентгеновская томография

№29 Физические основы электрокардиографии. Отведения при ЭКГ.

Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов), Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрография:

1) электрокардиография (ЭКГ) - регистрация биопотенциалов возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении;

2) электромиография - регистрация биоэлектрической активности мышц;

3) электрроэнцефалография (ЭЭГ) - метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.

Физический подход к электрографии заключается в создании модели электрического генератора, которая соответствует картине снимаемых биопотенциалов. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена: сердце есть токовый диполь с дипольным моментом Рс, который поворачивается, изменяет свое положение за время сердечного цикла. Он предложил снимать разность биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, который расположен на правой руке (ПР), левой руке(ЛР) и левой ноге(ЛН). Напряжение между двумя точками-отведение. Различают стандартные отведения: 1 :(лр-пр); 2(пр-лн);3(лр-лн);. Т.к. сердце расположено в центре равностороннего треугольника, то измерив U1, U2, U3, можно найти ориентацию дипольного момента сердда (ИЭВ сердца) во фронтальной плоскости, находят !tgАЛЬФАab=(Ubc+Uac)/(Ubc-Uac)! (a, b, c - индексы A,B,C) (относительно горизонтальной оси). на ЭКГ получают временные зависимости напряжения в отведениях. ЭКГ не дает представлений и ориентации ИЭВ сердца в пространстве, но для диагностических целей такая информация важна. Усиление отведения (по Гольбергу) получается если снять отведение между одной из стандартных точек (например ЛР) и (две другие соединив через большие сопротивления в общую точку) общей точкой. Амплитуда U возрастает в полтара раза.

По Вильсону измеряют направление между шестью точками треугольника Ксеба(хз) (грудного) и точкой, образованной соединением трёх стандартных точек через большие сопротивления между собой.

При снятии этих отведений определяют ориентацию ИЭВ сердца не только во фронтальной, но и в горизонтальной плоскостях. Эти отведения называются униполярными, т.к. потенциал точки Д с течением времени не меняется.

11 Характеристика слухового опущения и их связь с физическими характеристками звука. Звуковые измерения.

Звук является объектом слуховых ощущений. Воспринимая тоны, человек ощущает их по высоте.

Высота - субъективная характеристика, обусловленная частотой основного

тона (в основном). Высота зависит от сложности тона и его интенсивности.

Звук большей интенсивности воспринимается как более низкий тон.

Тембр определяется исключительно спектральным составом (набором гармоник).

Громкость - характеризует уровень слухового ощущения. Путем сравнения слухового ощущения от двух источников громкость может быть оценена.

В основе создания шкалы уровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера-Фехнера: если увеличивать уровень раздражения (интенсивность-I) в n раз, то ощущение этого раздражения (громкость-Е) возрастает на n ,т.е на одинаковую величину. Математически это значит: Е=k*lgI/Io

k-коэффициент пропорциональности зависит от частоты и интенсивности.

Условно считают, что на частоту 1000 Гц шкалы громкости и интенсивности совпадают E=10lgI/Io. При этом уровень интенсивности измеряется в децибелах(дБ), а уровень громкости в фонах. На других частотах громкость измеряют, сравнивая исследуемый звук со звуком частотой 1000 Гц. Изменяют интенсивность при следующих частотах (20,50,100,200, 400...Гц), до тех пор, пока не возникнет слуховое ощущение аналогично слуховому ощущению при 1000Гц. Построение кривой равной громкости (рис 8.4 с 134- Ремизов) на основании данных людей с нормальным слухом.

Нижняя кривая - порог слышимости для разных интенсивности и частот. Каждая промежуточная кривая отвечает одинаковой громкости, но I и ню (частотой).

Метод измерения остроты слуха называется в медицине аудиометрией. На специальном приборе определяют порог слухового ощущения коры слухового ощущения на разных частотах. Сравнивая аудиограмму больного человека, с нормальной кривой порога слухового ощущения, можно судить о потере слуха человека.

53. Характеристики теплового излучения тел. Абсолютно чёрное тело. Серые тела. Закон Кирхгофа. Выводы из него.

Всякое нагретое тело излучает энергию в виде электромагнитных волн. Для того, чтобы определить количественно энергию излучения с поверхности нагретого тела используют энергетическую совместимость тела «R»

R = энергии, которая излучается 1 квадратным метром нагретого тела за 1 сек. Фактически его мощность

R = W/S*t. В этот диапазон входят все длины волн. Для того, чтобы определить какая энергия излучается в заданном диапазоне, вводят спектральную энергетическую светимость «r лямда-инд», зависящей от длины волны.

r лямда = dRлямда/dлямда; [r лямда]=Вт/м^3 => dR = r лямда*d лямда

Если необходимо узнать всю энергию энергию, нужно просуммировать светимость по всем длинам волн

Re = опред интеграл от 0 до бескон от r лямда*dлямда

Энергия излучения солнца в видимом диапазоне:

Rв = опред интеграл от лямда1 до лямда2 от r лямда*dлямда (лямда1=400нм, лямда2=800нм)

Часть энергии солнца поглощается землёй.

Абсолютно чёрное тело – тело, для которого монохроматический коэффициент поглощения (альфа лямда-инд) =1

Серое тело – альфа лямда-инд которого меньше 1 и не зависит от длины волны падающего света. Серых тел в природе нет, но многие тела излучают в определённым интервале длин волн как серые.

Вводят величину коэффициент поглощения альфа

альфа = I погл/Iпад. I – интенсивность света.

Io->(тело)->I’

Iпогл = Io-I’=I.

альфа=I/Io

альфа=f(лямда)

Цвет обусловлен отражением и поглощением света.

Для описания процессов процессов с использованием формул вводятся альфа, не зависящая от I; альфа=1;

альфа=1 – абсолютно чёрное тело.

Все длины волн поглощаются одинаково.

Солнце похоже на абсолютно чёрное тело.

альфа не зависит от I; альфа<1; альфа=0,8 – на всех длинах тел.

Человеческая кожа в некотором смысле тела похожа серое тело.

Нагретое тело – тело, по которому его температура >0 K.

Излучаемые и поглощаемые энергии =. (r лямда/альфа лямда)1 = (r лямда/альфа лямда)2 = (r лямда/альфа лямда)3 = Er/1 (1,2,3 – коэффициенты).

Закон Киргофа: r лямда = Er*альфа лямда

Если мы знаем как излучает тело и знаем коэффициент поглощения, мы можем определить энергетическую светимость.

Согласно закону Киргофа, в какой области спектра тело излучает, в такой области тело и поглощает.

Спектры излучения – графики зависимости r лямда от лямда и поглощения альфа от лямда одинаковы – волнообразные скачки с зазубринами.

30 Цепи переменного тока с омическим сопротивлением (R), емкостью (C), индуктивностью (L).

Переменный электрический ток – ток, который периодически изменяет свое значение как по величине, так и по направлению. Для него справедлив закон Ома, но сопротивление цени, состоящей из R, C и L зависит от частоты тока.Пусть напряжение изменяется по закону

, где U₀ - максимальное напряжение, w = 2π/T= 2πню – циклическая частота, Т – период колебаний.

Напряжение и ток совпадают по фазе (одновременно достигают максимума и минимума):

_{Напряжение отстает от тока на Пи/2:}

_{Ток отстает от напряжения на пи/2:}

_{Принято изображать это с помощью векторных диаграмм:}

_{сопротивление резистора, конденсатора и катушки переменному току определяется:}

50. Чувствительность глаза к цвету и свету.

Сетчатка глаза состоит из нескольких слоев и не одинакова по своей толщине и чувствительности к свету, в ней находятся светочувствительные зрительные клетки, периферические концы которых имеют различную форму, Продолговатые окончания называются палочками, конусообразные -колбочками. Длина палочек (63-81)*10^(-6)м, диаметр - около 106 мкм; для колбочек длина 35 мкм, диаметр(5-6)мкм. На сетчатке глаза человека расположено около 130млн. палочек и 7млн колбочек. В месте вхождения зрительного нерва находится не чувствительное к свету слепое пятно. В середине сетчатки, чуть ближе к височной области, лежит самое чувствительное к свету жёлтое пятно, центральная часть которого имеет диаметр около 0,4мкм. Палочки и колбочки распределены по сетчатке неравномерно. Колбочки в основном в центральной части сетчатки, в жёлтом пятне, в центре жёлтого пятна находятся исключительно колбочки; но края сетчатки - только палочки. Палочки более чувствительны к интенсивности света, но не различают цвета. Колбочки различают цвета, они чувствительны к восприятию деталей изображения, поэтому решающую способность глаза обуславливается размещением колбочек на сетчатке. Палочки относятся к аппарату сумеречного и ахроматического зрения, а колбочки - дневного и цветного. Светочувствительность глаза - минимальная яркость, вызывающая зрительное ощущение, светочувствительность изменяется благодаря адаптации глаза(изменение диаметра зрачка; уменьшение количества светочувствительного вещества; экранирование палочек и колбочек темным

пигментом; изменение в зависимости от яркости предмета степени участия палочек и колбочек в возбуждении(светового ощущения).

28 Электрический диполь и его поле

Диполь – система двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов (+q и -q), расположенных на расстоянии l (плечо) друг от друга

Основная характеристика диполя – электрический момент диполя p(->) = q*l(->), принять, что это вектор направлен от –q к +q. Измеряется [p] = Кл*м.

В однородном электрическом поле на диполь действует вращающий момент мю(->) = p*(E->), он зависит от величины p(->), ориентации диполя в поле напряжённости поля E(->)

Диполь сам создаёт электрическое поле

_{, если предположить, что предположить, что диполь точечный.}

_{Т.е. l<<r, то r1<r; r1*r = r^2; (r-r1) = p*cos альфа}

_Тогда

Если взять 2 равноудалённые от диполя точки, то разность потенциалов между ними:

Если поместить диполь в центр в равносторонних треугольников, и тогда

39 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.

9 Энергия волны. Поток энергии волн. Вектор Умова.

Волновой процесс связан с распределением энергии. Количественной Характеристикой перенесенной энергии является поток энергии(ф).

1) ф=dE/dt

dE - энергия, переносимая волнами через некоторую поверхность

dt - время, в течение которого эта энергия перенесена. [ Ф]=Дж/с=Вт- единица измерения потока энергии;

С другой стороны:

2) ф=Wр *S*V

Wp=dE/dv - объемная плотность энергии, колебательного движения, Sv- объем некоторого пространства. v - скорость волны; S- площадь поверхности, которую она пересекает при !V(->) _|_ S!.

Плотность потока энергии (I) - поток энергии приходящийся на единицу площади в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны: !I=Ф/S=Wp*V; [I]=Вт/м^2! размерность

Вектор Умова I(->)=Wp*V(->) показывает направление распространение волны и равен потоку энергии волн проходящему через единицу площади в перпендикулярно этому направлению.

I=(p*A^2*W^2/2)*V(->) – вектор Умова

p -плотность среды;

А - амплитуда колебания частиц;

W - частота колебаний;

V - скорость волны.

8 ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. ЕГО МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.

Эффектом Доплера называется изменение волн, воспринимаемых наблюдателем, вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.

Если Vи -скорость движения источника волн,

Vн -скорость движения наблюдателя,

V-скорость распространения волны.

Длина волны, скорость и частота связаны соответствием: !длина волны =V/ню!, то частота, воспринимаемая наблюдателем, при сближении с источником волн: !Ню'=(V+Vн/V-Vн)*Ню!, т е.она ,бльше испускаемой. При удалении источника от наблюдателя: !Ню''=(V-Vн/V+Vн)*НЮ! воспринимаемая частота меньше испускаемой. Это свойство нашло применение в медико-биологических исследованиях. Например, для определения скорости течения крови, скорости движения клапанов и стенок сердца.

Ультразвуковая волна частотой НЮr и скоростью V направляется на движущийся объект воспринимается технической системой( приемником). Приемник принимает из-за эффекта Доплера уже другую частоту !

Ню пр = (V+Vo/V-Vo)*НЮr так как скорость ультразвука V>>Vo. (скорость движения исследуемого объекта, то !Ню2=2Vo*НЮi/V! -доплеровский сдвиг частоты.