Воздействие переменным магнитным полем на ткани организма (индуктотермия)

Рис. 1

Схема воздействия переменным магнитным полем

на биологическую ткань

Поместим образец (ткань) в переменное магнитное поле (рис. 1). Магнитный поток магнитного поля изменяется по закону: , а сила тока в ткани:

.

Полагая, что .

Так как тогда.

Обозначим , гдеk- коэффициент, учитывающий геометрические размеры ткани.

Тогда сила тока в биологической ткани определяется:

Допустим, что Визменяется по законуcos wtт.е.B=B_m^.cos wt, а изменение индукции со временем будет определяться выражением:

Тогда сила тока в ткани:

.

Мощность

Подставляя силу тока в формулу мощности, получим:

;

Мощность, выделяемая в единице объема в единицу времени qбудет определяться уравнением

где K=,

Анализируя полученное выражение, приходим к выводу, что , гдеудельное 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)

В

Рис. 2.

Схема воздействия высокочастотного электрического поля на биологическую ткань

озьмем биологическую ткань с диэлектрической проницаемостьюи поместим ее между двумя электродами, выполненных в виде пластин. Причем пластины не касаются биологической ткани. Между пластинами возникает переменное электрическое поле напряженностьюЕ(рис. 2).

S– площадь пластин,

U– переменное напряжение, подаваемое на пластины.

Под влиянием высокочастотного электрического поля в биологической ткани возникают токи смещения и проводимости.

Выразим через напряженность переменного электрического поляЕ.

Среднее значение мощности в цепи переменного тока, выражающейся формулой,

- угол сдвига фаз междуи. В чистых диэлектрикахи.

В реальных диэлектриках , а угол- называют углом диэлектрических потерь (рис3).

Разложим силу тока на две составляющие: активнуюи реактивную(рис. 3). Реактивная составляющая сдвинута по фазе относительно напряжения на уголи мощность, выделяемая ею, равна нулю. Активная составляющаявыделяет мощность в биологической ткани, которая определяется уравнением:

Выразим через:

Тогда

.

Выразим через напряжение и емкостное сопротивление биологической ткани.

=.

где С- емкость плоского конденсатора в котором находится ткань с диэлектрической проницаемостью.

Тогда

,

но , а, получаем.

Выразим через напряженность электрического поляЕ, т.е.:

d - расстояние между обкладками конденсатора с биологической тканью.

Тогда

и

.

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.

Для дециметровых волн эти показатели примерно в 2 раза выше.