3.3. Лабораторна робота №1 "робота з фізіо­терапевтичною апаратурою"

Мета роботи: вивчити основи взаємодії ЕМП з БТ і на­бути навички роботи на деяких фізіотерапевтичних апара­тах.

Контрольні питання для підготовки до лабораторної роботи

1. Класифікація фізіотерапевтичної електронної медичної апарату­ри.

2. Тепловий ефект, викликаний ВЧ-струмами провідності та індук­ційними ВЧ-струмами. Діатермія. Індуктотермія.

3. Поняття про струми зміщення. Механізм прогріву електролітів і діелектриків. Поняття про діелектричні втрати.

4. Спрощена схема УВЧ-апарата (будова, призначення основних блоків, робочий процес апарата).

5. Дарсонвалізація (фізичний зміст методу, природа лікувального фактора, спрощена схема апарата для місцевої дарсонвалізації. Робочий процес).

6. Специфічна дія УВЧ- і НВЧ- полів на біологічні тканини.

Додаткова література

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: Выс­шая школа, 1992.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М.: Выс­шая школа, 1987. - Гл. 18 (параграф 9), гл. 20, 23.

3. Ремизов A.M. Курс физики, электроники, кибернетики для меди­цинских институтов. - М.: Высшая школа, 1982. - Гл. 24 (па­раграф 7), гл. 39 (параграф 3).

4. Ливенцев Ы.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1978. - Т. 2 (параграфы 151, 152, 153).

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1974 (па­раграфы 107, 108).

Додаткові теоретичні відомості

3.3.1. Робота з увч-апаратом

УВЧ-терапія - лікувальний метод, котрий використо­вує вплив електричного поля ультрависокої частоти (від ЗО до 300 МГц) на тканини організму.

Лікувальний фактор. Біологічні тканини знаходяться в електричному полі конденсатора, обкладинки якого - ізо­льовані пластини електродів. На ці пластини подається ви­сокочастотна напруга амплітудою декілька сотень вольт. Для уникнення електричного контакту паці­єнта з електродами (і, як наслідок, виникнення УВЧ-струму провідності) електроди вкриті ізолюючим шаром діелектри­ка. Основним діючим фактором при цьому є струми змі­щення, що виникають у біологічних тканинах під впливом електричного поля змінної напруженості Е:

Механізм прогріву тканин. Струм зміщення існує, якщо напруженість електричного поля змінюється з часом. При збільшенні частоти (а, отже і швидкості зміни Е) струм зро­стає. Величина струму зміщення суттєво залежить від типів зарядів, які знаходяться в електричному полі (іонів, дипо­лів, мультиполів тощо), і особливостей їх поведінки у змін­ному електричному полі.

Прогрів електроліту. У змінному електричному полі напруженості іони електролітів зміщуються у напрямку дії кулонівської силиЯкщо вважати, що сила, так само як і напруженість, змінюється за гармонічним законом, то можна припустити, що іон здійснює коливально-посту­пальний рух відносно положення рівноваги (див. мал. 3.4).

Мал. 3.4.

Кінетична енергія коливальної системи (іон + гід­ратна оболонка) залежить від частоти й амплітуди коливань, величина амплітуди коливаннязалежить відмаси системи та в'язкості середовища. Врахувавши, що кінетична енергія одиниці об'єму рідини дорівнює сумі енергій усіх частинок об'єму, можна показати, що кількість теплоти, яка була виділена в одиниці об'єму за одиницю ча­су, визначається за формулою:

де - концентрація іонів,- коефіцієнт пропорційності. Із цієї формули видно, що результуючий ефект нагрівання залежить від частоти складним чином - при збільшенніз одного боку, збільшуєтьсяпропорційно квадрату частотиз другого боку, із збільшенням частоти зменшується ам­плітуда коливань і, як наслідок, зменшується кінетична енергія. Якісний аналіз показує, щонабуває максималь­не значення (мал. 3.4б) у деякому інтервалі частот

Прогрів діелектрика (вважаємо, що молекули діелек­трика мають власний дипольний момент ). Полярні молекули (молекули води, білків, ліпідів тощо) v змінному електричному полі під впливом моменту силздійс­нюють коливально-обертальний рух відносно осі, яка про­ходить через центр маси молекули (див. мал. 3.4а).

Кінетична енергія системи у цьому випадку може бути оцінена за частотою обертання і моментом інерції молекули (точний розрахунок досить складний тому, що необхідно враховувати міжмолекулярні сили взаємодії). Приблизну величину для даного випадку можна оцінювати за струмами зміщення, які виникають у діелектрику за рахунок орієнтаційних (коливально-обертальних) рухів диполя:

де - коефіцієнт пропорційності, тобто для діелектрика, який знаходиться в однорідному полі конденсатора, вели­чинавизначається за формулою (3.3).

Отже, прогрівання діелектрика буде залежати від амплі­туди напруженості, діелектричних властивостей середови­ща та частоти. Кількісно залежність прогріву діелектрика від частоти описує крива, яка подібна до наведеної на мал. 3.4б, але максимум зміщений в бік більш високих частот.

Кількість виділеної теплоти в окремих структурах, ді­лянках тканини буде залежати від співвідношення об'ємів, які займають електроліти або дипольні діелектрики.

Окрім теплового впливу на тканини, електричне УВЧ-поле чинить високоефективну специфічну дію на зміни пев­них біохімічних процесів у клітині за рахунок коливальної і коливально-обертальної дії на молекулярні структури, що в кінцевому результаті призводить до змін швидкості метабо­лічних реакцій і функцій клітинних структур і органів у ці­лому.

Мал. 3.5. Спрощена схема УВЧ-апарата.

Апарат для УВЧ-терапії. Спрощена схема приладу зо­бражена на мал. 5.5. Основні частини приладу: ламповий генератор з контуром що налагоджений на частотуконтур зворотного зв'язкудля керування роботою ламп. Потужність електричних коливань регу­люється напругою на аноді ламп (перемикач П - "потуж­ність" у блоці живлення (БЖ) змінює напругу на виході блоку живлення). При збільшенні анодної напруги зміню­ється амплітуда коливань у контурі генератора.

Завдяки індуктивному зв'язку електромагнітні коливан­ня через проміжний контур ПК передаються у контур паці­єнта Такий зв'язок забезпечує безпеку пацієнта по відношенню до низькочастотної напруги у колах генера­тора УВЧ.

Контур пацієнта складається з котушки індуктивності і змінної ємності С (перемикач - "налагодження"). В єм­ність контуру пацієнта входить також і міжелектродна єм­ністьЗняття максимальної потужності з контуру генера­тора досягається привиконанні умов резонансу, тобто при

Ємність терапевтичного контуру або контуру пацієнта (КП) змінюється при кожній процедурі (у поле конденсато­ра вводяться різні частини тіла пацієнта). Змінюючи вели­чину С, можна постійно підтримувати резонанс, при якому відбувається максимальна передача електромагнітної енер­гії контуру тканинам пацієнта.

Ступінь налагодження терапевтичного контуру у резо­нанс з коливальним контуром генератора визначається за яскравістю лампочки або за відхиленням стрілки індикато­ра на панелі приладу.

Перемикачі керування потужністю (П - "потужність"), налагодження (С - "налагодження"), а також компенсатора падіння напруги кола живлення приладу ("мережа"), вине­сені на передню панель приладу. Зміна положення переми­кача компенсатора змінює кількість витків у силовому трансформаторі і, відповідно, напругу на виході блока жив­лення.

Завдання до лабораторної роботи

Завдання 1. Вивчити будову апарата УВЧ-66 і підготу­вати його до роботи.

Зовнішній вигляд передньої панелі апарата приведено на мал. 3.6:

1 - вмикач електричного кола і регулятор вхідної на­пруги;

2 - кнопка індикації величини вхідної напруги;

3 - регулятор потужності УВЧ-випромінювання;

4 - регулятор налагодження кола пацієнта;

5 — індикатор налагодження з червоним сектором для регулювання вхідної напруги.

Увімкніть апарат у мережу. Натисніть кнопку індикації і регулятором вхідної напруги встановіть стрілку індикато­ра апарата в центрі червоного сектора.

Мал. 3.6. Зовнішня панель УВЧ-66.

Прогрійте апарат протягом 3-5 хвилин. Встановіть по­тужність Спочатку налагодьте апарат за максималь­ним відхиленням стрілки, перевірте налагодження за яскра­вістю розряду неонової лампочки.

Завдання 2. Дослідження зміни температури прогріван­ня дистильованої води і розчину електроліту в УВЧ-пот.

Розташуйте між електродами апарата склянки з дисти­льованою водою і розчином кам'яної солі. Налагодьте апа­рат за максимальним відхиленням стрілки. Через кожні п'ять хвилин вимірюйте температуру води і розчину. Дані занесіть до таблиці.

Примітка. Уважно слідкуйте за положенням стрілки ін­дикатора у процесі прогріву. Резонанс в колі може порушу­ватись і потрібна постійна корекція.

Оформлення роботи. У протоколі повинно бути: а) сти­слий опис фізичної суті лікувального методу УВЧ-терапії; б) спрощена схема УВЧ-апарату з переліком основних бло­ків; в) таблиця вимірювань температури і графік її зміни з часом; г) висновок про механізми прогріву рідин.

Контрольні запитання і задачі

1. Вкажіть діапазон зміни частот ЕМП для УВЧ-, НВЧ- і КВЧ-тера-пій. Чому дорівнює частота електромагнітних коливань, які гене­руються УВЧ-апаратом?

2. Що таке струм зміщення? Який механізм прогріву струмами змі­щення діелектриків і електролітів? Які з цих речовин прогріва­ються більш ефективно?

3. Чому ефективність прогріву речовини залежить від частоти?

4. Чому дія ультрависокочастотного поля не викликає ефекту по­дразнення, який притаманний НЧ-полю?

5. З яких основних блоків складається УВЧ-апарат?

6. Яким чином змінюється потужність генератора УВЧ-коливань?

7. Що значить "налагодити" УВЧ-аппарат? Чому в момент налагод­ження яскравість неонової лампочки або відхилення стрілки мак­симальні?