Физика в медицинском вузе. Учебно-методическое пособие
.pdfВ таблице 2 более подробно раскрыта специфика функционирования медицинских (физических) приборов, представленная на рис.8. Каждый из рассматриваемых аспектов общей специфики функционирования медицинских (физических) приборов включает ряд частных специфических особенностей функционирования медицинских (физических) приборов.
Таблица 2
Специфика функционирования медицинских (физических) приборов
Специфика медицинских (физических) приборов |
|
Примеры |
||
Общая |
|
Частная |
|
|
1. Специфика, |
1) |
приборы, самодостаточные для |
1) |
фонендоскоп; |
обусловленная |
работы и эксплуатации; |
2) |
пленка для |
|
принципом |
2) |
приборы, для работы которых |
рентгеновского аппарата; |
|
работы |
необходимые дополнительные |
3) |
электроды у |
|
медицинских |
материалы; |
электрокардиографа |
||
(физических) |
3) |
приборы, для функционирования |
|
|
приборов |
которых нужны дополнительные |
|
|
|
|
приборы или приспособления |
|
|
|
|
1) |
приборы с встроенным |
1) |
диадинамик; |
|
осциллографическим блоком; |
2) |
диагностические |
|
|
2) |
приборы, нуждающиеся в |
приборы, требующие |
|
|
дополнительном подключении к |
обработку данных на |
||
|
компьютеру, экрану или т.п. |
компьютере |
||
|
1) |
приборы с возможностью |
1) |
величина тока |
|
регулирования (изменения) |
(напряжения) в приборах |
||
|
характеристик; |
для электростимуляции; |
||
|
2) |
приборы с неизменными |
2) |
интенсивность |
|
характеристиками |
рентгеновского излучения |
||
|
1) |
приборы для совместной регистрации |
1) |
фоноэлектркарди- |
|
нескольких параметров или |
ограф - для совместной |
||
|
физиологических процессов – |
регистрации |
||
|
многофункциональные; |
электрокардиограммы и |
||
|
2) приборы с возможностью |
фонокардиограммы |
||
|
дополнительного расширения |
|
|
|
|
функциональности |
|
|
|
2.Специфика, |
медицинские приборы, требующие: |
1) |
ручки переключателей |
|
обусловленная |
1) |
дополнительной и специальной |
величины тока находились |
|
техникой |
подготовки к работе; |
в нулевом положении, |
||
безопасности |
2) четкого соблюдения инструкции и |
прогревания прибора; |
||
и особеннос- |
т.п. |
2) |
порядок включения, |
|
тями работы |
|
|
управление аппаратом при |
|
с |
|
|
проведении процедуры и |
|
медицинскими |
|
|
выключения прибора |
|
|
|
|
|
21 |
(физическими) |
ремонт |
электромедицинской |
аппаратуры |
производится |
||||
приборами |
квалифицированным техническим персоналом |
|
|
|||||
3.Специфика, |
медицинская аппаратура для: |
|
1) |
прибор для местной |
||||
обусловленная |
1) местного; |
|
дарсонвализации; |
|
||||
воздействием |
2) общего; |
|
|
2) |
лампа для группового |
|||
медицинских |
3) одновременного воздействия на |
|
ультрафиолетового |
|||||
(физических) |
группу людей |
|
облучения с лечебными |
|||||
приборов на |
|
|
|
|
целями |
|
|
|
пациента |
1) |
приборы для воздействия только на |
1) аппарат для местной |
|||||
|
участок тела пациента, освобожденный от |
дарсонвализации; |
|
|||||
|
верхней одежды; |
|
2) прибор для общей |
|||||
|
2) |
приборы, воздействие которыми |
|
дарсонвализации |
|
|||
|
осуществляется через одежду |
|
|
|
|
|
||
|
аппаратура: |
|
|
1) аппарат для |
|
|||
|
1) |
с контактным; |
|
гальванизации; |
|
|||
|
2) |
дистанционным методом воздействия |
2) аппарат для УВЧ- |
|||||
|
на пациента |
|
|
терапии |
|
|
||
|
приборы: |
|
|
1) прибор для получения |
||||
|
|
1) с диагностической; |
|
электрокардиограммы; |
||||
|
|
2) лечебной; |
|
2) прибор для |
|
|||
|
|
3) профилактической целью |
|
электростимуляции; |
||||
|
|
|
|
|
3) лампа для группового |
|||
|
|
|
|
|
ультрафиолетового |
|||
|
|
|
|
|
облучения с |
|
||
|
|
|
|
|
профилактической целью |
|||
|
1) |
приборы, при работе которых пациент |
1) |
прибор |
для |
общей |
||
|
не испытывает никаких ощущений; |
|
дарсонвализации, |
прибор |
||||
|
2) |
приборы, |
при воздействии которых |
для франклинизации; |
||||
|
пациент испытывает физические |
|
2) |
электростимуляция |
||||
|
ощущения |
|
|
|
|
|
|
|
4.Специфика, |
в медицинских процедурах участвуют |
|
|
|
|
|
||
обусловленная |
минимум два человека: врач (или |
|
|
|
|
|
||
гуманисти- |
обслуживающий медицинский персонал) |
1) |
прибор для |
|
||||
ческой |
и пациент: |
|
|
флюрографии; |
|
|||
направлен- |
1) |
пациент активен; |
|
2) |
приборы, |
|
||
ностью |
2) |
пациент пассивен |
|
поддерживающие |
|
|||
процесса |
|
|
|
|
жизненные функции |
|||
использования |
измеряются физические величины, |
|
|
|
|
|
||
медицинских |
параметры у человека (пациента) |
|
|
|
|
|
||
(физических) |
врач (мед персонал) отвечает не только |
|
|
|
|
|||
приборов в |
за себя, но и за другого человека |
|
|
|
|
|
||
медицинской |
(пациента) |
|
|
|
|
|
|
|
практике |
|
|
|
|
|
|
|
|
Особенности, указанные на рис. 8 и под номерами 1 и 2, связаны с процессом функционирования медицинских (физических) приборов. Особенности, определенные на рис. 8 под номером 3 и 4, характеризуют
22
применение медицинских (физических) приборов в медицинской практике. Соответствующие физические задачи и задания профессионально ориентированного характера, касающиеся данных особенностей, будут представлены в следующем параграфе.
Кроме этого, не менее важными вопросами являются условия эксплуатации и требования к электробезопасности медицинской аппаратуры. Авторы книги «Электромедицинская аппаратура» [6]
выделяют следующую специфику условий эксплуатации медицинской аппаратуры, что вызывает необходимость в установлении дополнительных, специальных требований к ее электробезопасности:
пациенты могут иметь ослабленное здоровье, нарушения в деятельности отдельных органов и систем, последствия наркоза, отсутствие сознания, а, следовательно, повышенную чувствительность к действию электрического тока; величина тока, безопасного для здорового человека, может оказаться опасной для больного.
наличие рабочей части электромедицинского прибора и аппарата (совокупность всех частей, находящихся в теплопроводящем соединении или касающихся тела пациента: электроды, излучатели, датчики) приводит к непосредственной связи пациента с аппаратурой и в связи с этим к повышенной опасности поражения электрическим током;
неправильная эксплуатация лечебных аппаратов, в которых электрический ток используется для лечебного воздействия на организм, связана с возможностью передозировок, непредвиденными путями прохождения тока и другими опасностями для пациента;
в большинстве случаев пациент включается в качестве нагрузки в катодную или анодную цепь выходной лампы;
23
медицинский персонал, работающий с медицинской электронной аппаратурой, также находится в условиях риска поражения электрическим током.
Различные условия эксплуатации накладывают определенные требования к электробезопасности аппаратуры для пациента и для медицинского персонала. Поражения электрическим током, повышенные уровни ионизирующих, электромагнитных, ультрафиолетовых, инфракрасных, ультразвуковых, отраженных и рассеянных лазерных излучений в рабочих зонах, высокая или низкая температура поверхностей аппаратуры, взрыво- и пожароопасность, повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте, опасность механических повреждений, вредные химические и биологические воздействия – лишь некоторые вредные и опасные производственные воздействия на обслуживающий персонал при работе с электромедицинской аппаратурой[6].
В современной медицинской аппаратуре электробезопасность должна быть обеспечена для всех условий ее эксплуатации, предусмотренных функциональным назначением прибора и оговоренных правилами пользования. Защита достигается при соблюдении трех основных условий:
Первое условие: правильной конструкции аппаратуры,
обеспечивающей безусловную безопасность;
Второе условие: применении специальных средств внешней защиты,
обеспечивающих условную безопасность;
Третье условие: указаний условий, при которых работа с оборудованием безопасна (описательная безопасность);
Ниже, на рис. 19, представлена характеристика основных классов электромедицинской аппаратуры с позиции условий эксплуатации и
средств защиты от поражения электрическим током.
24
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ЭЛЕКТРОМЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ
По степени защиты от поражения
электрически током
ОСНОВНОЙ ЗАЩИТЫ:
H-изделия с нормальной степенью защиты, которая эквивалентна защите бытовых приборов;
B-изделия с повышенной степенью защиты;
BF-изделия с повышенной степенью защиты и изолированной рабочей частью; CF-изделия с наивысшей степенью защиты и изолированной рабочей частью (например, изделия с рабочей частью, имеющей электрический контакт с сердцем);
ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ:
I – изделия, у которых кроме основной изоляции предусмотрено совместное подключение питающего напряжения и заземления (зануления) доступных для прикосновения металлических частей.
0I – изделия, которые отличаются от изделий класса 1 только тем, что имеют отдельные зажимы (клеммы) на доступных для прикосновения металлических частях с целью присоединения их к внешниму заземляющему (зануляющему) устройству. II – изделия, которые кроме основной изоляции имеют и дополнительную; возможно вместо основной и дополнительной изоляции наличие усиленной изоляции; нет приспособления для защитного зануления; показан ввод сетевого шнура (или кабеля) для изделий этого класса.
III – изделия, которые рассчитаны на питание от изолированного источника тока с переменным напряжением не более 24 В или с постоянным напряжением не более 50 В и не имеют внешних или внутренних цепей с более высоким напряжением; нет приспособления для защитного заземления.
По возможным последствиям
отказа в процессе эксплуатации
А – изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала (вероятность безотказной работы данных изделий не менее 0,99) – приборы для наблюдения за жизненно важными функциями больного, аппараты искусственного дыхания
икровообращения и т.п.
Б– изделия, отказ которых вызывает искажение информации
осостоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования аналогичного по функциональному назначению изделия, находящегося в режиме ожидания (вероятность безотказной работы не менее 0,8)
– системы, следящие за больными, аппараты для стимуляции сердечной деятельности и т.п.
В – изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебнодиагностический процесс в некритических ситуациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслуживающий персонал, либо приводит только к материальному ущербу – большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др.
Г– изделия, не содержащие отказоспособных частей (не для медицинской аппаратуры).
Рис.9. Основные классы электромедицинской аппаратуры
На основании рассмотренных особенностей и специфики функционирования медицинских (физических) приборов можно указать следующие типы физических задач и заданий профессионально ориентированного характера, касающихся специфики функционирования медицинских (физических) приборов (Рис.10).
1) выявление |
|
2) объяснение принципа действия |
|
3) оценивание |
особенностей техники |
|
прибора, работающего на основе |
|
надежности прибора, |
безопасности и правил |
|
специфики физических явлений, |
|
последствий |
работы с прибором |
|
процессов в медицинской |
|
неисправности работы |
|
|
практике |
|
прибора |
Физические задачи и задания, касающиеся специфики функционирования медицинских (физических) приборов
|
|
|
4) вычисления (на основе измерений, |
5) усовершенствование |
|
||
|
полученных с помощью прибора; на основе |
||
условий эксплуатации, |
|
||
|
|
количественных параметров прибора) |
|
правил техники |
|
|
|
|
|
|
|
безопасности, принципа |
|
|
|
работы прибора |
|
|
объяснение полученных результатов, |
(творческие ФЗЗПОХ) |
|
|
выводов с физической точки зрения |
Рис. 10. Физические задачи и задания, касающиеся специфики функционирования медицинских (физических) приборов
Пример решения физической задачи, касающейся специфики функционирования медицинских (физических) приборов:
условие: К какому типу физиотерапевтической аппаратуры в зависимости от целевого назначения, габаритных размеров, области воздействия относится аппарат УВЧ-30? Определите коэффициент затухания колебаний в терапевтическом контуре аппарата УВЧ-30, если индуктивность контура равна 40 мкГн, активное сопротивление составляет 6 мОм.
рекомендации: для более качественного осмысления решения задачи необходимо обратиться к материалу, представленному в приложении 4, рекомендуемой литературе.
26
Дано:
L = 40мкГн = 4 *10−5 Гн
R = 6млОм = 6 *10−6 Ом
Найти: β-?
Дополнительные задания:
Решение:
1. Из глоссария: ультравысокочастотная
терапия (УВЧ-терапия) – воздействие на организм энергии электромагнитных колебаний ультравысокой частоты (40,68 и 27,12 МГц).
2.На рис. 25 (см. Приложение 4) указаны основные виды физиотерапевтической аппаратуры в зависимости от целевого назначения, габаритных размеров, области воздействия на пациента. На основании данного материала можно считать, что аппарат УВЧ-30 относиться к настольным видам физиотерапевтической аппаратуры, так как рассчитан на переноску двумя лицами: обеспечивают проведение местных процедур.
3.Учитывая формулу для расчета коэффициента затухания колебаний в терапевтической контуре (см. Приложение 2
таблица 3) β = 2RL , найдем β = 0,075
Ответ: β = 0,075
1)На каком (каких) физическом явлении (процессе, эффекте) основан принцип действия данного медицинского прибора?
2)Какие физические (математические, технические) принципы конструирования прибора?
3)В какой области медицины, с какой целью используется данный прибор (диагностика, лечебная практика)?
4)Какие результаты можно получить, применяя данный прибор в медицинской практике?
5)Каковы границы применения прибора? От чего они зависят? Возможно ли расширение границ применения прибора в медицинской практике?
6)Возможно ли использование прибора за пределами медицинской практики (в технике, быту и т.п.)?
7)Каковы общие принципы и правила техники безопасности при работе человека (медицинского персонала, пациента) с прибором?
27
2.4. Физические задачи и задания, касающиеся применения в медицине физических явлений, процессов, приборов
Специфические особенности физических явлений, процессов и приборов в медицинской практике, рассмотренные в предыдущих параграфах (2.2. и 2.3.), определяют уникальность применения физических явлений, процессов, приборов в медицине (для лечения, в диагностике для исследования). Применение физических явлений и процессов в медицине имеет свои особенности, обусловленные преимущественно областью их использования в медицинской практике.
В соответствии с представленной выше классификацией физических задач и заданий профессионально ориентированного характера (Рис.3) можно выделить физические задачи и задания профессионально ориентированного характера, касающиеся применения физических явлений и процессов (Рис.11) в медицине.
2) корректировка (усовершенствование) существующих диагностических и лечебных методов (творческие ФЗЗПОХ)
Физические задачи и задания, касающиеся применения физических явлений и процессов
в медицине
1.1) вычисление |
|
1.4) оценивание |
физических |
1) ознакомление с |
возможных |
величин, |
распространенными |
изменений в |
характеризующих |
диагностическими и |
организме человека |
специфику метода |
лечебными методами, |
в результате |
|
основанными на |
использования |
1.2) определение |
применения в медицине |
метода |
особенностей |
физических явлений и |
|
организма, |
процессов |
1.3) объяснение |
позволяющих |
|
|
использовать |
|
физической сути |
конкретный метод |
|
метода |
Рис. 11. Физические задачи и задания, касающиеся применения физических явлений и процессов в медицине
28
Пример решения физической задачи, касающейся применения физических явлений и процессов в медицине:
условие: Определить плотность мышечной ткани человека, если при прохождении через нее механической волны при ультразвуковом методе исследования со скоростью 1,5 км/с, ее волновое сопротивление составляло 1,59*106 кг/(м2*с).
рекомендации: для более качественного осмысления решения задачи необходимо рассмотреть рис. 26 (Приложение 5), табл. 6 (Приложение 3), рекомендуемую литературу.
Дано: |
|
|
Решение: |
|
|
υ =1,5км/ с =1500м/ с |
1. |
Зависимость |
волнового |
сопротивления |
|
Rакуст=1,59* 106 кг/(м2*с) |
|
среды от ее плотности и скорости |
|||
|
|
прохождения через нее плоской волны (см. |
|||
Найти: ρср −? |
|
||||
|
Приложение 2 таблица 3) |
Rакуст = ρср *υ , |
|||
|
|
||||
|
|
найдем ρср = |
Rакуст |
. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
υ |
|
|
|
2. |
ρср =1060кг/ м3 |
|
||
Ответ: ρср =1060кг/ м3
Учитывая перечисленные ранее особенности, можно указать общую специфику применения медицинских (физических) приборов в медицинской практике (Рис.12).
Как видно из данной схемы, результаты применения медицинских (физических) приборов в медицине зависят, например, от техники безопасности и соответствующих правил работы с медицинскими (физическими) приборами (степени защиты и безопасности прибора, результатов воздействия на организм человека, последствий неисправной работы прибора) и т.п.
В соответствии с представленной выше классификацией физических задач и заданий профессионально ориентированного характера (Рис.3) можно выделить физические задачи и задания профессионально ориентированного характера, касающиеся применения медицинских (физических) приборов (Рис.13) в медицине.
29
МЕДИЦИНСКИЙ (ФИЗИЧЕСКИЙ) ПРИБОР
Область применения прибора в медицинской практике
в диагностике |
в лечебной практике |
Техника безопасности при работе человека (медицинского персонала, пациента) с прибором
Воздействие |
Степень защиты |
Последствия |
прибора на |
прибора (основная, |
неисправности |
организм человека |
дополнительная) |
работы прибора |
Правила работы с прибором (действия медицинского персонала, поведение пациента)
Результаты применения медицинского (физического) прибора в медицинской практике
Рис. 12. Особенности применения медицинских (физических) приборов в медицинской практике
1) объяснение, оценивание применения прибора в диагностике для исследования
2) объяснение, оценивание применения прибора в лечебной практике
Физические задачи и задания, касающиеся
особенности применения медицинских (физических) приборов в медицинской практике
|
3) объяснение, оценивание |
|
4) оценивание гуманистического |
|
особенностей воздействия |
|
аспекта использования прибора в |
|
прибора на организм человека |
|
медицине |
|
|
|
|
|
|
НОРМАЛЬНОЕ функционирование |
|
функционирование организма |
|||
человека НЕ в норме (болен) |
|
организма человека (здоров) |
|
|
|
||
Рис. 13. Физические задачи и задания, касающиеся особенности применения медицинских (физических) приборов в медицине
30