Министерство здравоохранения Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения Российской Федерации»
Кафедра физики
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МЕДИЦИНЕ
Методические указания для лабораторной работы № 14
Тверь 2005
Методические указания составлены кафедрой медбиофизики ТГМА и предназначены в помощь студентам лечебного, стоматологического, педиатрического и фармацевтического факультетов при подготовке и выполнении лабораторной работы.
Лабораторная работа № 14
ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МЕДИЦИНЕ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1. Ознакомиться с физическими основами,
применяемых в медицине высокочастотных электрических методов.
2. Изучить теоретически принцип работы генератора высокочастотных электрических колебаний.
3. Получить элементарные практические навыки работы с аппаратом для электротерапии.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: аппарат "Искра”, электронный осциллограф, соединительные провода.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
После изобретения радио по мере создания все более мощных радиопередатчиков у людей, работающих на радиостанциях, стали наблюдаться странные явления: отмечались главным образом нарушения нервной системы, а у лиц, долгое время работающих на радиостанции, часто повышалась температура.
Это наблюдение послужило толчком для тщательного и кропотливого изучения физиологического воздействия электромагнитных излучений. Как показали исследования, у людей электромагнитные волны могут вызывать головную боль, беспокойство, ощущение страха и целый ряд других неприятных симптомов. Мощные электромагнитные излучения приводят к гибели подопытных животных, тогда как под воздействием более слабых электромагнитных излучений рост гусениц тутового шелкопряда, например, ускоряется, из яиц попугая птенцы вылупляются раньше срока; новорожденные мышата быстрее прибавляют весе.
Из физики известно, что если радиоволны поглощаются какой-то
средой, то энергия волны переходит в тепловую и среда нагревается. Ученые предположили, что наблюдаемые явления связаны с тепловым эффектом. В 30-е годы прошлого века Коваршик. проделал следующий опыт: в ванну с дистиллированной водой при температуре 24° он пускал рыб и подвергал их воздействию электромагнитного излучения такой интенсивности, что температура рыб повышалась до 40°. Рыбы погибали через несколько минут, причем температура воды повышалась лишь на десятые доли градуса. Затем в ванну помещали рыб, но воду предварительно нагревали до 40°С. И в этом случае - уже без электромагнитного излучения! - рыбы также погибали через несколько минут. Таким образом, ученому удалось доказать, что гибель рыб вызвана не каким-то специфическим воздействием, а исключительно тем, что их температура резко повысилась.
Во время второй мировой войны солдаты, обслуживающие радиолокационные устройства, обнаружили, что микроволновое излучение радиолокаторов действует согревающе: в зимние месяцы они обогревали в пучке излучения локатора озябшие руки, холодные пальцы ощущали приятное тепло. Так отпало подозрение, что сотрудники радиостанций испытывают какое-то специфическое вредное воздействие электричества. Одновременно некоторые прозорливые исследователи осознали пользу, которую может принести тепловой эффект для лечения больных.
Тепло используется в лечебных целях с незапамятных времен. Достаточно вспомнить нагретый кирпич, горячую ванну, реальные припарки - каждое из этих средств предназначено для согревания какой-либо части тела, т.е. для искусственного повышения локальной температуры.
Однако, общий недостаток традиционных методов обусловлен тем, что тепловая энергия поступает в организм от источника
тепла, находящегося вне его (например, от грелки), путем теплопередачи. Поэтому ткани нагреваются неравномерно; согреваются главным образом кожа и прилегающая к ней жировая клетчатка, а также поверхностно расположенные мышцы, тогда как температура более глубоких тканей и органов (мышц, суставов) почти не изменяется, хотя, как правило, именно они нуждаются в воздействии тепла. Чтобы на несколько градусов повысить температуру в глубоко расположенных тканях, на поверхность тела следовало бы поместить источник тепла с температурой 70-60°С. По вполне понятным причинам это невозможно из-за опасности ожогов и сильной боли.
Сказанное позволяет понять удовлетворение ученых, установивших, что с помощью электрического тока можно добиваться повышения температуры внутри живого организма, в глубоко лежащих тканях.
Прежде, чем перейти к физиологическим воздействиям конкретных высокочастотных методов необходимо рассмотреть способ получения высокочастотных электромагнитных полей.
ПОЛУЧЕНИЕ: BЫCOKОЧACTOTНЫX ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Высокочастотные электрические колебания и электромагнитные волны принято подразделять по частоте на следующие диапазоны:
высокой частоты (ВЧ) - от 0,2 МГц до 30 МГц;
ультравысокой частоты - (УВЧ) - от 30 МГц до 300 МГц;
сверхвысокой частоты (СВЧ) - свыше 300 МГц,
Медицинские приборы, в которых используются электрические колебания диапазонов ВЧ и УВЧ, построены на одном общем принципе.
ГЕНЕРАТОР BЫCOК0ЧACTOTНЫX ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ плюс ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ КОНТУР.
Принцип работы генератора электрических колебаний в установив-шемся режиме легко понять из простейшей схемы, изображенной на рис.1.
Рис.1
Терапевтический контур состоит из катушки LТ , индуктивно связанной с катушкой L колебательного контура генератора, конденсатора переменной ёмкости Сn и электродов Э . Электроды представляют собой в электрическом отношении либо ёмкость, либо индуктивность, либо и то и другое. Таким образом, терапевтический контур есть просто колебательный контур, в котором создаются вынужденные колебания с частотой изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке LТ , то есть с частотой колебаний генератора. Для того, чтобы в терапевтический контур отдавалась существенная часть энергии и на электродах создавались значительные электрические или магнитные поля, необходимо настроить его в резонанс, изменяя ёмкость переменного конденсатора Сn. Такая настройка производится в начале каждой процедуры заново, поскольку ёмкость системы электроды - пациент будет всякий раз разной.
Другая важная функция терапевтического контура – обеспечение электробезопасности. Индуктивная связь исключает возможность попадания пациента под высокое постоянное напряжение, которое есть в собственной цепи генератора.
В аппаратах СВЧ-диапазона используются другие принципы генерирования и отвода мощности от генератора. Вместо электродов в приборах СВЧ-диапазона используются излучатели.