1.Основные физ.понятия и величины,характ. Эл. Св-ва в-ва.Проводники и диэлектрики.Электрический диполь в эл.поле Все тела способны электризроваться,т.е .приобретать эл.заряд.М/у наэлектризованными телам имеется притяжение\отталкивание,т.к. есть 2 вида зарядо(+и-).Эл.зарядq(Кл)состоит из целого числа элементарных зарядов-наименьший эл заряд=1,6*10-19Кл Эл поле-особый вид материи,посредством которого осуществляется взаимодейстие м/у эл.зарядами. Есть 2 вида эл.полей: потенциальное(электростатическое поле,созданное системой неподвижных эл.зарядов;его энергетическая характеристика-потенциал ЭП)-скалярная физ величина,равна отношению потенциальной энергии эл.заряда к величине этого заряда) вихревое(силовые линии замкнуты,не имеют ни начала,ни конца,а работа по перемещению заряда по замкнутому контуру не равна 0 и зависити от траектории движения заряда.Источником явл.переменное магнит.поле) Ткани по эл.св-вам представляют собой разнообразную структуру:орг.в-ва(БЖУ),из кот.состоят плотные части тканей,явл. Диелектриками.Все ткани и клетки в организме содержат жидкости или омываются ими.В их состав кроме коллоидов входят р-ры электролитов,поэтому они явл относительно хорошими проводниками. Наименьшим сопротивление обладают жидкости организма и ткани,обильно пропитанные тканевой жидкостью(мышечная).Ткани с малым содержанием жидкости-уплотненные структуры(соединит.,жировая,костная ткани,сухая кожа)имеют высокое сопротивление и низкую электропроводность. Проводники-в-ва,в кот.есть свободные заряды,способные перемещаться под действием эл.поля. Проводники в зависимости от рода носителей свободных электронов: 1 род -Металлы(носители-электроны) 2 род-р-ры и расплавы электролитов(носители-ионы) 3 род-ионизированне газы/плазма(ионы) Внутри проводникак ЭП отсутствует(эффект Фарадея) Диэлектрики-все заряды в в-ве неподвижны,т.е. связанные заряды,не способны проводить эл.ток,содержать только связанные эл.заряды. Диэлектрики: Неполярные –водород,кислород и др.Не имеют дипольных моментво в отсутствии эл.поля Полярные(вода,аммиак,ацетон)обладают дипольным моментом даже в отсутствии ЭП,т.к.центры масс не совпадают Кристаллические Эл.диполь-простейшая система связанных зарядов;представляет систему 2х одинаковых по величине и противоположных по знаку эл зарядов,находящихся на расстоянииLP=q*l

2.Электророводность живых тканей.Диелектрические св-ва тканей,Виды поляризации.Время релаксации.Биоткани относятся к проводникам второго рода(р-ры и расплавы электролитов;носители –ионы) При помещении проводника в эл.поле в нем происходит перемещение свободных зарядов под действием эл.сил.Тем самым осуществляется объемная поляризая среды,т.е.пространственное разобщение разноименных эл.зарядов Виды поляризации: -Электронная(происходит смещение эл.оболочки).tрелаксации 10-16 – 10-14 с -Ионная(в кристаллических диэлектриках происходит смещение узлов кристалл.решетки).tрелакс. 10-8 – 10-3с -Ориентационная Время релаксации-период времени,за кот. амплитудное(max) значение возмущения в выведенной из равновесия физ.системе уменьшается в е раз3.Электропроводность тканей под действием постоянного тока.Первичное действие пост.тока на ткани.Биодействие тока. Первичное действие пост.тока на организм связно с 2мя процессами: -поляризация(возникновение дипольного момента) -движение заряженных частиц-появление и изменение концентрации носителей ионов 4.Переменный ток.полное сопротивление в цепи.Резонанс напряжений.Импеданс .Порог ощутимого и неотпускающего токов. Переменный ток-ток,зависящий от времени по законуsin\cos. Импеданс-полное сопротивление живых объектов переменному току;это геометрическая сумма активного и емкостного сопротивлений тканей.ОН зависит от частоты(позволчет оценить жизнеспособность тканей-используется при пересадке тканей и огранов для проверки пригодности) и состояния ткани. 5.Дисперсия импеданса.Эквивалентная эл.схема биообъекта.Применение метода измерения электропроводности исследованиях. Дисперсия импеданса-результат того,что при низких частотах,как и при постоянном токе,электропроводность связана с поляризацие.По мере увелич. Частоты поляризационные явления сказываются меньше.Присуща только живым! Тканям. По кривой дисперсии судят о: -отклонению от нормы метаболизма -уровне обмена в-в -времени снятия наложенного шунта -границах гемотомы Эквивалентная схема –модель биотканей Применение метода измерения: Реография-диагност.метод определения кровенаполнения тканей и органов,основанный на регистрации изм.импеданса тканей в процесе сердечной деятельности.Для этого применяют переменный ток высокой частоты(3-100кГц)силой 2 мА(не более 10 мА) 6.Физ.процессы,происходящие в тканях под воздействием высокочастного тока.Дарсоновализация.Диатермия.Электрохирургия. Дарсоновализация:Токи дАрсонваля-токи высокой частоты(100-200кГц)и высокого напряжения(десятки тысяч В)при непольбой силе тока. Лечебное действие:местная Д.повышает тургор и эластичность кожи,усиливает рост волос,предупреждает развитие морщин,антисептическое действие,повышение работоспособоности мышц,улучшение функционального состояния тканей и органов. Особенности:для местной Д.используют аппарат серии «Искра».Электроды содержат остаточное кол-во воздуха.Под действием тока высок.напряжения происходит ионизация разреженного воздуха. Электрохирургия:используются токи высокой частоты.Позволяют прижигать(диатермокоагуляция) или рассекать ткани(диатермотомия).В первом случае применяют плотность6-10 мА/мм2,tткани повышается и она коагулирует.А во втором методе плотность доводят до 40мА/мм2,в рез-е чего острым электродом удается рассечь ткань

№7. Первичные физические процессы, происходящие в тканях под действием переменного магнитного поля. Индуктотермия.

Лечебное действие переменного магнитного поля связано как с тепловым, так и нетепловым эффектами токов, которые возникают в проводящей среде при изменении магнитного поля.

Механизм. В мех-ме первичного действия магнитных полей большое значение придается ориентационной перестройке жидких кристаллов, составляющих основу клеточной мембраны и многих внутриклеточных структур. Происходящие ориентация и деформация жк структур (мембраны, митохондрии и тд) под влиянием магнитного поля сказываются на непроницаемости, играющей важную роль в регуляции биохим. процессов и выполнении ими биологических функций.

Специфическое действие переменного и импульсного магнитного поля. В нем кроме диамагнитного и парамагнитного взаим-я происходит взаим-е с переменным электрическим полем, которое возникает при любом изменении магнитного поля. Так как в тканях имеются свободные заряды, ионы или электроны, то индуцированное электрическое поле вызовет их движение, т.е электрический ток, который обладает многообразным биологическим действием.

Исходя из этого, можно сказать, что переменное (и импульсное) магнитное поле влияет на ткани организма через электрические токи, генерируемые им.

ИНДУКТОТЕРМИЯ. Это высокочастотная магнитотерапия – лечебное применение магнитной составляющей гармонического электромагнитного поля высокой частоты.

Основное тепловое воздействие в данном случае оказывается на ткани с малым удельным сопротивлением. Поэтому сильнее нагреваются ткани, богатые сосудами, например, мышцы. В меньшей степени нагреваются такие ткани, как жир.

№8. Первичные физические процессы, происходящие в тканях организма под действием УВЧ и СВЧ диапазона.

Первичное действие СВЧ волн на в-во обусловлено колебаниями ионов в растворах электролитов, а также атомов или молекул в полярных диэлектриках, которые вызываются переменным высокочастотным электромагнитным полем волны, проникающей в в-во.

Глубина проникновения электромагнитных волн в биологические ткани зависит от способности этих тканей поглощать энергию волны. Сантиметровые волны проникают в мышцы, кожу на глубину до 2 см, в жировую ткань, кости – около 10 см. Дециметровые волны проникают на глубину в 2 раза большую.

Поскольку в частотный диапазон СВЧ – излучения попадает собственная частота колебаний молекулы воды, то именно водные среды организма поглощают энергию СВЧ – волн в большей степени. СВЧ – волны слабо взаимод-т с кожей и жировой клетчаткой, а в мышцах и внутренних органах интенсивно поглощаются. Поэтому мышцы и внутренние органы испытывают наибольшее нагревание при микроволновой терапии. Много тепла выделяется в жидкостях, заполняющих различные полости.

УВЧ терапия — методика физиотерапии, в основе которой лежит воздействие на организм больного высокочастотного электромагнитного поля с частотой электромагнитных колебаний 40,68 МГц либо 27,12 МГц. В ходе взаимодействия испускаемого физиотерапевтическим аппаратом электромагнитного поля и организма больного образуется два вида электрического тока. В структурах, обладающих относительно высокой электропроводностью (кровь, лимфа, моча и ткани, имеющие хорошее кровоснабжение) заряженные частицы совершают колебания с частотой колебания этого поля. При этом в названных структурах возникает ток проводимости. Колебание частиц происходит в вязкой среде, поэтому возникает поглощение энергии, связанное с преодолением сопротивления этой среды. Это поглощение энергии носит название омических потерь. Поглощённая тканями организма энергия выделяется в виде тепла.     В тканях, по своим электрическим свойствам близко стоящим к диэлектрикам (нервная, соединительная, жировая, костная), образуются полярные молекулы (диполи), которые изменяют свою ориентацию с частотой колебания высокочастотного поля. За счёт вращения дипольных частиц в диэлектриках возникает ток смещения, а потери, связанные с преодолением вязкой среды вращающимися частицами, называют диэлектрическими потерями. При воздействии УВЧ преобладают токи смещения, поле глубоко и почти без потерь проникает в ткани, плохо проводящие электрический ток. Основное же тепловыделение происходит за счёт токов проводимости, т. е. омических потерь.     Под влиянием адекватных доз в организме возникают существенные изменения в органах и системах: усиливаются пролиферативные процессы соединительнотканных элементов. За счёт увеличения проницаемости стенок кровеносных капилляров усиливается поступление в очаг воспаления различных иммунных тел и других защитных клеток ретикулоэндотелиальной системы. Существенно усиливается кровоток и лимфообращение.

№9. Виды ионизирующего излучения. Рентгеновская трубка. Виды рентгеновского излучения. Тормозное рентгеновское излучение. Спектр тормозного излучения и его граница. Зависимость тормозного потока рентгеновского излучения от напряжения, температуры накала, валентности элементов анода. Характеристическое рентгеновское излучение.

Виды ИИ:

А) фотонное – электромагнитные волны (рентгеновское и гамма-лучи)

Б) корпускулярное (альфа-частицы, электроны, позитроны, протоны, нейтроны)

Физические хар-ки для ФОТОННОГО ИИ:

1. Ʋ – частота излучения

2. E=hƲ

3. Энергетический спектр

Хар-ки для КОРПУСКУЛЯРНОГО ИИ:

1. Масса

2. Заряд

3. Энергетический спектр

ИИ – это электромагнитные волны и потоки частиц, взаимод-е которых со средой приводит к ионизации ее атомов, т.е. это излучение, способное разрывать химические связи молекул, составляющих живые организмы и тем самым вызывать биологически важные изменения.

Рентгеновское излучение. Это электромагнитные волны с длиной волны от 80 до

10^-5нм, что соответствует энергии квантов от 0,12 кэВ до 1,2 Мэв.

Мягкое Р.И. – до 0,2 нм. Жесткое РИ - λ<0,2 нм.

Рентгеновская трубка – это двухэлектродный электровакуумный прибор, служащий источником рентгеновского излучения, которое возникает при взаимод-ии испускаемых катодом электронов с в-вом анода (антикатода).

Разогретый катод испускает электроны. В рез-те их торможения электростатическим полем атомов анода возникает тормозное РИ.

РИ мб по способу возбуждения: тормозное и характеристическое.

ТОРМОЗНОЕ. Возникает в результате торможения заряженной частицы электростатическим полем атомов анода.

Механизм(. С движущимися электронами связано магнитное поле, индукция которого уменьшается при торможении электронов на антикатоде. По теории Максвелла возникает электромагнитная волна. Чем ˄U, тем ˅λ и тем ˄ жесткость.

λ_min= ; λ_min=

Поток тормозного РИ – прямо пропорционален квадрату напряжения U в трубке между анодом и катодом, силе тока в трубке I и атомному номеру в-ва анода Z.

Ф=kIU²Z, к – коэф пропорциональности, =10^-9В^-1.

Спектры тормозного РИ при разном накале катода (U=const):

Спектры тормозного РИ для различных материалов антикатода:

ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЕ РИ.

Мех-м возникновения: электроны, ускоренные большим напряжением проникают вглубь атомов в-ва антикатода и выбивают электроны из внутренних слоев. На свободные места переходят электроны с верхних энергетических уровней => излучаются фотоны характеристического РИ.

(Спектр линейчатый).

№10. Первичные процессы взаимод-я рентгеновского излучения с в-вом. Явления, происходящие в в-ве под действием рентгеновского излучения. Закон ослабления потока рентгеновского излучения при взаимод-ии с в-вом.

№11. Поглощение рентгеновского излучения различными тканями. Методы рентгендиагностики: рентгеноскопия, рентгенография, флюорография, КТ. Рентгентерапия.

R-диагностика – это метод получения изображений внутренних органов с использованием рентгеновских лучей с энергией фотона 60-120 кэВ.

Физической основой этих методов явл-ся закон ослабления R-излучения в в-ве.

От рентгеновской трубки идет однородный поток РИ. В теле чел-ка РИ по-разному поглощается, и поток становится неоднородным. Эта неоднородность мб изображена на экране, на фотопленке, матрице.

Рентгеноскопия – это метод R-диагностики, при котором изображение объекта получают на L-экране (L-экран представляет собой картон, покрытый особым химическим составом, который под действием РИ начинает светится.

Интенсивность свечения в каждой точке экрана пропорциональна кол-ву попавших на него квантов РИ.

Рентгенография – это метод рентгендиагн-ки, при котором изображение объекта получают на специальной пленке, чувствительной к рентгеновскому излучению.

Пациент располагается между рентгеновской трубкой и пленкой. Снимки проводятся в 2х взаимно перпендикулярных проекциях: прямая и боковая.

Флюорография – это метод рентгендиагностики, заключающийся в фотографировании изображения, полученного на экране, на фотопленку небольшого формата (применяют для массовых обследований населения).

Рентгеновская томография – это метод рентгенографии отдельных слоев тела человека. Эффект томографии (различные ткани не затеняют друг друга) достигается посредством непрерывного движения излучателя (рентгеновской трубки) и пленки во взаимно противоположных напрвлениях.

КТ – метод диагн-ки, позволяющий получить излбражение поперечного слоя сечения тела человека толщиной несколько мм. При этом заданное сечение многократно просвечивается под разными углами, и каждое отдельное изображение фиксируется в памяти компьютера. Затем осущ-ся компьютерная реконструкция, и появл-ся изображение сканируемого слоя.

Рентгенотерапия – применяется для разрушения злокачественных опухолей. ИИ оказывает биологическое действие: вызывает изменения в клетках, тканях и органах. Нарушает жизнед-ть клеток. Используется только для облучения поверхностно лежащих новообразований. В глубине доза резко падает. Большое рассеяние в здоровых тканях: на глубине 3 см остается 10% от поверхностной дозы.

12. Радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада.

Радиоактивность - самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер и элементарных частиц.

Виды радиоактивности:

1. Естественная

2. Искусственная.

Эрнест Резерфорд – строение атома .

Виды радиоактивного распада:

α-распад: +; β-распад: +

Основной закон радиоактивного распада. N= N_oe^-лt

Число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает по экспонициальному закону. Л(лямбда)-постоянная распада.

13. Постоянная распада. Период полураспада. Активность. Виды радиоактивного распада и их спектры.

Л(лямбда)-постоянная распада, пропорциональная вероятности распада радиоактивного ядра и различная для разных радиоактивных веществ.

Период полураспада (T)-это время, в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. T=ln2/л=0,69/л.

Активность характеризуется скоростью распада. A=-dN/dT=лN=лN_oe^-лt=(N/T)*ln2

[A]-беккерель (Бк)= 1распад/секунду.

[А]-кюри (Ки) . 1 Ки=3,7*10¹⁰Бк=3,7*10¹⁰с^-1

[А]-резерфорд(Рд). 1Рд=10⁶

Виды радиоактивного распада. Правило смещения.

Альфа-распад(самое слабое): ^А _ZX>⁴ ₂He +^A-4_Z-2Y

Бета-распад: ^A_ZX>⁰_-1e + ^A_Z+1Y

Энергетические спектры частиц многих радиоактивных элементов состоят из нескольких линий. Причина появления такой структуры спектра - распад начального ядра ( А,Z) на возбужденное состояние ядра(А-4,Z-2. Для альфа - распада, например). Измеряя спектры частиц можно получить информацию о природе возбужденных состояний ядра.

14. Характеристики взаимодействия заряженных частиц с веществом: линейная плотность ионизации, линейная тормозная способность, средний линейный пробег. Проникающая и ионизирующая способности альфа, бета и гамма излучения.

Заряженные частицы, распространяясь в веществе, взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате чего изменяется состояние как вещества, так и частиц.

Линейная плотность ионизации - это отношение ионов знака dn, образованных заряженных ионизированной частицей на элементарном пути dL, к длине этого пути. I=dn/dL.

Линейная тормозная способность-это отношение энергии dE, теряемой заряженной ионизирующей частицей при прохождении элементарного пути dL, к длине этого пути. S= dE/dL.

Средний линейный пробег-это расстояние, которое ионизирующая частица проходит в веществе без столкновения. R-средний линейный пробег.

Необходимо учитывать проникающую способность излучений. Например, тяжелые ядра атомов и альфа-частицы имеют крайне малую длину пробега в веществе, поэтому радиоактивные альфа - источники опасны при попадании внутрь организма. Наоборот, гамма-излучение обладает значительной проникающей способностью, поскольку состоят из высокоэнергетических фотонов, не обладающих зарядом.

Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии.

15. Ослабление потока гамма-излучения. Биофизические основы действия ионизирующего излучения на ткани.

Ослабление пучка гамма-излучения в веществе обычно описывают экспонициальным законом. Он выполняется приближенно, особенно при больших энергиях.

Под действием ионизирующего излучения происходят химические превращения вещества, получившие название радиолиза. Высокоактивные в химическом отношении соединения будут взаимодействовать с молекулами биологической системы, что приведет к нарушению мембраны, клеток и функций всего организма.

16. Элементы дозиметрии. Дозы излучения. Поглощенная доза. Экспозиционная доза. Мощность дозы. Количественная оценка биологического действия ионизирующего излучения. Эквивалентная доза. Эффективная эквивалетная доза.

Дозиметрией называют раздел ядерной физики и измерительной техники, в котором изучают величины, характеризующие действие ионизирующего излучения на вещества, а также методы и приборы для их измерения.

Поглощенная доза(доза излучения)– отношение энергии , переданной веществу, к его массе.

1 рад = 10^-2 Гр

Экспозиционная доза Х– мера ионизации воздуха рентгеновским или гамма-излучением

1 рентген– экспозиционная доза рентгеновского или гамма-излучения, при которой в результате полной ионизации 1см³сухого воздуха при н.у. образуются ионы, несущие заряд, равный 1 ед. СГС каждого знака.

1Р = 2,58·10^-4Кл/кг;

Дозу, отнесенную ко времени, называют мощностью дозы.

N – это доза, полученная объектом за единицу времени

Гр/с Р/с

Эффект действия радиоактивных излучений на организм человека зависит от:

1) Величины поглощенной энергии на 1 кг, то есть от поглощенной дозыD

2) Вида действующего излучения

Принято сравнивать биологические эффекты, вызываемые любыми ИИ с эффектами от фотонного излучения (рентгеновского и гамма) с энергией200 кэВ.

Коэффициент качества или ОБЭ – относительная биологическая эффективность излучения характеризует способность данного вида излучения повреждать ткани организма, те есть характеризует способность ИИ к ионизации. Величина безразмерная.

Эквивалентная доза --это доза, полученнаяживым объектом с учетомкоэффициента качества данногоконкретноговида излучения.

Эквивалентная доза H – это произведение поглощенной дозыDна коэффициент качестваK.

Дж/кг = Зв (зиверт)

Внесистемная единица бэр (биологический эквивалент рада): 1 бэр = 10^-2 Зв.