Література.

1. Чалий О.В., Агапов Б.М., Цехмістер Я.В. та інш. “Медична і біологічна фізика” - К.: Книг-плюс, 2005, с. 229-231

2. Ремизов А.Н. “Курс физики, электроники, и кибернетики для мединститутов” - М,

1982, с.217-218, 255-259. 263-265.

3. Ливенцев Н.М. “Курс фізики”, - М, 1978, т.1, с 140-149.

4. Методична розробка.

5. Конспект лекцій.

Тема: Вивчення апарата – увч – терапії та теплового ефекту дії змінного електричного поля увч на імітатори біологічних тканин.

Мета роботи: Вивчити будову та принцип дії апарату УВЧ – терапії; дослідити ефект дії електричного поля УВЧ на імітатори біологічних тканин.

Прибори та матеріали:апарат УВЧ – терапії, кювети з електролітом та діелектриком, термометри, неонова лампочка.

І. Теоретичне обґрунтування теми.

Апарат УВЧ – терапії призначений для використання з лікувальною ціллю – дії на тканини та органи змінним електричним полем ультрависокої частоти (30 – 300 МГЦ). Метод УВЧ – терапії використовується при лікуванні процесів запалення при невралгії, бронхіальній астмі тощо.

Основні блоки та їх функціональне значення. Принципова схема апарата УВЧ – терапії зображена на мал. 1. Апарат УВЧ – терапії складається з таких блоків – двотактного лампового генератора (ЛГ), терапевтичного контуру (ТК), та блока живлення.

1. Ламповий генератор (ЛГ) використовується для здобування незатухаючих електромагнітних коливань. Основні його частини: коливальний контур (КК); джерело електричної енергії Е_а; електронні лампи і , котушка зворотнього з’язку L_c, яка включена в мережу лампових сіток.

Коливальний контур (КК) включений в анодні кола ламп і та призначений для збудження незатухаючих електромагнітних коливань. Частота цих коливань залежить від індуктивності L_а котушки та ємності С_а конденсатора контуру та визначається за формулою Томпсона:

.

Джерело електричної енергії Е_а використовується для періодичної подачі її в контур, щоб підтримати незатухаючі коливання.

Електронні лампи і призначені для регулювання подачі енергії від джерела Е_а в контур ТК. Подача змінної напруги із вихідного кола на сітки ламп і проводиться завдяки наявності котушки зворотнього з’язку Lс. Електромагнітні коливання, які одержані в генераторі, передаються в терапевтичний контур, індуктивно від котушки L_а в котушку L_f . Індуктивний зв’язок контурів виключає можливість попадання хворого під високу напругу U_а, гарантуючи тим самим його безпеку.

2. Терапевтичний контур складається:

1) з коливального контуру з котушкою індуктивності L_т та конденсатора змінної ємкості Ст;

2) з електродів пацієнта, які підключаються до означеного коливального контуру Е_п .

Між електродами пацієнта виникає змінне електричне поле, частота якого залежить від індуктивності L_т та ємності С_т контуру, а також від ємності між електродами пацієнта. Потужність у терапевтичному контурі найбільша тоді, коли частота власних коливань терапевтичного контуру співпадає з частотою коливань, які виникають в анодному контурі КК лампового генератора.

Тому при різних процедурах ємність між електродами пацієнта змінюється, і кожен раз потрібно проводити настроювання терапевтичного контуру в резонанс, змінюючи ємність конденсатора С_т.

3.Блок живлення складається з підвищуючого трансформатора та випрямлювача змінного струму. Перемикач “Потужність” змінює спідвищую величину напруги, яка подається із трансформатора на випрямлювач в анодне коло підсилювача і призначений для встановлення заданої величини віддаваємої апаратом потужності – 0, 20, 40, 70 Вт.

Електрична схема апарата змонтована в металевому корпусі. Окремі елементи схеми додатково екрановані. Елементи управління знаходяться на передній панелі і мають таке призначення:

1 – перемикач “Напруга” служить для регуліровки режимів роботи апарата в умовах коливання напруги в мережі;

2 – кнопка “Контроль” при натисканні подає напругу від мережі на вимірюючий прилад для контролю, у не натиснутому стані вимірює струм у терапевтичному коливальному контурі;

3 – перемикач “Потужність” має чотири положення : 0, 20, 40, 70 Вт та служить для перемикання потужності, яка віддається генератором в коло пацієнта;

4 – ручка “Настройка “, служить для зміни ємності С_т змінного конденсатора;

5 – стрілочний вимірювальний прилад використовується для контролю напруги в зовнішній мережі струму, а також для спостереження за настройкою терапевтичного коливального контуру.

На правій боковій стінці апарата:

1. закріплені два кронштейна, що мають шарнірні з’єднання, за допомогою яких забезпечюється різне положення електродів пацієнта Е_п.

2. а також дві клеми підключення електродів до апарату.

Механізм первинної дії електричного поля УВЧ на тканини організму.

1. Електричне поле УВЧ первинно може діяти на молекули, які мають електричний дипольний момент відмінний від нуля, та іони тканин організму. В результаті цієї дії в тканинах виділяється значна кількість теплоти, що призводить до активізації фізіологічних та біохімічних процесів. Кількість теплоти, яка виділяється у внутрішніх частинах організму залежить від електричних властивостей тканин, величин параметрів електричного поля УВЧ. За електричними властивостями, біологічні тканини можна віднести до двох видів:

1) електропровідні тканини, до складу яких входять вільні носії електричних зарядів – іони. Вони добре проводять електричний струм і їх можна характеризувати активним опором.;

2. діелектричні тканини, до складу яких входять молекули – диполі. Вони погано проводять електричний струм.

Під дією електричного поля в них відбувається поляризація , яку можна характеризувати як струм зміщення. До перших належать лімфа, кров, спинномозкова рідина, м’язова, нервова та деякі інші тканини, і коло цих тканин можна характеризувати ємкісним опором.

До других – кістки, сухожилля, жирова тканина, суха шкіра, молекули води – диполі у різних тканинах.

В тканинах, які добре проводять електричний струм, знаходиться деяка кількість вільних іонів. Під дією електричного поля УВЧ в тканинах виникає струм проводимості, як коливання іонів. При цьому енергія струму переходить у внутрішню енергію тканини, яка за законом Джоуля – Ленца може бути розрахована за формулою:

[ 1 ],

де: U – напруга між електродами пацієнта;

R – активний опір ділянки тканини, яка розташована між електродами;

t - час дії електричного поля.

Відомо, що U = Е · ℓ , а , де Е – ефективна напруженість електричного поля, ℓ – товщина тканини, - питомий опір тканини, S – площина цієї ділянки, то підставивши ці значення в формулу [1], одержимо розрахункову формулу [2] для визначення кількості теплоти:

[ 2 ],

де V – об’єм ділянки тканини між електродами.

За одиницю часу в одиниці об’єму в ділянці тканини виділиться кількість теплоти:

[ 3 ],

В тканинах діелектриках під дією елекртичного поля УВЧ відбувається безперервна переорієнтація дипольних молекул.

При цьому коливання диполей відстають по фазі від коливань напруженості електричного поля Е на кут , який називають кутом діелектричних втрат.

Через те, що тканина-діелектрик має ємкісний опір, то в ній виникає струм “зміщення”, енергія якого переходить у внутрішню енергію тканин.

Кількість теплоти, яка виділяється в означених тканинах визначається за законом Джоуля – Ленца за формулою:

Q= Imax · Umax · t · cos [ 4 ],

де - кут, що, показує зсув фаз між струмом та напругою в колі з ємкісним опором (мал.3);

Iа – активна складова струму (мал. 3);

Iр – реактивна складова струму (мал. 3);

t – час дії поля УВЧ на тканини;

Imax, Umax – амплітудні значення струму та напруги в колі з ємкісним опором.

Із мал. 3

[ 5 ] [ 6 ]

[ 7 ]

Підставивши в формулу [ 4 ] замість Imax · cos його значення з формули [ 7 ], одержимо [ 8 ] .

Тому що U_max = Е_max · ℓ;

де Е_max – амплітудне значення напруженості електричного поля;

ℓ– товщина ділянки тканини;

Хc – ємкісний опір ділянки тканини, Хс = 1/wc;

с – ємкість тканини діелектрика, ;

де S – площина тканини діелектрика між електродами пацієнта;

- відносна діелектрична проникливість діелектрика,

- електрична постійна;

t – час дії поля, припустимо t=1с

Підставивши послідовно вказані значення величин струму, напруги, ємкісного опору ємності і часу t=1с у формулу [ 8 ], одержимо: [9 ] .

Тобто, , [10 ]

де, V = l ·S – об’єм ділянки тканини, яка розташована між електродами.

Кількість теплоти, яка виділяється в одиниці об’єму тканини за одиницю часу можна розрахувати за формулою: q= ; [ 11].

До складу організму входять тканини, які мають властивості як діелектриків, так і провідників електричного струму. Таким чином, кількість теплоти, яка виділяється в одиниці об'єму за одиницю часу може бути визначена за формулою q = q+ q.

У апарата УВЧ-66 стабілізована частота становить 40,68 мГц. При цій частоті нагрівання тканин діелектриків відбувається більше і, ніж тканин, що проводять струм.

Як імітатори тканин організму використовують рідини, які мають властивості як провідників, так і діелектриків. Їх використовують для вивчення теплової дії поля УВЧ на тканини, які проводять та не проводять струм. Досліджувані рідини розташовують в кюветах із оргскла. Їх об’єм в кюветах повинен бути однаковим. Рідини, які проводять струм, повинні мати однакову теплоємкість. Для вимірювання температури використовують термометри з однаковою ціною поділок. Час дії поля УВЧ на імітатори тканини повинен бути однаковим. Вимірювання температури проводиться через однакові проміжки часу.

ІІ. Техніка безпеки при роботі з апаратом УВЧ – терапії.

При роботі з апаратом УВЧ – терапії забороняється:

1. приступати до роботи, не ознайомившись із інструкцією по його експлуатації;

2. підключати або відключати заземлення та заміняти запобіжники при включеному апараті;

3. підключати та підносити до проводів та електродів апарата металеві предмети, щоб уникнути опіку струмами високої частоти;

4. заміняти електроди та провід при включеному апараті.

ІІІ. Порядок виконання роботи.

ІІІ.І Підготовка апарата УВЧ – терапії до роботи.

1. Встановити електроди на відстані, вказаній викладачем.

2. Перевірити заземлення апарату і включити його в мережу.

3. Перемикач “Напруга” поставити в положення 1, при цьому повинна загорітися сигнальна лампочка,

4. Давити кнопку “Контроль” і, повертаючи перемикач напруги, встановити стрілку вимірювального приладу апарата на середину червоного сектора.

5. Встановити перемикач “Потужність” на задане викладачем значення.

6. Ручкою “Настройка” добитися максимального світіння індикаторної лампочки, або максимально відхилення стрілки електровимірювального приладу.

ІІІ.ІІ Дослідження теплової дії електричного поля УВЧ на імітатор тканин.

1. Заміряти початкову температуру імітаторів тканин та записати дані в таблицю.

t = 5 хвилин	t C	t C	t C	t C	t C
Фізрозчин NaCl
Розчин CuSO4
Касторове масло

2. Розташувати кювети між електродами пацієнта. Ручкою “Настройка” добитися максимального світіння неонової лампочки або максимальне відхилення стрілки прибору і почати відлік часу.

3. Через кожні п’ять хвилин знімати показання термометрів.

4. Дані, одержані в досліді, занести в таблицю.

5. Побудувати 3 графіки залежності температури досліджуваних рідин від часу дії на них електричного поля УВЧ на одній системі координат, різними кольорами.

6. Зробити висновок.

ІV. Питання для самоконтролю.

1. Які електричні властивості мають тканини організму? Чим вони пояснюються?

2. Який первинний механізм дії електричного поля УВЧ на тканини, що мають електропровідні властивості?

3. Який первинний механізм дії електричного поля УВЧ на тканини, що мають властивості діелектриків?

4. За якою формулою можна визначити кількість теплоти, яка виділяється під дією електричного поля УВЧ у тканинах – провідниках струму?

5. За якою формулою можна визначити кількість теплоти, під дією електричного поля УВЧ у тканинах – діелектриках.

6. Для чого призначений апарат УВЧ терапії?

7. Основні блоки апарата УВЧ – терапії?

8. Електрична схема апарата УВЧ – терапії?

9. Поясніть призначення, будову та принцип роботи двотактового лампового генератора, його електричну схему, призначення окремих елементів схеми.

10. Поясніть призначення, будову та принцип роботи терапевтичного контура, який використовується в апараті УВЧ – терапії, його схему, призначення окремих елементів схеми.

11. Які ручки управління використовуються в апараті УВЧ – терапії, їх назва та призначення.

12. Як перевірити дослідним шляхом, в яких тканинах – провідниках чи діелектриках виділяється більше теплоти?

13. Як підготувати апарат УВЧ – терапії до роботи?

14. Як налаштувати терапевтичний контур у резонанс з коливаннями в генераторі апарата УВЧ - терапії?

15. Які правила техніки безпеки треба виконувати при роботі з апаратом УВЧ – терапії?