Модуль 3. Основи медичної фізики

Змістовий модуль 6. ЕЛЕКТРОДИНАМІКА. ОСНОВИ МЕДИЧНОЇ АПАРАТУРИ

ЗАНЯТТЯ №22

(лабораторне)

ЕЛЕКТРОГРАФІЯ ОРГАНІВ І ТКАНИН. ВИВЧЕННЯ РОБОТИ ЕЛЕКТРОКАРДІОГРАФА

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які необхідні для розуміння фізичних основ електрокардіографії, що є одним із основних методів діагностики серцево-судинних захворювань.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатифізичні основи електрокардіографії;вмітикористуватися електрокардіографом і електрокардіоскопом.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Електричне поле і його характеристики.

2. Силові лінії і еквіпотенціальні поверхні електричного поля.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Електрографія тканин і органів як метод дослідження.

2. Фізичні основи електрокардіографії:

• електричний диполь;

• потенціал і різниця потенціалів електричного поля диполя;

• теорія Ейнтховена.

3. Фізичні основи вектор-електрокардіографії.

4. Призначення, будова і принцип дії електрокардіографа і електрокардіоскопа.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Чалий О.В., Агапов Б.Т., Цехмістер Я.В. та ін. Медична і біологічна фізика. Підручник для студентів вищих навчальних закладів освіти ІІІ – ІV рівнів акредитації. – К.: Книга плюс, 2005. – С. 199-206, 219-228, 337-345.

3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Ученик. – 2-е изд. – К.: «Профессионал», 2004. – С. 261-275, 536-542.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 265-278.

5. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. – М.: Медицина, 1983. С. 172-186.

6. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. Т.ІІ. С. 121-131.

7. Эссаулова Й.А. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 189-194.

8. Ливенцев Н.М., Левинсон А.П. Электромедицинская аппаратура. – М.: Медицина, 1974. – С. 5-12,13-15.

9. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 25-29.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання. 1.За допомогою імітатора електрокардіограм одержати на екрані електрокардіоскопа ЕКГ з різних відведень і замалювати їх вигляд.2.За допомогою електрокардіографа ЕКIТ–04 записати ЕКГ у ІІ відведенні і визначити за нею величини потенціалів зубців P, Q, R, S і Т (у мВ), їх тривалість, а також частоту пульсу (ударів за хвилину).

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

І. ОДЕРЖАННЯ ЕЛЕКТРОКАРДІОГРАМИ ЗА ДОПОМОГОЮ

ІМІТАТОРА ЕКГ

ОПИС УСТАНОВКИ

Установка складається з портативного електронного імітатора ЕКГ, який за допомогою штатного кабелю відведень з’єднується з електрокардіоскопом, що використовується як пристрій відображення.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Згідно інструкцій підготувати імітатор ЕКГ і електрокардіоскоп (ЕКСП) до роботи.

2. За допомогою кабелю відведень з’єднати ЕКСП з імітатором ЕКГ. Для цього один кінець кабелю підключити до розйому “☺” на правій стінці ЕКСП, а 5 штирів різного кольору, що знаходяться з другого кінця кабелю, вставити у відповідні за кольором 5 гнізд, які знаходяться на передній панелі імітатора ЕКГ.

3. Натиснути на ЕКСП кнопку першого відведення і, тримаючи деякий час палець на кнопці, що розташована з правого боку імітатора, замалювати вигляд одержаної ЕКГ.

4. Натискаючи на кнопки П, Ш, αVR, αVL, αVF, V одержати і замалювати ЕКГ вказаних відведень.

УВАГА!З метою продовження часу роботи гальванічного елемента, від якого живиться імітатор ЕКГ, не рекомендується без необхідності тримати кнопку натиснутою тривалий час.

ІІ. ЗАПИС ЕЛЕКТРОКАРДІОГРАМИ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕЛЕКТРОКАРДІОГРАФА

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Підготувати електрокардіограф ЕКIТ–04 до роботи (відповідно до інструкції).

2. На лежачого пацієнта накласти електроди: на внутрішню поверхню лівого і правого передпліч над зап’ястями і на внутрішній бік гомілки лівої та правої ніг.

3. Під’єднати до накладених електродів стержні кабелю відведень з різноколірними наконечниками у такій послідовності: до правої руки – червоний (R); до лівої руки – жовтий (L); до лівої ноги – зелений (F); до правої ноги – чорний (N).

4. Увімкнути ЕКIТ–04, встановити перемикач відведень в положення 1.

5. Натиснути кнопку “УСП” і простежити за проходженням сигналів ЕКГ за відхиленням пера Встановити ручку зміщення пера так, щоб при максимальних відхиленнях перо не виходило за межі ефективної ширини запису діаграмної стрічки; відпустити кнопку “УСП”.

6. Встановити швидкість руху стрічки рівну 25 мм/с (кнопка з написом “25”).

7. Встановити чутливість 20 мм/мВ (кнопка з написом “2:1”).

8. Натиснути на кнопку “Запись”. При цьому спрацює схема автоматики, що затримує пуск стрічкопротяжного механізму на час не більший 3 с, необхідний для розігріву пера до робочої температури.

9. Встановити перемикач відведень у положення ІІ, натиснути на кнопку “Запись” і записати по два циклу ЕКГ на кожного студента групи.

10. Відірвати використану діаграмну стрічку, натягнувши її впоперек ножа для обрізання стрічки і легко смикнувши вниз.

11. Від’єднати від пацієнта кабель відведень і зняти електроди.

12. Протерти місце накладання електродів марлею або паперовою серветкою для видалення залишків розчину, що застосовувався.

13. Вимкнути живлення ЕКIТ–04 і витягнути вилку шнура живлення з електричної мережі.

14. Записати на діаграмній стрічці швидкість її руху, використану чутливість і виконати п. 2 “Завдання”.

ЗАНЯТТЯ №23

(лабораторне)

ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ БІОЛОГІЧНОЇ ТКАНИНИ. ВИВЧЕННЯ РОБОТИ РЕОГРАФА

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які необхідні для розуміння фізичних основ реографії, що є одним із основних методів діагностики серцево-судинних захворювань.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатиосновні закономірності проходження постійного і змінного струмів у живих тканинах, будову і принцип дії моста Уітстона і реографа;вмітипрацювати з реографом і мостом Уітстона.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Природа струму в розчинах електролітів.

2. Активний і ємнісний опори.

3. Опір змінному струму ділянки кола з послідовним з’єднанням активного і ємнісного опорів.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Електропровідність біологічних тканин і рідин для постійного струму.

2. Ємнісні властивості тканин організму.

3. Електропровідність біологічних тканин і рідин для змінного струму. Імпеданс тканин організму. Дисперсія імпедансу.

4. Еквівалентні електричні схеми опору біологічних тканин.

5. Оцінка життєздатності біологічних тканин і органів за частотною залежністю імпедансу і зсувом фаз між струмом і напругою.

6. Реографія.

7. Призначення, будова і принцип роботи моста Уітстона.

8. Призначення, будова і принцип роботи реографа.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Чалий О.В., Агапов Б.Т., Цехмістер Я.В. та ін. Медична і біологічна фізика. Підручник для студентів вищих навчальних закладів освіти ІІІ – ІV рівнів акредитації. – К.: Книга плюс, 2005. – С. 214-219, 255-260.

3. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Ученик. – 2-е изд. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – С. 303-310.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 288-290, 330-331.

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа,1978. – Т.ІІ. С. 146-180.

6. Агапов Б.Т. и др. Лабораторный практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1982. – С. 177-179, 287-288.

7. Ливенцев Н.М., Левинсон А.П. Электромедицинская аппаратура. – М.: Медицина, 1981. – С.137-141.

8. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 19-23.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання. 1.Визначити опір однієї і тієї ж ділянки тіла постійному струму за допомогою моста Уітстона і змінному – за допомогою реографа.2.Одержати практичні навички роботи з реографом і мостом Уітстона.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Під час вимірювання опору живої тканини постійному струму, на досліджувану ділянку накладають електроди, з’єднані з мостом Уітстона, принципову схему якого подано на рис. 2. Під електроди підкладають марлеві прокладки, змочені фізіологічним розчином або водою. Вимірювання опору живої тканини змінному струму здійснюють за допомогою реографа, спрощену схему якого зображено на рис. 3.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

І. ВИМІРЮВАННЯ ОПОРУ ДІЛЯНКИ ТІЛА ПОСТІЙНОМУ СТРУМУ

1. Ознайомитись з технічним описом і інструкцією до використання моста Уітстона.

2. Закріпити електроди, використовуючи марлеві прокладки, змочені фізіологічним розчином або водою, гумовим паском до ділянки тіла, яка досліджується.

3. Провідники від електродів під’єднати до клеми моста R_x.

4. За допомогою моста тричі виміряти опір даної ділянки тіла.

5. Обчислити похибки вимірювань і зробити висновок.

П. ВИМІРЮВАННЯ АКТИВНОГО ОПОРУ ДІЛЯНКИ ТІЛА ЗМІННОМУ СТРУМУ

1. Ознайомитись з технічним описом і інструкцією до використання реографа РГ4–01.

2. Розмістити марлеві прокладки, змочені фізіологічним розчином або водою на ділянці тіла, що досліджується.

3. Накласти на марлеві прокладки електроди і зафіксувати їх гумовим паском.

4. Під’єднати електроди за допомогою з’єднувального кабелю до одного з вимірювальних блоків реографа.

5. Визначити три рази величину активного опору даної ділянки тіла.

6. Обчислити похибки вимірювань і зробити висновок.

7. Порівняти значення виміряних опорів ділянки тіла постійному і змінному струмам і обґрунтувати суттєву різницю між їх чисельними значеннями.

ЗАНЯТТЯ №24

(лабораторне)

ВИВЧЕННЯ РОБОТИ АПАРАТУ ДЛЯ ТЕРАПІЇ ПОСТІЙНИМ СТРУМОМ

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які необхідні для розуміння первинної дії постійного струму на тканини організму, фізичних основ гальванізації і електрофорезу як фізіотерапевтичних методик лікування.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатифізичні та біофізичні процеси, що відбуваються у біологічних тканинах під дією постійного електричного струму, будову і принцип роботи апарату для терапії постійним струмом,вмітипрацювати з апаратом для терапії постійним струмом.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Постійний електричний струм. Сила струму.

2. Закон Ома для ділянки кола. Опір провідників.

3. Змінний струм.

4. Самоіндукція.

5. Трансформатор.

6. Проходження змінного електричного струму через індуктивний і ємнісний опори.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Закономірності руху іонів у розчинах електролітів.

2. Гальванізація й електрофорез ліків.

3. Первинні процеси в тканинах під час гальванізації й електрофорезу.

4. Явища гальванізму в порожнині рота.

5. Апарат для терапії постійним струмом:

   1. призначення, будова і принцип дії;

   2. порядок роботи з апаратом.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лецій.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Учебник. – 2-е издание. – «Профессионал», 2004.т– С. 503-511.

3. Чалий О.В. Медична і біологічна фізика. – Київ, 1999. – т. 1. – С. 275-284.

4. Чалий О.В. Медична і біологічна фізика. – Київ, 2001. – т. 2. – С. 53-66.

5. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С.т288-289, 342-343.

6. Владимиров Ю.А. и др. Биофизика. – М.: Медицина, 1983. - С. 172-186.

7. Ливенцев Н.М. Курс физики. Т.ІІ. – М.: Высшая школа, 1978. – С. 110-113, 175-178.

8. Лабораторні і медичні прилади й апарати. – Iвано-Франківськ, 2009. – С. 23-25.

9. Эссаулова И.А. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 189-194.

10. Ливенцев Н.М., Ливенсон А.П. Электромедицинская аппаратура. – М.: Медицина, 1974. – С. 81-93.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання. 1.Вивчити порядок роботи з апаратом для терапії постійним струмом.

2.Визначити порогову густину подразнюючої сили струму.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

ВИЗНАЧЕННЯ ПОРОГОВОЇ ГУСТИНИ ПОДРАЗНЮЮЧОЇ СИЛИ СТРУМУ

ОПИС УСТАНОВКИ

Установка включає апарат для терапії постійним струмом, два свинцевих електроди прямокутної форми, дві марлеві прокладки, фізіологічний розчин. Порогове значення подразнюючої сили струму в колі "пацієнта" реєструється за допомогою мікроамперметра, розміщеного на панелі апарату. Порогова густина подразнюючої сили струму визначається як відношення вказаної сили струму до площі меншого електрода.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Ознайомитись з інструкцією до роботи з апаратом для гальванізації.

2. Підключити до апарату електроди і за допомогою еластичного бинта зафіксувати їх на руці "пацієнта". При цьому під електроди підкласти марлеві прокладки, змочені фізіологічним розчином.

3. Увімкнути апарат. Повертаючи ручку потенціометра, відмітити за шкалою міліамперметра порогове значення подразнюючої сили струму (мінімальне значення сили струму, який викликає подразнення).

4. Визначити лінійні розміри і площу меншого з електродів.

5. Розрахувати густину струму, який викликає порогове подразнення "пацієнта" за формулою:

,

де I– порогове значення сили струму;

S– площа меншого з електродів.

6. Визначити похибки вимірювань.

7. Зробити висновок.

ЗАНЯТТЯ №25

(лабораторне)

ВИВЧЕННЯ РОБОТИ АПАРАТУ ДЛЯ УВЧ-ТЕРАПIЇ

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які необхідні для розуміння біофізичних механізмів дії електричного і магнітного полів УВЧ на біологічні тканини, фізичних основ УВЧ-терапiї.

Мета:в результаті проведення заняття студенти повинні:знатимеханізм теплової дії електричного і магнітного полів УВЧ на біологічні тканини, будову і принцип дії апарату для УВЧ-терапії;вмітикористуватись апаратом УВЧ – терапії.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Електричне і магнітне поля та їх характеристики.

2. Провідники і діелектрики в електричному полі.

3. Електричний струм і умови його виникнення.

4. Закон електромагнітної індукції.

5. Частота незатухаючих електромагнітних коливань у коливальному контурі.

6. Кількість теплоти. Закон Джоуля-Ленца.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Питома кількість теплоти Джоуля (загальна формула).

2. Теплова дія електричного поля УВЧ на:

   1. провідники;

   2. діелектрики.

3. Теплова дія магнітного поля УВЧ на біологічні тканини.

4. Використання високочастотних і УВЧ електромагнітних полів з лікувальною метою.

5. Призначення, будова і принцип дії апарату для УВЧ-терапії.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Учебник. – 2-е издание. – «Профессионал», 2004. – С. 503-511.

3. Чалий О.В. Медична і біологічна фізика. – Київ, 1999. – т. 1. – С. 310-317.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 288-290, 343-351.

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Т.ІІ. С. 146-150, 172-181.

6. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 2009. – С. 34-35.

7. Агапов Б.Т. и др. Лабораторный практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1982. –С. 306-307.

8. Эссаулова И.А. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 198-203.

ІНСТРУКЦІЯ

до проведення лабораторної роботи

Завдання.Дослідити теплову дію електричного і магнітного полів УВЧ на діелектрик і розчин електроліту.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

Установка включає апарат УВЧ, до якого підключаються дискові електроди для створення електричного поля УВЧ або котушку індуктивності для створення магнітного поля УВЧ. Контроль за тепловим ефектом впливу електричного і магнітного УВЧ полів на рідкий діелектрик і розчин електроліту здійснюється за допомогою двох термометрів.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Підготувати апарат УВЧ-терапії до роботи (див. інструкцію).

2. У дві посудини налити відповідно рідкий діелектрик (касторове масло) і розчин електроліту (1–2% розчин кухонної солі).

3. Обидві посудини розмістити між дисковими електродами або в котушці індуктивності, підключених до виходу апарату.

4. У кожну посудину помістити термометр так, щоб він визначав температуру всередині об’єму рідини.

5. Записати початкову температуру обох рідин.

6. Ручкою регулятора потужності задати відповідне значення цієї величини.

7. Ручкою регулятора “Настройка” забезпечити резонанс терапевтичного контура з двохтактним генератором. Резонанс фіксувати за допомогою неонової лампочки або за максимальним відхиленням стрілки контрольного приладу.

8. Через кожні 2 хв. записувати значення температури рідин у посудинах.

9. Вимірювання проводити протягом 20 хв.

10. Дані занести в табл. 9.

Таблиця 9

Вид поля	Час дії, хв.	0	2	4	…	20
Магнітне поле УВЧ	t˚С діелектрика
	t˚С електроліту
Електричне поле УВЧ	t˚С діелектрика
	t˚С електроліту

11. Побудувати графічну залежність зміни температури рідин від часу дії електричного і магнітного полів УВЧ.

12. Для діелектрика і розчину електроліту визначити величину питомої теплоти:

,

де с– питома теплоємність рідини, а саме с_д= 2200і с_ел= 4200;

–густина рідини, а саме = 960 кг/м³i= 1000 кг/м³;

–відповідно початкова і кінцева температури рідини;

–час дії УВЧ поля на рідину.

13. Зробити висновки.

ЗАНЯТТЯ №26

(практичне)

ДІЯ СТРУМІВ I ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПОЛІВ НА ТКАНИНИ ОРГАНІЗМУ

Актуальність теми:в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які необхідні для розуміння фізичних основ діагностичних і фізіотерапевтичних методів, що застосовуються у медичній апаратурі в сучасній стоматології.

Мета.В результаті проведення заняття студенти повинні:знатибіофізичні основи методів: гальванізація, електрофорез, електростимуляція, дарсонвалізація, діатермія, електрохірургія, індуктотермія, УВЧ-терапія, мікрохвильова терапія, правила техніки безпеки при роботі з електричними медичними апаратами;вміти розв’язувати типові задачі.

Питання, рекомендовані для повторення

1. Сила електричного струму. Густина струму.

2. Питомий опір провідників.

3. Електричний опір тканин організму постійному і змінному струмам.

4. Закон Джоуля–Ленца.

5. Явище електромагнітної індукції.

6. Електромагнітні хвилі і їх характеристики.

7. Шкала електромагнітних хвиль.

ОСНОВНІ ПИТАННЯ ТЕМИ ЗАНЯТТЯ

1. Дія постійного електричного струму на тканини організму. Гальванізація і електрофорез ліків.

2. Класифікація електромагнітних коливань прийнята в медицині.

3. Біофізичні основи подразнюючої дії низькочастотного електричного струму.

4. Закон Дюбуа-Реймона. Електростимуляція.

5. Основні характеристики імпульсного струму, що використовується для електростимуляції.

6. Залежність електричного подразнення від тривалості, амплітуди і частоти імпульсного струму. Реобаза і хронаксія.

7. Класифікація НЧ фізіотерапевтичної апаратури.

8. Біофізичне обґрунтування високочастотної терапії.

9. Класифікація ВЧ фізіотерапевтичної апаратури.

ТЕМИ РЕФЕРАТІВ

1. Використання постійного електричного струму в стоматології.

2. Використання імпульсного струму низької напруги і частоти в стоматології.

3. Використання змінного струму високої частоти в стоматології.

4. Використання ВЧ, УВЧ електричних і магнітних полів в стоматології.

5. Використання НВЧ електромагнітних полів в стоматології.

ЛІТЕРАТУРА

1. Конспект лекцій.

2. Тиманюк В.А., Животова Е.Н. Биофизика: Учебник. – 2-е издание. – «Профессионал», 2004. – С. 503-511.

3. Чалий О.В. Медична і біологічна фізика. – Київ, 1999. – т. 1. – С. 284-317.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 288-290, 342-352.

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. –Т.ІІ. С. 146-154, 164-181.

6. Лабораторні і медичні прилади та апарати. – Івано-Франківськ, 1992. – С. 65-74.

7. Ливенцев Н.М., Ливенсон А.П. Электромедицинская аппаратура. – М.: Медицина, 1974. – С. 81-88, 93-99, 148-170.

Змістовий модуль 7. ОПТИЧНІ МЕТОДИ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ У БІОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНІ

ЗАНЯТТЯ №27

(лабораторне)

ВИВЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧНОГО МІКРОСКОПА

Актуальність теми: в результаті вивчення теми студенти засвоюють ряд термінів, понять, закономірностей і законів, які необхідні для розуміння фізичних основ оптичної мікроскопії і спеціальних методів мікроскопії.

Мета: в результаті проведення заняття студенти повинні: знати будову і теорію мікроскопа, основні методи мікроскопії, вміти визначати основні характеристики біологічного мікроскопа.