Воздействие переменным магнитным полем на ткани организма (индуктотермия)
Рис. 1
Схема воздействия переменным магнитным полем
на биологическую ткань
Поместим образец
(ткань) в переменное магнитное поле
(рис. 1). Магнитный поток магнитного поля
изменяется по закону:
,
а сила тока в ткани:
.
Полагая, что
.
Так как
тогда
.
Обозначим
,
где k-
коэффициент, учитывающий геометрические
размеры ткани.
Тогда сила тока в биологической ткани определяется:
Допустим, что В изменяется по закону cos wt т.е. B=Bm.cos wt, а изменение индукции со временем будет определяться выражением:
Тогда сила тока в ткани:
.
Мощность
Подставляя силу тока в формулу мощности, получим:
;
Мощность, выделяемая в единице объема в единицу времени q будет определяться уравнением
где K=
,
Анализируя полученное
выражение, приходим к выводу, что
,
где
удельное
сопротивление ткани.
Ткань обладает как
диэлектрическим, так и электролитными
свойствами. Удельное сопротивление
электролитов меньше чем для диэлектриков.
Поэтому ткани, обладающие электролитными
свойствами, прогреваются эффективнее,
чем диэлектрики при одной и той же
частоте
магнитного поля (положительный эффект).
К таким тканям относятся мышцы богатые
сосудами, межтканевая жидкость и т.д.
Воздействие высокочастотного электрического поля на биологические ткани (увч- терапия)
В
Рис. 2.
Схема воздействия высокочастотного
электрического поля на биологическую
ткань
и поместим ее между двумя электродами,
выполненных в виде пластин. Причем
пластины не касаются биологической
ткани. Между пластинами возникает
переменное электрическое поле
напряженностью Е
(рис. 2).
S – площадь пластин,
U – переменное напряжение, подаваемое на пластины.
Под влиянием высокочастотного электрического поля в биологической ткани возникают токи смещения и проводимости.
Выразим
через напряженность переменного
электрического поля Е.
Среднее значение
мощности в цепи переменного тока,
выражающейся формулой,
-
угол сдвига фаз между
и
.
В чистых диэлектриках
и
.
В реальных
диэлектриках
,
а угол
-
называют углом диэлектрических потерь
(рис3).
Разложим силу тока
на две составляющие: активную
и реактивную
(рис. 3). Реактивная составляющая сдвинута
по фазе относительно напряжения на угол
и мощность, выделяемая ею, равна нулю.
Активная составляющая
выделяет мощность в биологической
ткани, которая определяется уравнением:
Выразим
через
:
Тогда
.
Выразим
через напряжение и емкостное сопротивление
биологической ткани.
=
.
где С-
емкость плоского конденсатора в котором
находится ткань с диэлектрической
проницаемостью
.
Тогда
,
но
,
а
,
получаем
.
Выразим
через напряженность электрического
поля Е,
т.е.:
d - расстояние между обкладками конденсатора с биологической тканью.
Тогда
и
.
При анализе полученного выражения видно, что количество тепла выделяемой в единице объема биологической ткани зависит от диэлектрических свойств самой ткани - чем больше диэлектрическая проницаемость, тем соответственно, и больше выделяется тепла. Следовательно, при УВЧ-терапии лучше прогреваются ткани, обладающие диэлектрическими свойствами (жир, клетчатка и т.д.).
В аппаратах УВЧ
используется электрическое поле с
частотой
40МГц.
Наряду с УВЧ –
терапией применяется микроволновая
терапия (
=2375
МГц) и ДЦВ – терапия (
=
460 МГц). Эти два вида получили название
СВЧ – терапия.
Физический аспект: Электрическая волна поляризует молекулы вещества, в результате чего возникают диполи. При изменении направления электромагнитной волны происходит переориентация диполей, что вызывает ток смещения. Кроме того, электромагнитная волна вызывает смещения ионов образуя ток проводимости. Таким образом, в веществе помещенной в переменное электромагнитное поле возникают как токи проводимости, так и токи смещения. Все это приводит к нагреванию вещества.
Глубина проникновения
электромагнитных волн в биологические
ткани зависит от свойств самой ткани
(строения) и
электромагнитных волн.
Сантиметровые волны проникают в мышцы, биологические жидкости на глубины около 2 см., а в жир, клетчатки около 10 см.
Для дециметровых волн эти показатели примерно в 2 раза выше.