ЗАНЯТИЕ 2.6
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ТЕМА: ФИЗИОТЕРАПИЯ. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫАППАРАТА ДЛЯ УВЧ-ТЕРАПИИ И ИНДУКТОТЕРМИИ.
Цель занятия: Ознакомление с принципом действия аппарата для УВЧ-терапии; исследование пространственного распределения электрического поля УВЧ, а так же исследование теплового воздействия переменного электрического поля УВЧ на диэлектрики и электролиты.
Приборы и принадлежности: аппарат для УВЧ-терапии, дипольная антенна, микроамперметр, координатная сетка, электролит (NaCl 3%) и диэлектрик (глицерин), два термометра.
Студент должен знать:
- Понятие о физиотерапии. Разделы физиотерапии. Методы электролечения
- Воздействие на органы и ткани организма человека переменным электромагнитным полем высокой частоты (индуктотермия).
- Воздействие на органы и ткани организма человека переменным электромагнитным полем ультравысокой частоты (УВЧ-терапия).
- Конструктивные особенности аппаратов для УВЧ-терапии и индуктотермии.Принцип работы двухтактного лампового генератора, применяемого в аппарате для УВЧ-терапии и индуктотермии.
- Общиепонятиямедицинской электроники.
- Основные группы электронных медицинских приборов и аппаратов.
- Способы обеспечения безопасности при работе с электронной медицинской аппаратурой.
Студент должен уметь:
1. Обеспечивать условия для безопасности пациента при проведении УВЧ-терапии.
- Объяснять принцип работы двухтактного лампового генератора, применяемого в аппарате для УВЧ-терапии.
- С помощью дипольной антенны исследовать пространственное распределение электрического поля между электродами пациента.
- Исследовать тепловое воздействие поля УВЧ на электролиты и диэлектрики.
Краткая теория
Физиотерапия
Воздействие переменным электромагнитным полем на организм человека для достижениялечебного эффекта следует отнести к методам физиотерапии (греческое physics–природа + therapy–лечение).
Физиотерапия - область медицины, изучающая действие на организм человека природных и искусственно создаваемых физических факторов и использующая эти факторы с лечебной и профилактической целями.
В физиотерапии выделяют разделы – электролечения, светолечения, механолечения, водолечения и теплового лечения.
Наибольшее число методов объединяет электролечение, они основываются на применение различных видов электрического тока:
· непрерывного постоянного тока малой силы до 50 мА и низкого напряжения 60 - 80В– гальванизация;
· непрерывного постоянного тока(как при гальванизации) с использованием лекарственных веществ- электрофорез;
· двумя постоянными низкочастотными импульсными токаминебольшой силы до 50 мА с частотой 50 и 100 пульсаций в 1 сек. – диадинамотерми я
· методы, основанные применением постоянного электрического поля высокой напряженности – франклинизация;
· метод электролечения, осуществляемый путем воздействия на организм синусоидального модулированного тока– амплипульстерапия;
· переменного(импульсного) высокой частоты 110 - 400 кГц, высоким напряжением десятки кВ и небольшой силой тока 10 - 15 мА – дарсонвализация.
· переменного тока в несколько ампервысокой частоты около 1 МГц и относительно небольшого напряжения 100 - 150В - диатермия;
· интерферирующих с частотой 3 – 6 кГц – интерференцтерапия;
· синусоидальных, беспорядочно изменяющихся по амплитуде и частоте (100 – 2000 Гц) – флюктуоризация;
· методы, основанные на действии переменного магнитного поля низкой частоты – низкочастотнаямагнитотерапия.
· методы, основанные на действии электромагнитного поля высокой частоты – индуктотермия;ультравысокой частоты – УВЧ-терапия и сверхвысокой(2375 МГц). – микроволновая терапия.
Классификация частотных интервалов, принятая в медицине:
| · низкие частоты | · до 20 Гц |
| · звуковые частоты | · 20 Гц - 20 кГц |
| · ультразвуковые частоты (УЗ) | · 20 - 200 кГц |
| · высокие частоты (ВЧ) | · 0,2 - 30 МГц |
| · ультравысокие частоты (УВЧ) | · 30 - 300 МГц |
| · сверхвысокие частоты (СВЧ) | · выше 300 МГц |
Индуктотермия
Индуктотермия (лат.Inductio-наведение + греческое therme-теплота) – метод электролечения, при котором на ткани организма воздействуют переменным электромагнитным полем высокой частоты (13,56 МГц). Используется преимущественно энергия магнитной составляющей переменного электромагнитного поля, что достигается расположением катушки колебательного контура над органом, на ткани которого производится воздействие (рис.1).
Ткани организма человека обладают способностью проводить электрический ток. Электропроводность тканей обусловлена ионами, соответственно наибольшей электропроводностью обладают жидкие среды: кровь, лимфа и органы, которые хорошо снабжаются кровью – печень, почки, селезенка, легкие, скелетные мышцы.
Под действием высокочастотного переменного магнитного поля в тканях с высокой электропроводностью возникают индукционные или вихревые токи Фуко. Они обусловлены колебаниями заряженных частиц, относительно их среднего положения. Вихревые токи сопровождаются выделением тепла. Под действием переменного магнитного поля высокой частоты выделяется не только тепло, но возникает и периодическое изменение концентрации ионов у клеточных мембран, что может привести к изменению возбудимости клеток.
Реакция организма. В зоне воздействия переменного магнитного поля высокой частоты повышается температура тканей, расширяются сосуды, улучшается кровоснабжение тканей, активируются обменные процессы. Индуктотермия оказывает общее успокаивающее и обезболивающее действие.
Используют индуктотермию при бронхитах, синуситах, пневмониях, гепатитах, язвенной болезни желудка, двенадцатиперстной кишки, бронхиальной астме, заболеваниях опорно-двигательного аппарата.
УВЧ-терапия
Ультравысокочастотная терапия – метод лечения переменным электромагнитным полем в частотном диапазоне от 30 до 3000 МГц. При УВЧ-терапии лечебный эффект достигается за счет воздействия на органы и ткани организма электрической составляющей переменного электромагнитного поля. Для этого орган, на который оказывается воздействие, помещается между пластинами конденсатора колебательного контура генератора переменного электромагнитного поля (рис.2).
Электрическое поле ультравысокой частоты обладает высокой проникающей способностью, которая зависит от диэлектрических свойств тканей организма. Под действием переменного электрического поля происходят колебания ионов, смещение электронных оболочек и атомных групп в пределах молекул (явление электронной и атомной поляризации), возникает также ориентационная или дипольная поляризация в полярных молекулах, имеющих собственный дипольный момент.
Поглощенная энергия поля УВЧ преобразуется главным образом в тепло (тепловой эффект действия поля).
Количество теплоты, выделяемой в тканях:
q= q1 + q2,где q1 = Е2/r - количество теплоты выделяемой в электролите (Е – эффективное значение напряженности электрического поля, r– удельное сопротивление электролита) и q2 = w·Е2· e·e0·tgd- количество теплоты, выделяемой в диэлектрике(w - круговая частотных колебаний, e - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, e0 - электрическая постоянная, d - угол диэлектрических потерь).
Наибольшее количество тепла при действии поля УВЧ образуется в тканях, которые являются диэлектриками и обладают электроизоляционными свойствами, например в подкожной клетчатке. Соответственно меньшеколичество тепла при действии поля УВЧ образуетсяв мышцах, коже, нервной ткани, крови и лимфе.
Реакция организма. На действие поля УВЧ обусловлены функциональными и биохимическими сдвигами, возникающими в ответ на нагревание тканей и раздражение терморецепторов. Электрическое поле УВЧ снимает чувствительность болевых рецепторов, это обуславливает болеутоляющее действие. В очаге воспаления усиливается кровообращение, уменьшается воспалительный отек, стимулируется фагоцитоз.
Используется УВЧ-терапия при острых гнойных инфекциях – фурункул, карбункул, панариций, острых воспалительных процессах – в легких, бронхах, в желчном пузыре, при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, нервной системы – невромы, последствия травмы спинного мозга, заболеваний периферических сосудов – эндартериит, тромбофлебит.
Конструктивные особенности аппаратов для УВЧ –терапии и индуктотермии
Основным функциональным блоком указанных аппаратов является двухтактный ламповый генератор переменного электромагнитного поля. Электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре генератора, образованным емкостью Са и индуктивностью Lа, частота колебаний определяется величинами емкости и индуктивности колебательного контура:
Трехэлектродные электронные лампы Л1 и Л2 обеспечивают поступление энергии в колебательный контур от внешнего питания. Чтобы колебания в контуре были незатухающими для этого необходимо в один полупериод открыть одну лампу, а в другой полупериод другую лампу. Это достигается использованием положительной индуктивной обратной связи, реализуемой с помощью катушки обратной связи Lс, крайние отводы которой подключены к управляющим сеткам ламп Л1 и Л2, а средний отвод катушки связан с катодами ламп. В положительный полупериод колебаний на управляющей сетке лампы Л1 будет положительный потенциал относительно катода, лампа открыта – через нее протекает электрический ток, обеспечивается поступление энергии в колебательный контур. На управляющей сетке лампы Л2 в положительный полупериод напротив – отрицательный потенциал относительно катода и лампа заперта (рис.4).
В отрицательный полупериод колебаний меняется полярность потенциала на управляющих сетках ламп Л1 и Л2 относительно катода, лампа Л1 закрывается, лампа Л2 открывается. Таким образом, обеспечивается поступление энергии в колебательный контур генератора в оба полупериода колебаний (двухтактный генератор).
Для воздействия на пациента переменным электромагнитным полем «электроды пациента» - аппарат УВЧ или «катушка пациента» - аппарат для индуктотермии включаются в терапевтический контур (Lt.Ct) (рис.3), который индуктивно связан с контуром генератора. Использование терапевтического контура обеспечивает безопасность пациента, исключая контакт с электрическими цепями генератора, которые находятся под высоким напряжением. Для воздействия на пациента переменным электрическим полем необходимо настроить терапевтический контур в резонанс с контуром генератора с помощью конденсатора переменной емкости Сt, контролируя настройку с помощью газоразрядной лампы индикатора.
Электрическая схема аппарата смонтирована в металлическом корпусе. Отдельные элементы схемы экранированы (рис.5). Элементы управления находятся на передней панели и имеют соответствующие надписи.
Переключатель «НАПРЯЖЕНИЕ» служит для регулировки рабочих режимов аппарата в условиях колебания напряжения в сети. Контроль напряжения сети осуществляется при нажатии кнопки «КОНТРОЛЬ». Для изменения мощности, отдаваемой генератором, служит переключатель «МОЩНОСТЬ», имеющий четыре положения: 0, 20, 40, 70 Вт (в зависимости от модели прибора).
Ёмкость переменного конденсатора терапевтического контура изменяется ручкой «НАСТРОЙКА», расположенной на передней панели аппарата. Контроль настройки терапевтического контура осуществляется с помощью стрелочного измерительного прибора. На правой боковой стенке аппарата укреплены два кронштейна для установки электрододержателей, имеющих шарнирные соединения, обеспечивающие установку в различные положения.
Распределение напряженности электрического поля между электродами пациента зависит от размеров электродов, расстояния между ними и от их взаимного расположения. Это распределение можно исследовать с помощью дипольной антенны (ДА), представляющей собой два проводника, между которыми включен полупроводниковый диод. Дипольная антенна соединена с миллиамперметром.
Сила тока, возникающего в контуре дипольной антенны, пропорциональна напряженности электрического поля УВЧ.
Для изучения теплового воздействия электрического поля УВЧ на электролиты и диэлектрики между электродами устанавливаются кюветы из оргстекла с исследуемыми жидкостями. Количество жидкостей в кюветах подбирается так, чтобы их теплоёмкости были одинаковы. Изменение температуры фиксируется термометрами, помещаемыми в кюветы.
Ход работы:
Внимание!
При работе с аппаратом для УВЧ-терапии запрещается:
- приступать к работе, не ознакомившись с инструкцией по его эксплуатации;
- подключать или отключать заземление и заменять предохранители при включенном аппарате;
- подносить к проводам и электродам аппарата металлические предметы во избежание ожогов токами высокой частоты;
- заменять электроды и провода при включенном аппарате.
Упражнение 1. Исследование пространственного распределения электрического поля УВЧ
1. Установить между электродами экран с координатной сеткой.
2. Включите аппарат УВЧ, для чего переключатель «НАПРЯЖЕНИЕ» поставьте в положение 1 (при этом должна загореться сигнальная лампочка), затем нажмите кнопку «КОНТРОЛЬ» и, вращая переключатель «НАПРЯЖЕНИЕ», установите стрелку индикатора аппарата на середину красного сектора. После этого установите переключатель «МОЩНОСТЬ» на заданное значение и ручкой «НАСТРОЙКА» добейтесь максимального отклонения стрелки индикатора.
3. Перемещая дипольную антенну в горизонтальной плоскости влево и вправо от центра на расстояние lx , через каждый сантиметр измерьте силу тока I.
4. Перемещая дипольную антенну в вертикальной плоскости вверх и вниз от центра на расстояние ly, через каждый сантиметр измерьте силу тока I. Так же и в горизонтальной плоскости.
5. Результаты измерений занести в таблицу №1.
Таблица№1
| Горизонтальная плоскость | Вертикальная плоскость | ||||||
| lх1, см | I, А | lх2, см | I, А | ly1, см | I, А | ly2, см | I, А |
| -1 | -1 | ||||||
| -2 | -2 | ||||||
| -3 | -3 | ||||||
| -4 | -4 | ||||||
| -5 | -5 | ||||||
| -6 | -6 | ||||||
| -7 | -7 | ||||||
| -8 | -8 |
где lх1 – смещение вправо, lх2 – смещение влево от начала координат,
ly1 – смещение вверх, ly2 – смещение вниз от начала координат.
6. Постройте графики по данным таблицы:
Упражнение 2. Исследование теплового воздействия поля УВЧ на электролиты и диэлектрики.
1. Поместить кюветы с раствором поваренной соли (электролит) и глицерином (диэлектрик) между двумя электродами аппарата.
2. Измерьте температуры Т1 и Т2 жидкостей в кюветах.
3. Включите аппарат и настройте терапевтический контур в резонанс с контуром генератора с помощью газоразрядной лампы индикатора.
4. Снимите показания термометров через каждые 5 минуты на протяжении 20-25 минут.
5. Результаты занести в таблицу №2:
Таблица №2
| t, мин | Т1, С° | Т2, С° |
6. Постройте график зависимости температуры исследуемых жидкостей от времени t воздействия на них электрического поля УВЧ Т=f(t).
По результатам выполненной работы записать вывод.
Литература:
1. Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов. – М.: Дрофа, 2010
2. Ремизов, А. Н. Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина. – М.: Дрофа, 2010.
3. Физика и биофизика. Практикум: учебное пособие для вузов / В.Ф. Антонов и др. – М. ГЭОТАР-Медиа, 2008
4. Фёдорова, В.Н., Фаустов, Е.В. Медицинская и биологическая физика: учебное пособие для вузов. Курс лекций с задачами. - М.ГЭОТАР-Медиа, 2009.