Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования

• Содержание
• 1. Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования
• 1.1 Первичное действие электромагнитных колебаний на ткани организма. Основные методы и аппаратура для высокочастотной электротерапии
• 1.2 Физиотерапевтические аппараты высокочастотной терапии. Аппараты индуктотермии и УВЧ-терапии. Терапевтический контур
• 1.3 Генераторы синусоидальных колебаний с самовозбуждением
• 1.4 Двухтактный генератор
• 1.5 Генераторы релаксационных электрических колебаний
• 1.6 Генератор развертки в осциллографе
• Список использованных источников
• 1. Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования
• 1.1 Первичное действие электромагнитных колебаний на ткани организма. Основные методы и аппаратура для высокочастотной электротерапии
• В физиотерапии имеется большая группа методов, в основе которых лежат электромагнитные колебания и волны.
• Первичное действие переменного тока и электромагнитного поля на биологические объекты в основном заключается в периодическом смещении ионов растворов электролитов и изменении поляризации диэлектриков. При частотах приблизительно более 200-500 кГц смещении ионов становится соизмеримым с их смещением в результате молекулярно-теплового движения, поэтому ток или электромагнитная волна не будет вызывать раздражающего действия. Основным первичным эффектом в этом случае является тепловое воздействие, вследствие трения между заряженными частицами при колебательном движении.
• Электромагнитные колебания и волны, применяемые в медицинской практике, условно подразделяются на несколько диапазонов:
• - низкочастотные (НЧ) до 20 гц
• - звуковой частоты (ЗЧ) 20 20 кгц
• - ультразвукочастотные (УЗЧ) 20 200 кгц
• - высокочастотные (ВЧ) 0,2 30 мгц
• - ультравысокочастотные (УВЧ) 30 300 мгц
• - сверхвысокочастотные (СВЧ) 300мГц 300 Ггц
• - крайневысокочастотные (КВЧ) > 300 Ггц.
• Так как специфическое действие тока, особенно при небольших частотах, определяется формой импульсов, то используют токи с разной временной зависимостью.
• 1. ИМПУЛЬСНЫЕ ТОКИ НИЗКОЙ И ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

	Это токи с импульсами прямоугольной формы ( = 0,1 1мс; 10 100 Гц) - для лечения электросном.
	Ток с импульсами треугольной формы - тетанизирующий (фарадический) ток ( = 15 мс, частота 100 гц), а также ток экспоненциальной формы ( = 360 мс, 880 гц) - применяют для возбуждения мышц.
	Кроме того, для различных видов электролечения используют диадинамические токи, предложенные Бернаром.

2. ТОКИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Эти токи применяют для прогревания органов и в хирургии для рассечения тканей (диатермотомия) и прижигания или удаления тканей (диатермокоагуляция).

Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной дарсонвализацией.

При диатермии применяют ток частоты около одного мегагерца со слабозатухающими колебаниями, напряжение 100150в, сила тока несколько ампер. Так как наибольшим удельным сопротивлением обладают кожа, жир, кости, мышцы, то они и прогреваются сильнее. Наименьшее нагревание из органов, богатых кровью или лимфой, легкие, печень, лимфатические узлы. Недостаток диатермии - большое количество теплоты непродуктивно выделяющееся в слое кожи и подкожной клетчатке.

I = j S, где j - плотность тока

- объём ткани)

q = j2 - количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объёма ткани.

Для местной дарсонвализации применяют ток частотой 100 400 кГц, напряжение его - десятки киловольт, а сила тока небольшая 10 15 мА.

Аппаратура электрохирургии

Имеются генераторы трех видов: ламповые, полупроводниковые и искровые. Форма сигнала:

Применяются частоты от 300 - 400 кГц до 5 мГц (будут до 40 мГц).

Мощности: в офтальмологии, например, несколько ватт до 1 кВт (рекомендуется МЭК не более 400 Вт).

Виды электрохирургии:

Цепь пациента:

Активные электроды изготавливаются из меди (раньше из нержавеющей стали).

Форма активных электродов:

Аппарат электрохирургии высокочастотный

Принцип действия аппарата основан на воздействии токов высокой частоты на мягкие биологические ткани.

При протекании тока через мягкие ткани осуществляется их резание и коагуляция кровеносных сосудов. Резание тканей производится синусоидальным немодулированным током частотой 1,76 мГц. При касании электродом мягкой ткани, вследствие высокой плотности входного тока, происходит мгновенный нагрев клеток и испарение внутриклеточной жидкости, что приводит к разрыву клеток в зоне касания, таким образом, осуществляется разрез ткани.

При коагуляции кровеносных сосудов используется как синусоидальный (режим "Резание"), так и амплитудномодулированный ток (режим "Коагуляция") той же частоты 1,76 мГц. Применяется тепловое действие тока меньшей, чем при резании тканей, плотности. Вблизи электрода происходит обезвоживание клеток и обеспечивается коагуляция сосудов.

Терапевтический контур

Генератор электрических колебаний составляет основу многих физиотерапевтических аппаратов. Существенной особенностью этих аппаратов является отдельный колебательный контур, к которому подключаются электроды, накладываемые на больного. Этот контур называют терапевтическим.

Терапевтический контур в целях безопасности больного индуктивно связан с контуром генератора, так как индуктивная связь исключает возможность случайного попадания больного под высокое постоянное напряжение, которое практически всегда имеется в генераторах колебаний.

В связи с тем, что в терапевтический контур включаются различные объекты, например различные части тела больного, и его электрические параметры могут соответственно изменяться, этот контур должен подстраиваться в резонанс при каждой процедуре. Для этого в нем имеется конденсатор переменной ёмкости.

3. ПЕРЕМЕННОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

В тканях, находящихся в таком поле, возникают вихревые токи. Этот метод физиотерапии называют индуктотермией. Ткань помещают в катушку с переменным током.

При индуктотермии количество теплоты, выделяющееся в тканях, пропорционально квадратам частоты и индукции переменного магнитного поля и обратно пропорционально удельному сопротивлению.

.

Поэтому сильнее будут нагреваться ткани, богатые сосудами, например, мышцы чем такие ткани, как жир. Обычно при индуктотермии применяют местное воздействие переменного магнитного поля, используя спирали или плоские свернутые кабели.

4.ПЕРЕМЕННОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

В тканях, находящихся в таком поле, возникают токи смещения и токи проводимости. Обычно для этой цепи употребляют электрические поля ультравысокой частоты, поэтому соответствующий физиотерапевтический метод получил название УВЧ-терапии (в РБ используют частоту 40,68 мГц).

5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

Физиотерапевтический метод, называемый микроволновой терапией, основан на применении электромагнитных волн СВЧ диапазона (сантиметровый и дециметровый).

При попадании на тело электромагнитной волны в нем возникают токи проводимости и смещения, и выделяется количество теплоты. Большое значение имеют токи смещения, обусловленные переориентацией молекул воды. В связи с этим наибольшее поглощение энергии микроволн происходит в таких тканях, как мышцы и кровь, а в костной и жировой тканях меньше, они меньше и нагреваются. Используемые при микроволновой терапии электромагнитные волны поглощаются слоем ткани толщиной в несколько сантиметров. (Луч - 58, частота - 2375 МГц, 12,6 см).

Аппараты микроволновой терапии

Аппарат микроволновой терапии - генератор СВЧ колебаний, работающий на особых электронных лампах, называемых магнетронами. Направленный поток волн образуется с помощью специального излучателя, называемого волноводом.

Волновод - устройство, для передачи ультразвуковых волн начиная с дециметрового диапазона - представляет собой металлическую трубу (или короб) определенной формы и размеров, заполненную диэлектриком (в частности, воздухом). Волноводом может служить также стержень соответствующих размеров из твердого диэлектрика. Волна, распространяющаяся внутри волновода, не выходит за его пределы. Возбуждается волна с помощью штыря или петли, расположенной в начале волновода и соединенной коаксиальным кабелем с выводами генератора СВЧ колебаний.

Для микроволновой терапии используются аппараты "Луч - 2", "Луч - 58" и другие.

1.2 Физиотерапевтические аппараты высокочастотной терапии. Аппараты индуктотермии и УВЧ-терапии. Терапевтический контур

К физиотерапевтическим аппаратам высокочастотной терапии относятся аппараты электрохирургии (рассмотрим их ниже), диатермии, местной дарсонвализации, индуктотермии, УВЧ-терапии, микроволновой терапии (также будут рассмотрены ниже).

Общая схема аппаратов индуктотермии и УВЧ-терапии приведена на рисунке.

Хотя генератор собран по двухтактной схеме, для простоты показан однотактный генератор.

В аппарате УВЧ-терапии дискообразные электроды, подводимые к больному, входят в состав контура пациента, называемого терапевтическим контуром. Для безопасности больного терапевтический контур индуктивно связан с контуром генератора, так как индуктивная связь исключает возможность случайного попадания больного под высокое напряжение, которое практически всегда имеется в генераторах колебаний. Терапевтический контур применяют и в других генераторах, используемых для лечения.

1.3 Генераторы синусоидальных колебаний с самовозбуждением

электромагнитный колебание аппарат терапия

Для возбуждения незатухающих электрических колебаний применяют автоколебательные системы (работающие за счет энергии источника постоянного или выпрямленного напряжения), называемые генераторами. Рассмотрим ламповый генератор:

Существо протекающих в генераторе процессов заключается в том, что колебательный контур воздействует на анодную цепь лампы, которая в свою очередь оказывает действие на контур. Такой способ получения колебаний называется обратной связью. Соответственно катушку L называют катушкой обратной связи. Источником энергии является анодная батарея. В качестве "клапана", пропускающего в контур энергию в нужный момент, используют триод либо транзистор.

В момент включения схемы в колебательном контуре возникают малые случайные колебания. За счет индуктивной связи эти колебания передаются на сетку триода и усиливаются. Усиленные лампой колебания через анодную цепь попадают в контур в резонанс с теми, которые там уже существуют и амплитуда колебаний возрастает. Так будет лишь в случае определенного фазового соотношения между колебаниями в контуре и изменением напряжения сетки. Обратная связь должна быть положительной.

Схема генерирует колебания, частота которых равна частоте собственных колебаний контура Lк Cк. Изменять эту частоту можно, меняя параметры контура - C и L. Удобнее Cк. Элементы Rc Cc служат для создания на сетке напряжения смещения в цепях правильного режима работы лампы.

Рассмотрим работу генератора при установившихся колебаниях, когда активное сопротивление колебательного контура = 0, то есть контур идеальный. В идеальном колебательном контуре при возбужденных колебаниях на пластинах конденсатора образуется переменное напряжение Uк, поддерживающее ток Jк колебательного контура (рисунок). Ток Jк запаздывающий по фазе относительно напряжения Uк на L п/2, наводит в катушке связи э.д.с. индукции Eк, которая в свою очередь запаздывает по фазе относительно тока Jк еще на L п/2 и, следовательно, по отношению к напряжению Uк находится в противофазе (пунктир). Однако вследствие обусловленного выше порядка подключения концов катушки Loc к сетке и катоду лампы фаза э.д.с. индукции изменяется на обратную и потенциал Uс на сетке лампы оказывается в фазе с напряжением Uк.

Потенциал Uс на сетке вызывает соответствующие пульсации анодного тока, который может рассматриваться как состоящий из постоянной Jао и Jа~ переменной составляющих. Последняя имеет такую же частоту, как и напряжение Uк и находится с ним в фазе.



Для получения незатухающих колебаний в автогенераторе необходимо:

1) условие выполнения фазовых соотношений;

2) чтобы приток энергии к контуру за некоторое время был больше потерь энергии в контуре.

Подобный генератор может быть выполнен на полупроводниковом триоде. Принцип его работы аналогичен.

На практике колебательный контур включается в цепь сетки. Активное сопротивление нагрузки вместе с катушкой связи в генераторе включено в анодную цепь лампы (рисунок).

В подобном генераторе в колеба-тельном контуре почти не происходит потерь энергиии и ток Jк в нем является только возбудителем переменного потенциала на сетке лампы, к которой он подключен.

Потенциал изменяется в фазе с напряжением Uс конденсатора контура. Анодный ток проходит по катушке K, которая связана индуктивно, с одной стороны, с катушкой L колебательного контура (для поддержания колебаний в нем), с другой стороны, с катушкой Lн нагрузочного контура, на сопротивлении Rн которого происходят основные потери энергии. Эти потери компенсируются непосредственно переменной составляющей анодного тока, которая питает этот контур путем индукции между катушками K и Lн.

1.4 Двухтактный генератор

Если требуется значительная мощность колебаний, то применяется двухтактный генератор (рисунок).

В нем к колебательному контуру подключены две лампы Л1 и Л2, анодные токи которых проходят каждый через соответствующую половину катушки контура. Для этого положительный полюс источника питания включается к средней точке катушки, отрицательный - к общей точке катодов ламп.

Катушки К1 и К2 связи соединены вместе, и их средняя точка через сопротивление Rс (смещения) подключена к общей точке катодов ламп. Активное сопротивление контура Rк1 и Rк2 считаем включенными последовательно с каждой из половин катушки L контура.

Принципиальная схема двухтактного генератора напоминает схему двухтактного усилителя.

Самовозбуждение колебаний в генераторе основано на практически неизбежной несимметрии электрических параметров схемы, в связи с чем в начальный момент при включении источника питания токи, протекающие по каждой из половин катушки контура, не будут абсолютно одинаковы. Это обусловливает образование на концах катушки L хотя бы небольшой разности потенциалов, которая послужит для начальной зарядки конденсатора C контура. Затем в процессе колебаний это напряжение быстро возрастает до нормальной величины.

Рассмотрим рабочий процесс при уже возбужденных колебаниях. Ток Jк колебательного процесса (реактивная составляющая тока в контуре) через катушки связи индуктирует на сетках ламп переменные потенциалы Uс1 и Uс2, которые обусловливают образование переменных составляющих Jа1~ и Jа2~ анодных токов ламп (активная составляющая тока в контуре). Колебания потенциалов Uс1 и Uс2, а следовательно, токов Jа1~, Jа2~ и напряжений Ur1~, Ur2~ на сопротивлениях Rк1 и Rк2 находятся в противофазе, причем токи Jа1~ и Jа2~ протекают по сопротивлению Rк1 и Rк2 в противоположных направлениях, поэтому напряжения Ur1 и Ur2 образуют совместно общее напряжение Uк, которое в данном случае и поддерживает колебания в контуре. Токи Jа1~ и Jа2~ компенсируют потери энергии на активном сопротивлении контура. В результате в колебательном контуре реализуется удвоенная мощность сравнительно с однотактным генератором на такой же лампе.

1.5 Генераторы релаксационных электрических колебаний

Электрические колебания, резко отличающиеся по форме от синусоидальных, называются релаксационными.

Простейшее устройство для получения релаксационных электрических колебаний состоит из газоразрядной лампы и включенного параллельно ей конденсатора С, который через сопротивление подключены к источнику постоянного напряжения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Газоразрядная лампа характеризуется тем, что она зажигается при некотором относительно высоком напряжении Uзаж. и гаснет при значительно меньшем Uгаш. В данном случае U должно быть больше Uзаж., тогда по мере заряда конденсатора напряжение Uс на нем постепенно нарастает до значения Uзаж., в этот момент лампа зажигается, ее сопротивление резко падает, конденсатор быстро разряжается через лампу. Когда напряжение на нем снизится до Uгаш., лампа погаснет, сопротивление ее вновь возрастет, конденсатор будет снова заряжаться и т.д. График напряжения на зажимах лампы имеет пилообразный характер, изменяясь в переделах от U1 = Uзаж. до U2 = Uгаш. Период колебаний обусловлен в основном постоянной времени t = RC заряда конденсатора, а также соотношением между Uзаж. и Uгаш. газоразрядный лампы.

1.6 Генератор развертки в осциллографе

Подобное пилообразное напряжение используется для развертки изображения в электроннолучевой трубке. Для возможности регулировки частоты колебаний в генераторе развертки применяется газонаполненный триод - тиратрон. В тиратроне напряжение зажигания, а, следовательно, и частота илообразных колебаний регулируется путем изменения отрицательного потенциала смещения, которое подается на сетку лампы.

Понятие о триггере и его использовании.

Триггеры относятся к логическим элементам ЭЦВМ. По схеме и принципу действия триггер в значительной мере подобен мультивибратору, но отличается от него тем, что оба его крайних состояния являются устойчивыми и переход из одного в другое (соприкосновение триггера) происходит только под действием внешних импульсов, подаваемых на базу одного из транзисторов.

Триггер имеет два входа S и R и два выхода a и , условное обозначение его на схеме:

Для сравнения (опрокидывания) триггера надо на его вход "S"подать положительный импульс (при транзисторах "р-n-р").

Триггеры используются в регистрах, дешифраторах и счетчиках.

Список использованных источников

1. Губанов Н. И., Утепбергенов А. А. Медицинская биофизика: Учебник.- М.: Медицина, 1978.- 336 с.

2. Ю. А. Владимиров, Д. И. Рощупкин, А. Я. Потапенко, А. И. Деев Биофизика: Учебник. - М.: Медицина, 1983, - С. 30-63.

3. Рубин А. Б.Биофизика: В 2-х кн.: Учеб. для биол. спец. вузов. Кн. 2. - М.: Высш. шк., 1987. - С. 189-196.

4. Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. для мед. спец. Вузов. - М.: Высшая школа, 1999. - 616 с.

5. Физический практикум: Для физ. спец. вузов/ А. М Саржевский, В. П Бобрович, Г Н Борздов и др; Под ре. Г. С. Кембровского. - Мн.: «Университетское», 1986. - С. 274-282, 301-306

6. Горский Ф. К., Сакевич Н. М. Физический практикум, 1980. - С. 221-225.

Размещено на Allbest.ru