Получение высокочастотных электрических колебаний

Физические основы высокочастотных электрических

Методов, применяемых в медицине

Лабораторные работы №№ 16, 17

Цель:1. Ознакомиться с физическими основами, применяемых в медицине, высокочастотных электрических методов.

2. Изучить принцип работы генератора высокочастотных электрических колебаний.

3. Получить элементарные практические навыки работы с аппаратами для высокочастотной электротерапии.

4. На опыте убедиться в эффективности действия электрического поля ультравысокой частоты и высокочастотного магнитного поля на хорошо проводящие (электролит) и плохо проводящие (дистиллированная вода) структуры.

Литература

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: «Высшая школа», 1987. - Гл. 15 – 19.

2. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: «Высшая школа», 1978. – Гл. 6, 8, 12, 28.

3. Физический энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия»», 1989.

4. Medizinische Physik (Physik fur Mediziner, Pharmazeuten und Biologen). Springer – Verlag Wien New York 1992.

Вопросы входного контроля

1. Электрический ток. Условия существования электрического тока.

2. Определение переменного тока, уравнение переменного тока.

3. Как связаны между собой амплитудные и эффективные значения тока и напряжения?

4. В каких случаях в цепи переменного тока может возникнуть сдвиг фаз между током и напряжением?

5. Полное сопротивление цепи переменного тока.

6. Обобщенный закон Ома для цепи переменного тока.

7. Как на основании данных цепи переменного тока определить сдвиг фаз между током и напряжением?

8. Что такое резонанс напряжений и токов? Условие его возникновения.

9. Что представляет собой простейший колебательный контур? От чего зависти частота собственных колебаний колебательного контура?

10. В чем сущность явления резонанса электромагнитных колебаний? Когда он наступает?

11. Объяснить принцип действия генератора электрических колебаний.

12. Каково назначение терапевтического контура?

13. Каково условие резонанса колебательного контура генератора и терапевтического контура?

14. Магнитное поле как вид материи. Условия его существования.

15. Действие магнитного поля на движущийся заряд.

16. Вихревые токи.

17. Закон Джоуля-Ленца.

18. Вывод уравнения тепловыделения при индуктотермии.

19. Вывод уравнения тепловыделения при УВЧ-терапии.

20. Каковы меры безопасности при работе с аппаратами УВЧ и ИКВ?

Краткая теория

После изобретения радио, по мере создания все более мощных радиопередатчиков, у людей, работающих на радиостанциях, стали наблюдаться странные явления: отмечались главным образом нарушения нервной системы, а у лиц, долгое время работающих на радиостанции, часто повышалась температура.

Это наблюдение послужило толчком для тщательного и кропотливого изучения физиологического воздействия электромагнитных излучений. Как показали исследования, у людей электромагнитные волны могут вызывать головную боль, беспокойство, ощущение страха и целый ряд других неприятных симптомов. Мощные электромагнитные излучения приводят к гибели подопытных животных, тогда как под воздействием более слабых электромагнитных излучений рост гусениц тутового шелкопряда ускоряется; из яиц попугая птенцы вылупляются раньше срока; новорожденные мышата быстрее прибавляют в весе.

Из физики известно, что если радиоволны поглощаются какой-то средой, то энергия волны переходит в тепловую и среда нагревается. Ученые предположили, что наблюдаемые явления связаны с тепловым эффектом. В 30-е годы Коваршик проделал следующий опыт: в ванну с дистиллированной водой при температуре 24^о он пускал рыб и подвергал их воздействию электромагнитного излучения такой интенсивности, что температура рыб повышалась до 40^о. Рыбы погибали через несколько минут, причем температура воды повышалась лишь на десятые доли градуса. Затем в ванну помещали рыб, но воду предварительно нагревали до 40^оС. И в этом случае - уже без электромагнитного излучения! - рыбы также погибали через несколько минут.

Таким образом, ученому удалось доказать, что гибель рыб вызвана не каким-то специфическим воздействием, а исключительно тем, что их температура резко повысилась.

Во время второй мировой войны солдаты, обслуживающие радиолокационные устройства, обнаружили, что микроволновое излучение радиолокаторов действует согревающе: в зимние месяцы они обогревали в пучке излучения локатора озябшие руки, холодные пальцы ощущали приятное тепло. Так отпало подозрение, что сотрудники радиостанций испытывают какое-то специфически вредное воздействие электромагнитного поля. Одновременно некоторые прозорливые исследователи осознали пользу, которую может принести тепловой эффект для лечения больных.

Тепло используется в лечебных целях с незапамятных времен. Достаточно вспомнить нагретый кирпич, горячую ванну, различные припарки - каждое из этих средств предназначено для согревания какой-либо части тела, т.е. для искусственного повышения локальной температуры.

Однако, общий недостаток традиционных методов обусловлен тем, что тепловая энергия поступает в организм от источника тепла, находящегося вне его (например, от грелки), путем теплопередачи. Поэтому ткани нагреваются неравномерно; согреваются главным образом кожа и прилегающая к ней жировая клетчатка, а также поверхностно расположенные мышцы, тогда как температура более глубоких тканей и органов (мышц, суставов) почти не изменяется, хотя, как правило, именно они нуждаются в воздействии тепла. Чтобы на несколько градусов повысить температуру в глубоко расположенных тканях, на поверхность тела следовало бы поместить источник тепла с температурой до 70-80^оС. По вполне понятным причинам это невозможно (опасность ожога и сильная боль).

Сказанное позволяет понять удовлетворение ученых, установивших, что с помощью электрического тока можно добиваться повышения температуры внутри живого организма, в глубоко лежащих тканях.

Прежде, чем перейти к физиологическим воздействиям конкретных высокочастотных методов необходимо рассмотреть способы получения высокочастотных электрических, магнитных и электромагнитных полей.

Получение высокочастотных электрических колебаний

Высокочастотные электрические колебания и электромагнитные волны принято подразделять по частоте на следующие диапазоны:

· высокой частоты (ВЧ) - от 0,2МГц до 30МГц;

· ультравысокой частоты (УВЧ) - от 30МГЦ до 300МГц;

· сверхвысокой частоты (СВЧ) - свыше 300МГц.

Медицинские приборы, в которых используются электрические колебания диапазонов ВЧ и УВЧ, построены на одном общем принципе – они имеют генератор электрических колебаний, энергия от которого подводится к больному при помощи терапевтического контура.

Генератор высокочастотных электрических колебаний,

используемый в аппаратах для высокочастотной электротерапии

Принцип работы генератора электрических колебаний в установившемся режиме легко понять из простейшей схемы, изображенной на рис.1 (см. также учебник физики Ливенцев, гл. 9 и гл. 12).

Терапевтический контур состоит из катушки ( ), индуктивно связанной с катушкой (LГ) колебательного контура генератора, конденсатора переменной емкости (С_n) и электродов (Э). Электроды представляют собой в электрическом отношении либо емкость ( ), как у аппаратов типа УВЧ, либо индуктивность, как у аппаратов типа ИКВ, либо и то и другое. Таким образом, в терапевтическом контуре создаются вынужденные колебания с частотой изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке ( ), т.е. с частотой колебаний генератора. Для того, чтобы в терапевтический контур отдавалась существенная часть энергии и на электродах создавались значительные электрические или магнитные поля, необходимо настроить его в резонанс с генератором. В аппаратах УВЧ это делается при помощи конденсатора переменной емкости (С_n) (следует помнить, что общая емкость терапевтического контура складывается из параллельно включенных (С_n) и ( ), т.е. )**. Такая настройка производится в начале каждой процедуры заново, поскольку емкость системы «электроды-пациент» - ( ) будет всякий раз разной.

(**) В параллельном колебательном контуре, при совпадении частоты генератора ( ) с собственной (резонансной) частотой колебательного контура ( ), происходит резкое увеличение амплитуды напряжения на элементах схемы, а, следовательно, и напряженности (Е) электрического поля между обкладками конденсатора – электродами терапевтического контура. Резонансная частота ( ) может быть определена по известной формуле:

где ёмкость , (определяются через геометрические и электрические параметры тела, помещенного между электродами (обкладками) см. также рис. 1.)

LГ

LОС СЭ

LK СГ СП Е d

Рис. 1.

Другая важная функция терапевтического контура - обеспечение электробезопасности, так как индуктивная связь исключает возможность попадания пациента под высокое напряжение цепей питания генератора.

В аппаратах СВЧ-диапазона используются несколько иные принципы генерации и отвода мощности от генератора. В них вместо колебательного контура используется резонатор, а вместо электродов - волноводы.

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1197; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!