Лекции_Медицинская физика

41

и – длительность импульса;

Т– период;

0,8Umax / ф – крутизна фронта;

Q T / u – скважность следования импульсов;

K 1 – коэффициент заполнения.

Q

3. Импульсная электротерапия.

Электросонтерапия – метод лечебного воздействия на структуры головного мозга. Применяют прямоугольные импульсы с частотой 5–160 Гц и длительностью 0,2–0,5 мс. Сила тока составляет 1–8 мА.

Транскраниальная электроанальгезия – метод лечебного воздействия на кожные покровы головы импульсными токами, вызывающими обезболивание или снижение интенсивности болевых ощущений.

Используют:

а) прямоугольные импульсы напряжением до 10 В частота 60–100 Гц,

длительность 3,5–4 мс, следующие пучками по 20–50 имп.

б) прямоугольные импульсы переменной скважности: частота 150– 2000 с-1; напряжение 20 B; ток 1 мА; длительность u = 0,15–0,5 мс. Подбор индивидуален.

Электростимуляция используется для восстановления.

Электропунктура – воздействие на биологически активные точки. Эти точки имеют повышенную электропроводность. Напряжение 2 В. Электрод в руке. Второй электрод – щуп. Есть разброс по степени воздействия,

зависящий от состояния пациента и силы прижима щупа.

Для электропунктуры используют импульсные и переменные токи.

§ 20. Электромагнитные волны

Электромагнитная волна – это электромагнитные колебания,

распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью и переносящие энергию.

42

Волна имеет две составляющих: электрическую E и магнитную B. Они обе изменяются по гармоническому закону

E Emax cos( (t x/ ));

B Bmax cos( (t x/ ));

Модули векторов E и B связаны соотношением:

0 E2 B2 / 0

Ввакууме скорость электромагнитных волн равна скорости света.

Показатель преломления среды n ;

Свойства электромагнитных волн:

-частично поглощаются диэлектриком;

-практически полностью отражаются металлами;

-преломляются на границе диэлектриков;

-есть дифракция, интерференция.

Вмедицине принято следующее условное разделение по частотным диапазонам:

1. Низкие частоты (НЧ) – до 20 Гц.

2. Звуковые частоты (ЗЧ) – 20-20000 Гц.

3. Ультразвуковые (УЗЧ) или надтональные частоты – 20-200 кГц. 4. Высокие частоты (ВЧ) – 200 кГц-30 МГц.

5. Ультравысокие частоты (УВЧ) – 30 МГц-300 МГц. 6. Сверхвысокие частоты (СВЧ) – 300 МГц-300 ГГц. 7. Крайневысокие частоты (КВЧ) – свыше 300 ГГц.

§ 21. Физические процессы в тканях при воздействии током и

электромагнитными полями

Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в обменных процессах. Под действием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран,

образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким

44

самостоятельно освободиться от проводника.

Для мужчин эта величина 10-15 мА. Превышение ПНТ губительно

(паралич дыхательных мышц, фибрилляция сердца). Пороговые значения зависят и от длительности импульса.

Воздействие токами высокой частоты.

При частотах более 500 кГц смещение ионов становится соизмеримым с их смещением в результате молекулярно – теплового движения.

Первичным эффектом в этом случае является тепловое воздействие.

Постоянный ток, токи НЧ и ЗЧ для нагрева не пригодны.

Преимущества перед грелкой:

-Образование теплоты во внутренних частях организма.

-Меняя частоту можно осуществлять термоселективное воздействие.

-Можно дозировать нагревание, регулируя мощность.

-Активировать внутримолекулярные процессы, которые приводят к специфическим эффектам.

Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в следующих физиотерапевтических процедурах :

Диатермия – (сквозное прогревание) – получение теплового эффекта в глубоколежащих тканях. Частоты 1-2 МГц; напряжение 100-150 В; сила тока

1-1,5 А. При этом сильно нагреваются кожа, жир, кости, мышцы (большое R),

меньше - органы богатые кровью или лимфой: лёгкие, печень, лимфоузлы.

Недостаток – непродуктивное выделение теплоты в слое кожи и подкожной клетчатке.

Местная дарсонвализация – местное воздействие на отдельные участки тела слабым импульсным переменным током высокого напряжения (частота

100-4000 кГц; сила тока 10-15 мА, напряжение – десятки кВ). Здесь формируется искровой разряд, вызывающий деструкцию оболочек микроорганизмов и их гибель.

Диатермокоагуляция – прижигание, сваривание ткани, ток до

6-10 мА/мм2. Температура ткани повышается и она коагулирует.

45

Диатермотомия – рассечение тканей при помощи электрода в форме лезвия. Плотность тока до 40 мА/мм2. Мало кровопотерь.

§ 23. Действие магнитного поля

Действие магнитного поля (МП) на биологические объекты обусловлено электродинамическими изменениями биологических структур.

Это вызывает конформационные перестройки структур тканей,

модифицирует биохимические реакции и биологические процессы.

1. Постоянное МП. Магнитотерапия – для этого используют магнитоэласты – смесь полимера с ферромагнитным наполнителем (имеют множество локальных магнитных полюсов).

-Наборы эластичных магнитов в корсете – это радикулитный пояс

(магнитная индукция – B = 8-16 мТл).

-Магниты кольцевые, пластинчатые, дисковые (B = 60-130 мТл).

-Микромагниты – намагниченные иглы, шарики, клипсы для магнитопунктуры (B = 60-100 мТл).

-Магнитные браслеты для запястья (B = 20-70 мТл).

2.Импульсное МП. Импульсная магнитотерапия. В лечебном деле используют импульсы низкой частоты 0,125-1000 имп./с. Магнитная индукция до 100 мТл. Действующим фактором являются вихревые электрические поля, индуцируемые в тканях импульсным МП. Вихревые поля вызывают круговые движения зарядов (токи Фуко).

3.Высокочастотная (ВЧ) магнитотерапия. Как и в предыдущем случае в проводящих тканях образуются вихревые токи (токи Фуко), нагревающие объект. При ВЧ терапии больше теплоты выделяется в тканях с меньшим удельным сопротивлением. Сильнее нагреваются ткани богатые сосудами,

например, мышцы. Жир, кости нагреваются меньше. Используются частоты

10-15 МГц.

Нагрев ткани происходит на 2-4 градуса на глубину 8-12 см.

Повышается также температура тела пациента на 0,3-0,9 градусов.

46

§ 24. Действие постоянного электрического поля

Франклинизация – лечебное воздействие постоянным электрическим полем высокой напряжённости. В аппаратах для франклинизации имеются электроды разной формы с иглами на концах. Постоянное напряжение,

создаваемое на концах электродов при общей франклинизации

(электростатический душ) достигает 40-50 кВ, при местной 10-20 кВ. Во всех случаях сила тока не превышает 1 мА. При этом в тканях человека возникают токи проводимости плотностью до 5 мА/м2;

Лампа Чижевского (аэроионизатор) – это высокочастотный генератор,

который применяют для групповых процедур. Эта система предназначена для получения озона, оказывающего биологическое действие. Аэроионизатор Чижевского подаёт высокое постоянное напряжение на люстру, снабженную большим количеством острых окончаний – игл, на которых возникает тихий разряд, являющийся источником ионов. Формируется поток озона и аэроионов. Воздействию подвергаются лицо, воротниковая зона, верхние дыхательные пути.

§ 25. Действие переменного электрического поля (УВЧ)

УВЧ – терапия – лечебное использование электрической составляющей переменного электромагнитного поля ультравысокой частоты.

При этом биологическая система помещается между плоскими электродами,

которые не касаются тела. Электроды могут накладываться различными способами. Используемые частоты 40-50 МГц. В России используется частота 40,58 МГц, длина волны 7,37 м. Используются также частоты

27,12 МГц, длина волны 11,05 м. Это международный стандарт.

В проводящей среде (электролит) высокочастотное поле вызывает колебательное движение ионов, то есть ток проводимости. Это сопровождается тепловым эффектом.

Рассмотрим диэлектрик, находящийся в поле УВЧ. Под действием поля происходит структурная и ориентационная поляризация молекул. При этом происходит колебательное движение молекул, которое сопровождается

47

выделением теплоты.

При УВЧ терапии диэлектрические ткани нагреваются интенсивнее проводящих. Тепловой эффект не всегда является главной целью УВЧ процедуры. Во многих случаях важным является воздействие на физиологическое состояние клетки, которое может изменяться при колебаниях полярных молекул в УВЧ электрическом поле.

§ 26. Действие СВЧ волн

Дециметровая терапия. Частота 460 МГц, длина волны 65,2 см. Под действием таких волн в тканях организма возникают ориентационные колебания дипольных молекул связанной воды.

Микроволновая (сантиметровая) терапия. Частота 2375 МГц, длина волны 12,6 см. В первичном действии дециметровых и сантиметровых волн принципиальных различий нет.

Максимальное поглощение энергии СВЧ – волн, а, следовательно, и

большее выделение тепла, происходит в органах и тканях богатых водой

(кровь, лимфа, мышечная ткань, паренхиматозные органы).

В костной и жировой ткани воды меньше, они нагреваются меньше.

Процедуры СВЧ – терапии проводят по двум методикам:

-дистанционная, когда между биологическим объектом и излучателем расстояние не превышает 5 см (отражение до 70-80%).

-контактная – излучатель размещают на теле или вводят внутрь.

Сантиметровые волны проникают в мышцы и кожу до 2 см, в жировую

ткань около 10 см.

Дециметровые волны проникают на глубину в два раза больше.

§ 27. Импеданс тканей организма. Реография

По электрохимическим свойствам ткани организма представляют собой разнородную среду, в которую входят электролиты. Ткани состоят из клеток, важной частью которых являются мембраны. Двойной фосфолипидный слой мембраны обладает ёмкостным сопротивлением

(конденсатор). Индуктивность тканей близка к нулю. То есть импеданс

48

тканей определяется только активным и ёмкостным сопротивлениями.

Электрическая схема биологических тканей содержит активное и ёмкостное сопротивление (рис. 27). Кривая

1 описывает зависимость импеданса от частоты для живой ткани. Кривая 2 соответствует

мёртвой ткани. В мёртвой ткани разрушены мембраны, и она не обладает ёмкостным сопротивлением.

По частотной зависимости импеданса можно оценивать жизнеспособность ткани, что важно при пересадке органов. Различия в частотных зависимостях импеданса имеют место при сравнении здоровой и больной ткани.

Реография – диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности.

Импеданс тканей и органов зависит от их физиологического состояния,

от степени наполнения кровеносных сосудов, находящихся в этих тканях. Во время систолы полное сопротивление ткани уменьшается, а при диастоле увеличивается. Это используется в диагностических целях.

Для реографии применяют переменный ток с частотой 20–30 кГц и измеряют полное сопротивление определённого участка ткани в течение цикла сердечной деятельности. С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограммы), сердца

(реокардиограммы), магистральных сосудов, лёгких, печени, конечностей.

Исследование реограмм применяют в диагностике заболеваний периферических кровеносных сосудов, сопровождающихся изменением их эластичности, сужением артерий и так далее.

§ 28. Физические основы зрения

Глаз, как оптическая система состоит из следующих элементов

(рис. 28):

3. Радужная оболочка с отверстием – зрачком (4).

Радужная оболочка представляет собой мышечное кольцо, окрашенное пигментом. Это кольцо, сжимаясь или растягиваясь, меняет размеры зрачка и тем самым величину светового потока, попадающего в глаз.

5.Хрусталик – природная прозрачная двояковыпуклая линза диаметром 8

–10 мм, имеющая слоистую структуру (n = 1,41) (Д = 20–30 дптр.).

6.Циллиарная связка, которая может натягиваться и расслабляться, меняя радиусы кривизны поверхности хрусталика. Полость между роговицей и хрусталиком (передняя камера) заполнена водянистой влагой (n = nводы) (Д = 2-4 дптр.).

7.Стекловидное тело (задняя глазная камера) – это стекловидное вещество (n = nводы) (Д = 6 дптр.). Роговица, передняя камера, хрусталик и стекловидное тело образуют оптическую систему, оптический центр которой

находится на расстоянии ~ 5 мм от роговицы (фокусное расстояние

F= 17,2 мм).

8.Сосудистая оболочка. Ей с внутренней стороны выстлана склера. Это тёмные пигментные клетки, препятствующие рассеянию света в глазу.

9.Сетчатка – представляет собой полусферу, состоящую из рецепторных клеток, которые образуются при разветвлении зрительного