Практическая работа №

 

«Изучение аппарата для ДМВ-терапии»

 

 

Приборы и принадлежности: аппарат для ДМВ-терапии ДМВ-01 «Сол-нышко», кювета с электролитом и диэлек-триком, два термометра, набор электродов, скоростной осциллограф С7-19, делитель напряжения.

 

Цель работы: Ознакомление с физическими и биофизическими основа-ми метода ДМВ-терапии; ознакомление с принципом действия аппарата для ДМВ-терапии; исследование про-странственного распределения его электромагнитного поля; исследование теплового воздействия переменного электромагнтного поля ДМВ на диэлектрики и электро-литы.

 

Физические и биофизические основы метода

 

Электромагнитное поле дециметрового диапазона образовано излучате-лем, соединённым с генератором. Распространение его зависит от формы, ве-личины и расположения излучателя (рис.1).Металлические предметы вызы-вают концентрацию и искажение линий поля (вследствие электризации через влияние), поэтому в области их нахождения возможен перегрев тканей. По этой причине металлические предметы, находящиеся у больного, должны быть удалены из зоны воздействия.
Известно, что органические вещества (белки, жиры, углеводы), из кото-рых состоят живые ткани, в чистом и сухом виде являются диэлектриками. Однако все ткани и клетки в организме содержат или омываются жидкостями (кровь, лимфа, различные тканевые жидкости), в состав которых, кроме орга-нических коллоидов, входят растворы электролитов. Поэтому эти жидкости являются относительно хорошими проводниками. Различные ткани организма имеют различную электропроводность:
Рис.1

• Спинно-мозговая жидкость – 1,4–1,8 Ом–1м–1;
• Кровь (мышцы) – 0,5–0,6 Ом–1м–1;
• Костная ткань (без надкостницы) – 10–7 Ом–1м–1;
• Жировая ткань – 0,03 Ом–1м–1;
Биологические объекты – гетерогенные (неоднородные по составу и свойствам) структуры. В большей степени это обусловлено наличием мем-бран. К ним относятся клеточные поверхностные мембраны и мембраны, ок-ружающие клеточные органоиды и образующие эндоплазмотическую сеть (эндо – внутренний).
Под действием электромагнитного поля в диэлектриках происходит смещение и ориентация зарядов в пределах атома или молекулы – поляриза-ция диэлектрика. Время, в течение которого происходит образование и (или) ориентация электронная, ионная, ориентационная, макроструктурная, поверх-ностная) в той или иной мере присущи биологическим объектам.
Макроструктурная поляризация происходит во всём объёме клеток вследствие неоднородности электрических свойств клеток. Под действием внешнего электромагнитного поля внутри отдельных структурных элементов клеток, ограниченных мембранами, происходит перемещение свободных за-рядов – ионов, вследствие чего эта структурная единица превращается в мак-роскопический электрический (содержащий много атомов и молекул) диполь.
Поверхностная поляризация происходит на поверхностях, имеющих двойной электрический слой (например, мембраны). При наложении внешнего электрического поля на поверхностях раздела происходит перераспределение ионов и частиц дисперсной фазы, заряженных противоположно.
Время релаксации:
Электронной поляризации 10–16–10–14 с;
Ионной поляризации 10–14–10–12 с;
Ориентационной поляризации 10–13–10–7 с;
Макроструктурной поляризации 10–8–10–3 с;
Поверхностной поляризации 10–3–100 с.
Поглощение энергии электромагнитного поля происходит засчёт ионной проводимости и диэлектрических потерь, а также резонансного механизма. Колебательное движение заряженных частиц при этом сопровождается образованием тепла и физико-химическими сдвигами.
При ДМВ-терапии количество поглощённой энергии плохо проводящи-ми тканями превосходит таковое для жидких сред (кровь, лимфа и т.п.). По-этому максимальное поглощение энергии при ДМВ-терапии происходит в коже, нервной, соединительной, жировой и костной тканях, в которых, естественно, происходит и большее теплообразование. Количество образующегося тепла возрастает с увеличением частоты и напряженности электромагнитного поля, а также определяется биофизическими свойствами тканей, прежде всего диэлектрической проницаемостью и электропроводностью. Нагрев тканей зависит и от расположения электродов по отношению к телу больного: наибольшее выделение тепла происходит у излучателей и на поверхности тела, а в глубине ткани оно резко уменьшается.
Основными проявлениями специфического (осцилляторного) действия электромагнитного поля ДМВ диапазона считают изменения коллоидного состояния клеток и межклеточной жидкости, усиление дисперсности белков и фосфолипидов, также уменьшения вязкости среды, изменения РН и гидратации тканей, активацию ион-транспортных систем клеточных мембран, повышение активности некоторых ферментов.
Электромагнитному полю ДМВ как лечебному фактору присуще прежде всего противовоспалительное, болеутоляющее, бактериостатическое, проти-воотёчное, сосудорасширяющее и трофикорегенераторное действие (восста-навливающее нервную систему).
Поэтому ДМВ-терапия применяется при лечении воспалительных про-цессов в костях, тканях и суставах, невралгии, бронхиальной астме и многих других.
Рассмотрим механизм действия электромагнитного поля ДМВ диапазона на растворы электролитов и диэлектриков на основе количественных оценок.
Нагревание электролитов в поле происходит за счёт движения ионов, т.е. токопроводимости. При этом энергия тока переходит во внутреннюю.
Мощность, выделяемая в электролита,
, где
Е – эффективное значение напряжённости электрической составляющей поля;
- удельное сопротивление электролита.
Под действием электромагнитного поля в диэлектрике происходит не-прерывная переориентация дипольных молекул. Колебания диполей отстают по фазе от колебаний напряжённости поля. Тепловая мощность, выделяемая в диэлектрика,
, где
- циклическая частота колебаний вектора напряжённости;
- относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;
Е – эффективное значение напряжённости поля;
- электрическая постоянная;
- угол диэлектрических потерь.
В состав организма входят ткани, обладающие свойствами, как электро-литов, так и диэлектриков. Следовательно, под воздействием поля ДМВ диа-пазона в тканях выделяется (в расчёте на ) тепловая мощность
.

Вся электрическая схема аппарата смонтирована в металлическом кор-пусе, отдельные элементы экранированы. Элементы управления находятся на передней панели и имеют соответствующие надписи.
Для изучения теплового воздействия электромагнитного поля ДМВ на электролиты и диэлектрики на излучатели устанавливаются кюветы из орг-стекла с исследуемыми жидкостями. Количество жидкостей в кюветах подби-рается так, чтобы их теплоёмкости были одинаковы. Для этого используются таблицы теплоёмкостей веществ и их плотностей (справочник). Изменение температуры фиксируется термометрами перед началом опыта и сразу после окончания.

Принцип работы осциллографа. Анализ сигнала.

Принцип работы осциллографа заключается в визуальном отображе-нии электриче¬ских сигналов. По вертикальной оси откладываются напряжения сигналов (их еще назы¬вают амплитудами), а по горизонтальной оси — время. Сигнал на экране прибора всегда отображается слева направо, т.е. в этом направлении идет временная шкала.
Основным предназначением осциллографа является возможность изучения формы
сигнала. Формы четырех наиболее распространенных сигналов изобра-жены на рис. 10.9.

Сигнал постоянного тока

Сигнал переменного тока

Цифровой сигнал

Импульсный сигнал
Рис. 10.9. Четыре наиболее распространенных типа сигналов

Постоянное напряжение (напряжение постоянного тока). Прямая горизонтальная линия. Единственным важным ее параметром является амплитуда, т.е. уровень сиг-нала над осью X.
Сигналы переменного тока. Форма сигнала, изображенного на рисунке, называется синусоидой. Она является наиболее распространенным видом переменного сигнала. Изображенный сигнал непрерывно изменяется во времени, но может также иметь любую частоту.
Цифровые сигналы. Они представляют собой сигналы с переменной амплиту¬дой, которая может иметь лишь два значения: низкий уровень (0 В) и высокий (напря-жение источника питания). Цифровая схемотехника интерпретирует сигнал по час-тоте и по заполнению периодов импульсами. Так, компьютер перекачивает файлы с подключенной к нему цифровой камеры именно в виде подобных сигна¬лов. Частота цифровых сигналов также может быть очень большой, обеспечивая высокую скорость передачи данных за короткий промежуток времени.
Импульсные сигналы. Они представляют мгновенные перепады уровней на-пряжения между состояниями логических единицы и нуля. Большинство импульс-ных сигналов являются цифровыми и часто служат для контроля времени, как стартовый пистолет на стадионе перед забегом. Как только судья делает выстрел из пистолета (начинается импульс), какие-то узлы и компоненты схемы начинают работать и, быть может, генерировать новые сигналы.

Измерение амплитуды

Пусть, к примеру, сигнал имеет размах 0,5 В от верхушки положительного импульса до верхушки отрицательного при частоте 1000 Гц. Благодаря заранее установленной в положение 0,5 В ручке "Вольт/деление" и тому, что тестовый сигнал имеет такую же aмплитуду, высота линии на экране будет равна 1 клетке.
Уменьшая установленную величину "Вольт/деление", можно добиться уве¬личения сигна-ла на экране, что, в свою очередь, повышает точность наблюдений. К примеру, если тот же сигнал с размахом 0,5 В рассматривать при положении ручки "Вольт/деление" 0,1 В, то он будет занимать уже 5 клеток.

Измерение частоты

Поворачивая ручку развертки ("Время/деление"), можно рассмотреть сигнал под-робнее. Чем медленнее развертка, тем меньшую часть сигнала видно на экра¬не. Так, на-пример, при положении ручки 0,1 мс/дел., в каждой клетке видно час¬тоты до 10 000 Гц. При более быстрой развертке, скажем, 10 мкс/дел. каждая клетка соответствует уже 100 000 Гц.
Осциллограф отображает на экране временную развертку, т.е. период сигнала пере-менного тока, а не его частоту. Для преобразования одной физической величины в дру-гую нужно немного посчитать. Так, сигнал с частотой 50 Гц имеет период 0,02 с, как это можно определить из простейшей формулы:

Чтобы определить частоту по сигналу на экране осциллографа, нужно измерить рас-стоя¬ние между ближайшими максимумами или минимумами сигнала (то есть период— мини-мальный интервал времени между ближайшими повторяющимися точками периодического сигнала). Затем берем приве¬денную выше формулу и подставляем известный период. Если предположить, что ручка временной развертки была установлена в положение 10 мс/дел., то каждый период сиг¬нала будет занимать примерно 2 клетки на экране:

Так как ручка "Время/деление" стояла на отметке 10 мс, то нужно разделить полученное число на 0,01 (10 мс). В результате как раз и получим искомую частоту сигнала 50 Гц.

Порядок выполнения работы:

1. Настройка аппарата и подключение его к осциллографу:
а) Вывести ручку настройки мощности в крайнее левое положение.
б) Включить аппарат и прогреть его в течение около 5 минут. Подключить один из излучателей
в) Подготовить осциллограф к работе согласно инструкции по эксплуатации, подключить его к аппарату через делитель напряжения (рис 2).
г) С помощью регулировок добиться устойчивого изображения сигнала, зарисовать полученный сигнал, определить его амплитуду, частоту и период.

Рис. 2

2. Исследование теплового воздействия поля УВЧ на электролиты и диэлектрики:
а) Поместите кюветы с раствором поваренной соли (электролит) и касторовым мас-лом (диэлектрик) на один из излучателей аппарата;
б) Измерьте температуры и жидкостей в кюветах;
в) Включите аппарат и задайте время и мощность.
г) Снимите показания термометров через 10-15 мин. (при включенном аппарате);
д) Результаты измерений занесите в таблицу 2;

Электролит, °С
Диэлектрик, °С

е) По результатам опыта сделайте выводы.

Контрольные вопросы:
1. Что представляет собой аппарат ДМВ-терапии?
2. Как электромагнитное поле ДМВ диапазона воздействует на электролиты и ди-электрики?
3. Отчего зависит распределение электромагнитного поля ДМВ диапазона, созданного излучателем?