Лекции по "Биофизике"

Скорость распространения  УЗ и их поглощение существенно зависят  от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики.

При распространении  ультразвука в среде возникают  зоны сжатия и разряжения, которые  приводят к образованию разрывов жидкости – кавитации.

Кавитации существуют недолго  и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, что приводит к разогреванию вещества, а также ионизации и диссоциации молекул.

Применение  ультразвука в медицине можно  разбить на два основных направления: диагностику и терапию.

К первому направлению  относятся локационные методы с использованием главным образом импульсного излучения. Это эхоэнцефалография, ультразвуковая кардиография, в офтальмологии – для определения размеров глазных сред.

Основное применение ультразвука  в терапии основано на механическим и тепловым действием на ткани. При операциях ультразвук применяют как ультразвуковой скальпель.

 

63. Инфразвук.  Физическая характеристика инфразвука. Биофизическое действие ультразвука. ((Рем.,стр168)

Инфразвук – механические колебания с частотой меньше 20 Гц. Человеческое ухо не способно воспринимать такие колебания.

Источники инфразвука могут быть природными (грозовые разряды, землетрясения) и искусственными (взрывы, насосы).

Свойства: слабо поглощается (поэтому распространяется на большие расстояния), хорошо дифрагирует ( т.е. огибает препятствия),

Биофизическое действие связано с резонансными явлениями, которые возникают в некоторых системах организма из-за близости собственных частот к частоте инфразвуковых колебаний. Частота собственных колебаний тала человека в положении лёжа – 3-4 Гц, стоя – 5-12 Гц, грудной клетки и отдельных органов брюшной полости – 3-8 Гц.

 

64. Электропроводность биологических тканей. Физические основы реографии. Импеданс биологических тканей.(Губанов: С.217-230)

Электрические свойства биологических объектов (БО ) изменяются при действии различных физических и химических факторов внешней и внутренней среды организма: температуры, объема, концентрации электролитов, содержания форменных элементов крови, изменения структурных параметров тканей и др. Т.о., электрические свойства БО несут информацию о показателях нормального функционирования и о возможных патологических отклонениях.

Полное сопротивление ткани электрическому току Z имеет две составляющих: омическое сопротивление Ro и емкостное сопротивление Хс и находится по формуле:

Z= Ö Ro² + Хс ², емкостное Хс сопротивление находится по формуле:

Хс= 1 / wC , где w -             циклическая частота и она связана с частотой f, тока проходящего через ткань следующей зависимостью: w = 2Pf

1.  Наиболее характерным свойством живых тканей является дисперсия электропроводности, которая присуща только живым тканям.

Дисперсия – это зависимость электрических свойств живых тканей от частоты проходящего тока. Различают три вида дисперсии электропроводности биологических тканей a-,b- и g-. Первой области дисперсии соответствует диапазон частот до 1000 Гц, второй области от 1 кГц до 10 МГц  и третьей- свыше 1000 МГц.

Реография основана на выделении из комплексного электрического сопротивления биологических тканей переменной компоненты активной (омической) составляющей  сопротивления (импеданса), которая наиболее тесно связана с пульсовыми колебаниями кровенаполнения. Выделение полезного сигнала с графической регистрацией его и лежит в основе реографии. Омическая составляющая выделяется благодаря выбору такой частоту переменного тока (от 30 до 200 кГц ), которая  позволяет существенно уменьшить вклад в общее сопротивление емкостной составляющей.

66. Физические процессы в биообъектах под действием постоянных и переменных электрических полей.

Человеческий организм в значительной степени состоит  из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах

Под влиянием постоянного  электрического поля ионы движутся с  разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя  встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей.

Воздействие постоянного  тока на организм зависит от силы тока, поэтому весьма существенно электрическое  сопротивление тканей и, прежде всего кожи. Влага, пот значительно уменьшают сопротивление, что даже при небольшом напряжении может вызвать значительный ток через организм. Непрерывный постоянный ток напряжением 60—80 В используют как лечебный метод физиотерапии (гальванизация).

Гальванизацию и электрофорез лекарственных веществ можно осуществлять с помощью жидкостных электродов в виде ванн, в которые погружаются конечности пациента.

В связи с развитием  радиолокационной техники (мощности этих генераторов возрастают  каждые три-четыре года в 10 раз), средств связи, промышленных установок, работающих на  УКВ и СВЧ, особенно актуальным стало изучение биологического действия этого диапазона электромагнитного спектра.

Прежде всего, волны  этого диапазона вызывают нагревание тканей. Возникновение тепла связано с колебаниями ионов и дипольных молекул воды. Мощность электромагнитной энергии, поглощаемая организмом, зависит от частоты колебаний. При частоте ниже 400 Мгц и выше 3000 Мгц тело поглощает около половины энергии колебаний. Остальная часть либо проходит насквозь (при более низких частотах), либо отражается от поверхности кожи (более высокие частоты). В диапазоне частот 1000 — 3000 Мгц поглощаемая энергия излучения приближается к 100%,  в зависимости от толщины кожи и подкожного жира; при частотах ниже 1000 Мгц большая часть лучистой энергии превращается в тепло в глубоко лежащих тканях (при 300 Мгц большая часть тепла образуется на расстоянии 3—4 см от поверхности тела).  При частотах выше 3000 Мгц тепло образуется главным образом у поверхности тела.

Повышение температуры  разных тканей зависит от степени  поглощения энергии волн, теплопроводности и кровоснабжения. Эксперименты показали, что глаза и семенники наиболее чувствительны к воздействию СВЧ, так как не обладают достаточно мощной сосудистой системой для обмена тепла с окружающими тканями. Ряд ферментов глаза особенно чувствителен к теплу. Облучение достаточно большой мощности ведет к помутнению хрусталика (катаракте). Таким образом, основные физические процессы в биообъектах под действием постоянных и переменных магнитных полей – поляризация и нагрев.

67. Общая характеристика медицинской электронной аппаратуры.

В целом под  МТ понимают совокупность всех технических  средств, предназначенных для специального применения в медицине.

Медицинская техника  классифицируется по основным и вспомогательным  признакам.

К основным  признакам  относятся:

• 1) назначение средств медтехники,
• 2) их структура,
• 3) используемые  виды  энергии.

К вспомогательным признакам  относятся:

• принцип применимости, т.е. индивидуальный или групповой и т.д.
• особенности эксплуатации (надежность, долговечность).

Принципы классификации  МТ по структуре.

МТ включает в себя: инструменты, аппараты, приборы, оборудование и комплексы.

 Медицинские аппараты – устройства, генерирующие энергию или преобразующие ее, и воздействующие на организм в целом или избирательно с помощью специальных технических средств.

Медицинские приборы – устройства, имеющие составной частью технические средства для измерения, приема и обработки физиологических параметров организма.

Инструменты – технические средства, с помощью которых производится непосредственное воздействие на организм.

Оборудование – это устройство, предназначенное для размещения больного или проведения необходимых манипуляций связанных с изменением положения больного.

Комплексы – совокупность технических средств функционально связанных между собой, составляющих единое целое и предназначенных для обеспечения заданного лечебного процесса или другой медицинской задачи.

Медицинские аппараты по характеру воздействия на организм делятся на две группы:

1. аппараты, воздействующие на организм,
2. аппараты, замещающие функцию организма.

Энергия аппаратов первой группы направлена на восстановление функций организма. Это аппараты для физиотерапии, механического воздействия на ткани, для реанимации и т.д.

Энергия аппаратов второй группы направлена на поддержание и  замещение функций отдельных  органов. К этой группе относятся  аппараты искусственного кровообращения, искусственной почки, протезы конечностей и т.д.

Аппараты, воздействующие на организм делятся по назначению на:

Терапевтические и диагностические. Терапевтические делятся на: аппараты работающие на электрической энергии  и на механической.

Аппараты на электрической  энергии подразделяются на: низкочастотные, высокочастотные, светолечебные, рентгеновские, радиологические.

Механической аппаратуры на – механические, гидравлические и газовые аппараты.

Газовые аппараты с использованием механической энергии, при своем  воздействии на организм используют различные рабочие тела. Под агрегатным состоянием рабочего тела понимают физический субстрат, который непосредственно соприкасается с организмом. Он может быть твердым, жидким или газообразным. Соответственно различают следующие виды терапевтических аппаратов:

• механические аппараты, которые включают соответственно: массажные, механотерапию, искусственную вентиляцию легких и т.д.
• гидравлические аппараты, например, для вытягивания позвоночника в водной среде и т.д.
• газовые терапевтические аппараты, представляющие собой газодыхательные устройства, в которых воздействие на организм человека осуществляется с помощью рабочего тела в виде отдельного газа, смеси газов, паров жидкостей, или смеси газов и твердых аэрозольных частиц.

68. Надежность и электробезопасность. Использование в диагностике и физиотерапии.

Требование к электронной  медицинской аппаратуре — сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением. Для этого:

1. Изолируют части приборов и аппаратов, находящихся под напряжением, от корпуса аппаратуры;
2. Делают заземление или зануление приборов.

По степени защиты от поражения током выделяют 4 типа приборов:

1.Изделия с нормальной  степенью защиты (бытовой);

2.Изделия с повышенной  степенью защиты;

3.Изделия с изолированной  рабочей частью;

4.Изделия с наивысшей  степенью защиты и изолированной  рабочей частью.

Надёжность медицинской  аппаратуры — способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение определённого интервала времени. Определяется параметрами: вероятностью безотказной работы и интенсивностью отказов.

69. Электроды. Датчики. Их основные характеристики и требования к ним.

Электроды – это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой. Электроды используют в диагностике не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия, например, в реографии. В медицине электроды используют также для электромагнитного воздействия на биообъекты с целью лечения и при электростимуляции. К электродам предъявляются определенные требования: они должны быстро фиксироваться и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не создавать помех, не раздражать биологическую ткань и т.п. Важной проблемой, относящейся к электродам для съема биоэлектрического сигнала, является минимизация потерь полезной информации, особенно на переходном сопротивлении электрод – кожа.

Датчик — (преобразователь медицинской информации) —устройство съема информации, осуществляющий преобразование измеряемой величины в форму, удобную для последующего усиления, регистрации, обработки и т. д.

Тип и конструкция  датчика зависят от вида необходимого преобразования, т. е. определяются конкретными физическими представлениями входного неэлектрического сигнала и выходного электрического сигнала, а также зависят от условий работы датчика.

Датчики медико-биологической  информации можно разделить на две  группы: биоуправляемые и энергетические.    

Биоуправляемые датчики изменяют свои характеристики непосредственно под влиянием медико-биологической информации, поступающей от объекта измерения. В свою очередь биоуправляемые датчики подразделяются на активные (генераторные) и пассивные (параметрические).