Вивчення будови та призначення апаратів УВЧ та НВЧ

УВЧ-терапія - лікувальний метод, у якому використовує вплив електричного поля ультрависокої частоти (від 30 до 300 МГц) на тканини організму.

Лікувальний фактор. Біологічні тканини знаходяться в електричному полі конденсатора, обкладинки якого - ізольовані пластини електродів. На ці пластини подається високочасто (v = 40,68 МГц) напруга амплітудою декілька сотень вольт. Для уникнення електричного контакту пацієнта з електродами (і, наслідок, виникнення УВЧ-струму провідності) електроди вкриті ізолюючим шаром діелектрика. Основним діючим фактором і цьому є струми зміщення, що виникають у біологічних тканні під впливом електричного поля змінної напруженості Е: j_зм = ε_oεsdE/dt.

Механізм прогрівання тканин. Струм зміщення існує, як напруженість електричного поля змінюється з часом. При збільшенні частоти (а, отже і швидкості зміни Е) струм зростає Величина струму зміщення суттєво залежить від типів зарядів, які знаходяться в електричному полі (іонів, диполів, мультиполів тощо), і особливостей їх поведінки у змінному електричне полі.

Прогрівання електроліту. У змінному електричному полі пруженості Е іони електролітів зміщуються у напрямку кулонівської сили F = qE. Якщо вважати, що сила, так само я напруженість, змінюється за гармонічним законом, то моя припустити, що іон здійснює коливально-поступальний j відносно положення рівноваги (рис. 4.12).

Кінетична енергія коливальної системи W_k (іон + гідратна оболонка) залежить від частоти й амплітуди коливань (Wk ~ω²А²), амплітуда коливання А залежить від Е, ω, маси системи та в'язкості середовища. Врахувавши, що кінетична енергія одиниці об'єму рідини дорівнює сумі енергій усіх частинок об'єму, можна показати, що кількість теплоти, виділена в одиниці об'єму за одиницю часу, визначається за формулою q ~nА²(ω) ω² = k(ω) ω² n Е², де n - концентрація іонів; k(ω) - коефіцієнт пропорційності. Із цієї формули видно, що результуючий ефект нагрівання залежить від частоти складним чином - при збільшенні ω, з одного боку, збільшується q пропорційно квадрату частоти ω²; з іншого боку, зі збільшенням частоти зменшується амплітуда коливань і, як наслідок, зменшується кінетична енергія. Якісний аналіз показує, що W_k набуває максимального значення (рис. 4.12, б) у деякому інтервалі частот [ω₀± ∆ω].

Прогрів діелектрика (вважаємо, що молекули діелектрика мають власний дипольний момент Р = ql). Полярні молекули (молекули води, білків, ліпідів тощо) у змінному електричному полі під впливом моменту сил М~РЕ здійснюють коливально-обертальний рух відносно осі, яка проходить через центр маси молекули (див. рис. 4.12, а).

Кінетична енергія системи у цьому випадку може бути оцінена за частотою обертання і моментом інерції молекули (точний розрахунок досить складний тому, що необхідно враховувати міжмолекулярні сили взаємодії). Приблизну величину для даного випадку можна оцінювати за струмами зміщення, які виникають у діелектрику за рахунок орієнтаційних (коливально-обертальних) рухів диполя: q = Ej_зм = k(ω)ωε_оεЕ², де k - коефіцієнт пропорційності. Тобто для діелектрика, який знаходиться в однорідному полі конденсатора, q визначається за формулою q = Ej_зм = k(ω)ωε_оεЕ².

Отже, прогрівання діелектрика буде залежати від амплітуди напруженості, діелектричних властивостей середовища та частоти. Кількісно залежність прогріву діелектрика від частоти описує крива, яка подібна до наведеної на рисунку 4.12, б, але з максимумом, зміщеним у бік більш високих частот.

Кількість виділеної теплоти в окремих структурах, ділянках тканини буде залежати від співвідношення об'ємів, які займають електроліти або полярні діелектрики.

Окрім теплового впливу на тканини, електричне УВЧ-поле чинить високоефективну специфічну дію на зміни певних біохімічних процесів у клітині за рахунок коливальної і коли­вально-обертальної дії на молекулярні структури, що в кінцевому результаті призводить до змін швидкості метаболічних реакцій і функцій клітинних структур і органів.

Апарат для УВЧ-терапії. Спрощена схема приладу зображена на рис. 4.15. Основні частини приладу: ламповий генератор з контуром L_k, С_k, що налагоджений на частоту v = = 40,68 МГц, контур зворотного зв'язку L₀₃ для керування роботою ламп. Потужність електричних коливань регулюється напругою на аноді ламп (перемикач П - "потужність" у блоці живлення (БЖ) змінює напругу на виході блоку живлення). При збільшенні анодної напруги змінюється амплітуда коливань у контурі генератора.

Завдяки індуктивному зв'язку електромагнітні коливання через проміжний контур ПК передаються у контур пацієнта (L, С, С_е). Такий зв'язок забезпечує безпеку пацієнта від низькочастотної напруги у колах генератора УВЧ.

Контур пацієнта складається з котушки індуктивності L і змінної ємності С (перемикач - "настройка"). В ємність контура пацієнта входить також і міжелектродна ємність С_е. Зняття максимальної потужності з контуру генератора досягається при виконанні умов резонансу, тобто при L_kC_k=L(C + С_е).

Ємність терапевтичного контуру або контуру пацієнта (КП) змінюється при кожній процедурі (у поле конденсатора вводяться різні частини тіла пацієнта). Змінюючи С, можна постійно підтримувати резонанс, при якому відбувається максимальна передача електромагнітної енергії контуру тканинам пацієнта.

Ступінь налагодження терапевтичного контуру у резонанс з коливальним контуром генератора визначається за яскравістю лампочки або за відхиленням стрілки індикатора на панелі приладу.

Перемикачі керування потужністю (П - "потужність"), налагодження (С - "настройка"), а також компенсатора падіння напруги кола живлення приладу ("мережа"), винесені на передню панель приладу. Зміна положення перемикача компенсатора змінює кількість витків у силовому трансформаторі і, відповідно, напругу на виході блока живлення.