Воздействие переменным магнитным полем на ткани организма (индуктотермия).

Рисунок 1. Схема воздействия переменным магнитным полем

на биологическую ткань

Поместим образец (ткань) в переменное магнитное поле (рис. 1). Магнитный поток магнитного поля изменяется по закону: , а сила тока в ткани:

.

Полагая, что .

Так как , тогда.

Обозначим , гдеk_{1 –}коэффициент, учитывающий геометрические размеры ткани.

Тогда сила тока в биологической ткани определяется:

Допустим, что Визменяется по законуcos ωtт.е.B=B_m^.cos ωt, а изменение индукции со временем будет определяться выражением:

Тогда сила тока в ткани:

.

Мощность тепла, выделяющаяся в биологической ткани определяется уравнением

Подставляя силу тока в формулу мощности, получим:

;

Мощность тепла, выделяемая в единице объема в единицу времени qбудет определяться уравнением:

где K=.

Анализируя полученное выражение, приходим к выводу, что , гдеудельное сопротивление ткани.

Ткань обладает как диэлектрическим, так и электролитными свойствами. Удельное сопротивление электролитов меньше чем для диэлектриков. Поэтому ткани, обладающие электролитными свойствами, прогреваются эффективнее, чем диэлектрики при одной и той же частоте магнитного поля (положительный эффект). К таким тканям относятся мышцы богатые сосудами, межтканевая жидкость и т.д.

Воздействие высокочастотного электрического поля на биологические ткани (увч- терапия)

Возьмем биологическую ткань с диэлектрической проницаемостью и поместим ее между двумя электродами, выполненных в виде пластин, причем пластины не касаются биологической ткани. Между пластинами возникает переменное электрическое поле напряженностьюЕ(рис. 2).

Рисунок 2. Схема воздействия высокочастотного электрического поля на биологическую ткань

S– площадь пластин,

U– переменное напряжение, подаваемое на пластины.

Под влиянием высокочастотного электрического поля в биологической ткани возникают токи смещения и проводимости.

Выразим через напряженность переменного электрического поляЕ.

Среднее значение мощности в цепи переменного тока, выражающейся формулой,,

где- угол сдвига фаз междуи. В чистых диэлектрикахи.

Рисунок 3. Угол сдвига фаз

Между напряжением и током в реальных диэлектриках

В реальных диэлектриках , а угол- называют углом диэлектрических потерь (рис3).

Разложим силу тока на две составляющие: активнуюи реактивную(рис. 3). Реактивная составляющая сдвинута по фазе относительно напряжения на уголи мощность, выделяемая ею, равна нулю. Активная составляющаявыделяет мощность в биологической ткани, которая определяется уравнением:

Выразим через:

Тогда

Выразим через напряжение и емкостное сопротивление биологической ткани.

=.

где С- емкость плоского конденсатора в котором находится биологическая ткань с диэлектрической проницаемостью.

Подставляя значение I_p в формулу мощности, получим:

,

т.к. , а, получаем.

Выразим через напряженность электрического поляЕ, т.е.:

где d - расстояние между обкладками конденсатора с биологической тканью.

Тогда

и

.

При анализе полученного выражения видно, что количество тепла выделяемой в единице объема биологической ткани зависит от диэлектрических свойств самой ткани - чем больше диэлектрическая проницаемость, тем соответственно, и больше выделяется тепла. Следовательно, при УВЧ-терапии лучше прогреваются ткани, обладающие диэлектрическими свойствами (жир, клетчатка и т.д.).

В аппаратах УВЧ используется электрическое поле с частотой 40МГц.

Наряду с УВЧ – терапией применяется микроволновая терапия (=2375 МГц) и ДЦВ – терапия (= 460 МГц). Эти два вида получили название СВЧ – терапия.

Физический аспект: Электрическая волна поляризует молекулы вещества, в результате чего возникают диполи. При изменении направления электромагнитной волны происходит переориентация диполей, что вызывает ток смещения. Кроме того, электромагнитная волна вызывает смещения ионов образуя ток проводимости. Таким образом, в веществе помещенной в переменное электромагнитное поле возникают как токи проводимости, так и токи смещения. Все это приводит к нагреванию вещества.

Глубина проникновения электромагнитных волн в биологические ткани зависит от свойств самой ткани (строения) и электромагнитных волн.

Сантиметровые волны проникают в мышцы, биологические жидкости на глубины около 2 см., а в жир, клетчатки около 10 см.

Для дециметровых волн эти показатели примерно в 2 раза выше.