Воздействие токов и электромагнитных полей

на биологические ткани”

Вопросы для обсуждения

1. Электробезопасность медицинской аппаратуры и техника безопасности при работе с электрическим током.

2. Понятие о первичном (физическом) и вторичном действии физических факторов на биологические ткани.

3. Процессы, протекающие в живых тканях под действием постоянного электрического тока (направление движения ионов, изменение полярности мембран, возбуждение и торможение клеток).

4. Почему при действии импульсного тока в тканях организма происходят изменения формы импульсов по сравнению с формой импульсов приложенного напряжения?

5. Влияние частоты переменного тока на процессы, протекающие в тканях. Почему с повышением частоты переменного тока раздражающее действие его на биологические ткани снижается?

6. Почему при равенстве напряжений постоянного тока эффективному напряжению переменного тока, последний оказывает более сильное воздействие на человека?

7. Что такое амплитудная модуляция тока? Как модулированный ток проходит через биологические ткани?

8. Как оценить тепловой эффект при непосредственном пропускании высокочастотного переменного тока через ткани? (Вывод и анализ формулы).

9. Дать объяснение механизма нагревания тканей: проводников и диэлектриков – под действием высокочастотного электрического поля. Как оценить тепловой эффект.

10. Как оценить тепловой эффект при индуктотермии и от чего он зависит?

11. Почему при индуктотермии и УВЧ- терапии мы можем говорить о действии только магнитным переменным или только электрическим переменным полем?

12. Особенности воздействия на организм электромагнитными волнами.

По окончании обсуждения теоретических вопросов составить сводные таблицы по первичным (физическим) действиям электромагнитных факторов на биологические ткани.

№	Физический фактор	Первичное действие	Вторичное действие	Формулы, описывающий процесс
	Постоянное электрическое поле
	Постоянный электрический ток
	Импульсный ток
	Переменный высокочастотный ток
	Переменное высокочастотное электрическое поле
	Постоянное магнитное поле
	Переменное высокочастотное магнитное поле
	Электромагнитное поле и волны

Задачи

1. Аппарат “Электросон” дает импульсы напряжения постоянной полярности прямоугольной формы с периодом 0,4с и скважностью 200. Определить длительность импульса.

2. Для диагностики работоспособности мышц у пациента врач подает от аппарата КЭД – 5М тетанирующий ток со скважностью, равной 5. Определить время фактического действия тока, если аппарат был включен в течение 2 мин.

3. В аппарате “Электросон” при частоте 25 Гц длительность импульса равна 1 мс. Определить скважность и паузу после каждого импульса.

4. Определить среднюю скорость (мВ/с) нарастания зубца Т на электрокардиограмме, если за 25 мс напряжение изменилось от 0,13 до 0,27 мВ.

5. Миллиамперметр аппарата «Амплипульс» показывает 40мА. Вычислить среднеквадратическое значение силы тока, проходящего по пациенту, если минимальная и максимальная амплитуды модулированных импульсов относятся как 1:4. Какая мощность при этом выделяется на сопротивлении в 620 кОм?

6. Колебательный контур аппарата для терапевтической диатермии состоит из катушки индуктивности и конденсатора емкостью 300 пФ. Определить индуктивность катушки, если частота генератора 1 МГц.

7. Терапевтический контур аппарата УВЧ, работающего на частоте 40,68МГц, состоит из катушки индуктивностью 0,17 мкГн и конденсатора переменной емкостью на 10-80 пФ, зашунтированного конденсатором на 48 пФ. При какой емкости переменного конденсатора терапевтический контур будет настроен в резонанс с анодным? В каких пределах может изменяться собственная частота терапевтического контура?

8. По длинному прямолинейному проводнику течёт ток I=3 А. Определите, как убывает плотность энергии магнитного поля с расстоянием от прямого тока. Найдите плотность энергии магнитного поля на расстоянии b=5 см от прямого тока. Среда – воздух.

9. В однородном магнитном поле с индукцией В=0,1 Тл движется протон. Траектория его движения представляет собой винтовую линию с радиусом r = 30см и шагом h = 20см. Определите кинетическую энергию протона. Масса протона m = 1,67×10^{-27 кг.}

10. Терапевтический контур аппарата индуктотермии содержит плоскую катушку индуктивности состоящую из двух витков радиусом 7см. Определить максимальную индукцию магнитного поля, создаваемого в центре этой катушки, если максимальный ток в контуре 1 А.

Литература к семинару:

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. М.: Высшая школа, 2005.,
§§ 18.5, 18.6, 19.2 – 19.5.

2. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Методические указания для студентов лечебного и педиатрического факультетов. – Под ред. В.А. Кудрявцева, Киров, 1999г.

3. Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М.: Дрофа, 2001-2005.

4. Губанов Н. И., Утепбергенов А. А. «Медицинская биофизика», 1978 г. гл.9.

5. Агапов Б.Т., Максютин Г.В., Островерхов П.И. Лабораторный практикум по физике. Учеб. пособие – М.: Высшая школа, 1982г.

Задачи к лабораторной работе № 23

«Изучение законов поляризованного света»

Номера задач даны по учебному пособию: Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М.: Дрофа, 2001-2005.
Задачи для решения на практическом занятии	Задачи для самостоятельного решения
1.(5.67) Два поляризатора расположены так, что угол между их главными плоскостями составляет Во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света при прохождении его: 1) через один николь; 2) через оба николя? При прохождении каждого из николей потери на отражение поглощение составляют 5%.	2.(5.68) Чему равен угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, прошедшего через эти призмы, уменьшилась в 4 раза? Поглощением света пренебречь. 3.(5.70) Во сколько раз ослабляется естественный свет, проходя через два поляризатора, главные плоскости которых составляют угол φ=30⁰, если в каждом из николей на отражение и поглощение теряется 10% падающего на него светового потока?
4.(5.74) Угол преломления луча в жидкости r=35⁰. Определите показатель преломления жидкости, если известно, что отраженный луч максимально поляризован.	5.(5.77) Предельный угол полного отражения для некоторого вещества равен i_пр=60⁰. Чему равен для этого вещества угол полной поляризации? Какова скорость света в этом веществе?
6.(5.82) Определите толщину кварцевой пластинки, для которой угол поворота плоскости поляризации света с длиной волны l=500 нм равен a=48⁰. Постоянная вращения кварца для этой длины волны a₀=30⁰/мм.	7.(5.83) Между скрещенными поляризаторами поместили пластинку кварца толщиной l=3 мм, в результате чего поле зрения стало максимально светлым. Определите постоянную вращения используемого в опыте кварца для монохроматического света.
8.(5.85) Определите удельное вращение раствора сахара, концентрация которого с=0,33г/см³, если при прохождении монохроматического света через трубку с раствором угол поворота плоскости поляризации a=22⁰. Длина трубки l=10 см.	9.(5.86) Определите угол поворота плоскости колебания светового луча для мочи больного диабетом при концентрации сахара с=0,05 г/см³. Длина трубки l=20 см, удельное вращение сахара для используемого света [a₀]=6.67 (град·см²/г). 10.(5.87) Раствор сахара, налитый в трубку длиной l=20 см и помещенный между поляризатором и анализатором, поворачивает плоскость поляризации света (l=0.5 мкм) на a=30⁰. Найдите (а граммах на кубический сантиметр) концентрацию сахара в растворе, если удельное вращение сахара для этой длины волны [a₀]=6.67 (град·см²/г).

Задачи к лабораторной работе № 24

«Основы спектроскопии и колориметрии»

Номера задач даны по учебному пособию: Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М.: Дрофа, 2001-2005.
Задачи для решения на практическом занятии	Задачи для самостоятельного решения
1.(6.21) При прохождении света с длиной волны через слой вещества его интенсивность уменьшается вследствие поглощения в четыре раза. Интенсивность света с длиной волны по той же причине ослабляется в три раза. Найдите толщину слоя вещества и показатель поглощения для света с длиной волны , если для света с длиной волны он равен .	2.(6.22) Через пластинку из прозрачного вещества толщиной проходит половина падающего на нее светового потока. Определите натуральный показатель поглощения данного вещества. Рассеянием света в пластинке пренебречь; считать, что 10% падающей энергии отражается на поверхности пластинки.
3.(6.23) В 4%-ном растворе вещества в прозрачном растворителе интенсивность света на глубине ослабляется в два раза. Во сколько раз ослабляется интенсивность света на глубине в 85-ном растворе того же вещества?	4.(6.24) Какова концентрация раствора, если одинаковая освещенность фотометрических полей была получена при толщине у эталонного 3%-ного раствора и - у исследуемого раствора?
5.(6.25) Коэффициент пропускания раствора t = 0,3. Чему равна его оптическая плотность?	6.(6.26) Оптическая плотность раствора D = 0,08. Найдите его коэффициент пропускания.
7.(6.27) При прохождении света через слой раствора поглощается ¹/₃ первоначальной световой энергии. Определите коэффициент пропускания и оптическую плотность раствора.	8.(6.28) При прохождении монохроматического света через слой вещества толщиной 15смего интенсивность убывает в 4 раза. Определите показатель рассеяния, если показатель поглощения c¢ = 0,025 см^-1.

Задачи к лабораторной работе № 25

«Изучение законов радиоактивного излучения»

Номера задач даны по учебному пособию: Ремизов А.Н., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. – М.: Дрофа, 2001-2005.
Задачи для решения на практическом занятии	Задачи для самостоятельного решения
1.Определить скорость электронов, падающих на антикатод рентгеновской трубки, если минимальная длина волны в сплошном спектре рентгеновских лучей 0,01 нм.	2.(7.1) Найдите границу тормозного рентгеновского излучения (частоту и длину волны) для напряженной U₁=2 кВ и U₂=20 кВ. Во сколько раз энергия фотонов этих излучений больше энергии фотона, соответствующего λ=760 нм (красный цвет)?
3.Для определения чувствительности клеток к радиоактивному облучению в питательную среду, где они размножаются, вводили радиоактивный фосфор ³²P₁₅, который после однократного распада превращался в атом серы ³²S₁₆. Какому виду облучения подвергались клетки?	4.(7.36) Известно, что при облучении ядер атомов азота потоком нейтронов может образоваться бор , углерод и литий . Какие частицы сопровождают такого рода превращения?
5.Счетчик Гейгера, установленный вблизи препарата радиоактивного изотопа серебра, при первом измерении регистрировал 5200 b - частиц в минуту, а через сутки только 300. Определить период полураспада изотопа.	6.(7.49) Во сколько раз уменьшится количество ядер радиоактивного цезия за 10 лет?
7.(7.13) Сколько ядер урана распалось в течение года, если первоначальная масса урана m=1 г?	8.Радиоактивный углерод ¹⁴С₆, находящийся в теле человека, дает 2500 распадов в 1с. Определить его количество в граммах.
9.Бетонная плита толщиной 20 см уменьшает интенсивность узкого пучка g-лучей кобальта ⁶⁰Со₂₇ в 16,5 раза. Определить линейный коэффициент ослабления и толщину слоя половинного ослабления для бетона.	10.Вычислить толщину слоя половинного ослабления параллельного пучка γ-лучей для волы, если линейный коэффициент ослабления равен 0,047см^-1.
11.(7.4) Считая, что поглощение рентгеновского излучения не зависит от того, в каком соединении атом представлен в веществе, определите, во сколько раз массовый коэффициент ослабления кости (Са₃(РО₄)₂) больше массового коэффициента ослабления воды?	12.(7.5) Для рентгенодиагностики мягких тканей применяют контрастные вещества. Например, желудок и кишечник заполняют кашеобразной массой сульфата бария BaSO₄. Сравните массовые коэффициенты ослабления сульфата бария и мягких тканей (воды).
13.(7.52) Для исследования щитовидной железы больному ввели 20 мл 10%-раствора глюкозы с радиоактивным иодом. Удельная активность иода в момент введения составляла 0,08 мкКи/мл. Найдите массу иода в растворе. Учесть, что каждая молекула глюкозы связывает один атом иода.	14.(7.53) В источнике минеральной воды активность радона составляет 1000Бк на 1л. Какое количество атомов радона попадет в организм пациента, выпившего стакан минеральной воды объемом 0,2 л?

15.(7.20) Телом массой m=60 кг в течение t=6 ч была поглощена энергия Е = 1 Дж. Найдите поглощенную дозу и мощность поглощенной дозы в единицах СИ и во внесистемных единицах.	16.(7.21) В m = 10 г ткани поглощается 10⁹ α-частиц с энергией около Е= 5 МэВ. Найдите поглощенную и эквивалентную дозы. Коэффициент качества k для α-частиц равен 20.
17.Средняя мощность дозы в палате, где находятся больные, получившие лечебные дозы радиоактивных веществ, равна 5мкР/мин. Врач в течение 5-дневной рабочей недели ежедневно находиться в палате в среднем 2 ч. Определить недельную дозу облучения врача, сравнить ее с предельно допустимой дозой, равной 0,1Р.	18.(7.23) Средняя мощность экспозиционной дозы облучения в рентгеновском кабинете равна 6,45 · 10^-12Кл/(кг·с). Врач находится в течение дня 5 ч в этом кабинете. Какова его доза облучения за 6 рабочих дней.
19.(7.22) Мощность экспозиционной дозы γ-излучения на расстоянии r=1 м, от точечного источника составляет P = 2,15 · 10^-7Кл/кг. Определите минимальное расстояние от источника на котором можно ежедневно работать по 6 ч без защиты. Предельно допустимой эквивалентной дозой при профессиональном облучении считать 5 · 10^-2 Дж/кг в течение года. Поглощение γ-излучения воздухом не учитывать.	20.На каком расстоянии от препарата ⁶⁰Со₂₇активностью 200 мКи необходимо находиться, чтобы доза за 6-часовой рабочий день не превышала допустимую? Ионизационная постоянная кобальта 13,5 Рсм²/(чмКи).

Составитель: О.Л. Короткова, 2011