Электромагнитные колебания в медицине. Получение электромагнитных колебаний

С самого рождения человек буквально «купается» в море электромагнитных волн. Некоторые из этих волн не опасны и даже благожелательны для нас, другие — определенно вредны. Часть радиации имеет естественное происхождение, часть — искусственное

Получение электромагнитных колебаний. Электромагнитные колебания можно получить с помощью колебательного контура, состоящего из емкости и индуктивности. Если зарядить конденсатор, то в процессе его разрядки в контуре образуются затухающие электромагнитные колебания.

Незатухающие колебания можно получить в колебательном контуре с помощью трехэлектродной лампы. На рис. 57 подана элементарная схема лампового генератора с самовозбуждениєм. В катушке обратной связи L₀ возникает индукционный ток всякий раз, когда в катушке L происходит изменение тока. Возбужденная в катушке L э. д. с. подается на сетку триода, и в цепи возникают колебания анодного тока с той же частотой, что и колебания в контуре. Это обеспечивает поступление электрической энергии в колебательный контур один раз за каждый период колебания и тем самым возбуждение незатухающих колебаний.

Рис. 57. Простейшая схема генератора незатухающих колебаний

Можно также составить схему двухтактного генератора, т. е. генератора, в котором энергия в колебательном контуре будет пополняться два раза за период, что обеспечивает получение колебаний большей мощности. На рис. 58 изображена схема двухтактного генератора, в котором лампы попеременно питают колебательный контур: в то время, когда одна лампа заперта, другая — открыта. На обкладках конденсатора С заряды будут два раза на период изменяться.

Рис. 58. Схема двухтактного генератора незатухающих колебаний

Пусть в первую половину периода левая обкладка будет положительная, правая — отрицательная, тогда соответственно на аноде левой лампы будет плюс, на аноде правой — минус. Следовательно, в первую половину периода будет работать левая лампа, а правая будет заперта (если на аноде минус, то ток через лампу пройти не может). Во вторую половину периода знаки на обкладках конденсатора поменяются, соответственно поменяются знаки на анодах триодов и работающей лампой станет правая, левая же будет заперта.

Таким образом, в двухтактном генераторе подзарядка конденсатора происходит два раза в период. Это приводит к тому, что величина тока в контуре в течение двух полупериодов одинакова (рис. 59, б), в то время как у однотактного генератора во второй полупериод сила тока меньше, чем в первом, за счет потери части электроэнергии в первом полупериоде (рис. 59, а).

Рис. 59. Графики токов, соответствующие схемам на рис. 57 и 58

Период колебания в колебательном контуре определяется по формуле Томсона: Для ультравысоких частот величина периода Т должна быть достаточно мала, а для этого нужно соответственно уменьшить L и С. Внутриламповые емкости и индуктивности вводов в лампу суммируются с емкостью колебательного контура. Это дает возможность использовать емкость лампы (междуэлектродные емкости) как емкость колебательного контура.

Следовательно, чтобы получить колебания ультравысокой частоты (УВЧ), нужно в схеме, изображенной на рис. 58, убрать конденсатор из колебательного контура (рис. 60). Принципиальная схема аппарата УВЧ дана на рис. 61.

Рис. 60. Принципиальная схема для получения УВЧ колебаний

Рис. 61. Простейшая принципиальная схема аппарата УВЧ

В этой схеме с двухтактным генератором незатухающих колебаний УВЧ связан терапевтический контур L₁C₁. Связь — индуктивная, позволяющая избежать проникновения в терапевтический контур постоянной составляющей тока, опасной для больного. В терапевтическом контуре (это колебательный кон тур) имеются электроды Б, расположенные у облучаемого органа пациента, миллиамперметр mА и конденсатор переменной емкости C₁ для настройки контура пациента в резонанс с контуром генератора.

Схема аппарата УВЧ значительно сложнее (рис. 62): она содержит выпрямительное устройство (контур А), двухтактный генератор на тетродах (контур В) и терапевтический контур (контур С).

Рис. 62. Схема аппарата УВЧ

Таким образом, в основе аппаратов, обеспечивающих получение токов средних, высоких и ультравысоких частот, лежит генератор электрических колебаний. Медицинские методы, связанные с использованием токов средних, высоких и ультравысоких частот — дарсонваль диатермия, ВЧ (КВ) и УВЧ (УКВ) - терапия, — отличаются только параметрами колебаний: частотой, рабочим напряжением, мощностью и т. п., а также методом воздействия на пациента.

При общей дарсонвализации, когда пациент помещается внутрь большого соленоида, по которому проходит переменный ток высокой частоты, лечебное действие приписывается индукционным токам, возникающим в пациенте. При местной дарсонвализации электрический ток подводится к пациенту с помощью специального электрода (вакуум-электрод), от которого искра проскакивает к коже человека.

Действующим на организм фактором в этом случае является высокочастотный электрический разряд, возникающий между электродом и телом больного. При терапевтической диатермии ток к пациенту подводится с помощью свинцовых электродов и производится прогревание глубоколежащих тканей организма. При хирургической диатермии электродом является тонкий проводник или лезвие, которое дает узкий ровный разрез без капиллярного кровотечения.

При ВЧ-диатермии, как и при общей дарсонвализации, ток проходит по специальной катушке, которая устанавливается вблизи тела больного, и поэтому в тканях больного возникают индукционные (вихревые) токи, под действием которых происходит нагревание тела (или части тела). Этим и обусловлено название метода — индуктотермия (рис. 63).

Ток УВЧ к больному непосредственно не подводится: больной помещается между обкладками конденсатора терапевтического контура в электрическом поле ультравысокой частоты (рис. 64).

Ввиду того, что во время работы генератора излучаются в пространство электромагнитные волны и вызывают радиопомехи, необходимо принимать меры к ликвидации радиопомех.

Наиболее удобным способом устранения радиопомех оказалось выделение для работы медицинских физиотерапевтических аппаратов специальных узких диапазонов волн, которыми радиовещание не пользуется. В настоящее время для этой цели приняты следующие диапазоны.

Для ограждения электросети от введения в нее токов УВЧ, создающих помехи при пользовании электрической сетью для питания приемников и телевизоров (в непосредственной близости), ставится специальный фильтр — см. рис. 49 и 62 (у вилки приборов). Остановимся на влиянии электромагнитных волн радиодиапазона на живые организмы.