3. Электрический диполь. Дипольный момент. Поле диполя. Выражение потенциала в произвольной точке поля через параметры диполя. Связь разности потенциалов между двумя точками поля с параметрами диполя.
4. Поведение диполей во внешнем электрическом поле.
5. Интегральный электрический генератор сердца. Положения теории Эйнтховена. Основные отведения при снятии ЭКГ. Усиленные униполярные отведения от конечностей.
6. Электрокардиограмма, её вид, амплитудные и временные параметры.
7. Блок-схема электрокардиографа: электроды, усилитель, регистрирующая часть. Переключатель отведений. Калибровка сигнала электрокардиографа. Правила безопасности при работе с электрокардиографом.
1. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.
2. Н.И. Инсарова. Физические основы электрокардиографии. Изучение работы электрокардиографа.
3. Конспект лекций.
4. И.А.Эссаулова, М.Е.Блохина, Л.Д.Гонцов. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа №32.
Задание № 20. Электропроводность биологических тканей
Лабораторная работа:
«Определение зависимости импеданса биологической ткани от частоты тока»
Вопросы к занятию:
1. Удельное сопротивление и удельная электропроводность электролитов. Единицы их измерения. Как связана удельная электропроводность электролитов с их свойствами (подвижностью ионов, зарядом ионов и др.)? Получите и объясните эту связь.
2. Ток в электролитах. Закон электролиза. Каковы особенности прохождения постоянного тока через биологические ткани (основной ток, внутритканевый поляризационный ток)?
3. Гальванизация и лечебный электрофорез. Каковы величины используемых токов и напряжений при этих воздействиях? Почему при воздействии на живую ткань постоянным током его плотность не должна превышать 0,1 мА/см2? Можно ли достичь в живой ткани заметного теплового эффекта при воздействии на нее постоянным током?
4. Омическое, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи переменного тока. Импеданс.
5. Эквивалентная схема живой ткани. Импеданс биологической ткани, его зависимость от частоты переменного тока. Что такое коэффициент жизнестойкости ткани?
6. Физические основы реографии (импедансной плетизмографии). Докажите матматически, что активная составляющая импеданса обратно пропорциональна объему кровенаполнения ткани. Чем обусловлено применение переменного тока при реографии?
7. Что такое фотоплетизмография?
8. Каковы требования к электродам для медицинских исследований? Приведите эквивалентную схему регистрации биопотенциала. Почему необходимо снижать переходное сопротивление электрод-кожа и каковы методы его уменьшения? Почему площадь электродов для регистрации ЭЭГ должна быть меньше, чем для регистрации ЭКГ?
9. Как возникает электродный потенциал? Приведите эквивалентную схему переходного сопротивления электродной цепи и объясните смысл и значение входящих в нее элементов. Почему при регистрации биопотенциалов недопустимо применение электродов из разных металлов?
Решить задачи:
1. Определить величину заряда, проходящего при гальванизации через участок биологической ткани в течении 2 мин, если плотность тока равна 0,1 мА/см2, а площадь электрода 24 см2.
2. Сопротивление ткани постоянному току в цепи между электродами при гальванизации составляет 2000 Ом при площади прокладок 100 см2 и плотности тока 0,1 мА/см2. Определить напряжение, которое должен обеспечивать аппарат гальванизации.
3. В аппарате франклинизации (предназначенном для воздействия на пациента электростатическим полем) последовательно с электродом включено сопротивление 50 МОм. Объясните его назначение и рассчитайте ток через тело пациента при касании электрода, напряжение на котором 50 кВ.
1. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.
2. Г.К.Ильич. Изучение прохождения тока через живую ткань. Физические основы реографии.
3. Конспект лекций.
Задание № 21. Измерительные преобразователи (датчики)
Лабораторная работа:
«Изучение электрических датчиков температуры»
Вопросы к занятию:
1. Назначение датчиков как элементов общей схемы получения медико-биологической информации. Классификация датчиков. Примеры датчиков. Датчики давления.
2. Общие характеристики датчиков (чувствительность, динамический диапазон, время реакции, линейность рабочей характеристики).
3. Как зависит сопротивление проводников от температуры? Приведите формулы и графики, характеризующие эту зависимость, и объясните ее исходя из представлений о строении проводников.
4. Каковы особенности строения полупроводников, обуславливающие их собственную и примесную проводимость? Как зависит сопротивление полупроводников от температуры?
5. Что такое контактная разность потенциалов и как она возникает? Что такое термоэлектрический эффект? Приведите формулу, определяющую термо-ЭДС. В чем состоит эффект Пельтье?
6. Термопара как датчик температуры, её чувствительность. Сравните чувствительность и линейность рабочей характеристики термоэлектрических датчиков на термисторах и термопарах.
7. Каков порядок проведения градуировки терморезистора, термистера и термопары?
8. Сравните возможности и области использования различных методов определения температур в биомедицинских исследованиях.
Решить задачи:
1. Сопротивление железного проводника при температуре 0°С составляет
3 Ом. Чему равно сопротивление этого проводника при температуре 100°С? Температурный коэффициент сопротивления железа 0,006°С-1.
2. Термопара с чувствительностью 20 мкВ/град используется в качестве датчика температуры. Температура одного из ее спаев стабилизирована и составляет 3°С. Второй спай находится в полости магистрального кровеносного сосуда. Определите температуру в полости, если регистрирующий цифровой вольтметр показывает разность потенциалов 0,72 мВ?
1. В.В.Лукъяница. Датчики температуры и их использование в медицине.
2. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.
3. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. Лабораторные работы №19-20.
4. И.А.Эссаулова, М.Е.Блохина, Л.Д.Гонцов. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа №27-28.
Задание № 22. Физические основы электростимуляции
Лабораторная работа: «Измерение параметров импульсных сигналов»
Вопросы к занятию:
1. Какими параметрами характеризуется электрические импульсы прямоугольной и произвольной формы?
2. Какими физиологическими причинами ограничены минимальные и максимальные значения амплитуды импульсных токов при электростимуляции? Оцените тепловой эффект, возникающий в биологической ткани при электростимуляции.
3. Каков диапазон частот, используемых для электростимуляции и какими физиологическими причинами он обусловлен? При каких частотах и почему исчезают электростимуляционные эффекты?
4. Как зависит раздражающее действие тока от крутизны переднего фронта электрического импульса (закон Дюбуа-Реймона)?
5. Как связаны пороговая сила возбуждающего тока и длительность прямоугольного импульса (закон Вейса-Лапика)?
6. Что такое кривая электровозбудимости и ее параметры – реобаза и хронаксия? Каков смысл параметров электровозбудимой ткани входящих в уравнение Вейса-Лапика? Как определить их экспериментально? В каких единицах они измеряются?
7. -В чём сущность диагностического метода хронаксиметрии?
8. Блок-схема аппаратов для электростимуляции. Дифференцирующая и интегрирующая электрические цепи, их применение в медицинской аппаратуре.
9. Каковы значения параметров импульсных сигналов (частота, длительность, амплитуда) при электростимуляции сердца? Из физиологических соображений обоснуйте эти значения.
10. Каковы параметры электрического воздействия при дефибрилляции сердца?
Решить задачи:
1. Аппарат «Электросон» даёт импульсы напряжения одной полярности прямоугольной формы с периодом 0,4 сек и скважностью 200. Определить длительность импульса.
2. Для прямоугольных импульсов длительностью 1 и 4 миллисекунд получены, соответственно, следующие пороговые значения тока, вызывающего сокращения мышц: 10 и 4 миллиампер. Найдите по этим данным реобазу и хронаксию.
3. Если ток проходит через сердце в последние 0,04-0,06 сек систолы, то он вызывает фибрилляцию сердца. Может ли вызвать фибрилляцию импульсный ток прямоугольной формы с периодом 0,5 сек и скважностью 10?
4. В аппарате «Электросон» при частоте 25 Гц длительность импульса равна 1 мс. Определить скважность и время паузы после каждого импульса.
Литература:
1. Конспект лекций.
2. В.Г.Лещенко, З.В.Межевич. Физические основы электростимуляции.
3. А.Н.Ремизов. Медицинская и биологическая физика.
4. Ф.К.Горский, Н.М.Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. Лабораторная работа №34.
5. И.А.Эссаулова, М.Е.Блохина, Л.Д.Гонцов. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. Лабораторная работа №25, стр. 152-155.
Задание №23. Усилители биоэлектрических сигналов
Лабораторная работа:
«Определение частотной и амплитудной характеристик усилителя»
1. Что называется усилителем электрических сигналов, виды усилителей, требования к усилителям? Что называется коэффициентом усиления?
2. Гармонический анализ периодических процессов. Теорема Фурье. Что такое гармонический спектр сигнала?