По принципу работы различают генераторы с самовозбуждением и генераторы с внешним возбуждением, которые по существу являются усилителями мощности высокой частоты.
Генераторы подразделяются по частоте и мощности колебаний. В медицине электронные генераторы находят три основных применения: в физиотерапевтической электронной аппаратуре; в электронных стимуляторах; в отдельных диагностических приборах, например в реографе.
Все генераторы подразделяются на низкочастотные и высокочастотные. Медицинские аппараты – генераторы гармонических и импульсных низкочастотных электромагнитных колебаний объединяют две большие группы устройств, которые трудно четко разграничить: электронные стимуляторы (электростимуляторы) и аппараты физиотерапии. При небольших частотах наиболее существенно специфическое, а не тепловое действие тока. Лечение током имеет характер стимулирования какого-либо эффекта, поэтому имеет место как бы смешение понятий «лечебный аппарат» и «электростимулятор».
Электростимуляторы подразделяются на стационарные, носимые и имплантируемые (вживляемые).
Носимым и часто имплантируемым кардиостимулятором является имплантируемый радиочастотный электростимулятор ЭКСР-01. Приемник воспринимает радиосигналы от внешнего передатчика. Эти сигналы воспринимаются внутри тела больного имплантируемой частью и в виде импульсов через электроды подаются на сердце. К техническим устройствам электростимуляции относятся также электроды для подведения электрического сигнала к биологической системе. Во многих случаях электростимулирование осуществляется пластинчатыми электродами, которые накладываются на тело человека подобно электродам для электрокардиографии.
Большая группа медицинских аппаратов – генераторов электромагнитных колебаний и волн – работает в диапазоне ультразвуковых, высоких, ультравысоких частот и называется обобщающим термином «высокочастотная электронная аппаратура».
При УВЧ-терапии прогреваемую часть тела помещают между дискообразными металлическими электродами, покрытыми слоем изолятора. При воздействии электромагнитными волнами к телу приближают излучатель этих волн.
К другим физиотерапевтическим аппаратам относятся:
1) аппарат «Искра-1» – высокочастотный генератор, работающий в импульсном режиме и используемый для местной дарсонвализации;
2) аппарат ИКВ-4 для индуктотермии, работающий на частоте 13,56 мГц;
3) переносной аппарат для УВЧ-терапии – УВЧ-66;
4) аппарат для микроволновой терапии «Луч-58».
К высокочастотной электронной медицинской аппаратуре относят и аппараты электрохирургии (высокочастотной хирургии).
52. Оптика
Оптика – раздел физики, в котором рассматриваются закономерности излучения, поглощения и распространения света.
Закон прямолинейного распространения света.
Свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно.
Световой луч – это бесконечно тонкий пучок света, распространяющийся прямолинейно, это линия, указывающая направление распространения световой энергии.
Плоское зеркало. Если падающие параллельные лучи после отражения от плоской поверхности остаются параллельными, то такое отражение называется зеркальным, а отражающая поверхность является плоским зеркалом.
Законы преломления света. Падающий и преломленный лучи и нормаль к границе раздела сред в точке падения лежат в одной плоскости.
sin α /sin β = n,
где α – угол между падающим лучом и нормалью; β – угол между преломленным лучом и нормалью. Абсолютный и относительный показатели преломления.
Относительный показатель преломления света n = n1/ n2,
где n1 и n2 – абсолютные показатели преломления двух сред, равные отношению скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в среде:
n= c/v1, n2= c/v2
Ход лучей в призме. Закон преломления света позволяет рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, в частности в треугольной призме.
Полное отклонение луча
d = a1 + b2 × w,
w = b1 + a2.
Если w мал, то:
d = (n-1) ч w,
где n – показатель преломления вещества призмы.
Явления полного внутреннего отражения. Если луч идет из среды, оптически более плотной (с большим показателем преломления), в среду, оптически менее плотную, то:
При определенном значении угла падения a0 преломленный луч скользит вдоль границы раздела среды
и
β = n/2, тогда sinα0 = n1/ n2
53. Волновая оптика
Волновые свойства света. Свет – это электромагнитные волны в интервале частотой 13 х 1014—8 х ч 1014 Гц воспринимаемые человеческим глазом, т. е. длина волн 380 х 770 нм. Свету присущи все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация.
Электромагнитная природа света. До середины XIX в вопрос о природе света оставался практически нерешенным. Ответ на него был найден Дж. Максвеллом, обосновавшим общие законы электромагнитного поля. Из теории Дж. Максвелла следовал вывод о том, что свет – это электромагнитные волны определенного диапазона. Скорость света в однородной среде. Скорость света определяется электрическими и магнитными свойствами среды. Подтверждением этого служит совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной:
(ε0 – электрическая постоянная, m0 – магнитная постоянная). Скорость света в однородной среде, как известно, определяется показателем преломления среды п. Скорость света в веществе:
υ =c / n
где с – скорость света в вакууме.
Из теории Максвелла следует:
т. е. показатель преломления, а следовательно, и скорость в среде определяются диэлектрической и магнитной проницаемостью среды:
Интерференцией называется сложение волн от двух или нескольких источников, когда в результате сложения нарушается принцип суперпозиции интенсивностей.
Плотность энергии в электромагнитной волне пропорциональна квадрату амплитуды волны и определяет интенсивность световой волны, которую человеческий глаз оценивает как освещенность. Дифракция света – явления отклонения света от прямолинейного направления при прохождении у края преграды.
Дифракция волн – совокупность явлений, наблюдаемых при прохождении волн в неоднородных средах, приводящих к отклонению волн от первоначального прямолинейного распространения.
Принцип Гюйгенса—Френеля. Каждая точка поверхности, которой достигла в данный момент волна, служит точечным источником вторичных сферических волн, которые являются когерентными: волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции.
Метод зон Френеля. Для точечного источника в однородной и изотропной среде волновые поверхности имеют сферическую форму. Френель предложил разбивать волновую поверхность на отдельные участки, называемые зонами Френеля, так, чтобы колебания, приходящие от двух соседних зон в точку наблюдения, при сложении гасили друг друга.
54. Поляризация света
Свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Поляризация света – упорядочение в ориентации векторов напряженностей электрического и магнитного полей световой волны в плоскости, перпендикулярной световому лучу. Естественный свет (солнечный, лампы накаливания) неполяризован, т. е. все направления колебаний электрического и магнитного векторов перпендикулярные световым лучам, равноправны. Существуют приспособления, называемые поляризаторами, которые обладают способностью пропускать через себя световые лучи с одним направлением колебаний электрического вектора Е, так что на выходе поляризатора свет становится плоско (линейно) поляризованным. При произвольном угле a между направлениями анализатора и поляризатора амплитуда световых колебаний, выходящих из анализатора, равна:
Ea = En cos a,
где En– амплитуда колебаний на выходе из поляризатора.
В электромагнитной волне плотность энергии (интенсивность) пропорциональна квадрату амплитуды колебаний Е, т. е. In —E2n и Ia —E2a.
На основании этого получаем:
Ia = In cos2 a.
Это соотношение называется законом Малюса.
Степень поляризации света (максимальная и минимальная) равна интенсивности частично поляризованного света, пропускаемого анализатором.
Поляризация происходит и на границе двух изотропных диэлектриков. Если падающий свет естественный, то преломленный и отраженный лучи частично поляризованы, причем преимущественное направление колебаний электрического вектора преломленной волны лежит в плоскости падения, а отраженный – перпендикулярно ей. Степень поляризации зависит от показателя преломления второй среды относительно первой:
n21 = n2/n1
и от угла падения а, причем при угле падения аБ, для которого tg аБ = n21 (закон Брюстера), отраженный луч поляризован практически полностью, а степень поляризации преломленного луча максимальна.
Двойным лучепреломлением называется способность некоторых веществ, в частности кристаллов, расщеплять падающий световой луч на два луча – обыкновенный (О) и необыкновенный (Е), которые распространяются в различных направлениях с различной фазовой скоростью и поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.
При прохождении света через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча. Угол поворота f плоскости поляризации пропорционален пути I, пройденному светом в оптически активном веществе:
где а – постоянная вращения, зависящая от свойств
f = aI,
вещества и длины световой волны