МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

Индивидуальное

домашнее задание

по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы»

Тема: Аппарат для электрофореза

Санкт-Петербург

2020

Содержание

Введение

В данной работе рассмотрен метод воздействия постоянного тока малой силы и низкого напряжения на человеческий организм с лечебной целью. Описан физический принцип физиологического механизма работы прибора. Приведены основные технические характеристики прибора на основании уже существующих моделей, а также даны пояснения их значений.

Представлена структорно-функциональная схема прибора: основные узлы прибора и функциональные связи между ними.

Приведена электрическая схема прибора и дан комментарий по элементной базе.

1 Обоснование физического принципа физиологического механизма работы прибора

Человеческий организм по большей части состоит из биологических жидкостей, которые в свою очередь содержат большое количество ионов. Под влиянием электрического тока ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран. Повышается количество свободных, активно действующих ионов, что приводит к повышению проницаемости биологических мембран.

Гальванизация – воздействие на человеческий организм с лечебной целью постоянного тока плотностью не более 0,1 мА/см², малой силы (до 50 мА) и низкого напряжения (30 – 80 В), с помощью контактных электродов. Во избежание ожогов, между электродом и кожей помещается смоченная гидрофильная прокладка.

Подойдя к металлическому электроду, ионы теряют свой разряд, так как происходит электролиз, и превращаются в химически-активные атомы, которые вступают в реакцию с водой и образуют на металлических пластинах продукты электролиза. На положительном электроде выделяется кислота, а на отрицательном – щелочь. Эти продукты электролиза могут вызывать химический ожог тканей, соприкасающихся с металлическим электродом.

Электрофорез – та же самая гальванизация, только прокладку активного электрода смачивают раствором лекарственного вещества, в честь чего метод прозвали лекарственным.

Лекарственный электрофорез – комплексный метод электротерапии, при котором на организм пациента воздействуют однонаправленным током и лекарственным веществом, введенного с помощью этого тока.

Обязательным требованием к процедуре является диссоциация лекарственного вещества на ионы в растворе. Лекарство водят с одноименного полюса, зарядом которого обладает активная часть лекарственного вещества (анионы вводят с катода, катионы с анода).

В коже ток проходит в основном через протоки потовых и сальных желез, фолликулы волоса, межклеточные пространства. Далее он движется по пути наименьшего сопротивления (жидким средам организма) – кровеносным и лимфатическим сосудам, благодаря чему лекарство поступает ко всем тканям и органам человеческого организма.

Влияние гальванизации и электрофореза на человеческий организм:

• Ускорение крово- и лимфообращения.

• Стимуляция регенерации в тканях.

• Улучшение метаболизма.

• Рассасывание инфильтратов (противовоспалительный эффект).

• Стимуляция регулирующих функций организма.

• Анальгетический эффект.

• Доставка медицинского препарата ко всем органам и тканям через кровоток и лимфоток (минуя желудочно-кишечный тракт).

• Точечное воздействие на зоны поражения или патологические очаги.

Доля лекарственного вещества, попадающего в организм при помощи электрофореза, составляет 5-10 %. Попытки увеличить процент поступления вещества за счет применения больших концентраций их растворов (свыше 5 %) себя не оправдали. [1 – 3]

2 Основные технические характеристики прибора и их необходимые значения

Для описания технических характеристик и обоснования их значений рассмотрим несколько аппаратов для гальванизации (электрофореза). Основные технических характеристики для аппаратов «Элфор – Проф», «Поток 1» и «Поток – Бр» представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные технические характеристики

Напряжение и частота питающей сети переменного тока – стандартные.

Максимальный ток в цепи пациента обуславливается значением порога неотпускающего тока. Порог неотпускающего тока (в случае постоянного тока) – минимальное значение силы тока, при котором наступает ощущение непереносимого нагрева тканей. В случае же с переменным током наступает судорожное состояние, т.е. человек не в силах самостоятельно освободиться от воздействия. Такое состояние наступает при величине тока 50 – 80 мА.

Величины постоянного тока, используемые в физиотерапии:

• для слизистых оболочек рта и носа 2 – 3 мА;

• для лица 3 – 5 мА;

• для туловища 15 – 20 мА;

• для конечностей 20 – 30 мА.

Допустимая плотность тока при местной гальванизации не должна превышать 0,1 мА/см². Зная плотность тока, площадь прокладки и максимальное значение тока воздействия на ту или иную область, подбирается оптимальное значение воздействующего тока.

Зная диапазоны значений напряжений и токов, мы можем посчитать диапазон потребляемой мощности, равной произведению действующей в цепи силы тока на действующее на ее зажимах напряжение.

• для слизистых оболочек рта и носа 0,06 – 0,24 ВА (Вт);

• для лица 0,09 – 0,4 ВА (Вт);

• для туловища 0,45 – 1,6 ВА (Вт);

• для конечностей 0,6 – 2,4 ВА (Вт).

Так как максимальная потребляемая мощность равна 2,4 ВА, то нет необходимости делать этот показатель большим.

Диапазоны регулировки тока, время установки таймера и дискретность установки таймера зависят от параметров процедуры (места воздействия, сила воздействия и прочее). Время процедуры обычно не превышает 30 минут, чтобы не произошло ионного дисбаланса тканей.

Коэффициент пульсации тока отвечает за стабильность тока, подаваемого на пациента. Его стараются сделать максимально маленьким.

Габаритные и массовые параметры аппарата отвечают эксплуатационным нормам. [4 – 6]

3 Структорно-функциональная схема прибора и её описание

На рисунке 1 представлена структурно-функциональная схема аппарата для электрофореза.

Аппарат представлен 5-ю основными блоками: блок питания, блок управления, блок генерации тока, блок индикации и блок контроля.

Рисунок 1 – Структурно-функциональная схема аппарата для электрофореза

На блок питания поступает питающее напряжение (220 В, 50 Гц). На блоке питания напряжение понижается и уже пониженное напряжение поступает на выпрямитель. После, пониженное и выпрямленное напряжение проходит через фильтр для уменьшения пульсаций и поступает на регулятор тока. Величина действующего тока, а также время процедуры задается извне врачом через блок управления, который представлен задатчиком тока и таймером.

После отрегулированный ток поступает на стабилизатор для поддержания заданной силы электрического тока.

Перед подачей тока на электроды ток проходит через блок контроля, где проверяется корректность и безопасность подаваемого воздействия. В случае, когда сила тока превышает заданную величину, он снова поступает на регулятор.

Блоки регуляции, управления и контроля соединены с блоком индикации для наглядности и удобства работы с прибором. [7]

4 Основные характеристики узлов прибора и их требуемые значения

Как было сказано ранее, аппарат представлен 5-ю основными блоками: блок питания, блок управления, блок генерации тока, блок индикации и блок контроля.

На блок питания подается питающее напряжение (220 В, 50 Гц), где напряжение понижается с 220 В до требуемого 30 – 80 В.

Далее происходит выпрямление тока. Степень выпрямления характеризуют коэффициентом пульсаций K_p, равным отношению амплитуды первой гармонической составляющей к постоянной составляющей: K_p = I_1max /I₀. Чем меньше коэффициент пульсаций, тем ближе выпрямленный ток к постоянному. Для уменьшения коэффициента пульсаций осуществляют двухполупериодное выпрямление.

Для дальнейшего приближения выпрямленного тока к постоянному, т.е. для дальнейшего уменьшения коэффициента пульсаций, после выпрямителя включают так называемый сглаживающий фильтр. После прохождения выпрямителя и фильтра, коэффициент пульсации тока не более 0,5%. Это необходимо для максимально возможного уменьшения переменной составляющей, имеющей иное физиологическое действие, чем постоянный ток. Далее сигнал регулируется, стабилизируется и контролируется.

Для того чтобы регулировать значения их нужно задать. Время процедуры задается с помощью таймера. Таймер должен выдать значения от 0 до 99 минут с дискретностью в 1 минуту (может быть иначе, в зависимости от модели аппарата). Задатчик тока работает в двух диапазонах: от 0 до 5 мА и от 5 до 50 мА. Возможности выбрать значение выше 50 мА не должно предоставляться, так как это небезопасно для пациента.

Блок индикации оповещает о том, что прибор включен, о выбранном времени процедуры и значении силы тока, подаваемого на электроды.