az elektromosság orvosi alkalmazásai

Az  elektromosság  orvosi  alkalmazásai

jelfeldolgozás (dB, Fourier, szűrők, erősítő, frekvenciakarakterisztika,  visszacsatolás)  – külön előadás volt bioelektromos jelenségek (membrán‐, nyugalmi‐, akciós potenciál)  – külön előadás lesz az elektromosság orvosi alkalmazásai RC körök, feltöltődés, kisülés, időállandó ideális négyszögimpulzusok és reális négyszögimpulzusok (szűrők hatása) ingeráram karakterisztika, reobázis, kronaxia szinuszoszcillátor és hőterápia izom és izületi betegségek kezelésére nagyfrekvenciás sebészet lökéshullám terápia kapcsolódó gyakorlatok: 1. félévben: mérőműszerek, bőrimpedancia 2. félévben: Coulter, erősítő, EKG, impulzusgenerátorok,  audiometria, szenzor, áramlás

KAD 2016.02.17

2

RC‐körök egyenáramú áramkörben 

Soros RC‐kör feltöltődése

R UT

R R

C

C

C

soros RC‐kör és feltöltődése

1 2 soros RC kör

párhuzamos RC kör 1 bőrünk elektromos viselkedése,  bőrimpedancia gyakorlat 3

tkv. VII. 6. ábra

tkv. VII. 7. ábra

Soros RC‐kör kisülése R

Párhuzamos RC‐kör feltöltődése

C

R

C

tkv. VII. 10. ábra soros RC‐kör és kisülése

1

Párhuzamos RC‐kör kisülése ≡ soros RC‐kör kisülése 

Sejtmembrán mint RC‐kör (l. „Bioelektromos  jelenségek” előadás)

időállandó (v.ö. radioaktív/fluor. élettartam) tkv. VII. 8. ábra

tkv. VII.9. ábra

R

számolási feladatok: 82, 83

Elektromos négyszögimpulzusok jellemzői

RC‐elemek váltakozó áramú körben 

Z

R R

Pitagorasz tétel

tkv. VII. 11. ábra

1 négyszögimpulzus (legegyszerűbb impulzus)

C

(feszültség)amplitúdó

C

soros RC kör

párhuzamos RC kör pl. defibrillátor impulzusa

az összeadódó mennyiség

ellenállás ,

vezetőképesség = 1/ellenállás 1

1 2 1

számolási feladat: 84 

1

, 1

1 7

számolási feladat: 91 

8

Négyszögimpulzusok alakváltozása RC elemeken periodikus  négyszögimpulzusok

U t

integráló  áramkör

aluláteresztő szűrő  hatása

(duty cycle) pl. szívritmus szabályozó  (pacemaker)

differenciáló  áramkör

felüláteresztő szűrő  hatása

astabil impulzusgenerátor (l. imp. gen.‐ok gyakorlat)

 : időállandó

számolási feladat: 92

9

10

felüláteresztő/alulvágó szűrő (high-pass filter) RC 

1 C

aluláteresztő/felülvágó szűrő (low-pass filter)

megjegyzés: differenciáló áramkör

a kapacitás nagyfrekvencián rövidzár

n(dB)

C

Ube R

Ube

U ki 

megjegyzés: integráló áramkör

R

Uki

R 1 C 2 2

fáziskülönbség miatt összegzés vektorok módjára

U be  R

2

RC 1  R 2C 2 2

nagyon kis frekvencián: kis frekvencián: nagy frekvencián:

C Uki

n(dB)

1 RC  C

a kapacitás kisfrekvencián szakadás

logf

U ki 

U be

R2 

ha   0 (  0 ), U ki  0

ha   0 , U ki  RC U be

1 C 1 C 2 2

kis frekvencián: nagy frekvencián:

↔ 6 dB/oktáv

ha   , U ki  U be

U be 

R 2C 2 2  1

U be

ha   0 (  0 ), U ki  U be

ha   0 , U ki 

nagyon nagy frekvencián: 11

logf

1

1 U be RC

↔ -6 dB/oktáv

ha   0 (   ), U ki  0 12

U

Ingeráram karakterisztika

legkisebb torzulás:  <
reobázis: az érzet  kialakulásához  szükséges minimális  ingererősség

t

kronaxia: a  kétszeres reobázis értékhez tartozó  minimális  impulzusidő

integráló  áramkör

differenciáló  áramkör

legkisebb torzulás:  impulzusidő 13

jegyzet, bőrimpedancia gyakorlat  helyesbített verzió: tengelyek: lin‐lin

93. példa. Hány mól egyértékű ion transzportja jelenti a  küszöbtöltést, ha a reobázis 4 mA és a kronaxia 0,4 ms? 

14

Ingeráram karakterisztika fűrészimpulzusra

4 mA

fűrészimpulzus

0,4 ms 2

0,4ms 4mA 1 mól x mól

96500 C 1,6 C

,

 

1,6μC

reobázis t(ms)

mól

1,66x10

mól

kronaxia

15

tkv. 9.22 ábra,  helyesbített verzió: tengelyek: lin‐lin

elegendően hosszú  impulzusidő (~100 ms) esetén a sejt  alkalmazkodásra képes:  akkomodáció (ingerlés ellen ható  ionáramok megindulása)

kóros állapotokban az izom elveszíti  alkalmazkodóképességét: szelektív ingeráram terápia fűrész impulzusokra a szétnyíló tartományban  csak a károsodott izmok kontrahálnak 16

Lebegés

fpiros  fzöld

Interferencia áram terápia

a lebegés frekvenciája megegyezik az interferáló  jelek frekvenciájának különbségével

az átfedő területen interferencia: a különbségi jel küszöb feletti inger a többi területen küszöb alatti inger (legfeljebb hőhatás) I (mA)

kezelési  terület

40

20

t(ms)

emlékeztető:

sin   sin   2 sin

 2

cos

  2 17

teljes  energia az  elektromos  mezőben

Rezgőkör. LC kör

az energia (W)  leng (rezeg) az  elektromos (E)  és mágneses  (B) mezők  között 

teljes  energia a  mágneses  mezőben

1 2

t

teljes  energia az  elektromos  mezőben

teljes  energia a  mágneses  mezőben

1 4100Hz

1 4000Hz

1 100Hz

T

0,24 ms

0,25 ms

10 ms

t

0,12 ms

0,125 ms

5 ms

18

Ideális és reális rezgőkör

1 2

+

1

a magára hagyott ideális rezgőkör árama és feszültsége csillapítatlan  szinuszos rezgést végez a rezgés természetes frekvenciájú  (rezonancia),  ha az induktív ellenállás megegyezik  a kapacitív ellenállással

1 2

ideális rezgőkör

reális rezgőkör

2 1

v.ö. tkv. VII.  14. ábra

2

tkv. VII.15 ábra 

20

Szinuszoszcillátor

AP

t l o t a s c a z s s i

v ,

pozitív módon visszacsatolt erősítő



AP AP

Pozitívan visszacsatolt erősítő

1

AP=1, erősítés= „végtelen“

szinuszoszcillátor bemenő jel: nincs, kimenet: szinuszos feszültség pontozott piros nyíl: a szinuszoszcillátor frekvenciája

n(dB) nmax

kihúzott fekete görbe: frekvencia karakterisztika visszacsatolás nélkül

nmax-3

fa

21

Hőterápiás generátorok. Kondenzátor teres eljárás

átviteli sáv

ff

f (log) 22

A szövetben fejlődő hő kiszámítása

gyakorlati jegyzet 19. mérés  Szinuszoszcillátor, 5.(a) ábra   v.ö. tkv. 9.28 ábra 

számolási feladat: 90



Ck



Ch



s Lc

C L

rezonancia feltétel:



az energia kicsatolása az  elektromos téren keresztül

23

címlapon (jobb felül) levő hőterápiás generátor adatai: rövidhullámú , f = 27,12 MHz, Pmax = 500 W másik intézeti hőterápiás generátorunk adatai: mikrohullámú , f = 2,375 GHz, Pmax = 150 W

24

Hőterápiás generátorok. Tekercsteres eljárás

Hőterápiás generátorok. Sugárteres eljárás

… 5.(b) ábra   v.ö. tkv. IX.29 ábra 



Ch



Lk



s Lc

C L

rezonancia feltétel:

az energia kicsatolása az  örvényáramokat keltő  mágneses téren keresztül

v.ö. mikrohullámú sütő

tkv. IX.33 ábra 

25

az energia kicsatolása a  sugártéren téren keresztül 26

Monopoláris és bipoláris diatermiás kések. Nagyfrekvenciás sebészet

Hőmérsékleteloszlás különféle eljárásoknál

aktív elektróda

kondenzátor: zsírszövet  melegítése; mélyre hatol passzív elektróda

tekercs: izomszövet melegítése sugárteres (kisebb frekvencia):

monopoláris diatermia í

≫

í

sugárteres (nagyobb frekvencia):

küszöb alatti áramok; hőhatás szempontjából  az áramsűrűség a jellemző mennyiség aktív elektródák

mélység 27

bipoláris diatermia

28

Lökéshullám terápia (nem UH!) ESWL (Extracorporeal Schockwave Lithotripsy) kövek non‐invazív törése  (vese, epe, ...) kb. 20 kV‐os kondenzátor  víz alatti elektródapáron  kisütve  nyomásimpulzus keletkezik  ráfókuszálva a kő helyére  (ellipszis, 2 fókusz) röntgen és/vagy UH  egyidejű követés

tkv. 9. fejezet, keret1  29

30