Биофизика. Учебник для студентов фармацевтических и медицинских Вузов; Рыбари; 2004 г

Интернет - Электронная библиотека(можно скачать бесплатно):

1 - Медицинская биофизика
В книге рассмотрены основные вопросы медицинской биофизики в русле учебной программы, построенной в соответствии с системой физических и физико-химических процессов, лежащих в основе жизни. В учебнике пять разделов: транспорт веществ через биологические мембраны (биомембранология), биоэнергетика, биологическая электродинамика, биомеханика, информация и регулирование в биологических системах. В каждом из разделов приводятся примеры нарушения основных биофизических процессов при патологии. В Приложении приводятся справочные таблицы физических констант и единиц перевода в СИ.
Издание соответствует государственным образовательным стандартам учебных дисциплин «Медицинская биофизика» направления бакалаврской подготовки «Техническая физика», специальностям «Биоинженерная физика» и «Медицинская биофизика».
Автор книги: Самойлов В. О.
Название книги: Медицинская биофизика
Комментарий: Учебник предназначен для студентов технических университетов и в качестве дополнительной литературы для студентов медицинских вузов
Издательство: СПб.: СпецЛит, 2004
ISBN: 5-299-00277-7 http://www.sma.kz/about/structure/lib2/lib/

2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/

Вопросы для самоподготовки

– по базисным знаниям:

Общее сопротивление электрических цепей.

Переменный ток.

Дифференциальные уравнения гармонических колебаний.

Биологические мембраны.

- по данной теме:

Что понимают под импедансом биологической ткани?

Каковы составляющие импеданса в живых тканях?

Эквивалентные электрические схемы биологических тканей. Почему имеется несоответствие этих моделей оригиналу?

Как изменяется импеданс живых тканей при изменении частоты переменного тока?

Что понимают под дисперсией электропроводности живых тканей?

Что понимают под крутизной дисперсии?

Как можно оценить жизнеспособность биологических тканей по крутизне дисперсии?

Краткая теория

Определение дисперсии электропроводности биологической ткани

Все живые ткани состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клеток и тканевая жидкость представляют собой электролиты, разделенные плохо проводящей клеточной мембраной. Такая система обладает статической и поляризационной электроемкостью. Поляризационная емкость результат электрохимической поляризации, возникающей при прохождении постоянного электрического тока. Она зависит от силы тока и времени его протекания. По современным представлениям живые ткани не обладают индуктивностью, и сопротивление их имеют только активную и емкостную составляющие.

Электрические свойства живых тканей можно смоделировать следующими эквивалентными электрическими схемами:
данная схема хорошо моделирует электрические свойства при высокочастотных токах, но при низких частотах не работает.
данная схема достаточно хорошо моделируем свойства тканей при низких частотах тока, но не работает при высоких частотах .эта схема является наиболее удачной и дает хорошее соответствие с опытными данными как при низких так и при высоких частотах переменного тока.

При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается дисперсия электропроводности: полное сопротивление ткани уменьшается с увеличением частоты переменного тока и стремится к некоторому минимальному значению при высоких частотах. Дисперсия электропроводности присуща только живым тканям. По мере отмирания ткани крутизна кривой уменьшается. На рисунке приводится зависимость сопротивления участка живой ткани от частоты при отмирании:

1. живая ткань

2. поврежденная ткань

3. мертвая ткань

Импеданс тканей организма определяется их физиологическим состоянием. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности называется реографией.

В настоящее время в связи с развитием трансплантационной хирургии и поиском методов определения качества консервированных тканей электропроводность используется как один из тестов для оценки жизнеспособности тканей и органов.

Часто вместо построения кривой дисперсии определяют так называемый коэффициент поляризации или крутизну дисперсии К:

где - импеданс при частоте 10⁴ Гц, - импеданс при частоте 10⁶ Гц.

При отмирании ткани К®1. В тканях с высоким уровнем метаболизма К достигает значения 9-10 (для теплокровных животных).

Другим проявлением реактивных свойств сопротивления живой ткани является наличие сдвига фаз между силой тока и напряжение. В цепи содержащей активное и емкостное сопротивление угол сдвига фаз лежит в интервале от 0о до 90о градусов. Для биологических объектов характерен большой сдвиг фаз, что говорит о значительной доле емкостного сопротивления в полном сопротивлении (импедансе) ткани, например, для кожи человека при частоте 1 кГц сдвиг фаз составляет 55о.

Протокол

Лабораторная работа

Пассивные электрические свойства живых тканей по отношению к переменному току

Цель работы:

1. Изучить теоретический материал, связанный с электропроводностью тканей для переменного тока.

2. Ознакомиться с назначением и принципом действия звукового генератора, осциллографа, электродов и их применением в медико-биологических исследованиях.

3. Овладеть навыками измерения импеданса ткани в зависимости от частоты переменного тока.

4. Выявить характер изменения дисперсии электропроводности биоткани при ее повреждении.

5. Выяснить биофизический смысл изменения крутизны дисперсии для живой и поврежденной тканей.

Приборы и оборудование

1. Звуковой генератор.

2. Осциллограф

3. Трансформатор.

4. Магазин емкостей.

5. Магазин сопротивлений

6. Камера с электродами;

7.сопротивления R₁=R₂ = 5 Ом.

Блок схема установки

Описание установки

В лабораторной работе применяется мостовая схема. В качестве «индикатора нуля» используются показания осциллографа по фигурам Лиссажу, для этого производится балансировка схемы по емкости и активному сопротивлению. Измерения проводятся на частотах 1·10³Гц, 5·10³Гц, 1·10⁴Гц, 1·10⁵Гц.

В качестве биологического объекта предлагается использовать мышечную ткань лягушки (или другого животного). После серии измерений ткань помещают в физиологический раствор и подвергают действию СВЧ излучения в течение 30 секунд (600 ватт), после чего измерения повторяют. Получив значения сопротивлений и емкостей, проводят расчеты по формуле для импеданса цепи с параллельно соединенными активным сопротивлением и конденсатором. Обработка результатов выполняется на компьютере.

Порядок выполнения работы

1. Поместить биологическую ткань, предварительно промокнув ее фильтровальной бумагой, между электродами камеры.

2. Включить в сеть приборы: звуковой генератор и осциллограф. Отрегулировать величину входного сигнала звукового генератора, так чтобы на осциллографе наблюдался эллипс, не выходящий за пределы экрана.

3. Переключая значения магазина сопротивлений и магазина емкостей, начиная с больших значений по направлению к меньшим значениям, добиться превращения эллипса в прямую горизонтальную линию.

4. Снять показания с магазинов сопротивлений и емкостей.

5. Повторить измерения для живой ткани на всех рекомендуемых частотах. Данные внести в компьютер и в таблицу .

6. Подвергнуть ткань воздействию СВЧ излучения в течение 30 секунд (600 ватт). Повторить аналогичные измерения (п. 3-4) для поврежденной ткани на всех рекомендуемых частотах. Данные внести в таблицу.

7. Закончив измерения, перевести ручки управления приборов в исходное положение и обесточить приборы. Удалить биологическую ткань из камеры. Электроды протереть насухо марлей.

8. Рассчитать импеданс ткани по рабочей формуле. По полученным данным построить график зависимости импеданса живой и поврежденной ткани от частоты переменного тока.

9. Определить крутизну дисперсии для живой и поврежденной ткани. Сформулировать выводы.

Вывод рабочей формулы:

При параллельном соединении конденсатора и активного сопротивления напряжение на конденсаторе равно напряжению на резисторе. , сила тока на конденсаторе опережает силу тока на активном сопротивлении по фазе на , поэтому сила тока в неразветвленной цепи может быть найдена по формуле: . полное сопротивление такой цепи (импеданс) равен:

Рабочие формулы

;

Таблица для записи результатов измерений

Живая ткань	(Гц)	1·103	5·103	1·104	5·104	1·105
		3.7		4.7
R (Ом)
С (мкФ)
Z (Ом)
К живой ткани =
Поврежденная ткань	R (Ом)
С (мкФ)
Z(Ом)
К поврежд. ткани =

График

Выводы: _________________________________________________________________________

Контрольные вопросы преподавателя:

1. Понятие общего сопротивления цепи.

2. Объясните, при каких условиях наблюдается дисперсия импеданса биологической ткани.

3. Объясните, как вычислить общее сопротивление биологической ткани, зная активное сопротивление, емкость, частоту переменного тока.

4. Объясните, как рассчитать коэффициент поляризации.

5. Объясните, в чем отличие значений импеданса живой и поврежденной тканей при пропускании через них переменного тока разной частоты.

Работа студента ________________________________________

№ группы___

Факультет

Дата

Зачтено

СИСТЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

Изучение систем получения медико-биологической информации способствует формированию целостной картины деятельности организма, расширяет кругозор о способах получения информации и процессах в организме, приводит к пониманию причинно-следственных связей между деятельностью организма и ее отображением в соответствующих технических устройствах. Исследование первичных процессов преобразования информации создает основу для дальнейшего обучения студента работе с более сложными приборами на старших курсах.

Цель занятия:

- формирование новых теоретических знаний по разделам темы:

· генераторные фотоэлектрические датчики

· генераторные пьезоэлектрические датчики

· параметрические резистивные датчики

· параметрические индуктивные датчики

· усилители

· устройства отображения информации

· устройства регистрации информации

- формирование практических умений на базе теоретических знаний:

· правильное подсоединение электродов для определения амплитудных параметров ЭКГ

· правильное подсоединение датчиков для определения соответствующих параметров измеряемого сигнала

· построение динамической характеристики индуктивного датчика

- закрепление теоретических знаний и сформированных практических умений:

· выполнение заданий по полученным при измерении данным;

· тестирование на компьютере;

- развитие и воспитание личности:

· обучение аккуратности и ответственности при измерениях и расчетах (как элемент формирования бережного и внимательного отношения к выполняемой работе, в том числе и работе с будущими пациентами)

Конкретные задачи

Студент должен знать:

Основные принципы получения информации от биосистемы, характеристики датчиков и электродов, основы работы усилителей, особенности устройств отображения и регистрации информации.

Студент должен уметь:

· правильно подсоединять электроды для определения амплитудных параметров ЭКГ

· уверенно крепить используемые датчики

· определять цену деления аналоговых устройств отображения и регистрации информации

· строить зависимость выходного сигнала от входного и по полученной кривой находить динамический диапазон датчика

· вычислять калибровочный коэффициент для генераторного датчика.