RESONANT METHOD FOR DEFINITION OF SIZE OF THE SPECIFIC ABSORBED RATE AT UHF THERAPIES

Abstract

The method of definition of an absorbed energy of an ultrahigh-frequency electrical field is circumscribed at carrying out of the therapy, set up on a modification of quality factor of the therapeutic contour. The device can be carried out as a prefix to any means for UHF therapies with a system of automatic fine-tuning the therapeutic contour in a resonance without essential modifications in its design.

Full Text

Актуальность. Использование ультравысокочастотных (УВЧ) электрических полей (ЭП) в качестве лечебного физического фактора, несмотря на свою давнюю историю, по прежнему привлекает внимание специалистов в различных областях медицины. Современное развитие медицинской техники способствует расширению направлений применения ЭП УВЧ в клинической практике, когда наряду с традиционной УВЧ физиотерапией, используется управляемая гипертермия [1]. Важной задачей при этом является измерение энергии ЭП УВЧ поглощенного в тканях и органах больного в процессе воздействия, т.е. дозиметрия. В настоящее время определение необходимой дозы осуществляется или по субъективным ощущениям больным чувства тепла в области воздействия, или по выходной мощности УВЧ генератора [2]. Эти способы не могут удовлетворять современным подходам к лечебному использованию УВЧ, поскольку выходная мощность генератора и поглощаемая тканями энергия существенно отличаются друг от друга, а субъективные ощущения пациента нельзя признать за адекватный критерий. Помимо этого, даже объединение этих двух методов не позволяет достичь необходимых результатов - отсутствие терморецепторов в одних или их неравномерное распределение в других тканях или органах, может привести к неконтролируемому повышению температуры и последующим изменениям. Исходя из этого, возникает необходимость объективного измерения величины поглощенной единицей массы тканей энергии ЭП или удельной поглощенной мощности (УПМ). Оптимизация и конкретизация величины УПМ для каждого лечебного мероприятия позволит свести к минимуму вероятность повреждения или перегрева тканей, а также более эффективно использовать мощностные характеристики аппаратов для УВЧ терапии. В связи с этим, целью явилось разработка метода определения поглощенной энергии ЭП при УВЧ терапии. Материал и методы исследования. Способы объективной дозиметрия при УВЧ терапии представлены инструментальными (приборными) и теоретическими (расчетными) методами, причем последние получили более широкое распространение. Однако расчетные методы, направленные на вычисление характера распределения локальных значений УПМ в исследуемом объекте, не дают представлений об общей поглощенной дозе и динамики ее изменения в процессе воздействия [3]. Следует также отметить, что инструментальные методы при УВЧ терапии были незаслуженно забыты и применялись преимущественно в экспериментальных исследованиях, а не в клинической практике. Наиболее широко распространенным является способ УВЧ терапии с использованием конденсаторных пластин вторичного (терапевтического) контура, когда объект помещается между ними с воздушным зазором. Величина УПМ и, следовательно, выраженность эффекта воздействия находится в сложной зависимости от напряженности ЭП между конденсаторными пластинами, их величины, формы и расположения относительно тела пациента. Предлагаемый метод основан на измерениях добротности терапевтического контура УВЧ генератора, между пластинами которого, с воздушным зазором, помещен объект. Исходные параметры параллельного терапевтического контура -индуктивность катушки L и емкость С - подобраны таким образом, что на заданной частоте, например, 27,12 МГц обеспечивается резонанс. Изменение емкости конденсатора С приводит к расстройке контура, причем если величина емкости линейно изменяется от минимального до максимального значения, то также изменяется и величина напряжения на нем. При постоянстве частоты УВЧ генератора и напряжения на контуре, величина максимального амплитудного значения напряжения на контуре пропорциональна его добротности, которая определяется активными потерями в расположенном между пластинами объекте, т.е. величиной УПМ. Схема установки для определения поглощенной энергии ЭП УВЧ приведена на рис.1., которая состоит из измерительной и регистрирующей части. Измерительная часть включает УВЧ генератор и терапевтический контур с конденсаторными пластинами и двигатель. Регистрирующая часть состоит из предварительного усилителя, фазового детектора и цифрового датчика угла поворота ротора двигателя и подключенного к компьютеру двухканального цифрового осциллографа. Описание: Ris1 Рис. 1. Схема установки для определения величины удельной поглощенной мощности (УПМ) при УВЧ терапии В измерительной части терапевтический контур, образованный катушкой с индуктивностью L и переменным конденсатором с емкостью С, подключен к УВЧ генератору, а непосредственно к самому контуру при помощи фидеров - конденсаторные пластины с расположенным между ними объектом. Переменный конденсатор С имеет равномерную (прямоемкостную) шкалу емкости, ротор конденсатора связан с электродвигателем, который приводит его в равномерное вращение с постоянной скоростью. В процессе регистрации напряжение с терапевтического контура через предварительный усилитель с высоким входным сопротивлением через фазовый детектор поступает на один из входов двухканального цифрового осциллографа, подключенного к компьютеру. На другой вход цифрового осциллографа поступает сигнал с цифрового датчика угла поворота, соединенного с ротором электродвигателя. При вращении ротора прямоемкостного переменного конденсатора С двигателем, напряжение на контуре изменяется, периодически проходя через максимум, амплитудное значение которого непрерывно измеряется и его максимальное значение в момент резонанса пропорционально добротности контура. Интервал времени, регистрируемый датчиком угла поворота, между положением полностью выведенного ротора конденсатора С и положением резонанса контура пропорционален емкости объекта. Временные характеристики процесса измерений представлены на рис. 2, где а - характер изменения напряжения на контуре (резонансная кривая контура) при вращении ротора прямоемкостного переменного конденсатора С двигателем, б - резонансная кривая контура с помещенным между конденсаторными пластинами объекте, в - импульс, длительность которого пропорциональна величине емкости объекта, г - импульсы, передний фронт которых соответствует положению полностью выведенного и введенного ротора конденсатора С. Описание: Ris2 Рис. 2. Временные характеристики процесса измерений УПМ. Пояснение в тексте Эквивалентная электрическая схема тканей тела человека в первом приближении может быть представлена в виде параллельно соединенных электрической проводимости и емкости. В результате помещения между пластинами объекта произойдет расстройка контура, изменится его добротность, что приведет к уменьшению напряжения на контуре, которая будет пропорциональна величине активных потерь в контуре за счет проводимости. Снижение добротности контура приводит к уменьшению амплитуды резонансной кривой и увеличению ее ширины (рис. 2, б). Калибровка устройства производится путем помещения между конденсаторными пластинами терапевтического контура тканеэквивалентных моделей (фантомов) с электрическими параметрами равными соответствующим тканям (мышечной, жировой и т.д.). В результате строится характеристическая кривая, которая является основой для дальнейших вычислений. По результатам измерений по известным формулам рассчитывается величина активной проводимости, которая эквивалентна потерям энергии ЭП УВЧ в расположенном между пластинами исследуемом объекте для данной частоты [4]. Предлагаемый метод может быть использован в аппаратах для УВЧ терапии или гипертермии, в которых предусмотрена автоматическая (следящего типа) подстройка вторичного контура в резонанс на любых выделенных для этих целей частотах - 13,56; 27,12 и 40,68 МГц. Техническая реализация метода определения поглощенной энергии ЭП может быть выполнена в виде приставки к любому аппарату для УВЧ терапии с системой автоматической подстройки контура пациента в резонанс без существенных изменений в его конструкции.