Материал: Аппарат для электрорефлексотерапии

Аппарат для электрорефлексотерапии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ - УЧЕБНО-НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС"

УЧЕБНО-НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Основы проектирования терапевтических и хирургических приборов, аппаратов и систем»

Тема курсовой работы: Аппарат для электрорефлексотерапии

Работу выполнил студент: Асоцкий Сергей Петрович

Орел, 2014 г.

Содержание

Введение

. Разработка медико-технических требований

.1 Анализ исходных данных

.2 Разработка медико-технических требований

. Синтез структурной схемы, составление математического описания

.1 Разработка и описание структурной схемы

.2 Составление математического описания

. Расчет параметров измерительной цепи

.1 Синтез номинальной расчетной статической характеристики

.2 Анализ статической характеристики

. Распределение суммарной погрешности. Определение допусков на параметры

.1 Анализ источников первичных погрешностей

.2 Распределение частных погрешностей

.3 Распределение первичных погрешностей и определение допусков на параметры

. Анализ полученных результатов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Воздействие различными видами физической энергии на акупунктурные точки и рефлексогенные зоны тела с диагностической или лечебной целью является областью теоретических и клинических исследований рефлексотерапии. Среди физических факторов воздействия особенно популярным уже в течение нескольких десятилетий является электростимуляция точек и зон. Это привело к формированию соответствующего направления в рефлексотерапии - электрорефлексотерапии.

Электрорефлексотерапия (ЭРТ) − общее название методов рефлекторного лечения путем воздействия на биологически активные или рефлексогенные зоны электрическим током.

Мировая клиническая практика уже давно отдает особое предпочтение методам электростимуляции БAT в комплексном лечении многих заболеваний. Электрический ток легко дозируется по мощности воздействия и является физиологически адекватным раздражителем для возбудимых тканей, сконцентрированных в области БAT. Современные аппараты для электростимуляции позволяют управлять частотой импульсов, их длительностью, формой, полярностью. Практическая реализация данного метода не требует введения игл, что минимизирует возможность случайного инфецирования.

Исходя из этого, разработка аппаратов для электрорефлексотерапии является актуальной задачей в наше время

1. Разработка медико-технических требований

.1 Анализ исходных данных

За последнюю четверть века ученые многих стран проявляют повышенный интерес к изучению электрических процессов в живом организме. Интерес не только теоретический, но и сугубо прикладной.

С их помощью производятся урежающая или учащающая стимуляция сердца при пароксизмальной тахикардии, активация деятельности мочевого пузыря, желудочно-кишечного тракта, матки, спинного мозга, периферических нервов и мышц. В современной медицине разрабатываются уникальные методы активного управления электрическими процессами головного мозга, целью которого является подавление патологических биопотенциалов. Данные методы могут помочь пациентам с паркинсоническогим тремором и некоторыми формами эпилепсии.

Возможность использования электричества в различных условиях делает его незаменимым и многогранным инструментом воздействия на биологические объекты. Именно благодаря электрону мы можем обнаруживать, изучать и воздействовать на многие явления, которые ранее были недоступны либо в силу их чрезвычайно малой величины, либо из-за отсутствия надлежащих для их выявления рецепторов. Благодаря электрону мы можем также осуществлять вмешательство в жизненные процессы путем возбуждения, торможения, передачи зарядов или ионов либо путем разрушения отдельных клеточных образований.

Известно, что сами биологические объекты генерируют микротоки. Обычно биологические явления сопровождаются электрическими токами весьма малых напряжений.

Поддержание мембранного потенциала необходимо для нормальной работы ионных каналов, которые очень чувствительны к любому его изменению. При действии микротоков потенциал на мембране меняется, некоторые ионные каналы открываются, и в клетку по концентрационному градиенту начинают поступать ионы, в том числе кальций, который является регулятором многих ферментов. Поэтому увеличение его внутриклеточной концентрации служит сигналом для запуска целого ряда процессов, в частности, синтеза АТФ универсальной клеточной «батареи», без энергии которой протекание дальнейших метаболических реакций просто невозможно. Таким образом, выстраивается следующая цепочка событий: действие микротоков − изменение мeмбранногo потенциала клеток − открытие ионных каналов, в том числе, кальциевых, (кальций начинает поступать внутрь клетки по концентрационному градиенту) − увеличение внутриклеточной концентрации кальция − активация Са-зависимых ферментов − увеличение синтеза АТФ (появляется энергия, необходимая для дальнейших внутриклеточных метаболических процессов) − синтез белков, липидов, ДНК и других важных для клетки молекул − ускорение дифференцировки клеток и регенерации ткани.

Рисунок 1.1.1 - Организм как энергетическая система

Исследования, показали, что в результате воздействия микротоков, синтез АТФ увеличивается на 500% (т.е. в 5 раз), а транспорт аминокислот − на 30-40%. [2]

Поэтому с целью воздействия на биологические процессы в организме логично применять электричество в виде микротоков слабого напряжения, приближающиеся по своим параметрам к токам, сопровождающим биологические процессы. В этом, собственно говоря, и состоит сущность электрорефлексотерапии.

Применение микротоков при рефлексотерапии объясняется ещё рядом тонкостей, связанных с особенностями биологического объекта.

Направленный поток заряженных частиц образует электрический ток. Наличие электрического заряда у частиц предполагает строго определенные законы силовых взаимодействий между ними, допускающие точную математическую формулировку и определяющие движение самих частиц. Не следует думать, что явление электрического тока исчерпывается простым механическим движением заряженных частиц. Во-первых, электрические и магнитные поля, связанные с движущимися заряженными частицами, обладают особой, немеханической, природой. Во-вторых, само движение элементарных частиц подчиняется иным законам, чем механическое движение макроскопических тел. И хотя в ряде вопросов такое утверждение верно, в других оно оказывается непригодным, и явления приходится анализировать на основе более сложных квантовомеханических представлений. Объяснение миграции (перемещения) энергии вдоль молекул живого тела дает электронная теория полупроводников, разработанная в физике твердого тела. Макромолекула живого организма во многом сходна с молекулой полупроводника, хотя происходящие в ней процессы гораздо сложнее. [3]

Носители зарядов, вообще говоря, могут быть различными. В одних случаях это заряженные атомы или молекулы (ионы), например при электролитической проводимости или в положительных лучах, возникающих в разреженных газах, в других − ток обусловлен движением электронов (в металлах и катодных лучах). Однако во всех случаях наличие тока сопровождается некоторыми общими явлениями: тепловыми, химическими, магнитными.

Механизм движения зарядоносителей, т. е. перенос электричества, характеризуется величиной электрического сопротивления или электропроводностью, обусловленной движением, количеством и видом зарядоносителей. Численные значения последней находятся в очень широких пределах, и но каждому виду электропроводности эти пределы различны.

Полупроводники представляют собой самую большую группу веществ и имеют максимальные пределы численных значений удельной проводимости. Эти вещества в самом общем плане сближают живую и неживую природу.

Сопротивление человеческого тела непостоянно во времени и меняется в широких пределах, как у разных людей, так и в различных областях кожного покрова одного человека. Наиболее высокое сопротивление характерно для сухого наружного’ кожного покрова (малопроводящий роговой слой) и колеблется в пределах 10⁵- 10⁶ Ом. Жидкая среда внутри человеческого организма (60-70% воды) содержит соли, которые делают ее хорошим проводником.

Электропроводность тканей различна. Так, хорошо проводят ток кровь, лимфа, спинномозговая жидкость, паренхиматозные органы, мышцы, плохо − жировая ткань, сухожилия, нервы (миелиновая оболочка). Почти не проводят ток роговой слой кожи, ногти, волосы.

При наложении электродов между ними возникает электрическое поле, т. е. в тканях начинается движение ионов, обусловленное напряжением, поданным на электроды: электрический ток проходит через кожу, внутренние ткани и опять-таки через кожу замыкается на второй электрод. Под влиянием электрического ноля происходит перемещение внутри тканей не только ионов, но и белковых молекул и частиц воды. В направлении катода (отрицательно заряженного электрода) скапливаются положительные ионы. Они разрыхляют оболочку клеток, увеличивают их проницаемость, что ведет к повышению возбудимости. В области же анода в связи с уплотнением анионами (отрицательно заряженными ионами) оболочек клеток возбудимость их понижается.

Многослойность и различная электропроводность тканей являются причиной того, что силовые линии электрического поля в организме не всегда совпадают с кратчайшим путем между электродами, а могут захватывать отдаленные области. Ток устремляется в межклеточные пространства, заполненные проводящей жидкостью, по ходу кровеносных и лимфатических сосудов, оболочкам нервных стволов, через протоки потовых и отчасти сальных желез, т. е. по пути минимального сопротивления.

Процесс проникновения электрического тока в живые ткани сам по себе вызывает изменение их сопротивления. Так, с ростом напряжения сопротивление падает. При переходе к высоким напряжениям ток растет быстрее напряжения, так как сопротивление падает. Можно достичь момента, когда, сопротивление будет равно нулю и ток резко возрастет при неизменном направлении. Это приведет к разрушению диэлектрика, в данном случае − кожи, к так называемому «пробою».

Суть электрического пробоя заключается в резком возрастании электрического тока в цепи, сопровождающемся изменением свойств проводника.

Пробой кожи обусловлен двумя факторами:

) возрастанием напряжения тока, поскольку при достаточно высоком напряжении происходят поляризация (процесс возникновения связанных зарядов в диэлектрике), затем ионизация молекул ткани и образование свободных зарядов, что приводит к резкому возрастанию тока. Обычно пробой кожи наступает при напряжении 10 - 50 В;

) местным разогревом, так называемым «тепловым пробоем».

Количество образовавшегося при прохождении электрического тока тепла Q по закону Джоуля-Ленца зависит от силы тока I, сопротивления ткани R и длительности воздействия t:

Q = 0,24·I²·R·t    (1)

Ткань под электродом нагревается. Компенсаторные системы организма, например увеличение кровотока, отводящие часть тепла, определенное время не дают ткани перегреваться. Однако при последующем нагреве растет кинетическая энергия молекул, что ведет к более легкой ионизации, падению сопротивления и резкому увеличению тока на данном участке. Возросший ток опять-таки увеличивает температуру ткани, вызывая лавинообразный процесс возникновения зарядоносителей. Таким образом, тепловой пробой наступает, когда организм не в состоянии локально компенсировать повышение температуры под действием электрического тока.

Поэтому, чтобы избежать пробоя кожи, следует применять токи малой плотности и только кратковременно.

Установлено, что при плотности тока 10^-7 А/см² свойства ткани не изменяются и пробоя не происходит, что соответствует средней скорости зарядоносителей порядка 10 ^-4 м/с.

Более заманчива, но и более сложна перспектива использования стимуляторов − микроэлектротока − через биологически активные точки кожи. Некоторые БАТ представлены на рисунке 1.1.2.

Рисунок 1.1.2 - БАТ на теле человека

Не вызывает сомнения, что покровы тела служат, с одной стороны для отграничении организма от внешней среды (его персонализации), с другой стороны − для связи его с нею (его экологизации). Поэтому в процессе эволюции живых организмов, приспособления их к меняющимся условиям существования, условиям и требованиям среды. Покровы тела оказались функционально взаимосвязанными с нервной, гормональной и висцеральной системой. Это выражается в том, что как состояние внутренних органов через их интерорецепторы и изменение обмена веществ отражается на покровах тела, так и состояние экстерорецепторов кожи и проприорецепторов мышц изменяет состояние внутренних систем организма. [3] Вегетативная система человека представлена на рисунке 1.1.3.

Рисунок 1.1.3 - Вегетативная нервная система

Известно, что жизнедеятельность любого живого существа, в том числе человека, есть непрерывный процесс поглощения, преобразования и перемещения энергии различных значений и различных видов. Особенностью электрофизиологических свойств биологических объектов является огромная подвижность зарядоносителей при крайне малых значениях энергии связи.

При этом клетки головного и спинного мозга обладают значительно большей электропроводимостью, чем мышечная ткань, система кровообращения и периферические нервы.

Мозговые клетки взаимодействуют со всем, что обусловливает жизнедеятельность, намного опережая другие системы организма по быстроте реакции на любой и в первую очередь электрический раздражитель. Поэтому стоит току пройти через кожу и тем самым преодолеть главный электрический барьер человеческого тела, он начинает действовать почти беспрепятственно, проходя через нервные сплетения, оплетающие сосуды и мышцы, достигать «коренных» клеток спинного мозга и симпатических узлов пограничного ствола, откуда электрический заряд идёт как свищ к внутренним органам, рисунок 1.1.4.

Рисунок 1.1.4 - Связь БАТ со спинным мозгом

Однако преодолеть очень мощное сопротивление кожных покровов, колеблющееся у здорового человека с неповрежденной сухой кожей от сотен тысяч до десятков миллионов Ом, почти невозможно, если не считать активных точек кожи, этих «энергетически крошечных лазеек». [5]