Физические основы электрографии. Электрокардиография

Exografiya va elektrografiya usullarini fizik asoslari.

Reja:

1. 
   Ultratovush diagnostikasining fizik asoslari.
   
2. 
   Ultratovushning 8-modda bilan o'zaro ta'siri.
   
3. 
   Ultratovushni tibbiyotda qo'llash.Echografiya.
   
4. 
   Xulosa
   

Ko'pgina organlar to'liq yoki qisman qo'zg'aluvchan hujayralardan iborat. Ushbu hujayralarning qo'zg'alishi tanadagi elektr maydonining paydo bo'lishiga sabab bo'ladi. Ushbu sohani o'rganish klinik va nazariy tibbiyotda katta ahamiyatga ega. Turli organlarning elektr maydonlari etarlicha batafsil o'rganilgan va ma'lum organlarning elektr maydonlarini ro'yxatdan o'tkazishga asoslangan bir qator tadqiqot usullari mavjud: elektrokardiografiya (yurak), elektromiyografiya (mushaklar), elektroensefalografiya (miya), elektroneurografiya (asab tolalari), elektrogastrografiya (oshqozon) va boshqalar. Organlar va to'qimalarning elektrografiyasining asosi elektrostatik va elektrodinamikaning ba'zi tushunchalaridir.

Supero'tkazuvchilar va izolyatorlar
Tabiatdagi moddalarning aksariyati elektr o'tkazuvchanligi bo'yicha o'tkazgichlar va izolyatorlarga bo'linishi mumkin. Supero'tkazuvchilar-bu elektr maydoni (metallar, elektrolitlar eritmalari) ta'sirida harakatlana oladigan ma'lum miqdordagi nisbatan erkin zaryadlarga ega bo'lgan moddadir. Izolyatorda (qog'oz, shisha) barcha zaryadlar nisbatan harakatsiz.
Supero'tkazuvchilar muhim xususiyatga ega - agar zaryadlar harakat qilmasa, ob'ektda potentsial farq yo'q. Shuning uchun elektr potentsiali barcha nuqtalarda bir xil.
Biologik to'qimalar elektr o'tkazuvchanligi jihatidan juda xilma-xildir. Hujayra membranalarining elektr qarshiligi juda katta. Ular izolyatorlarga o'xshaydi. Aksincha, hujayra ichidagi suyuqlik musbat va manfiy ionlar mavjudligi sababli 2 turdagi o'tkazgichdir.
Elektr dipol
Bir nechta musbat va manfiy zaryadlardan tizimlar tomonidan hosil bo'lgan elektr maydoni ma'lum o'ziga xos xususiyatlarga ega. Bunday tizimlarning eng oddiyi elektr dipoldir-dipolning qo'li deb ataladigan bir-biridan bir oz masofada joylashgan ikkita teng va qarama-qarshi elektr zaryadlari.
Ko'pgina atomlar va molekulalar elektr dipollardir. Masalan, molekula . U kislorod atomi yaqinida ortiqcha manfiy zaryadga ega va vodorod atomlari yaqinida musbat zaryadga ega. Yadrolarning manfiy va musbat zaryad markazlari bir-biriga to'g'ri kelmaydigan molekula elektr dipoldir.
Dipolning xususiyatlari. Dipol momenti p→: agar l→ vektor masofasi ning-q ,ga + q, keyin dipol momenti P→ formula bilan aniqlanadi:


Dipol momenti vektor miqdoridir, chunki u yo'nalishga ega.
1) agar dipol bir hil elektr maydoniga kuchlanish bilan joylashtirilsa , u holda q·e→ kuch musbat zaryadga , kuch esa (- q·e→) manfiy zaryadga ta'sir qiladi . Ularning yig'indisi nolga teng, shuning uchun bir hil elektr maydonidagi elektr dipolga ta'sir qiluvchi umumiy kuch ham nolga teng. Shunga qaramay, dipoldagi umumiy moment nolga teng bo'lmaydi, chunki bu kuchlar qarama-qarshi yo'naltirilgan (2-rasm).1). Ular dipolni aylantirmoqchi, shunda dipolning elektr o'qi maydon chiziqlari yo'nalishiga to'g'ri keladi.
M→ momentning kattaligi e→ maydon kuchiga, dipol momentiga va ularning vektorlari orasidagi p→ burchakka bog'liq:

Shakl. 1. Elektr maydonidagi dipolning momenti

2) dipol tomonidan yaratilgan elektr maydoni bitta zaryad bilan yaratilganidan farq qiladi. Agar elektr maydoni musbat zaryad bilan yaratilgan bo'lsa, maydon chiziqlari zaryaddan boshlanadi va cheksizlikka yo'naltiriladi. Dipolning kuch chiziqlari musbat zaryaddan boshlanadi va manfiy zaryadda tugaydi (1-rasm). 2A).

Shakl. 2. Dipolning elektr maydoni
Dipolning elektr maydonidagi O nuqtasini dipoldan r masofada ko'rib chiqing (1-rasm). 2B). Ushbu nuqtada elektr potentsiali tenglama bilan aniqlanadi:

bu erda φ - o nuqtadagi potentsial, ε0 - dielektrik doimiysi, ε - maydon hosil bo'lgan muhitning dielektrik doimiyligi, P→ - dipol momenti; a - radius vektori O va dipol vektori orasidagi burchak.
Shunday qilib, maydonning ma'lum bir nuqtasidagi elektr potentsiali nafaqat shu nuqtadan dipolgacha bo'lgan masofaga, balki dipol vektorining yo'nalishiga nisbatan yo'nalishga ham bog'liq.
Bir-biridan ma'lum masofada joylashgan ikkita nuqtani ko'rib chiqing. Agar ular dipol vektoriga to'g'ri keladigan chiziqda joylashgan bo'lsa, ular orasidagi potentsial farq maksimal bo'ladi. Agar nuqtalar dipol vektoriga perpendikulyar chiziqda joylashgan bo'lsa, bu potentsial farq nolga teng.
Dipol tomonidan yaratilgan elektr maydonidagi ikki nuqta orasidagi potentsial farq p→·cos a bilan mutanosibdir (1-rasm). 3):

Shakl. 3. Dipol tomonidan yaratilgan elektr maydonidagi ikkita nuqta orasidagi potentsial farq.
Elektrokardiografiya
Yurak mushaklarining har bir hujayrasi boshqa turdagi mushak hujayralarining elektr maydoniga o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan elektr maydonini hosil qiladi. Ammo yurak hujayralarining harakat potentsiali (PD) shakli va davomiyligi bilan chiziqli mushaklarning PD hujayralaridan farq qiladi. Yurakning elektr maydoni, umuman olganda, alohida hujayralarning elektr maydonlarining ustma-ust tushishi natijasida hosil bo'ladi. Yurakning elektr maydonidagi o'zgarishlar yurak hujayralari membranasining depolarizatsiyasi va repolarizatsiyasi paytida sodir bo'ladi (2-rasm).4). Ushbu o'zgarishlar tana yuzasining turli nuqtalari orasidagi potentsial farqdagi o'zgarishlarni yaratish va ko'rsatilgan o'zgarishlarni ularning manbasidan uzoq masofada aniqlash uchun etarli.

Shakl. 4. Yurak hujayralarining harakat potentsiali va yurakning elektr maydonidagi tegishli o'zgarishlar
Yurak hujayralarining qo'zg'alishi natijasida hosil bo'lgan elektr potentsialining grafik yozuvi elektrokardiogramma (EKG) deb ataladi. Shunday qilib, EKG yurakning qo'zg'alishini tavsiflaydi, ammo uning qisqarishini emas.
Elektrokardiogramma birinchi marta gollandiyalik fiziolog Eintxoven tomonidan nisbatan oddiy torli galvanometr vositasi yordamida qayd etilgan. Hozirgi vaqtda EKGni yozib olish uchun elektrokardiograflar deb nomlangan maxsus elektron qurilmalar qo'llaniladi. Tana yuzasidan yozilgan elektr potentsialining amplitudasi 1mV dan kam bo'lishi mumkin. Shuning uchun, yozishdan oldin potentsialni kuchaytirgich deb nomlangan qurilma yordamida kuchaytirish kerak. Elektrokardiograf, shuningdek, elektr potentsialining sekin o'zgarishiga yo'l qo'ymaydigan yuqori chastotali elakni va elektrokardiogramma tishlarining amplitudasini hisoblash uchun zarur bo'lgan 1 MVt elektr impulslarini hosil qiluvchi kalibratorni o'z ichiga oladi.
Oddiy elektrokardiogramma shakli
Shaklda. 5 yurakning bir qo'zg'alish tsikli davomida qayd etilgan normal elektrokardiogrammani ko'rsatadi. EKG to'lqinlari deb ataladigan va lotin P, Q, R, S, T harflari bilan ko'rsatilgan nol chiziqdan bir nechta og'ishlar ko'rinadi. QRS kompleksining ijobiy og'ishi R-to'lqin deb ataladi. R-to'lqindan oldingi va undan keyingi salbiy og'ishlar mos ravishda Q va s - to'lqin deb ataladi. P va T anormalliklari odatda ijobiydir, ammo patologik sharoitlarda salbiy bo'lishi mumkin. Ikki og'ish orasidagi masofa segment deb ataladi. Masalan, PQ segmenti-bu p to'lqinining oxiri va Q to'lqinining boshi orasidagi masofa.

Shakl. 5. Oddiy elektrokardiogramma shakli

Oddiy elektrokardiogramma
EKG tishlari va segmentlarining sabablari yurak hujayralarining depolarizatsiyasi va repolarizatsiyasidir. P to'lqini yurak atriumining depolarizatsiyasini aks ettiradi. Ularning repolarizatsiyasi QRS kompleksiga to'g'ri keladi va EKGda ko'rinmaydi.
QRS - t-tish kompleksi yurak qorinchalari bo'ylab depolarizatsiyaning asta-sekin tarqalishini va ularning repolarizatsiyasini anglatadi. S-t segmenti chap va o'ng qorinchalarning qo'zg'alishiga to'g'ri keladi.
Elektrokardiogrammani olib tashlash
Elektrokardiogramma tishlarining shakli va kattaligi elektrodlarning tana yuzasidagi holatiga bog'liq. Bipolyar va unipolyar qo'rg'oshinlar mavjud.
Eintxoven standart bipolyar qo'rg'oshinlardan foydalanishni taklif qildi: o'g'irlash 1 - o'ng va chap qo'llar o'rtasida; o'g'irlash II - o'ng qo'l va chap oyoq o'rtasida; o'g'irlash III - chap qo'l va chap oyoq o'rtasida.
EKGni standart qo'rg'oshinlarda yozishda oyoq-qo'llar elektr tokining o'tkazgichlari sifatida qaraladi. Shuning uchun potentsiallar oyoq-qo'llarning biriktirilish nuqtalarida qayd etilgan deb aytish mumkin. Ushbu nuqtalar teng qirrali uchburchakning uchlarini hosil qiladi (keynthoven uchburchagi), ularning tomonlari mos keladigan qo'rg'oshinlarning o'qlari (1-rasm).6).

Shakl. 6. Eintxovenning fikriga ko'ra, EKG bipolyar qo'rg'oshinlari.

Bir qutbli qo'rg'oshinlarni olish uchun 1 ta faol elektrod tana yuzasining ma'lum bir nuqtasiga o'rnatiladi. Fiziologiya jarayonida batafsil o'rganiladigan bir nechta bir qutbli qo'rg'oshin tizimlari mavjud.
Elektrokardiogrammaning dipol nazariyasi
Elektrokardiogrammaning kelib chiqishini tushunish uchun yurakning elektr maydoni ko'plab yurak hujayralarining elektr maydonlarining bir-birining ustiga chiqishi natijasi ekanligini hisobga olish kerak.
Dam olayotgan hujayraning membrana potentsiali tananing istalgan joyida potentsial paydo bo'lishiga olib kelmaydi. Impulsni tashuvchi hujayrani ikki qismga bo'lish mumkin: dam olish va faol. Dam olish qismi o'zgarmas membrana potentsialiga ega. Faol qism harakat potentsialining kattaligiga teng potentsialga ega. Ikki qism orasidagi o'tish bir nuqtada sodir bo'ladi.
Shaklda. 8 markaz (A) yaqinida depolarizatsiya to'lqini bo'lgan hujayraning eksenel kesimining diagrammasini ko'rsatadi. Har qanday tashqi nuqtadagi elektr potentsiali, agar membrana zaryadlari kesmada joylashgan bo'lsa, olinishi mumkin edi (B). Shunday qilib, hayajonlangan yurak hujayralarining har biri ma'lum bir kattalik va yo'nalishdagi elementar dipol momentiga ega bo'lgan dipoldir.

Shakl. 7. Eintxoven uchburchagi va EKG tegishli qo'rg'oshinlarda qayd etilgan

Shakl. 8. Hayajonlangan yurak hujayrasi diagrammasi.
Qo'zg'alishning har qanday nuqtasida alohida hujayralarning dipol momentlari yig'ilib, butun yurakning umumiy dipol momentini hosil qiladi. Yurakning umumiy dipol momenti hujayralarning dipol momentlarini qo'llash natijasidir. Shuning uchun yurakni dipol elektr generatori deb hisoblash mumkin.
Klinik diagnostikaning zamonaviy yutuqlari asosan tadqiqot usullarini takomillashtirish bilan belgilanadi. Tibbiy tasvirni, shu jumladan ultratovush usulini olishning tubdan yangi usullarini ishlab chiqish va amaliyotga joriy etish tufayli bu borada sezilarli sakrashga erishildi.
Ekografiyaning an'anaviy rentgen tekshiruvi uchun mavjud bo'lmagan parenximal organlarning ichki tuzilishini tasavvur qilish qobiliyati juda muhimdir. Ultratovush usulining yuqori ma'lumot tarkibi va ishonchliligi tufayli ko'plab kasalliklar va shikastlanishlar diagnostikasi sifat jihatidan yangi bosqichga ko'tarildi. So'nggi yillarda ultratovush uskunalarining juda keng tarqalishi, hatto juda kichik tibbiyot muassasalari uchun ham mavjudligi sababli ultratovush tekshiruvi texnikasi va texnikasini mukammal biladigan mutaxassislarga ehtiyoj paydo bo'ldi.

Maqsad: tibbiy diagnostikada ultratovushni qo'llashning fizik asoslarini o'rganish (ekografiya)

Vazifalar:
1) ultratovush diagnostikasining fizik asoslarini ko'rib chiqing.
2) ultratovushning xususiyatlari va xususiyatlarini o'rganish.
3) ultratovushning modda bilan o'zaro ta'sirini ko'rib chiqing.
4) ultratovush diagnostikasi usullaridan biri-ekografiyani o'rganish.
Ultratovush diagnostikasining fizik asoslari
Ultratovush (ultratovush) chastota diapazonidagi elastik muhitdagi mexanik tebranishlar va to'lqinlar deb ataladi 2*104 – 109 Hz [4].
Ultrasonik tebranishlar inson qulog'i tomonidan sezilmaydi. Ultratovush chastotalari shartli ravishda uchta mintaqaga bo'linadi:
Ultratovush-past chastotali ultratovush- – 2*104 – 105 Hz),
UZSH-o'rta chastotali ultratovush – (105-107 Gts),
UHF-yuqori chastotali ultratovush - (107-1010 Gts).

Shakl.1 tovush(akustik) to'lqinlarining chastota shkalasi
Ultratovush to'lqinlari uzunlamasına va ko'ndalang. Ultratovush suyuqliklari va gazlarida to'lqin zarrachalarning tebranish harakati yo'nalishi bo'yicha tarqaladi, ya'ni.bo'ylama. Uzunlamasına to'lqin muhitda tarqalganda, muhit zarralarining qisqarishi va kam uchraydigan joylari ketma-ket paydo bo'ladi
Bo'ylama deformatsiyalarga qo'shimcha ravishda qattiq jismlar va zich bioko'mirlarda ko'ndalang to'lqinlarning paydo bo'lishiga olib keladigan elastik kesish deformatsiyalari ham paydo bo'ladi. Bunday holda, zarralar to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar ravishda tebranishlarni amalga oshiradilar.
Ultratovush to'lqinlari sharsimon, tekis va boshqalar bo'lishi mumkin, bu to'lqin yuzasining turi bilan belgilanadi. Bir xil tebranish fazasiga ega bo'lgan sirt to'lqin yuzasi deb ataladi (to'lqin yuzasining turlaridan biri to'lqin jabhasi).
Yassi to'lqinlar tekis to'lqin yuzasiga ega. Bunday to'lqinlar tekis tebranish plitasi kabi tekis tovush manbai tomonidan qo'zg'alganda paydo bo'ladi. Yassi to'lqinlardan tashqari, nuqta yoki sharsimon manbadan hayajonlangan sferik to'lqinlar ham bo'lishi mumkin. Ideal sferik to'lqin nuqta manbasida sodir bo'ladi. Haqiqiy manbalar har doim fazoviy uzunlikka ega, shuning uchun amalda, agar emitentning radiusi (r) u chiqaradigan tovushning to'lqin uzunligiga nisbatan kichik bo'lsa, ya'ni.r<<λ, keyin bu holda paydo bo'lgan to'lqin jabhasi sharsimon deb hisoblanadi. Taqdim etilgan λ<
Shakl.2 akustik to'lqinlarning har xil turlari: a - tekis, b - sharsimon, b-silindrsimon. O'qlar to'lqinlarning tarqalish yo'nalishlarini ko'rsatadi
Ultratovushning fizik xususiyatlari:
Uz to'lqin uzunligi
Yuqori chastotalarda ultratovush tebranishlarining to'lqin uzunliklari yorug'likning to'lqin uzunliklariga yaqinlashadi. Shunday qilib, 108 Gts chastotada havoda ultratovush to'lqin uzunligi ~3 mikronni tashkil qiladi. Shu bilan birga, inson ko'zi tomonidan yorug'lik sifatida qabul qilingan elektromagnit tebranishlarning to'lqin uzunliklari 0,4-0,8·mkm oralig'ida yotadi. Shuning uchun ultratovush nurlari, ko'p hollarda, geometrik nur sifatida qaralishi va unga geometrik optikada qo'llaniladigan bir xil qonunlarni qo'llashi mumkin.
2) to'lqin tarqalish tezligi
Atrof muhitda tovush va ultratovush to'lqinlarining tarqalish tezligi bir xil. Odamlar va hayvonlar to'qimalarida ultratovush tarqalish tezligi taxminan 1490 dan 1610 m/s gacha, ya'ni suvda ultratovush tarqalish tezligidan deyarli farq qilmaydi. Yumshoq biologik to'qimalarda ultratovushning o'rtacha tezligida ≈ ≈ 1540m / s to'lqin uzunligi: ν \ u003d 3,5 MGts λ \ u003d 0,44 mm, v \ u003d 5,0 MGts λ \ u003d 0,31 mm, v \ u003d 7,5 MGts λ \ u003d 0,21 mm, v \ u003d 10,0 MGts λ \ u003d 0,15 mm. Ultratovushning qisqa to'lqin uzunligi bilan uning tarqalish xususiyatiga muhitning molekulyar tuzilishi ta'sir qiladi, shuning uchun ultratovush tezligini va yutilish koeffitsientini o'lchash orqali (pastga qarang) moddaning molekulyar xususiyatlarini baholash mumkin (bu masalalar molekulyar akustikada ko'rib chiqiladi).
Uz uzunlamasına to'lqinlarning tarqalish tezligi muhitning ikkita parametri bilan belgilanadi - zichlik r va Young moduli E