 |
Расчет плотности тока в конечности с учетом цилиндрических включений.
|
|
|
|
Индивидуальное задание к лабораторной работе.
I. Для контактной электростимуляции:
1) Тип конечности: бедро.
2) Вид биоткани: сосудистая.
3) Возраст пациента: взрослый
II. Для бесконтактного электромагнитного воздействия.
1) Тип рабочей части (РЧ) аппарата: катушка из 4х соленоидов.
2) Условия подключения РЧ: стандартные.
3) Определить максимальную амплитуду магнитного поля при использовании выбранной РЧ.
Контактное воздействие.
Биоадекватное воздействие – это воздействие, которое по своим частотным, амплитудным характеристикам и форме соответствует характеристикам биоткани при их нормальном функционировании.
Рис.1. Цилиндрическая осесимметрическая модель.
Допущения к модели:
· осесимметричность модели и расположение оси по центру конечности;
· наличие только одной крупной артерии;
· позиционирование электродов для контактной стимуляции сверху и снизу;
· позиционирование конечности при бесконтактном воздействии в центре рабочего аппарата.
· цилиндрические включения достаточно удалены от границы раздела сред и друг от друга, так что их взаимодействие и краевые эффекты не учитываются;
· все биоткани в модели являются однородными по своим биофизическим свойствам;
· краевыми эффектами, связанными с точками положения электродов или границами конечности, можно пренебречь;
· влияние сосуда на распределение тока в кости не учитывается в расчете.
Таблица 1. Параметры для контактного воздействия.
| Параметры установки | Длина электродов, мм | |
| Напряжение на электродах, В | 1, 10 | |
| Угол развертки электродов, град | 5, 10, 20, 40 | |
| Радиус конечности, мм | ||
| Параметры кости | Внешний радиус, мм | |
| Внутренний радиус, мм | ||
| Параметры сосуда | Внешний радиус, мм | |
| Толщина стенки, мм | ||
| Расстояние от центра конечности то центра сосуда, мм | ||
| Положение сосуда относительно оси симметрии, град | ||
| Параметры биоткани |  мягких тканей, Ом*м
| |
| компактной костной ткани, Ом*м
| ||
| костного мозга, Ом*м
| ||
| крови, Ом*м
| 1,5 | |
| стенки сосуда, Ом*м
|
|
|
|
Расчет плотности тока в конечности без учета неоднородностей.
Для значений углов развертки 5,10,20,40 град. и напряжения на электродах 1 и 10 В определим:
- максимальную плотность тока в приэлектродной зоне и плотность тока в центре приэлектродной зоны;
- плотность тока в центре конечности;
Таблица 2. Результаты для значений углов развертки 5,10,20,40 град. при напряжениях на электродах 1 и 10 В
| Угол развертки, град | 1 В | 10 В | ||||
| max, А/м2 | центр, А/м2 | Центр конечности, А/м2 | max, А/м2 | центр, А/м2 | Центр конечности, А/м2 | |
| 3,382944 | 0,71 | 0,1259035327 | 33,829438 | 7,1 | 1,259035367 | |
| 2,424399 | 0,355 | 0,126627245 | 29,243986 | 3,55 | 1,266272446 | |
| 1,809722 | 0,19 | 0,129580622 | 18,097217 | 1,9 | 1,295806215 | |
| 1,598382 | 0,11 | 0,110541793 | 15,983815 | 1,1 | 1,105417934 |
Пример моделирования для случая 1 В и 20 град.:
Для значений углов развертки электродов 5, 10, 20, 40° и напряжения на электродах 10 В (контактное воздействие) определить степень неоднородности электрического поля в области предполагаемого сосуда для двух случаев:
- угол поворота сосуда 0° (артериальный сосуд удален от пары электродов);
- угол поворота сосуда 90° (артериальный сосуд находится под электродом).
Таблица 3. Результаты для значений углов развертки электродов 5, 10, 20, 40° и напряжения на электродах 10 В в двух случаях.
| Угол развертки, град | 0 град | 90 град | ||||||
| max, А/м2 | min, А/м2 | Отн. разброс плотн. тока | Изм. угла наклона вектора плотн. тока | max, А/м2 | min, А/м2 | Отн. разброс плотн. тока | Изм. угла наклона вектора плотн. тока | |
| 1,2590 | 0,6340 | 0,4964 | 7,3970 | 1,2590 | 0,8298 | 4,8 | ||
| 1,2662 | 0,6450 | 0,4906 | 3,7194 | 1,2662 | 0,6596 | 1,93 | ||
| 1,2958 | 0,6917 | 0,4661 | 2,0176 | 1,2958 | 0,3577 | 0,97 | ||
| 1,4166 | 0,9277 | 0,3451 | 0,99 | 1,4384 | 1,1058 | 0,2312 | 0,99 |
|
|
|
Расчет плотности тока в конечности с учетом цилиндрических включений.
----Суммарный ток 2.01 mA. Вдоль выбранного 1D-сечения получены плотности тока (мА/cм^2):
Минимальная 2.7E-6 в точке (7.4,0.129) в декартовой СК, или:
(7.4,1) в полярной СК.
Максимальная 7.7E-3 в точке (15,0.262) в декартовой СК, или:
(15,1) в полярной СК.
Максимальный угол наклона вектора тока 91 градусов, минимальный -270
Вывод: для создания уровня тока стимуляции для сосудистой ткани порядка 2мА/м2 необходимо подать напряжение на электроды порядка 0,033В.
При данном значении напряжения болевой порог не будет достигаться (Необходимо получить 0.1 А/м2).
|
|
|
