ملف أودين

ملف أودين ، ويُسمى أيضًا مذبذب أودين أو رنان أودين ، هو دائرة محول رنانة تولد تيارًا مترددًا عالي الجهد والتردد عند مستويات تيار منخفضة، ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وقد استُخدم في أشكال العلاج الكهربائي القديمة في مطلع القرن العشرين. ^{[ 4 ]} وهو مشابه جدًا لملف تسلا ، مع اختلاف أن ملف أودين كان موصولًا كمحول ذاتي . ^{[ 2 ] [ 5 ]} اخترعه الطبيب الفرنسي بول ماري أودان عام 1893 ^{[ 6 ]} كتعديل لجهاز العلاج الكهربائي الخاص بالطبيب جاك أرسين دارسونفال ^{[ 7 ] [ 8 ]} ، واستُخدم في العلاج الحراري الطبي وكذلك في الطب الشعبي ^{[ 9 ] [ 10 ]} حتى عام 1940 تقريبًا. كان طرف خرج الجهد العالي للملف موصولًا بقطب كهربائي محمول معزول، يُنتج تفريغات ضوئية تُطبّق على جسم المريض لعلاج حالات طبية مختلفة في العلاج الكهربائي . ^{[ 4 ]}

ملفات أودين وتيسلا عبارة عن دوائر محولات مزدوجة الضبط ذات قلب هوائي تعمل بالإثارة الشرارية ، وتستخدم الرنين لتوليد فولتيات عالية جدًا بتيارات منخفضة . ^{[ 11 ] [ 12 ]} وهي تُنتج تيارًا متناوبًا في نطاق الترددات الراديوية . أنتجت الملفات الطبية في أوائل القرن العشرين جهودًا تتراوح بين 50,000 ومليون فولت، بترددات تتراوح بين 200  كيلوهرتز و5  ميجاهرتز. ^{[ 4 ]} تحتوي الدائرة الأولية للملف على مكثفات ليدن (C) التي تُشكل مع اللفة الأولية للملف (L1) دائرة رنانة (دائرة مضبوطة). ^{[ 4 ]} في الملفات الطبية، كان يُستخدم عادةً مكثفان لأغراض السلامة، واحد في كل جانب من الدائرة الأولية، لعزل المريض تمامًا عن التيار الأولي منخفض التردد الذي قد يكون قاتلًا. تحتوي الدائرة الأولية أيضًا على فجوة شرارية (SG) تعمل كمفتاح لإثارة التذبذبات في الدائرة الأولية. تُغذّى الدائرة الأولية بمحول جهد عالٍ أو ملف حثي ^{[ 4 ]} (T) بجهد يتراوح بين 2 و15 كيلوفولت. يقوم المحول بشحن المكثفات بشكل متكرر، والتي تُفرغ شحنتها لاحقًا عبر فجوة الشرارة والملف الأولي (ينطبق الوصف التفصيلي لدورة التشغيل في مقال ملف تسلا على ملف أودين أيضًا). تتكرر هذه الدورة عدة مرات في الثانية. خلال كل شرارة، تنتقل الشحنة بسرعة ذهابًا وإيابًا بين لوحي المكثف عبر الملف الأولي، مما يُولّد تيارًا متذبذبًا بترددات الراديو مُخمّدًا في الدائرة الرنانة الأولية، والذي بدوره يُولّد الجهد العالي في الملف الثانوي.

الملف الثانوي (L2) مفتوح الدائرة، ومتصل بقطب خرج الجهاز. في ملف أودين، يكون أحد طرفي الملف الابتدائي (L1) مؤرضًا، والطرف الآخر متصلًا بالملف الثانوي، وبالتالي يكون الملفان الابتدائي والثانوي موصولين على التوالي. يوجد إصداران من ملف أودين: ^{[ 3 ] [ 13 ] [ 14 ]}

ملف أودين من النوع المبكر، حوالي عام ١٩٠٤، بملفين ابتدائي وثانوي منفصلين. في الرسم، الملف الابتدائي (L1) هو الملف الأفقي الصغير الظاهر بين قاروري ليدن، وملف الرنين الثانوي الرأسي الكبير. المحول (T) الذي يغذي الدائرة غير موضح.

• في دوائر أودين السابقة، كان الملفان منفصلين، غير متصلين مغناطيسيًا، مع ملف ابتدائي أفقي صغير من نوع "دارسونفال" (L1) يتكون من 20-40 لفة، موصول بنقطة توصيل، إلى ملف ثانوي رأسي كبير من نوع "رنان أودين" (L2) يتكون من عدد كبير من لفات السلك الدقيق (400-600 لفة في الملفات الكبيرة، و100-300 لفة في الملفات الصغيرة)، ^{[ 2 ]} موصول بطرف الجهد العالي في الأعلى. في هذه الدائرة، كان الجهد العالي يُولّد بالكامل عن طريق الرنين الذاتي في الملف الثانوي ذي عامل الجودة العالي . كانت إضافة ملف "الرنان" إلى ملف "دارسونفال" إسهام أودين؛ أما بقية الدائرة فقد ابتكرها جاك دارسونفال . ^{[ 3 ]}

النوع الأحدث مزود بملفات ابتدائية وثانوية ملفوفة على نفس القالب لتكوين محول ذاتي. الملف الابتدائي هو الملف الخشن في الأسفل. في كلتا الصورتين، تم وضع فجوة الشرارة (SG) داخل صندوق صغير (S) على اليمين لتقليل التشويش.

• في دوائر أودين اللاحقة، تم ربط الملفات مغناطيسيًا، لتشكيل محول ذاتي ، بحيث يحث الملف الابتدائي قوة دافعة كهربائية في الملف الثانوي عن طريق الحث الكهرومغناطيسي . عادةً ما كان كلا الملفين ملفوفين على نفس شكل الملف، ويتكون الملف الابتدائي من عدد قليل نسبيًا من لفات سلك سميك في الأسفل مع نقطة توصيل قابلة للتعديل، متصلة بالملف الثانوي المصنوع من لفات عديدة من سلك رفيع. ^{[ 3 ]} وجد أودين أن هذه الدائرة تنتج جهودًا أعلى نظرًا لنسبة اللفات الكبيرة للمحول.

على الرغم من عدم احتوائه على مكثف، فإن الملف الثانوي يُعدّ دائرة رنين ( رنان كهربائي )؛ إذ تتناغم السعة الطفيلية بين طرفي الملف الثانوي مع محاثته الكبيرة عند تردد رنين محدد . وعندما يُثار عند هذا التردد بواسطة الملف الابتدائي، تتولد جهود متذبذبة كبيرة في الملف الثانوي. ويمكن ضبط عدد لفات الملف الابتدائي، وبالتالي تردد رنينه ، عن طريق نقرة على الملف. وعندما تُضبط الدائرتان الرنانتان للرنين عند التردد نفسه، فإن نسبة اللفات الكبيرة للملف، مدعومةً بمعامل الجودة العالي للدوائر الرنانة، ترفع الجهد الابتدائي إلى مئات الآلاف أو ملايين الفولتات عند الملف الثانوي.

يتصل الملف الثانوي مباشرةً بالدائرة الأولية، التي تحمل تيارات منخفضة التردد قاتلة (50/60  هرتز) بجهد آلاف الفولتات من محول الطاقة. ولأن ملف أودين كان جهازًا طبيًا، حيث يُطبَّق التيار الثانوي مباشرةً على جسم الإنسان، فقد زُوِّدت دائرة أودين، حفاظًا على السلامة، بمكثفين ( C) ، أحدهما في كل فرع من فروع الملف الأولي، لعزل الملف وقطب الخرج تمامًا عن محول التغذية عند تردد التيار الكهربائي الرئيسي. ^{[ 15 ]} ولأن سعة مكثفين متطابقين موصولين على التوالي تساوي نصف سعة مكثف واحد، فإن تردد الرنين لدائرة أودين هو

${\displaystyle f={1 \over 2\pi {\sqrt {L_{1}C/2}}}\;}$

علاج تساقط الشعر في الركبة باستخدام ملف أودين، ١٩٠٧. يتم توجيه القطب المدبب ذو المقبض المعزول (ب) ، المثبت أعلى الملف، نحو الركبة. يمسك المريض قطبًا أرضيًا (أ) مثبتًا أسفل الملف. لاحظ يد المُشغِّل الأخرى (د) وهي تُعدّل الملف.

طقم العلاج الكهربائي من أودين. يتضمن ملف أودين (الخلف الأيمن) ، وملف الحث الذي يزوده بالطاقة (الخلف الأوسط) ، ولوحة الطاقة مع قاطع الزئبق (الخلف الأيسر) ، وسرير التكثيف (في المقدمة).

علاج السرطان بتقنية تفتيت الخلايا باستخدام ملف أودين (يسار المريض الجالس) . يقع ملف الحث وقاطع الدائرة الذي يزود ملف أودين بالطاقة خلف رأس المريض.

ملف أودين آخر من النوع المبكر

كان طرف الجهد العالي للملف موصولًا بسلك إلى أنواع مختلفة من الأقطاب الكهربائية المحمولة التي يستخدمها الطبيب لتطبيق الجهد العالي على جسم المريض. لم يكن العلاج مؤلمًا للمريض، لأن التيار المتردد في نطاق الترددات الراديوية (RF)، الذي يزيد تردده  عن 10 كيلوهرتز ، لا يُسبب عادةً إحساسًا بالصدمة الكهربائية . كان ملف أودين مولدًا أحادي القطب، حيث كان طرفه السفلي مؤرضًا، لذا في بعض الأحيان كان يُطبَّق قطب كهربائي واحد فقط على المريض، وكان مسار عودة التيار يمر عبر الأرض. مع ذلك، كان يُستخدم عادةً سلك تأريض من أسفل الملف، موصولًا بقطب كهربائي أرضي يمسكه المريض. من عيوب ملف أودين أن حركة القطب الكهربائي والسلك أثناء الاستخدام تُغير سعة الطرف العلوي للملف الثانوي، وبالتالي تردد رنينه . ^{[ 16 ]} هذا يُخرج الملف الثانوي عن رنين الملف الابتدائي، مما يُسبب انخفاضًا في الجهد. لذلك كان لا بد من تعديل نقطة التوصيل على الملف الابتدائي باستمرار أثناء الاستخدام للحفاظ على الملف الابتدائي والثانوي في "التناغم" (كما هو موضح في الصورة اليسرى أعلاه) .

استُخدمت أنواع عديدة من الأقطاب الكهربائية المتخصصة لتطبيق التيار على أجزاء مختلفة من جسم المريض. وتنقسم هذه الأقطاب عمومًا إلى نوعين. لتطبيق تفريغات فرشاة (تُسمى " التدفقات ") على سطح جسم المريض، استُخدمت أقطاب كهربائية تتكون من نقطة معدنية واحدة أو أكثر على مقبض عازل. وكان لا بد من توخي الحذر لإبقائها بعيدة بما يكفي عن الجسم لمنع حدوث قوس كهربائي مستمر على الجلد، والذي قد يُسبب حروقًا مؤلمة ناتجة عن الترددات الراديوية. أما لتطبيق التيار مباشرةً على سطح الجسم، وكذلك على الأنسجة الداخلية للمريض عبر الفم أو المستقيم أو المهبل، فقد استُخدم قطب كهربائي "مكثف" أنبوبي مفرغ. ويتكون هذا القطب من أنبوب زجاجي مفرغ جزئيًا بأشكال مختلفة، بداخله قطب كهربائي مُحكم الإغلاق، موصول بسلك الجهد العالي. ويُنتج هذا توهجًا بنفسجيًا لافتًا عند تنشيطه. ويُشكل الغلاف الزجاجي للأنبوب مكثفًا مع جسم المريض يمر التيار من خلاله، مما يحد من شدته إلى قيم آمنة.

لتطبيق التيار على كامل الجسم، استُخدمت "أريكة مكثفة". وهي عبارة عن سرير أو أريكة ذات ظهر معدني أسفل المرتبة، موصولة بسلك إلى طرف الجهد العالي. أما أقطاب مسند اليد المعدنية على الجانبين، والتي كان المريض يمسكها أثناء العلاج، فكانت بمثابة مسار عودة التيار "الأرضي" وموصولة بأسفل الملف. وهكذا، شكلت الأريكة مكثفًا، وكان جسم المريض بمثابة أحد أقطابها.

خلال القرن التاسع عشر، تطورت التجارب في تطبيق التيارات الكهربائية على جسم الإنسان إلى مجال طبي في العصر الفيكتوري ، جمع بين الطب التجريبي المشروع والطب الشعبي ، عُرف بالعلاج الكهربائي ، حيث استُخدمت التيارات لعلاج العديد من الحالات الطبية. أثار اكتشاف هاينريش هيرتز للموجات الراديوية عام 1886، وما تلاه من تطوير الراديو على يد أوليفر لودج وغولييلمو ماركوني ، اهتمامًا بتيارات الترددات الراديوية والدوائر الكهربائية لتوليدها. كانت التيارات "عالية التردد" تعني أي تردد أعلى من نطاق الترددات الصوتية، أي أكثر من 20 كيلوهرتز، وكانت الملفات الرنانة التي تولدها تُسمى عمومًا "محولات التذبذب". خلال تسعينيات القرن التاسع عشر، بدأ الأطباء بتجربة تطبيق هذه التيارات عالية الجهد والتردد على جسم الإنسان (كانت المعايير الأخلاقية في مهنة الطب آنذاك أقل صرامة، وكان بإمكان الأطباء إجراء التجارب على مرضاهم). في عام 1890، أسس الطبيب الفرنسي جاك أرسين دارسونفال مجال العلاج الكهربائي عالي التردد، وأجرى أولى التجارب بتطبيق تيارات عالية التردد على جسم الإنسان. اكتشف أن التيارات التي تزيد تردداتها عن 10 كيلوهرتز لا تُسبب انقباض العضلات أو تنشيط الأعصاب لإحداث إحساس بالصدمة الكهربائية ، مما يسمح بتطبيق فولتيات عالية للغاية على المريض دون أي إزعاج. وفي عام 1891 في أمريكا، اكتشف المهندس نيكولا تيسلا الأمر نفسه بشكل مستقل. استُخدمت ثلاثة أنواع من الأجهزة، طوّرها ثلاثة رواد في هذا المجال، وهم دارسونفال، وتيسلا، وأودين، ونشأت حولها مجموعات منفصلة من التقنيات السريرية: ^{[ 3 ] [ 4 ]}  

• جهاز دارسونفال - استخدم دارسونفال في البداية مولد تيار متردد عالي التردد ، لكن هذا الجهاز لم يكن قادرًا على إنتاج ترددات تتجاوز 10  كيلوهرتز. وللوصول إلى ترددات أعلى، طور دارسونفال دائرة كهربائية (انظر الرسم التوضيحي) تتكون من دائرة رنانة واحدة ، مصنوعة من مكثفين من نوع ليدن وملف صغير ذي عدد قليل نسبيًا من اللفات (من 10 إلى 30 لفة) من سلك سميك، مع ملف حث وفجوة شرارة لتحفيز التذبذبات. تشبه هذه الدائرة دائرة تسلا بدون الملف الثانوي. أنتجت الدائرة تيارًا كهربائيًا عاليًا بجهد منخفض نسبيًا (ربما 30 كيلوفولت)، يُسمى "تيارات دارسونفال". كانت الدائرة "ثنائية القطب" بسلكين من طرفي الملف المتقابلين متصلين بأقطاب كهربائية في أماكن مختلفة من جسم المريض. يمكن للتيارات عالية التردد أن تُنتج حرارة في جسم المريض، على غرار عمل فرن الميكروويف؛ وقد سُميت هذه العملية بالعلاج الحراري (بيهاري). كما تم استخدام أسماء أخرى مثل العلاج الحراري والاختراق الحراري اعتمادًا على ما إذا كان يستخدم للعلاج أو للتأثيرات المدمرة في الجراحة (بهاري).
• رنان أودين - قام الطبيب الفرنسي بول ماري أودين عام 1893 بتعديل دائرة دارسونفال بإضافة ملف رنان كبير ثانٍ مصنوع من لفات عديدة من سلك رفيع إلى نقطة توصيل في ملف دارسونفال الصغير. ومن خلال ضبط نقطة التوصيل، تمكن من جعل الملف الثاني يرن مع الدائرة الرنانة، مما أدى إلى توليد فولتيات أعلى بتيارات أقل، على غرار دائرة تسلا. في أجهزة رنان أودين المبكرة، كان الملفان منفصلين وغير متصلين مغناطيسيًا. لاحقًا، اكتشف أودين أنه يمكن زيادة الكفاءة عن طريق ربط الملفين مغناطيسيًا، مما يجعل الملف الصغير هو الملف الابتدائي للملف الكبير. ^{[ 13 ]} كان رنان أودين يولد كهرباء بجهد عالٍ جدًا وتيار منخفض. وكانت دائرة أحادية القطب، حيث كان أحد طرفيها مؤرضًا وله طرف إخراج واحد.
• جهاز تسلا-تومسون - رائد المهندس الصربي الأمريكي نيكولا تسلا مجال محولات الرنين عالية الجهد بترددات الراديو، حيث اخترع دائرة ملف تسلا عام 1891. وقد أجرى هو وإليهو تومسون تجارب بتطبيق جهد عالٍ على أجسادهم. على الرغم من أن تسلا اخترع العديد من دوائر محولات الرنين المختلفة، إلا أن دائرة العلاج الكهربائي التي تحمل اسمه كانت دائرة "ثنائية القطب" تتكون من ملف ابتدائي مضبوط ذي عدد قليل من اللفات، يتم تحفيزه بشرارة كهربائية، ويحيط بمركز ملف ثانوي ثنائي القطب متناظر ذي لفات عديدة من سلك رفيع، مع أطراف إخراج على كل طرف.

انتشر جهازا دارسونفال وأودين في أوروبا، بينما شاع استخدام جهاز تسلا-تومسون في أمريكا. وخلال العقود الأولى من القرن العشرين، تنافست هذه الأجهزة، ودار جدل في الأدبيات الطبية حول أيٍّ من "تيارات تسلا" أو "تيارات أودين" أفضل لعلاج حالات مرضية مختلفة. وبحلول عام ١٩٢٠، تبيّن أن التيارات متشابهة جدًا. ونظرًا لتشابه الدوائر الكهربائية، باعت شركات الأجهزة الطبية وحدات "عالية التردد" مُدمجة، يُمكن ضبطها للعلاج بتيارات تسلا أو دارسونفال أو أودين، وغالبًا ما كانت تُدمج أيضًا مع أشعة رونتجن (الأشعة السينية).

بعد أن جمع أودين الملف الابتدائي وملف "الرنان" معًا في قالب واحد، مُشكِّلًا بذلك محولًا ذاتيًا هوائي القلب ، كان الفرق الجوهري الوحيد بين جهازي تسلا وأودين هو أن ملف تسلا الطبي كان "ثنائي القطب" بينما كان ملف أودين "أحادي القطب"، مع تأريض أحد طرفيه. ومع مرور الوقت، تغير معنى المصطلحين، حتى أصبح مصطلح " ملف تسلا " (بحلول عام 1920 تقريبًا) يعني ملفًا "ثنائي القطب"؛ أي ملف عالي الجهد ذو ملف ثانوي متوازن غير مؤرض وله طرفا إخراج، بينما كان مصطلح " ملف أودين " يعني ملفًا "أحادي القطب"؛ أي ملف ذو ملف ثانوي مؤرض وله طرف إخراج واحد. ^{[ 13 ]}

في ثلاثينيات القرن العشرين، حلت مذبذبات الصمامات المفرغة محل الدوائر الكهربائية ذات الإثارة الشرارية في الأجهزة الطبية عالية التردد. وحلّ مجال العلاج الحراري الحديث محل العلاج الكهربائي ، وأصبح ملف أودين قديمًا. ومن المفارقات أن تصميمات ملفات تسلا الحديثة أحادية القطب، ذات طرف واحد عالي الجهد، ولذا تُسمى أحيانًا بملفات أودين. ^{[ 13 ] [ 17 ]}

• عصا بنفسجية