Câmpul electric uman există pe suprafața corpului și afară, în afara acestuia. Câmpul electric din afara corpului uman se datorează mai ales tributelor, adică sarcinilor care apar pe suprafața corpului ca urmare a frecării împotriva îmbrăcămintei sau a oricărui obiect dielectric, în timp ce pe corp este creat un potențial electric de ordinul mai multor volți. Câmpul electric se schimbă continuu în timp: în primul rând, încărcările tribo sunt neutralizate - acestea coboară de pe suprafața pielii cu rezistență înaltă, cu timpi caracteristici de ~ 100 - 1000 s; în al doilea rând, modificări în geometria corpului datorită mișcărilor de respirație, bătăilor inimii etc. duce la modularea unui câmp electric constant în afara corpului.
O altă sursă a câmpului electric din afara corpului uman este câmpul electric al inimii. Aducând doi electrozi pe suprafața corpului, este posibilă înregistrarea aceleiași cardiograme fără contact și de la distanță ca în cazul metodei de contact tradiționale. Rețineți că acest semnal nu este de multe ori mai mic decât câmpul de tribunale.
În medicină, metoda fără contact de măsurare a câmpurilor electrice asociate cu corpul uman și-a găsit aplicarea pentru a măsura mișcările toracice cu frecvență joasă.
În acest caz, pe corpul pacientului se aplică o tensiune electrică alternativă cu o frecvență de 10 MHz, iar mai mulți electrozi de antenă sunt aduși la piept la o distanță de 2-5 cm. Antena și corpul sunt două plăci ale unui condensator. Deplasarea pieptului modifică distanța dintre plăci, adică capacitatea acestui condensator și, prin urmare, curentul capacitiv măsurat de fiecare antenă. Pe baza măsurătorilor acestor curenți, este posibilă construirea unei hărți a mișcărilor toracului în timpul ciclului respirator. În mod normal, ar trebui să fie simetric față de stern. Simetria sa este ruptă, iar pe de o parte domeniul de mișcare este mic, atunci aceasta poate indica, de exemplu, o fractură de coastă ascunsă, în care contracția musculară este blocată pe partea corespunzătoare a pieptului.
În prezent, măsurătorile de contact ale câmpului electric sunt cele mai utilizate în medicină: în cardiografie și electroencefalografie. Principalul progres în aceste studii se datorează utilizării tehnologiei de calcul, inclusiv a calculatoarelor personale. Acestea vă permit să obțineți electrocardiograme de înaltă rezoluție (ECG HR).
După cum știți, amplitudinea semnalului ECG nu este mai mare de 1 mV, iar segmentul ST este și mai mic, iar semnalul este mascat de zgomotul electric asociat cu activitatea musculară neregulată. Prin urmare, se utilizează metoda de acumulare - adică însumarea multor semnale ECG secvențiale. Pentru aceasta, computerul schimbă fiecare semnal ulterior, astfel încât vârful său R să fie aliniat cu vârful R al semnalului anterior, și îl adaugă la cel precedent și așa mai departe pentru multe semnale timp de câteva minute. În această procedură, semnalul repetitiv util este crescut și interferența neregulată se anulează reciproc. Prin suprimarea zgomotului, este posibilă evidențierea structurii fine a complexului ST, ceea ce este important pentru a prezice riscul de moarte instantanee.
În electroencefalografia, folosită în scopuri de neurochirurgie, calculatoarele personale permit realizarea în timp real a unor hărți instantanee de distribuție a câmpului electric al creierului folosind potențialele de la 16 la 32 de electrozi localizați pe ambele emisfere la intervale de timp de ordinul mai multor ms.
Construcția fiecărei hărți implică patru proceduri:
Video promotional:
1) măsurarea potențialului electric în toate punctele unde se află electrozii;
2) interpolarea (continuarea) valorilor măsurate în punctele situate între electrozi;
3) netezirea hărții rezultate;
4) colorarea hărții în culori corespunzătoare anumitor valori ale potențialului. Sunt obținute imagini color eficiente. O astfel de reprezentare în cvasi-culoare, când un set de culori, de exemplu, de la violet la roșu, este atribuit întregii game de valori ale câmpului de la minim la maxim, este acum foarte frecvent, deoarece facilitează foarte mult analiza distribuțiilor spațiale complexe pentru medic. Rezultatul este o secvență de hărți care arată modul în care sursele potențialului electric se deplasează de-a lungul suprafeței crustei.
Un computer personal face posibilă construirea hărților nu numai a distribuției potențiale instantanee, ci și a parametrilor EEG mai subtili, care au fost testați de multă vreme în practica clinică. Acestea includ în principal distribuția spațială a puterii electrice a anumitor componente spectrale ale ritmurilor EEG (α, R, γ, δ și θ). Pentru a construi o astfel de hartă, într-o anumită fereastră de timp, potențialele sunt măsurate la 32 de puncte ale scalpului, apoi spectrele de frecvență sunt determinate din aceste înregistrări și se construiește distribuția spațială a componentelor spectrale individuale.
Cărțile de ritm α, δ, I sunt foarte diferite. Tulburările de simetrie ale unor astfel de hărți între emisfera dreaptă și stânga pot fi un criteriu de diagnostic în cazul tumorilor cerebrale și în unele alte boli.
Astfel, în prezent, au fost dezvoltate metode non-contact pentru înregistrarea câmpului electric pe care corpul uman îl creează în spațiul înconjurător și s-au găsit unele aplicații ale acestor metode în medicină. Măsurătorile de contact ale câmpului electric au primit un nou impuls în legătură cu dezvoltarea computerelor personale - performanțele lor înalte au făcut posibilă obținerea hărților câmpurilor electrice ale creierului.
Câmp magnetic uman
Câmpul magnetic al corpului uman este creat de curenții generați de celulele inimii și cortexul cerebral. Este extrem de mic - 10 milioane - 1 miliard de ori mai slab decât câmpul magnetic al Pământului. Pentru a-l măsura este folosit un magnetometru cuantic. Senzorul său este un magnetometru cuantic supraconductor (SQUID), a cărui intrare include și recepții din bobină. Acest senzor măsoară fluxul magnetic ultra-slab care trece prin bobine. Pentru ca un SQUID să funcționeze, acesta trebuie răcit la o temperatură la care apare supraconductivitatea, adică. la temperatura heliului lichid (4 K). Pentru a face acest lucru, el și bobinele receptoare sunt plasate într-un termos special pentru depozitarea heliului lichid - un criostat, mai precis, în partea sa îngustă a cozii, care poate fi adus cât mai aproape de corpul uman.
În ultimii ani, după descoperirea „superconductivității la temperaturi ridicate”, au apărut SQUID-uri, care pot fi suficient de răcite până la temperatura azotului lichid (77 K). Sensibilitatea lor este suficientă pentru a măsura câmpurile magnetice ale inimii.
Câmpul magnetic creat de corpul uman este cu multe ordine de mărime mai mici decât câmpul magnetic al Pământului, fluctuațiile sale (zgomot geomagnetic) sau câmpurile dispozitivelor tehnice.
Există două abordări pentru eliminarea influenței zgomotului. Cel mai radical este crearea unui volum (cameră) relativ mare în care zgomotul magnetic este redus dramatic de scuturile magnetice. Pentru cele mai subtile studii biomagnetice (pe creier), zgomotele trebuie să fie șterse de aproximativ un milion de ori, care pot fi furnizate de stive cu mai multe straturi dintr-un aliaj ferromagnetic magnetic moale (de exemplu, permis). Camera protejată este o structură scumpă și numai cele mai mari centre științifice își pot permite. Numărul de astfel de camere din lume este în prezent în unități.
Există un alt mod mai accesibil de a reduce influența zgomotului extern. Se bazează pe faptul că, în cea mai mare parte, zgomotele magnetice din spațiul din jurul nostru sunt generate de oscilații (fluctuații) haotice ale câmpului magnetic al pământului și instalațiilor electrice industriale. Departe de anomaliile magnetice ascuțite și de mașinile electrice, câmpul magnetic, deși fluctuează cu timpul, este omogen spațial, schimbându-se ușor la distanțe comparabile cu dimensiunea unui corp uman. De fapt, câmpurile biomagnetice slăbesc rapid odată cu distanța de un organism viu. Aceasta înseamnă că câmpurile externe, deși mult mai puternice, au gradienți mai mici (adică rata de modificare cu distanța față de obiect) decât câmpurile biomagnetice.
Dispozitivul receptor al unui dispozitiv cu un calamar ca element sensibil este fabricat astfel încât să fie sensibil doar la gradientul câmpului magnetic - în acest caz, dispozitivul se numește gradometru. Cu toate acestea, adesea câmpurile exterioare (de zgomot) au în continuare gradienți vizibili, atunci este necesar să folosiți un dispozitiv care măsoară a doua derivată spațială a inducției câmpului magnetic - un gradometru de ordinul doi. Un astfel de dispozitiv poate fi deja utilizat într-un cadru de laborator normal. Cu toate acestea, gradometrele sunt, de asemenea, de preferat pentru a fi utilizate în locuri cu un mediu „calm magnetic”, iar unele grupuri de cercetare lucrează în case special nemagnetice construite în zonele rurale.
În prezent, cercetări biomagnetice intense se desfășoară atât în camere protejate magnetic, cât și fără ele, folosind gradiometre. Într-o gamă largă de fenomene biomagnetice, există multe sarcini care permit diferite niveluri de atenuare a zgomotului extern.
