Ľudské elektrické pole existuje na povrchu tela aj mimo neho. Elektrické pole mimo ľudského tela je spôsobené hlavne tromi nábojmi, t. J. Nábojmi, ktoré vznikajú na povrchu tela v dôsledku trenia s odevom alebo akýmkoľvek dielektrickým predmetom, zatiaľ čo na tele sa vytvára elektrický potenciál rádovo niekoľko voltov. Elektrické pole sa v čase neustále mení: po prvé, tribo náboje sú neutralizované - stekajú dole z vysoko odolného povrchu pokožky s charakteristickými časmi ~ 100 - 1000 s; po druhé, zmeny geometrie tela v dôsledku dýchacích pohybov, úderu srdca atď. vedú k modulácii konštantného elektrického poľa mimo tela.
Ďalším zdrojom elektrického poľa mimo ľudského tela je elektrické pole srdca. Privedením dvoch elektród na povrch tela je možné zaregistrovať ten istý kardiogram bez kontaktu a vzdialene ako pri tradičnom spôsobe kontaktu. Všimnite si, že tento signál nie je mnohokrát menší ako pole troch nabíjaní.
V medicíne našla bezkontaktná metóda merania elektrických polí spojených s ľudským telom aplikáciu na meranie nízkofrekvenčných pohybov hrudníka.
V tomto prípade je na telo pacienta privedené striedavé elektrické napätie s frekvenciou 10 MHz a do hrudníka je privedených niekoľko anténnych elektród vo vzdialenosti 2 až 5 cm. Anténa a telo sú dve doštičky kondenzátora. Pohybom hrude sa mení vzdialenosť medzi doskami, to znamená kapacita tohto kondenzátora a teda kapacitný prúd meraný každou anténou. Na základe merania týchto prúdov je možné zostaviť mapu pohybov hrudníka počas dýchacieho cyklu. Normálne by mal byť okolo hrudnej kosti symetrický. Jeho symetria je narušená a na jednej strane rozsah pohybu je malý, potom to môže naznačovať napríklad skryté zlomenie rebier, pri ktorom je kontrakcia svalov blokovaná na zodpovedajúcej strane hrudníka.
Kontaktné merania elektrického poľa sa v súčasnosti najviac používajú v medicíne: v kardiografii a elektroencefalografii. Hlavným pokrokom v týchto štúdiách je používanie výpočtovej techniky vrátane osobných počítačov. Umožňujú získať elektrokardiogramy s vysokým rozlíšením (EKG HR).
Ako viete, amplitúda signálu EKG nie je vyššia ako 1 mV a segment ST je ešte menší a signál je maskovaný elektrickým šumom spojeným s nepravidelnou svalovou aktivitou. Preto sa používa metóda akumulácie - to znamená sumácia mnohých sekvenčných signálov EKG. Na tento účel počítač posúva každý nasledujúci signál tak, že jeho R-vrchol je zarovnaný s R-píkom predchádzajúceho signálu a pridá ho k predchádzajúcemu signálu, a tak ďalej pre mnoho signálov na niekoľko minút. Pri tomto postupe sa užitočný opakovaný signál zvýši a nepravidelné rušenie sa navzájom vyruší. Potlačením šumu je možné zdôrazniť jemnú štruktúru komplexu ST, čo je dôležité na predpovedanie rizika okamžitej smrti.
Pri elektroencefalografii, ktorá sa používa na neurochirurgické účely, osobné počítače umožňujú v reálnom čase vytvárať okamžité mapy distribúcie elektrického poľa mozgu s využitím potenciálov od 16 do 32 elektród umiestnených na oboch hemisférach v časových intervaloch rádovo niekoľko ms.
Konštrukcia každej mapy zahŕňa štyri postupy:
Propagačné video:
1) meranie elektrického potenciálu vo všetkých miestach, kde sú umiestnené elektródy;
2) interpolácia (pokračovanie) nameraných hodnôt do bodov ležiacich medzi elektródami;
3) vyhladenie výslednej mapy;
4) vyfarbenie mapy farbami zodpovedajúcimi určitým hodnotám potenciálu. Získajú sa účinné farebné obrázky. Takéto znázornenie v kvázi farbách, keď sa skupina farieb, napríklad fialová až červená, prispôsobí celému rozsahu hodnôt poľa od minima po maximum, je v súčasnosti veľmi bežné, pretože do značnej miery uľahčuje lekárovi analýzu zložitých priestorových rozložení. Výsledkom je postupnosť máp, z ktorých môžete vidieť, ako sa zdroje elektrického potenciálu pohybujú po povrchu kôry.
Osobný počítač umožňuje zostaviť mapy nielen okamžitej distribúcie potenciálu, ale aj jemnejších parametrov EEG, ktoré sa už dlho testujú v klinickej praxi. Patria sem predovšetkým priestorové rozloženie elektrickej energie určitých spektrálnych komponentov EEG (a, R, γ, δ a θ rytmy). Aby sa vytvorila takáto mapa, v určitom časovom okne sa zmerajú potenciály v 32 bodoch skalpu, potom sa z týchto záznamov stanoví frekvenčné spektrum a skonštruuje sa priestorové rozdelenie jednotlivých spektrálnych komponentov.
Karty rytmu α, δ, I sa veľmi líšia. Poruchy symetrie takýchto máp medzi pravou a ľavou hemisférou môžu byť diagnostickým kritériom v prípade mozgových nádorov a niektorých ďalších chorôb.
V súčasnosti boli vyvinuté bezkontaktné metódy na registráciu elektrického poľa, ktoré vytvára ľudské telo v okolitom priestore, a našli sa niektoré aplikácie týchto metód v medicíne. Kontaktné merania elektrického poľa dostali nový impulz v súvislosti s vývojom osobných počítačov - ich vysoký výkon umožnil získať mapy elektrických polí mozgu.
Ľudské magnetické pole
Magnetické pole ľudského tela je tvorené prúdmi generovanými bunkami srdca a mozgovej kôry. Je extrémne malý - 10 miliónov - 1 miliarda krát slabší ako magnetické pole Zeme. Na meranie sa používa kvantový magnetometer. Jeho snímač je supravodivý kvantový magnetometer (SQUID), ktorého vstup zahŕňa aj príjem z cievky. Tento senzor meria ultra slabý magnetický tok prechádzajúci cievkami. Aby SQUID fungoval, musí sa ochladiť na teplotu, pri ktorej sa objaví supravodivosť, t.j. na teplotu kvapalného hélia (4 K). Aby sa to dosiahlo, sú prijímacie cievky umiestnené v špeciálnych termoskoch na uchovávanie kvapalného hélia - kryostatu, presnejšie v jeho úzkom chvoste, ktorý môže byť privedený čo najbližšie k ľudskému telu.
V posledných rokoch sa po objavení „vysokoteplotnej supravodivosti“objavili SQUID, ktoré sa dajú dostatočne ochladiť na teplotu tekutého dusíka (77 K). Ich citlivosť je dostatočná na meranie magnetických polí srdca.
Magnetické pole vytvárané ľudským telom je o mnoho rádov menšie ako magnetické pole Zeme, jeho výkyvy (geomagnetický šum) alebo polia technických zariadení.
Existujú dva prístupy k eliminácii vplyvu hluku. Najradikálnejšie je vytvorenie relatívne veľkého objemu (miestnosti), v ktorom je magnetický šum dramaticky redukovaný magnetickými štítmi. Pri najjemnejších biomagnetických štúdiách (v mozgu) sa zvuky musia počuť asi miliónkrát, čo môže byť zabezpečené viacvrstvovými zväzkami mäkkej magnetickej feromagnetickej zliatiny (napríklad permalloy). Tienená miestnosť je drahá štruktúra a môžu si ju dovoliť iba najväčšie vedecké centrá. Počet takýchto miestností na svete je v súčasnosti v jednotkách.
Existuje ďalší, lacnejší spôsob, ako znížiť vplyv vonkajšieho hluku. Je založená na skutočnosti, že z väčšej časti sú magnetické zvuky v priestore okolo nás generované chaotickými kmitmi (fluktuáciami) zemského magnetického poľa a priemyselnými elektrickými inštaláciami. Magnetické pole, aj keď sa časom mení, je ďaleko od náhlych magnetických anomálií a elektrických strojov, je priestorovo homogénne a mierne sa mení vo vzdialenosti porovnateľnej s veľkosťou ľudského tela. Biomagnetické polia sa v skutočnosti so vzdialenosťou od živého organizmu rýchlo oslabujú. To znamená, že vonkajšie polia, aj keď sú oveľa silnejšie, majú nižšie gradienty (t. J. Rýchlosť zmeny so vzdialenosťou od objektu) ako biomagnetické polia.
Prijímacie zariadenie zariadenia s chobotnicou ako citlivým prvkom je vyrobené tak, že je citlivé iba na gradient magnetického poľa - v tomto prípade sa zariadenie nazýva gradiometer. Avšak často majú vonkajšie (šumové) polia stále viditeľné gradienty, potom je potrebné použiť zariadenie, ktoré meria druhý priestorový derivát indukcie magnetického poľa - gradiometer druhého poriadku. Takéto zariadenie sa už môže používať v normálnom laboratórnom prostredí. Ešte stále je však vhodnejšie používať gradiometre na miestach s „magneticky pokojným“prostredím a niektoré výskumné skupiny pracujú v špeciálne postavených nemagnetických domoch vo vidieckych oblastiach.
V súčasnosti prebieha intenzívny biomagnetický výskum v magneticky tienených izbách aj bez nich pomocou gradiometrov. V širokom spektre biomagnetických javov existuje veľa úloh, ktoré umožňujú rôzne úrovne tlmenia vonkajšieho hluku.