Lidské elektrické pole existuje na povrchu těla i mimo něj. Elektrické pole vně lidského těla je způsobeno hlavně trojitými náboji, tj. Náboji, které vznikají na povrchu těla v důsledku tření proti oděvu nebo jinému dielektrickému předmětu, zatímco na těle se vytváří elektrický potenciál řádu několika voltů. Elektrické pole se v čase neustále mění: zaprvé jsou trombo náboje neutralizovány - stékají dolů z vysoce odolného povrchu kůže s charakteristickými časy ~ 100 - 1000 s; za druhé, změny v geometrii těla v důsledku dýchacích pohybů, tluku srdce atd. vést k modulaci konstantního elektrického pole mimo tělo.
Dalším zdrojem elektrického pole mimo lidské tělo je elektrické pole srdce. Přivedením dvou elektrod na povrch těla je možné zaregistrovat stejný kardiogram bez kontaktu a vzdáleně jako u tradičního způsobu kontaktu. Tento signál není mnohonásobně menší než pole tří nabití.
V medicíně našla bezkontaktní metoda měření elektrických polí spojených s lidským tělem aplikaci k měření nízkofrekvenčních pohybů hrudníku.
V tomto případě je na tělo pacienta přiváděno střídavé elektrické napětí s frekvencí 10 MHz a do hrudníku je přivedeno několik anténních elektrod ve vzdálenosti 2 až 5 cm. Anténa a tělo jsou dvě desky kondenzátoru. Pohybem hrudníku se mění vzdálenost mezi deskami, to znamená kapacita tohoto kondenzátoru a tedy i kapacitní proud měřený každou anténou. Na základě měření těchto proudů je možné vytvořit mapu pohybů hrudníku během respiračního cyklu. Normálně by to mělo být symetrické ohledně hrudní kosti. Její symetrie je narušena a na jedné straně je rozsah pohybu malý, pak to může znamenat například skrytou zlomeninu žebra, ve které je svalová kontrakce blokována na odpovídající straně hrudníku.
Kontaktní měření elektrického pole se v současnosti nejvíce používají v medicíně: v kardiografii a elektroencefalografii. Hlavním pokrokem v těchto studiích je používání výpočetní techniky, včetně osobních počítačů. Umožňují získat elektrokardiogramy s vysokým rozlišením (EKG HR).
Jak víte, amplituda signálu EKG není větší než 1 mV a segment ST je ještě menší a signál je maskován elektrickým šumem spojeným s nepravidelnou svalovou aktivitou. Proto se používá metoda akumulace - to je součet mnoha sekvenčních signálů EKG. Za tímto účelem počítač posune každý následující signál tak, že jeho R-pík je zarovnán s R-píkem předchozího signálu, a přidá jej k předešlému, atd. Pro mnoho signálů po dobu několika minut. V tomto postupu je užitečný opakující se signál zvýšen a nepravidelné rušení se navzájem ruší. Potlačením šumu je možné zdůraznit jemnou strukturu komplexu ST, což je důležité pro předpovídání rizika okamžité smrti.
V elektroencefalografii, která se používá pro neurochirurgii, umožňují osobní počítače konstruovat v reálném čase okamžité mapy distribuce elektrického pole mozku s využitím potenciálů od 16 do 32 elektrod umístěných na obou polokoulích v časových intervalech řádově několika ms.
Konstrukce každé mapy zahrnuje čtyři postupy:
Propagační video:
1) měření elektrického potenciálu ve všech bodech, kde jsou umístěny elektrody;
2) interpolace (pokračování) naměřených hodnot na body ležící mezi elektrodami;
3) vyhlazení výsledné mapy;
4) obarvení mapy barvami odpovídajícími určitým hodnotám potenciálu. Získají se účinné barevné obrázky. Taková reprezentace v kvazobarvě, když je sada barev, například fialová až červená, přizpůsobena celé škále hodnot pole od minima po maximum, je nyní velmi běžná, protože pro lékaře velmi usnadňuje analýzu složitých prostorových distribucí. Výsledkem je sled map, ze kterého můžete vidět, jak se zdroje elektrického potenciálu pohybují po povrchu kůry.
Osobní počítač umožňuje vytvářet mapy nejen okamžité distribuce potenciálu, ale také jemnějších parametrů EEG, které byly v klinické praxi dlouhodobě testovány. Patří mezi ně především prostorové rozložení elektrické energie určitých spektrálních složek EEG (a, R, γ, δ a 9 rytmů). Pro vytvoření takové mapy se v určitém časovém okně měří potenciály na 32 bodech skalpu, z těchto záznamů se stanoví frekvenční spektra a vytvoří se prostorové rozložení jednotlivých spektrálních složek.
Karty rytmu α, δ, I se velmi liší. Poruchy symetrie takových map mezi pravou a levou hemisférou mohou být diagnostickým kritériem v případě mozkových nádorů a některých dalších nemocí.
V současné době byly vyvinuty bezkontaktní metody pro registraci elektrického pole, které lidské tělo vytváří v okolním prostoru, a byly nalezeny některé aplikace těchto metod v medicíně. Kontaktní měření elektrického pole získala nový impuls v souvislosti s vývojem osobních počítačů - jejich vysoký výkon umožnil získat mapy elektrických polí mozku.
Lidské magnetické pole
Magnetické pole lidského těla je tvořeno proudy generovanými buňkami srdce a mozkové kůry. Je extrémně malý - 10 milionů - 1 miliardkrát slabší než magnetické pole Země. K měření se používá kvantový magnetometr. Jeho senzor je supravodivý kvantový magnetometr (SQUID), jehož vstup zahrnuje také recepce z cívky. Tento senzor měří ultra slabý magnetický tok procházející cívkami. Aby SQUID fungoval, musí být ochlazen na teplotu, při které se objevuje supravodivost, tj. na teplotu kapalného helia (4 K). Za tímto účelem jsou přijímací cívky a speciální cívky umístěny ve speciálních termoskách pro skladování kapalného helia - kryostatu, přesněji v jeho úzké ocasní části, která může být přivedena co nejblíže lidskému tělu.
V posledních letech se po objevu „vysokoteplotní supravodivosti“objevily SQUID, které lze dostatečně ochladit na teplotu kapalného dusíku (77 K). Jejich citlivost je dostatečná k měření magnetických polí srdce.
Magnetické pole vytvořené lidským tělem je o mnoho řádů menší než magnetické pole Země, jeho fluktuace (geomagnetický šum) nebo pole technických zařízení.
Existují dva přístupy k eliminaci vlivu hluku. Nejradikálnější je vytvoření relativně velkého objemu (místnosti), ve kterém je magnetický šum dramaticky redukován magnetickými štíty. Pro nejcitlivější biomagnetické studie (na mozku) musí být zvuky slyšeny asi milionkrát, což může být zajištěno vícevrstvými hromádkami měkké magnetické feromagnetické slitiny (například permalloy). Stíněná místnost je drahá struktura a mohou si ji dovolit pouze největší vědecká centra. Počet takových místností na světě je v současné době v jednotkách.
Existuje další, dostupnější způsob, jak snížit vliv vnějšího hluku. Je založeno na skutečnosti, že z velké části jsou magnetické zvuky v prostoru kolem nás generovány chaotickými oscilacemi (fluktuacemi) zemského magnetického pole a průmyslovými elektrickými instalacemi. Daleko od ostrých magnetických anomálií a elektrických strojů je magnetické pole, ačkoliv kolísá s časem, prostorově homogenní a mírně se mění ve vzdálenosti srovnatelné s velikostí lidského těla. Ve skutečnosti biomagnetická pole rychle zeslabují se vzdáleností od živého organismu. To znamená, že vnější pole, i když mnohem silnější, mají nižší gradienty (tj. Rychlost změny se vzdáleností od objektu) než biomagnetická pole.
Přijímací zařízení zařízení s chobotnicí jako citlivým prvkem je vyrobeno tak, že je citlivé pouze na gradient magnetického pole - v tomto případě se zařízení nazývá gradiometr. Avšak často mají externí (šumová) pole stále znatelné gradienty, pak je nutné použít zařízení, které měří druhý prostorový derivát indukce magnetického pole - gradiometr druhého řádu. Takové zařízení může být již použito v běžném laboratorním prostředí. Gradiometry jsou však stále vhodnější pro použití v místech s „magneticky klidným“prostředím a některé výzkumné skupiny pracují ve speciálně konstruovaných nemagnetických domech ve venkovských oblastech.
V současné době probíhá intenzivní biomagnetický výzkum v magneticky stíněných místnostech i bez nich pomocí gradiometrů. V široké škále biomagnetických jevů existuje mnoho úkolů, které umožňují různé úrovně útlumu vnějšího šumu.