Človeško električno polje obstaja na površini telesa in zunaj njega, zunaj njega. Električno polje zunaj človeškega telesa nastane predvsem zaradi tribolov, to je nabojev, ki nastanejo na površini telesa zaradi trenja o oblačilih ali o katerem koli dielektričnem predmetu, medtem ko se na telesu ustvari električni potencial reda več voltov. Električno polje se s časom nenehno spreminja: najprej se tribo naboji nevtralizirajo - spuščajo se z visoko odporne površine kože z značilnimi časi ~ 100 - 1000 s; drugič, spremembe v geometriji telesa zaradi dihalnih gibov, srčnega utripa itd. privede do modulacije konstantnega električnega polja zunaj telesa.
Drugi vir električnega polja zunaj človeškega telesa je električno polje srca. S pripeljenjem dveh elektrod na površino telesa je mogoče registrirati isti kardiogram brez stika in na daljavo, kot pri tradicionalni kontaktni metodi. Upoštevajte, da ta signal ni velikokrat manjši od polja trivalnikov.
V medicini je našla svojo uporabo brezkontaktna metoda merjenja električnih polj, povezanih s človeškim telesom, za merjenje nizkofrekvenčnih gibov prsnega koša.
V tem primeru se na bolnikovo telo priklopi izmenična električna napetost s frekvenco 10 MHz, na prsni koš pa se na razdalji 2-5 cm pripelje več antenskih elektrod. Antena in telo sta dve plošči kondenzatorja. S premikanjem prsnega koša se spremeni razdalja med ploščami, to je kapacitivnost tega kondenzatorja in s tem kapacitivni tok, ki ga meri vsaka antena. Na podlagi meritev teh tokov je mogoče sestaviti zemljevid gibanja prsnega koša med dihalnim ciklom. Običajno mora biti simetrično glede prsnice. Njena simetrija je porušena in na eni strani je obseg gibanja majhen, kar lahko na primer kaže na skriti zlom rebra, pri katerem je krčenje mišic blokirano na ustrezni strani prsnega koša.
Kontaktne meritve električnega polja se trenutno najbolj uporabljajo v medicini: v kardiografiji in elektroencefalografiji. Glavni napredek teh raziskav je posledica uporabe računalniške tehnologije, vključno z osebnimi računalniki. Omogočajo vam pridobivanje elektrokardiogramov visoke ločljivosti (EKG HR).
Kot veste, amplituda EKG signala ni večja od 1 mV, segment ST pa je še manjši, signal pa prikrije električni hrup, povezan z nepravilno mišično aktivnostjo. Zato se uporablja metoda akumulacije - to je seštevanje številnih zaporednih EKG signalov. Za to računalnik preusmeri vsak naslednji signal, tako da je njegov R-vrh poravnan z R-vrhom prejšnjega signala in ga doda na prejšnji in tako naprej za več minut za več signalov. V tem postopku se uporabni ponavljajoči signal poveča in nepravilni posegi se med seboj odpovejo. S sušenjem hrupa je mogoče poudariti fino strukturo kompleksa ST, kar je pomembno za napovedovanje tveganja za takojšnjo smrt.
V elektroencefalografiji, ki se uporablja za nevrokirurgijo, osebni računalniki omogočajo konstruiranje trenutnih zemljevidov porazdelitve možganskega električnega polja v realnem času z uporabo potencialov od 16 do 32 elektrod, ki se nahajajo na obeh poloblih, v časovnih intervalih, ki znašajo več ms.
Izdelava vsakega zemljevida vključuje štiri postopke:
Promocijski video:
1) merjenje električnega potenciala na vseh točkah, kjer se nahajajo elektrode;
2) interpolacija (nadaljevanje) izmerjenih vrednosti do točk, ki ležijo med elektrodama;
3) glajenje nastale karte;
4) barvanje zemljevida z barvami, ki ustrezajo določenim vrednostim potenciala. Dobijo se učinkovite barvne slike. Takšna predstavitev v kvazi barvi, ko je nabor barv, na primer od vijolične do rdeče, dodeljen celotnemu razponu poljskih vrednosti od najmanjših do največjih, je zdaj zelo pogost, saj zdravniku močno olajša analizo kompleksnih prostorskih porazdelitev. Rezultat je zaporedje zemljevidov, iz katerih lahko vidite, kako se viri električnega potenciala premikajo po površini skorje.
Osebni računalnik omogoča izdelavo zemljevidov ne samo trenutne porazdelitve potenciala, temveč tudi bolj subtilnih parametrov EEG, ki so že dolgo preizkušeni v klinični praksi. Vključujejo predvsem prostorsko porazdelitev električne moči nekaterih spektralnih komponent EEG (α, R, γ, δ in θ ritmi). Za izdelavo takega zemljevida se v določenem časovnem oknu potenciali izmerijo v 32 točkah lasišča, nato se iz teh zapisov določi frekvenčni spekter in zgradi prostorska porazdelitev posameznih spektralnih komponent.
Karte za ritem α, δ, I so zelo različne. Motnje simetrije takšnih zemljevidov med desno in levo poloblo so lahko diagnostično merilo pri možganskih tumorjih in pri nekaterih drugih boleznih.
Tako so trenutno razvite brezkontaktne metode za registracijo električnega polja, ki ga človeško telo ustvari v okolici, in našli so nekatere aplikacije teh metod v medicini. Kontaktne meritve električnega polja so dobile nov zagon v povezavi z razvojem osebnih računalnikov - njihova velika hitrost je omogočila pridobitev zemljevidov električnih polj možganov.
Človeško magnetno polje
Magnetno polje človeškega telesa ustvarjajo tokovi, ki jih ustvarjajo celice srca in možganske skorje. Je izjemno majhen - 10 milijonov - 1 milijarda krat šibkejši od zemeljskega magnetnega polja. Za merjenje se uporablja kvantni magnetometer. Njegov senzor je superprevodni kvantni magnetometer (SQUID), katerega vhod vključuje tudi prijeme iz tuljave. Ta senzor meri ultra šibek magnetni tok, ki poteka skozi tuljave. Da SQUID deluje, ga moramo ohladiti na temperaturo, pri kateri se pojavi superprevodnost, tj. na temperaturo tekočega helija (4 K). Za to sta njega in sprejemne tuljave postavljena v poseben termos za shranjevanje tekočega helija - kriostata, natančneje, v ozek rep, ki ga je mogoče čim bolj približati človeškemu telesu.
V zadnjih letih so se po odkritju "visokotemperaturne superprevodljivosti" pojavili SQUID-ji, ki se lahko dovolj ohladijo na temperaturo tekočega dušika (77 K). Njihova občutljivost zadostuje za merjenje magnetnih polj srca.
Magnetno polje, ki ga ustvari človeško telo, je veliko velikosti manjše od magnetnega polja Zemlje, njegovih nihanj (geomagnetni hrup) ali polja tehničnih naprav.
Obstajata dva pristopa k odpravi vpliva hrupa. Najbolj radikalno je ustvarjanje razmeroma velike prostornine (prostora), v kateri magnetni ščit dramatično zmanjša magnetni ščit. Pri najbolj subtilnih biomagnetnih študijah (na možganih) je treba približno milijonkrat zazvoniti hrup, kar lahko dobimo z večplastnimi svežnjami mehke magnetne feromagnetne zlitine (na primer permalloy). Zaščitena soba je draga zgradba in privoščijo si jo lahko le največji znanstveni centri. Število takih sob na svetu je trenutno v enotah.
Obstaja še en cenovno ugodnejši način za zmanjšanje vpliva zunanjega hrupa. Temelji na dejstvu, da večinoma magnetni hrup v prostoru okoli nas ustvarjajo kaotična nihanja (nihanja) zemeljskega magnetnega polja in industrijskih električnih inštalacij. Daleč od naglih magnetnih anomalij in električnih strojev je magnetno polje, čeprav niha s časom, prostorsko homogeno in se na razdaljah, ki so primerljive velikosti človeškega telesa, nekoliko razlikuje. Pravzaprav biomagnetna polja hitro oslabijo z oddaljenostjo od živega organizma. To pomeni, da imajo zunanja polja, čeprav veliko močnejša, nižje gradiente (tj. Hitrost spreminjanja z oddaljenostjo od objekta) kot biomagnetna polja.
Sprejemna naprava naprave z lignji kot občutljivim elementom je izdelana tako, da je občutljiva samo na gradient magnetnega polja - v tem primeru se naprava imenuje gradiometer. Vendar imajo pogosto zunanja (hrupna) polja še vedno opazne naklone, nato pa morate uporabiti napravo, ki meri drugi prostorski derivat indukcije magnetnega polja - gradiometer drugega reda. Takšno napravo je mogoče uporabiti že v običajnih laboratorijskih razmerah. Kljub temu je gradiometre bolje uporabiti tudi v krajih z "magnetno umirjenim" okoljem, nekatere raziskovalne skupine pa delujejo v posebej zgrajenih nemagnetnih hišah na podeželju.
Trenutno se izvajajo intenzivne biomagnetne raziskave v prostorih z magnetno zaščito in brez njih z uporabo gradiometrov. V širokem naboru biomagnetnih pojavov je veliko nalog, ki omogočajo različne stopnje slabljenja zunanjega hrupa.