Het menselijke elektrische veld bestaat op het oppervlak van het lichaam en daarbuiten. Het elektrische veld buiten het menselijk lichaam is voornamelijk te wijten aan tribocharges, dat wil zeggen ladingen die ontstaan op het oppervlak van het lichaam als gevolg van wrijving tegen kleding of een ander diëlektrisch object, terwijl een elektrisch potentieel in de orde van grootte van enkele volt op het lichaam wordt gecreëerd. Het elektrische veld verandert continu in de tijd: ten eerste worden de tribo-ladingen geneutraliseerd - ze stromen naar beneden vanaf het huidoppervlak met hoge weerstand met karakteristieke tijden van ~ 100 - 1000 s; ten tweede veranderingen in lichaamsgeometrie als gevolg van ademhalingsbewegingen, hartslag, enz. leiden tot modulatie van een constant elektrisch veld buiten het lichaam.
Een andere bron van het elektrische veld buiten het menselijk lichaam is het elektrische veld van het hart. Door twee elektroden naar het oppervlak van het lichaam te brengen, is het mogelijk om hetzelfde cardiogram contactloos en op afstand te registreren zoals bij de traditionele contactmethode. Merk op dat dit signaal niet vele malen kleiner is dan het veld van triboladers.
In de geneeskunde heeft de contactloze methode voor het meten van elektrische velden die met het menselijk lichaam zijn geassocieerd, zijn toepassing gevonden om laagfrequente borstbewegingen te meten.
In dit geval wordt een elektrische wisselspanning met een frequentie van 10 MHz op het lichaam van de patiënt aangelegd en worden verschillende antenne-elektroden op een afstand van 2-5 cm naar de borst gebracht. De antenne en het lichaam zijn twee platen van een condensator. Het verplaatsen van de borst verandert de afstand tussen de platen, dat wil zeggen de capaciteit van deze condensator en dus de capacitieve stroom gemeten door elke antenne. Op basis van de metingen van deze stromen is het mogelijk om een kaart te maken van de bewegingen van de borstkas tijdens de ademhalingscyclus. Normaal gesproken zou het symmetrisch moeten zijn rond het borstbeen. De symmetrie is verbroken en enerzijds is het bewegingsbereik klein, dit kan bijvoorbeeld duiden op een verborgen ribfractuur, waarbij spiercontractie wordt geblokkeerd aan de overeenkomstige kant van de borst.
Contactmetingen van het elektrische veld worden momenteel het meest gebruikt in de geneeskunde: in cardiografie en elektro-encefalografie. De belangrijkste vooruitgang in deze onderzoeken is te danken aan het gebruik van computertechnologie, waaronder personal computers. Hiermee kunt u elektrocardiogrammen met hoge resolutie (ECG HR) maken.
Zoals u weet, is de amplitude van het ECG-signaal niet meer dan 1 mV en is het ST-segment zelfs nog kleiner, en wordt het signaal gemaskeerd door elektrische ruis die verband houdt met onregelmatige spieractiviteit. Daarom wordt de accumulatiemethode gebruikt, dat wil zeggen het optellen van veel opeenvolgende ECG-signalen. Hiervoor verschuift de computer elk volgend signaal zodat zijn R-piek is uitgelijnd met de R-piek van het vorige signaal, en voegt deze toe aan het vorige, enzovoort voor veel signalen gedurende enkele minuten. Bij deze procedure wordt het bruikbare herhalende signaal verhoogd en de onregelmatige interferentie heft elkaar op. Door ruis te onderdrukken, is het mogelijk om de fijne structuur van het ST-complex te benadrukken, wat belangrijk is voor het voorspellen van het risico op onmiddellijke dood.
Bij elektro-encefalografie, gebruikt voor neurochirurgie, maken personal computers het mogelijk om in realtime onmiddellijke kaarten te maken van de verdeling van het elektrische veld van de hersenen met behulp van potentialen van 16 tot 32 elektroden die zich op beide hersenhelften bevinden met tijdsintervallen in de orde van enkele ms.
De constructie van elke kaart omvat vier procedures:
Promotie video:
1) het meten van de elektrische potentiaal op alle punten waar de elektroden zich bevinden;
2) interpolatie (voortzetting) van meetwaarden naar punten die tussen de elektroden liggen;
3) het afvlakken van de resulterende kaart;
4) het kleuren van de kaart in kleuren die overeenkomen met bepaalde waarden van het potentieel. Er worden effectieve kleurenafbeeldingen verkregen. Een dergelijke weergave in quasi-kleur, wanneer een reeks kleuren, bijvoorbeeld van violet tot rood, wordt toegewezen aan het hele bereik van veldwaarden van het minimum tot het maximum, is nu heel gebruikelijk, omdat het de analyse van complexe ruimtelijke verdelingen voor de arts aanzienlijk vergemakkelijkt. Het resultaat is een reeks kaarten waaruit u kunt zien hoe bronnen van elektrisch potentieel langs het oppervlak van de korst bewegen.
Een personal computer maakt het mogelijk om niet alleen kaarten te maken van de momentane potentiaalverdeling, maar ook van subtielere EEG-parameters, die al lang in de klinische praktijk zijn getest. Deze omvatten voornamelijk de ruimtelijke verdeling van het elektrisch vermogen van bepaalde spectrale componenten van het EEG (α-, R-, γ-, δ- en θ-ritmes). Om zo'n kaart in een bepaald tijdvenster te bouwen, worden de potentialen gemeten op 32 punten van de hoofdhuid, vervolgens worden de frequentiespectra bepaald uit deze records en wordt de ruimtelijke verdeling van individuele spectrale componenten geconstrueerd.
De α, δ, I-ritmekaarten zijn heel verschillend. Stoornissen van de symmetrie van dergelijke kaarten tussen de rechter- en linkerhersenhelft kunnen een diagnostisch criterium zijn bij hersentumoren en bij sommige andere ziekten.
Zo zijn er op dit moment contactloze methoden ontwikkeld voor het registreren van het elektrische veld dat het menselijk lichaam in de omringende ruimte creëert, en enkele toepassingen van deze methoden in de geneeskunde zijn gevonden. Contactmetingen van het elektrische veld kregen een nieuwe impuls in verband met de ontwikkeling van personal computers - hun hoge prestaties maakten het mogelijk om kaarten van de elektrische velden van de hersenen te verkrijgen.
Menselijk magnetisch veld
Het magnetische veld van het menselijk lichaam wordt gecreëerd door stromen die worden gegenereerd door de cellen van het hart en de hersenschors. Het is extreem klein - 10 miljoen - 1 miljard keer zwakker dan het magnetische veld van de aarde. Een kwantummagnetometer wordt gebruikt om het te meten. De sensor is een supergeleidende kwantummagnetometer (SQUID), waarvan de ingang ook ontvangsten van de spoel bevat. Deze sensor meet de ultrazwakke magnetische flux die door de spoelen gaat. Om een SQUID te laten werken, moet deze worden gekoeld tot een temperatuur waarbij supergeleiding optreedt, d.w.z. tot de temperatuur van vloeibaar helium (4 K). Om dit te doen, worden het en de ontvangende spoelen in een speciale thermoskan geplaatst voor het opslaan van vloeibaar helium - een cryostaat, meer bepaald in zijn smalle staartgedeelte, dat zo dicht mogelijk bij het menselijk lichaam kan worden gebracht.
In de afgelopen jaren, na de ontdekking van "hoge temperatuur supergeleiding", zijn SQUID's verschenen, die voldoende kunnen worden gekoeld tot de temperatuur van vloeibare stikstof (77 K). Hun gevoeligheid is voldoende om de magnetische velden van het hart te meten.
Het magnetische veld dat door het menselijk lichaam wordt gecreëerd, is vele ordes van grootte kleiner dan het magnetische veld van de aarde, zijn fluctuaties (geomagnetische ruis) of de velden van technische apparaten.
Er zijn twee manieren om de invloed van ruis te elimineren. Het meest ingrijpende is het creëren van een relatief groot volume (kamer) waarin magnetische ruis drastisch wordt verminderd door magnetische schilden. Voor de meest delicate biomagnetische onderzoeken (op de hersenen) moeten geluiden ongeveer een miljoen keer worden gesist, wat kan worden geleverd door meerlagige stapels van een zachte magnetische ferromagnetische legering (bijvoorbeeld permalloy). De afgeschermde kamer is een dure structuur en alleen de grootste wetenschappelijke centra kunnen het betalen. Het aantal van dergelijke kamers in de wereld is momenteel in eenheden.
Er is een andere, meer betaalbare manier om de invloed van externe ruis te verminderen. Het is gebaseerd op het feit dat magnetische geluiden in de ruimte om ons heen voor het grootste deel worden gegenereerd door chaotische trillingen (fluctuaties) van het aardmagnetische veld en industriële elektrische installaties. Verre van abrupte magnetische anomalieën en elektrische machines, is het magnetische veld, hoewel het met de tijd fluctueert, ruimtelijk homogeen, enigszins variërend op afstanden die vergelijkbaar zijn met de grootte van een menselijk lichaam. In feite verzwakken biomagnetische velden snel met de afstand tot een levend organisme. Dit betekent dat de externe velden, hoewel veel sterker, lagere gradiënten hebben (d.w.z. de snelheid van verandering met de afstand tot het object) dan biomagnetische velden.
Het ontvangende apparaat van een apparaat met een inktvis als gevoelig element is zo vervaardigd dat het alleen gevoelig is voor de magnetische veldgradiënt - in dit geval wordt het apparaat een gradiometer genoemd. Vaak hebben externe (ruis) velden echter nog steeds merkbare gradiënten, dan is het nodig om een apparaat te gebruiken dat de tweede ruimtelijke afgeleide van de magnetische veldinductie meet - een gradiometer van de tweede orde. Zo'n apparaat kan al in een normale laboratoriumomgeving worden gebruikt. Toch verdienen gradiometers ook de voorkeur boven gebruik op plaatsen met een "magnetisch rustige" omgeving, en sommige onderzoeksgroepen werken in speciaal gebouwde niet-magnetische huizen op het platteland.
Momenteel wordt er intensief biomagnetisch onderzoek gedaan, zowel in magnetisch afgeschermde ruimtes als zonder deze, met gradiometers. Bij een breed scala aan biomagnetische verschijnselen zijn er veel taken die verschillende niveaus van demping van externe ruis mogelijk maken.