Човешкото електрическо поле съществува на повърхността на тялото и извън него, извън него. Електрическото поле извън човешкото тяло се дължи главно на трибокове, тоест заряди, които възникват на повърхността на тялото поради триене върху дрехи или върху някакъв диелектричен предмет, докато върху тялото се създава електрически потенциал от порядъка на няколко волта. Електрическото поле непрекъснато се променя във времето: първо, зарядите на трибо се неутрализират - течат надолу от повърхността на кожата с висока устойчивост с характерни времена ~ 100 - 1000 s; второ, промени в геометрията на тялото поради дихателни движения, сърдечен пулс и т.н. водят до модулация на постоянно електрическо поле извън тялото.
Друг източник на електрическото поле извън човешкото тяло е електрическото поле на сърцето. Чрез извеждане на два електрода на повърхността на тялото е възможно да се регистрира същата кардиограма без контакт и дистанционно, както при традиционния метод за контакт. Обърнете внимание, че този сигнал не е много пъти по-малък от полето на триагрегатите.
В медицината безконтактният метод за измерване на електрически полета, свързан с човешкото тяло, намери своето приложение за измерване на нискочестотни движения в гърдите.
В този случай се променя променливо електрическо напрежение с честота 10 MHz към тялото на пациента, а няколко антени на електрода се подават към гърдите на разстояние 2-5 см. Антената и тялото са две плочи на кондензатор. Придвижването на гръдния кош променя разстоянието между плочите, тоест капацитетът на този кондензатор и, следователно, капацитивния ток, измерен от всяка антена. Въз основа на измерванията на тези течения е възможно да се изгради карта на движенията на гръдния кош по време на дихателния цикъл. Обикновено тя трябва да е симетрична по отношение на гръдната кост. Симетрията му е нарушена и от една страна обхватът на движение е малък, тогава това може да показва например скрита фрактура на реброто, при която мускулната контракция е блокирана от съответната страна на гърдите.
Контактните измервания на електрическото поле в момента се използват най-много в медицината: в кардиографията и електроенцефалографията. Основният напредък в тези проучвания се дължи на използването на изчислителни технологии, включително лични компютри. Те ви позволяват да получите електрокардиограми с висока разделителна способност (ЕКГ HR).
Както знаете, амплитудата на ЕКГ сигнала не е повече от 1 mV, а сегментът ST е още по-малък, а сигналът е маскиран от електрически шум, свързан с неправилна мускулна дейност. Затова се използва методът на натрупване - тоест сумирането на много последователни ЕКГ сигнали. За това компютърът измества всеки следващ сигнал, така че неговият R-пик е изравнен с R-пика на предишния сигнал и го добавя към предишния и така нататък за много сигнали за няколко минути. При тази процедура полезният повтарящ се сигнал се увеличава и неправилните смущения взаимно се отменят. Чрез потискане на шума е възможно да се подчертае фината структура на ST-комплекса, което е важно за прогнозиране на риска от моментална смърт.
В електроенцефалографията, използвана за неврохирургията, личните компютри позволяват да се конструират в реално време мигновени карти на разпределението на електрическото поле на мозъка, като се използват потенциали от 16 до 32 електрода, разположени на двете полукълба, на интервали от време от порядъка на няколко ms.
Изграждането на всяка карта включва четири процедури:
Промоционално видео:
1) измерване на електрическия потенциал във всички точки, където се намират електродите;
2) интерполация (продължение) на измерените стойности до точки, разположени между електродите;
3) изглаждане на получената карта;
4) оцветяване на картата в цветове, съответстващи на определени стойности на потенциала. Получават се ефективни цветни изображения. Такова представяне в квазицветен цвят, когато набор от цветове, например, лилаво до червено, се съчетава с целия диапазон от стойности на полето от минимални до максимални, сега е много често, тъй като значително улеснява анализа на сложните пространствени разпределения за лекаря. Резултатът е последователност от карти, от които можете да видите как източниците на електрически потенциал се движат по повърхността на кора.
Персонален компютър дава възможност за изграждане на карти не само на моменталното разпределение на потенциала, но и на по-фините параметри на ЕЕГ, които отдавна са тествани в клиничната практика. Те включват предимно пространственото разпределение на електрическата мощност на определени спектрални компоненти на ЕЕГ (α, R, γ, δ и θ ритми). За да се изгради такава карта, в определен период от време, потенциалите се измерват в 32 точки на скалпа, след това от тези записи се определят честотните спектри и се изгражда пространственото разпределение на отделните спектрални компоненти.
Ритъмните карти α, δ, I са много различни. Нарушенията на симетрията на такива карти между дясното и лявото полукълбо могат да бъдат диагностичен критерий в случай на мозъчни тумори и при някои други заболявания.
Така понастоящем са разработени безконтактни методи за регистриране на електрическото поле, което човешкото тяло създава в околното пространство и са намерени някои приложения на тези методи в медицината. Контактните измервания на електрическото поле получиха нов тласък във връзка с развитието на персонални компютри - тяхната висока производителност направи възможно получаването на карти на електрическите полета на мозъка.
Човешкото магнитно поле
Магнитното поле на човешкото тяло се създава от токове, генерирани от клетките на сърцето и мозъчната кора. Той е изключително малък - 10 милиона - 1 милиард пъти по-слаб от магнитното поле на Земята. За измерването му се използва квантов магнитометър. Неговият сензор е свръхпроводящ квантов магнитометър (SQUID), чийто вход включва и приеми от бобината. Този сензор измерва ултра слабия магнитен поток, преминаващ през бобините. За да може SQUID да работи, той трябва да се охлади до температура, при която се появява свръхпроводимост, т.е. до температурата на течния хелий (4 К). За целта той и приемните бобини се поставят в специален термос за съхранение на течен хелий - криостат, по-точно, в тясната му опашна част, която може да бъде приближена възможно най-близо до човешкото тяло.
През последните години, след откриването на "високотемпературна свръхпроводимост", се появиха SQUIDs, които могат да бъдат достатъчно охладени до температурата на течния азот (77 K). Тяхната чувствителност е достатъчна за измерване на магнитните полета на сърцето.
Магнитното поле, създадено от човешкото тяло, е с множество порядки по-малки от магнитното поле на Земята, колебанията му (геомагнитен шум) или полетата на техническите устройства.
Има два подхода за премахване на влиянието на шума. Най-радикалното е създаването на сравнително голям обем (стая), в който магнитният шум драстично се намалява от магнитните екрани. За най-фините биомагнитни изследвания (върху мозъка) шумовете трябва да се съскат около милион пъти, което може да бъде осигурено от многослойни купчини от мека магнитна феромагнитна сплав (например пермал). Защитената стая е скъпа структура и само най-големите научни центрове могат да си я позволят. В момента броят на такива стаи в света е в единици.
Има и друг, по-достъпен начин за намаляване на влиянието на външния шум. Тя се основава на факта, че в по-голямата си част магнитните шумове в пространството около нас се генерират от хаотични трептения (колебания) на магнитното поле на Земята и промишлени електрически инсталации. Далеч от острите магнитни аномалии и електрически машини, магнитното поле, макар и да се колебае с времето, е пространствено хомогенно, променящо се леко на разстояния, сравними с размера на човешкото тяло. Всъщност биомагнитните полета бързо отслабват с разстояние от жив организъм. Това означава, че външните полета, макар и много по-силни, имат по-ниски градиенти (т.е. скоростта на промяна с разстояние от обекта) от биомагнитните.
Приемното устройство на устройство с калмари като чувствителен елемент е произведено така, че да е чувствително само към градиента на магнитното поле - в този случай устройството се нарича градиометър. Въпреки това, често външните (шумни) полета все още имат забележими градиенти, тогава е необходимо да се използва устройство, което измерва второто пространствено производно на индукцията на магнитното поле - градиометър от втори ред. Такова устройство вече може да се използва в нормални лабораторни условия. Все пак, градиометрите също са за предпочитане да се използват на места с „магнитно тиха“среда, а някои изследователски групи работят в специално изградени немагнитни къщи в селските райони.
В момента се провеждат интензивни биомагнитни изследвания както в помещения с магнитно екраниране, така и без тях, като се използват градиометри. В широк спектър от биомагнитни явления има много задачи, които позволяват различни нива на затихване на външния шум.