Ludzkie pole elektryczne istnieje na powierzchni ciała i poza nim. Pole elektryczne na zewnątrz ludzkiego ciała jest głównie spowodowane przez tryboładowania, czyli ładunki powstające na powierzchni ciała w wyniku tarcia o odzież lub inny przedmiot dielektryczny, podczas gdy na ciele powstaje potencjał elektryczny rzędu kilku woltów. Pole elektryczne ulega ciągłym zmianom w czasie: najpierw neutralizowane są tryboładunki - spływają one z powierzchni skóry o wysokiej rezystancji z charakterystycznymi czasami ~ 100 - 1000 s; po drugie, zmiany w geometrii ciała spowodowane ruchami oddechowymi, biciem serca itp. prowadzą do modulacji stałego pola elektrycznego na zewnątrz ciała.
Innym źródłem pola elektrycznego poza ciałem ludzkim jest pole elektryczne serca. Dzięki doprowadzeniu dwóch elektrod do powierzchni ciała możliwe jest zarejestrowanie tego samego kardiogramu bez kontaktu i zdalnie, jak przy tradycyjnej metodzie kontaktowej. Zauważ, że ten sygnał nie jest wielokrotnie mniejszy niż pole trybów doładowań.
W medycynie bezkontaktowa metoda pomiaru pól elektrycznych związanych z ludzkim ciałem znalazła zastosowanie do pomiaru ruchów klatki piersiowej o niskiej częstotliwości.
W tym przypadku do ciała pacjenta przykładane jest przemienne napięcie elektryczne o częstotliwości 10 MHz, a kilka elektrod antenowych jest doprowadzanych do klatki piersiowej w odległości 2-5 cm. Antena i korpus to dwie płytki kondensatora. Poruszanie skrzynią zmienia odległość między płytkami, czyli pojemność tego kondensatora, a tym samym prąd pojemnościowy mierzony przez każdą antenę. Na podstawie pomiarów tych prądów można zbudować mapę ruchów klatki piersiowej podczas cyklu oddechowego. Zwykle powinien być symetryczny względem mostka. Jego symetria jest złamana iz jednej strony niewielki zakres ruchu, wtedy może to świadczyć np. O ukrytym złamaniu żebra, w którym blokuje się skurcz mięśni po odpowiedniej stronie klatki piersiowej.
Pomiar kontaktowy pola elektrycznego jest obecnie najczęściej stosowany w medycynie: w kardiografii i elektroencefalografii. Główny postęp w tych badaniach wynika z wykorzystania technologii komputerowej, w tym komputerów osobistych. Pozwalają uzyskać elektrokardiogramy o wysokiej rozdzielczości (EKG HR).
Jak wiadomo, amplituda sygnału EKG nie przekracza 1 mV, a odcinek ST jest jeszcze mniejszy, a sygnał jest maskowany przez szum elektryczny związany z nieregularną aktywnością mięśni. Dlatego stosowana jest metoda akumulacyjna - czyli sumowanie wielu sekwencyjnych sygnałów EKG. W tym celu komputer przesuwa każdy kolejny sygnał tak, aby jego szczyt R był wyrównany ze szczytem R poprzedniego sygnału i dodaje go do poprzedniego, i tak dalej dla wielu sygnałów przez kilka minut. W tej procedurze użyteczny powtarzalny sygnał jest zwiększony, a nieregularne interferencje znoszą się nawzajem. Tłumiąc hałas, można uwydatnić drobną strukturę kompleksu ST, co jest ważne dla przewidywania ryzyka natychmiastowej śmierci.
W elektroencefalografii, wykorzystywanej w neurochirurgii, komputery osobiste umożliwiają konstruowanie w czasie rzeczywistym chwilowych map rozkładu pola elektrycznego mózgu z wykorzystaniem potencjałów od 16 do 32 elektrod znajdujących się na obu półkulach w odstępach czasu rzędu kilku ms.
Budowa każdej mapy obejmuje cztery procedury:
Film promocyjny:
1) pomiar potencjału elektrycznego we wszystkich punktach, w których znajdują się elektrody;
2) interpolacja (kontynuacja) mierzonych wartości do punktów leżących między elektrodami;
3) wygładzanie powstałej mapy;
4) pokolorowanie mapy w kolorach odpowiadających określonym wartościom potencjału. Uzyskuje się efektywne kolorowe obrazy. Taka reprezentacja w quasi-kolorze, gdy zestaw kolorów, na przykład od fioletu do czerwieni, jest dopasowany do całego zakresu wartości pola od minimum do maksimum, jest obecnie bardzo powszechna, ponieważ znacznie ułatwia lekarzowi analizę złożonych rozkładów przestrzennych. Rezultatem jest sekwencja map, z których można zobaczyć, jak źródła potencjału elektrycznego poruszają się po powierzchni skorupy.
Komputer osobisty umożliwia budowanie map nie tylko chwilowego rozkładu potencjału, ale także bardziej subtelnych parametrów EEG, które od dawna są testowane w praktyce klinicznej. Obejmują one przede wszystkim przestrzenny rozkład mocy elektrycznej niektórych składowych widmowych EEG (rytmy α, R, γ, δ i θ). Aby zbudować taką mapę, w określonym oknie czasowym mierzy się potencjały w 32 punktach skóry głowy, a następnie na podstawie tych zapisów wyznacza się widma częstotliwości i konstruuje rozkład przestrzenny poszczególnych składowych widmowych.
Karty rytmu α, δ, I są bardzo różne. Zaburzenia symetrii takich map pomiędzy prawą i lewą półkulą mogą stanowić kryterium diagnostyczne w przypadku guzów mózgu i niektórych innych chorób.
W związku z tym obecnie opracowano bezkontaktowe metody rejestracji pola elektrycznego wytwarzanego przez organizm ludzki w otaczającej przestrzeni i znaleziono pewne zastosowania tych metod w medycynie. Kontaktowe pomiary pola elektrycznego nabrały nowego impetu w związku z rozwojem komputerów osobistych - ich wysoka wydajność pozwoliła uzyskać mapy pól elektrycznych mózgu.
Ludzkie pole magnetyczne
Pole magnetyczne ludzkiego ciała jest wytwarzane przez prądy generowane przez komórki serca i kory mózgowej. Jest niezwykle mały - 10 milionów - 1 miliard razy słabszy niż pole magnetyczne Ziemi. Do pomiaru używa się magnetometru kwantowego. Jego czujnikiem jest nadprzewodzący magnetometr kwantowy (SQUID), którego wejście obejmuje również odbiory z cewki. Ten czujnik mierzy ultra-słaby strumień magnetyczny przechodzący przez cewki. Aby SQUID działał, musi zostać schłodzony do temperatury, w której pojawia się nadprzewodnictwo, tj. do temperatury ciekłego helu (4 K). Aby to zrobić, on i cewki odbiorcze są umieszczane w specjalnym termosie do przechowywania ciekłego helu - kriostacie, a dokładniej w jego wąskim ogonie, który można zbliżyć jak najbliżej ludzkiego ciała.
W ostatnich latach, po odkryciu „nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego”, pojawiły się SQUID, które można dostatecznie schłodzić do temperatury ciekłego azotu (77 K). Ich czułość jest wystarczająca do pomiaru pól magnetycznych serca.
Pole magnetyczne wytwarzane przez ludzki organizm jest o wiele rzędów wielkości mniejsze niż pole magnetyczne Ziemi, jego fluktuacje (szum geomagnetyczny) czy pola urządzeń technicznych.
Istnieją dwa podejścia do eliminacji wpływu hałasu. Najbardziej radykalne jest stworzenie stosunkowo dużej objętości (pomieszczenia), w którym szum magnetyczny jest dramatycznie redukowany za pomocą ekranów magnetycznych. W przypadku najbardziej subtelnych badań biomagnetycznych (w mózgu) hałasy muszą zostać syczone około miliona razy, co może być zapewnione przez wielowarstwowe stosy miękkiego magnetycznego stopu ferromagnetycznego (na przykład permaloj). Osłonięte pomieszczenie to kosztowna konstrukcja, na którą stać tylko największe ośrodki naukowe. Liczba takich pokoi na świecie jest obecnie wyrażona w jednostkach.
Istnieje inny, tańszy sposób na zmniejszenie wpływu hałasu zewnętrznego. Opiera się na fakcie, że w większości szumy magnetyczne w otaczającej nas przestrzeni są generowane przez chaotyczne oscylacje (fluktuacje) ziemskiego pola magnetycznego i przemysłowe instalacje elektryczne. Pole magnetyczne, dalekie od gwałtownych anomalii magnetycznych i maszyn elektrycznych, choć zmienia się w czasie, jest przestrzennie jednorodne, nieznacznie zmieniające się na odległościach porównywalnych z wielkością ludzkiego ciała. W rzeczywistości pola biomagnetyczne szybko słabną wraz z oddalaniem się od żywego organizmu. Oznacza to, że pola zewnętrzne, choć znacznie silniejsze, mają niższe gradienty (tj. Szybkość zmian wraz z odległością od obiektu) niż pola biomagnetyczne.
Urządzenie odbiorcze urządzenia z kałamarnicą jako elementem czułym jest wykonane tak, aby było czułe tylko na gradient pola magnetycznego - w tym przypadku urządzenie nazywa się miernikiem gradientu. Jednak często zewnętrzne pola (szumowe) nadal mają zauważalne gradienty, wówczas konieczne jest zastosowanie urządzenia mierzącego drugą przestrzenną pochodną indukcji pola magnetycznego - gradiometru drugiego rzędu. Takie urządzenie można już używać w normalnych warunkach laboratoryjnych. Mimo to mierniki gradientu są również preferowane do stosowania w miejscach o „spokojnym magnetycznie” środowisku, a niektóre grupy badawcze pracują w specjalnie skonstruowanych niemagnetycznych domach na obszarach wiejskich.
Obecnie intensywne badania biomagnetyczne prowadzone są zarówno w pomieszczeniach ekranowanych magnetycznie, jak i bez nich, przy użyciu mierników gradientu. W szerokim zakresie zjawisk biomagnetycznych istnieje wiele zadań, które pozwalają na różne poziomy tłumienia hałasu zewnętrznego.