Cilvēka elektriskais lauks pastāv uz ķermeņa virsmas un ārpus tās, ārpus tās. Elektrisko lauku ārpus cilvēka ķermeņa galvenokārt rada triāžas uzlādes, tas ir, lādiņi, kas rodas uz ķermeņa virsmas berzes dēļ pret apģērbu vai jebkuru dielektrisku priekšmetu, kamēr ķermenim tiek radīts vairāku voltu liels elektriskais potenciāls. Elektriskais lauks nepārtraukti mainās laikā: pirmkārt, tribo lādiņi tiek neitralizēti - tie plūst uz leju no augstas pretestības ādas virsmas ar raksturīgo laiku ~ 100 - 1000 s; otrkārt, ķermeņa ģeometrijas izmaiņas elpošanas kustību, sirdsdarbības utt. noved pie pastāvīga elektriskā lauka modulācijas ārpus ķermeņa.
Vēl viens elektriskā lauka avots ārpus cilvēka ķermeņa ir sirds elektriskais lauks. Ievedot divus elektrodus ķermeņa virsmā, ir iespējams reģistrēt to pašu kardiogrammu bez kontakta un attālināti, kā izmantojot tradicionālo kontakta metodi. Ņemiet vērā, ka šis signāls nav reižu mazāks par tribocharges lauku.
Medicīnā bezkontakta metode, ar kuras palīdzību mēra elektriskos laukus, kas saistīti ar cilvēka ķermeni, ir atradusi savu pielietojumu zemas frekvences krūškurvja kustību mērīšanai.
Šajā gadījumā pacienta ķermenim tiek piemērots maiņstrāvas spriegums ar frekvenci 10 MHz, un vairāki antenas elektrodi tiek nogādāti krūtīs 2-5 cm attālumā. Antenna un korpuss ir divas kondensatora plāksnes. Pārvietojot lādi, tiek mainīts attālums starp plāksnēm, tas ir, šī kondensatora kapacitāte un līdz ar to katras antenas izmērītā kapacitīvā strāva. Balstoties uz šo straumju mērījumiem, ir iespējams izveidot krūšu kurvja kustību karti elpošanas cikla laikā. Parasti tam jābūt simetriskam attiecībā uz krūšu kaulu. Tā simetrija ir salauzta, un, no vienas puses, kustības diapazons ir mazs, tas var norādīt, piemēram, uz slēptu ribas lūzumu, kurā muskuļa kontrakcija tiek bloķēta attiecīgajā krūšu pusē.
Elektriskā lauka kontaktmērījumus pašlaik visvairāk izmanto medicīnā: kardiogrāfijā un elektroencefalogrāfijā. Galvenais progress šajos pētījumos ir saistīts ar skaitļošanas tehnoloģijas, tostarp personālo datoru, izmantošanu. Tie ļauj iegūt augstas izšķirtspējas elektrokardiogrammas (EKG HR).
Kā jūs zināt, EKG signāla amplitūda nav lielāka par 1 mV, un ST segments ir vēl mazāks, un signālu maskē elektriskais troksnis, kas saistīts ar neregulāru muskuļu darbību. Tāpēc tiek izmantota uzkrāšanas metode - tas ir, daudzu secīgu EKG signālu summēšana. Šim nolūkam dators novirza katru nākamo signālu tā, lai tā R-pīķis būtu saskaņots ar iepriekšējā signāla R-maksimumu, un tas tiek pievienots iepriekšējam, un tā tālāk daudziem signāliem vairākas minūtes. Šajā procedūrā tiek palielināts noderīgais atkārtojošais signāls, un neregulārie traucējumi viens otru atceļ. Nomācot troksni, ir iespējams izcelt smalkā ST kompleksa struktūru, kas ir svarīgi, lai paredzētu tūlītējas nāves risku.
Elektroencefalogrāfijā, ko izmanto neiroķirurģijas vajadzībām, personālie datori ļauj reālā laikā izveidot smadzeņu elektriskā lauka sadalījuma momentānas kartes, izmantojot potenciālus no 16 līdz 32 elektrodiem, kas atrodas abās puslodēs ar laika intervālu vairāku ms.
Katras kartes izveidošana ietver četras procedūras:
Reklāmas video:
1) elektriskā potenciāla mērīšana visos punktos, kur atrodas elektrodi;
2) izmērīto vērtību interpolācija (turpinājums) uz punktiem, kas atrodas starp elektrodiem;
3) iegūtās kartes izlīdzināšana;
4) kartes krāsošana krāsās, kas atbilst noteiktām potenciāla vērtībām. Tiek iegūti efektīvi krāsu attēli. Šāds attēlojums kvazi krāsās, kad krāsu komplekts, piemēram, no purpursarkanas līdz sarkanai, tiek pieskaņots visam lauka vērtību diapazonam no minimālās līdz maksimālajai, tagad ir ļoti izplatīts, jo tas ārstam ievērojami atvieglo sarežģītu telpisko sadalījumu analīzi. Rezultāts ir karšu secība, no kuras var redzēt, kā elektriskā potenciāla avoti pārvietojas pa garozas virsmu.
Personālais dators ļauj veidot kartes ne tikai ar momentānu potenciāla sadalījumu, bet arī ar smalkākiem EEG parametriem, kas jau sen pārbaudīti klīniskajā praksē. Tie galvenokārt ietver dažu EEG spektrālo komponentu elektriskās jaudas telpisko sadalījumu (α, R, γ, δ un θ ritmi). Lai izveidotu šādu karti, noteiktā laika logā potenciālus mēra 32 punktos galvas ādā, pēc tam no šiem ierakstiem nosaka frekvences spektrus un veido atsevišķu spektrālo komponentu telpisko sadalījumu.
Α, δ, I ritma kartes ir ļoti atšķirīgas. Šādu karšu simetrijas traucējumi starp labo un kreiso puslodi var būt diagnostikas kritērijs smadzeņu audzēju un dažu citu slimību gadījumā.
Tādējādi šobrīd ir izstrādātas bezkontakta metodes elektriskā lauka reģistrēšanai, ko cilvēka ķermenis rada apkārtējā telpā, un ir atrasti daži šo metožu pielietojumi medicīnā. Elektriskā lauka kontaktmērījumi saņēma jaunu impulsu saistībā ar personālo datoru attīstību - to augstā veiktspēja ļāva iegūt smadzeņu elektriskā lauka kartes.
Cilvēka magnētiskais lauks
Cilvēka ķermeņa magnētisko lauku rada straumes, ko rada sirds un smadzeņu garozas šūnas. Tas ir ārkārtīgi mazs - 10 miljoni - 1 miljards reižu vājāks nekā Zemes magnētiskais lauks. Lai to izmērītu, izmanto kvantu magnetometru. Tā sensors ir supravadīts kvantu magnetometrs (SQUID), kura ieejā ietilpst arī uztverjumi no spoles. Šis sensors mēra īpaši vāju magnētisko plūsmu, kas iet caur spolēm. Lai SQUID darbotos, tas ir jāatdzesē līdz temperatūrai, kurā parādās supravadītspēja, t.i. līdz šķidrā hēlija temperatūrai (4 K). Lai to izdarītu, tas un uztveres spoles tiek ievietotas speciālā termosā šķidrā hēlija glabāšanai - kriostatam, precīzāk, tā šaurajā astes daļā, kuru pēc iespējas tuvināt cilvēka ķermenim.
Pēdējos gados pēc "augstas temperatūras supravadītspējas" atklāšanas ir parādījušies SQUID, kurus var pietiekami atdzesēt līdz šķidrā slāpekļa (77 K) temperatūrai. Viņu jutība ir pietiekama, lai izmērītu sirds magnētiskos laukus.
Cilvēka ķermeņa radītais magnētiskais lauks ir daudzkārt mazāks par Zemes magnētisko lauku, tā svārstībām (ģeomagnētisko troksni) vai tehnisko ierīču laukiem.
Trokšņa ietekmes novēršanai ir divas pieejas. Visradikālākais ir relatīvi liela apjoma (telpas) izveidošana, kurā magnētiskie vairogi dramatiski samazina magnētisko troksni. Smalkākajiem biomagnētiskajiem pētījumiem (uz smadzenēm) troksnis ir jālūdz apmēram miljonu reižu, un to var nodrošināt mīksta magnētiskā feromagnētiskā sakausējuma daudzslāņu kaudzes (piemēram, permalloy). Ekranētā telpa ir dārga struktūra, un tikai lielākie zinātniskie centri to var atļauties. Šādu istabu skaits pasaulē pašlaik ir vienībās.
Ir vēl viens, pieejamāks veids, kā samazināt ārējā trokšņa ietekmi. Tas ir balstīts uz faktu, ka lielākoties magnētiskos trokšņus telpā ap mums rada zemes magnētiskā lauka un rūpniecisko elektrisko instalāciju haotiskās svārstības (svārstības). Tālu no asām magnētiskām anomālijām un elektriskām mašīnām, lai arī magnētiskais lauks ar laiku svārstās, tas ir telpiski viendabīgs, nedaudz mainoties attālumos, kas salīdzināmi ar cilvēka ķermeņa lielumu. Faktiski biomagnētiskie lauki strauji vājina ar attālumu no dzīvā organisma. Tas nozīmē, ka ārējiem laukiem, kaut arī daudz spēcīgākiem, ir zemāki slīpumi (t.i., mainības ātrums ar attālumu no objekta) nekā biomagnētiskajiem laukiem.
Ierīces, kurā kalmārs ir jutīgs elements, uztveršanas ierīce tiek izgatavota tā, lai tā būtu jutīga tikai pret magnētiskā lauka gradientu - šajā gadījumā ierīci sauc par gradiometru. Tomēr bieži ārējiem (trokšņa) laukiem joprojām ir pamanāmi gradienti, tad jāizmanto ierīce, kas mēra magnētiskā lauka indukcijas otro telpisko atvasinājumu - otrās kārtas gradiometrs. Šādu ierīci jau var izmantot parastā laboratorijas apstākļos. Tomēr gradiometrus ir vēlams izmantot arī vietās, kur ir "magnētiski mierīga" vide, un dažas pētniecības grupas strādā īpaši izveidotās mājās, kas nav magnētiskas.
Pašlaik tiek veikti intensīvi biomagnētiski pētījumi gan magnētiski ekranētās telpās, gan bez tām, izmantojot gradiometrus. Plašā biomagnētisko parādību diapazonā ir daudz uzdevumu, kas ļauj dažādos līmeņos mazināt ārējo troksni.