Le champ électrique humain existe à la surface du corps et à l'extérieur, à l'extérieur. Le champ électrique extérieur au corps humain est principalement dû aux tribocharges, c'est-à-dire aux charges qui surviennent à la surface du corps en raison du frottement contre les vêtements ou tout objet diélectrique, tandis qu'un potentiel électrique de l'ordre de plusieurs volts est créé sur le corps. Le champ électrique change continuellement dans le temps: premièrement, les charges tribo sont neutralisées - elles descendent de la surface de la peau à haute résistance avec des temps caractéristiques de ~ 100 à 1000 s; deuxièmement, les changements de géométrie corporelle dus aux mouvements respiratoires, aux battements cardiaques, etc. conduire à la modulation d'un champ électrique constant à l'extérieur du corps.
Une autre source de champ électrique à l'extérieur du corps humain est le champ électrique du cœur. En amenant deux électrodes à la surface du corps, il est possible d'enregistrer le même cardiogramme sans contact et à distance comme avec la méthode de contact traditionnelle. Notez que ce signal n'est pas plusieurs fois plus petit que le champ des tribocharges.
En médecine, la méthode de mesure sans contact des champs électriques associés au corps humain a trouvé son application pour mesurer les mouvements thoraciques à basse fréquence.
Dans ce cas, une tension électrique alternative avec une fréquence de 10 MHz est appliquée au corps du patient, et plusieurs antennes-électrodes sont amenées à la poitrine à une distance de 2 à 5 cm. L'antenne et le corps sont deux plaques d'un condensateur. Le déplacement du coffre modifie la distance entre les plaques, c'est-à-dire la capacité de ce condensateur et, par conséquent, le courant capacitif mesuré par chaque antenne. À partir des mesures de ces courants, il est possible de construire une carte des mouvements de la poitrine au cours du cycle respiratoire. Normalement, il doit être symétrique par rapport au sternum. Sa symétrie est brisée et d'une part l'amplitude des mouvements est petite, cela peut indiquer, par exemple, une fracture cachée des côtes, dans laquelle la contraction musculaire est bloquée du côté correspondant de la poitrine.
Les mesures de contact du champ électrique sont actuellement les plus utilisées en médecine: en cardiographie et en électroencéphalographie. Le principal progrès de ces études est dû à l'utilisation de la technologie informatique, y compris les ordinateurs personnels. Ils vous permettent d'obtenir des électrocardiogrammes haute résolution (ECG HR).
Comme vous le savez, l'amplitude du signal ECG n'est pas supérieure à 1 mV, et le segment ST est encore plus petit, et le signal est masqué par le bruit électrique associé à une activité musculaire irrégulière. Par conséquent, la méthode d'accumulation est utilisée, c'est-à-dire la somme de nombreux signaux ECG séquentiels. Pour cela, l'ordinateur décale chaque signal suivant de sorte que son pic R soit aligné sur le pic R du signal précédent, et l'ajoute au précédent, et ainsi de suite pour de nombreux signaux pendant plusieurs minutes. Dans cette procédure, le signal répétitif utile est augmenté et les interférences irrégulières s'annulent mutuellement. En supprimant le bruit, il est possible de mettre en évidence la structure fine du complexe ST, ce qui est important pour prédire le risque de mort instantanée.
En électroencéphalographie, utilisée en neurochirurgie, les ordinateurs personnels permettent de construire des cartes instantanées de la distribution du champ électrique cérébral en temps réel à l'aide de potentiels de 16 à 32 électrodes situées sur les deux hémisphères à des intervalles de temps de l'ordre de quelques ms.
La construction de chaque carte implique quatre procédures:
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1) mesurer le potentiel électrique en tous les points où se trouvent les électrodes;
2) interpolation (suite) des valeurs mesurées aux points situés entre les électrodes;
3) lissage de la carte résultante;
4) coloration de la carte avec des couleurs correspondant à certaines valeurs du potentiel. Des images couleur efficaces sont obtenues. Une telle représentation en quasi-couleur, lorsqu'un ensemble de couleurs, par exemple du violet au rouge, est attribué à toute la plage de valeurs de champ du minimum au maximum, est désormais très courante, car elle facilite grandement l'analyse de distributions spatiales complexes pour le médecin. Le résultat est une séquence de cartes à partir de laquelle vous pouvez voir comment les sources de potentiel électrique se déplacent le long de la surface de la croûte.
Un ordinateur personnel permet de construire des cartes non seulement de la distribution instantanée du potentiel, mais aussi de paramètres EEG plus subtils, qui ont longtemps été testés en pratique clinique. Celles-ci incluent principalement la distribution spatiale de la puissance électrique de certaines composantes spectrales de l'EEG (rythmes α, R, γ, δ et θ). Pour construire une telle carte, dans une certaine fenêtre de temps, les potentiels sont mesurés en 32 points du cuir chevelu, puis les spectres de fréquence sont déterminés à partir de ces enregistrements et la distribution spatiale des composants spectraux individuels est construite.
Les cartes rythmiques α, δ, I sont très différentes. Les troubles de la symétrie de telles cartes entre les hémisphères droit et gauche peuvent être un critère diagnostique dans le cas des tumeurs cérébrales et dans certaines autres maladies.
Ainsi, à l'heure actuelle, des méthodes sans contact ont été développées pour enregistrer le champ électrique que le corps humain crée dans l'espace environnant, et certaines applications de ces méthodes en médecine ont été trouvées. Les mesures de contact du champ électrique ont reçu un nouvel élan en lien avec le développement des ordinateurs personnels - leurs performances élevées ont permis d'obtenir des cartes des champs électriques du cerveau.
Champ magnétique humain
Le champ magnétique du corps humain est créé par les courants générés par les cellules du cœur et du cortex cérébral. Il est extrêmement petit - 10 millions - 1 milliard de fois plus faible que le champ magnétique terrestre. Un magnétomètre quantique est utilisé pour le mesurer. Son capteur est un magnétomètre quantique supraconducteur (SQUID), dont l'entrée comprend également les réceptions de la bobine. Ce capteur mesure le flux magnétique ultra-faible traversant les bobines. Pour qu'un SQUID fonctionne, il doit être refroidi à une température à laquelle la supraconductivité apparaît, c.-à-d. à la température de l'hélium liquide (4 K). Pour ce faire, lui et les bobines de réception sont placés dans un thermos spécial pour stocker l'hélium liquide - un cryostat, plus précisément, dans sa queue étroite, qui peut être rapproché le plus possible du corps humain.
Ces dernières années, après la découverte de la "supraconductivité à haute température", des SQUID sont apparus, qui peuvent être suffisamment refroidis à la température de l'azote liquide (77 K). Leur sensibilité est suffisante pour mesurer les champs magnétiques du cœur.
Le champ magnétique créé par le corps humain est de plusieurs ordres de grandeur plus petit que le champ magnétique de la Terre, ses fluctuations (bruit géomagnétique) ou les champs des appareils techniques.
Il existe deux approches pour éliminer l'influence du bruit. Le plus radical est la création d'un volume (pièce) relativement important dans lequel le bruit magnétique est considérablement réduit par des boucliers magnétiques. Pour les études biomagnétiques les plus délicates (sur le cerveau), les bruits doivent être sifflés environ un million de fois, ce qui peut être fourni par des empilements multicouches d'un alliage ferromagnétique magnétique doux (par exemple, le permalloy). La salle blindée est une structure coûteuse, et seuls les plus grands centres scientifiques peuvent se le permettre. Le nombre de ces chambres dans le monde est actuellement en unités.
Il existe un autre moyen plus abordable de réduire l'influence du bruit extérieur. Il est basé sur le fait que, pour la plupart, les bruits magnétiques dans l'espace qui nous entoure sont générés par des oscillations chaotiques (fluctuations) du champ magnétique terrestre et des installations électriques industrielles. Loin des anomalies magnétiques aiguës et des machines électriques, le champ magnétique, bien qu'il fluctue avec le temps, est spatialement homogène, évoluant légèrement à des distances comparables à la taille d'un corps humain. En fait, les champs biomagnétiques s'affaiblissent rapidement avec l'éloignement d'un organisme vivant. Cela signifie que les champs externes, bien que beaucoup plus forts, ont des gradients plus faibles (c'est-à-dire le taux de changement avec la distance de l'objet) que les champs biomagnétiques.
Le dispositif de réception d'un appareil avec un calmar comme élément sensible est fabriqué de sorte qu'il ne soit sensible qu'au gradient de champ magnétique - dans ce cas, le dispositif est appelé un gradiomètre. Cependant, souvent les champs externes (de bruit) ont encore des gradients perceptibles, il est alors nécessaire d'utiliser un appareil qui mesure la deuxième dérivée spatiale de l'induction du champ magnétique - un gradiomètre du second ordre. Un tel dispositif peut déjà être utilisé dans un environnement de laboratoire normal. Pourtant, les gradiomètres sont également préférables à utiliser dans des endroits avec un environnement «magnétiquement calme», et certains groupes de recherche travaillent dans des maisons non magnétiques spécialement construites dans les zones rurales.
Actuellement, des recherches biomagnétiques intensives sont menées à la fois dans des locaux à blindage magnétique et sans eux, à l'aide de gradiomètres. Dans un large éventail de phénomènes biomagnétiques, il existe de nombreuses tâches qui permettent différents niveaux d'atténuation du bruit externe.