El campo eléctrico humano existe en la superficie del cuerpo y afuera, fuera de él. El campo eléctrico fuera del cuerpo humano se debe principalmente a tribocargas, es decir, cargas que surgen en la superficie del cuerpo como resultado de la fricción contra la ropa o cualquier objeto dieléctrico, mientras que en el cuerpo se crea un potencial eléctrico del orden de varios voltios. El campo eléctrico cambia continuamente en el tiempo: en primer lugar, las cargas tribo se neutralizan: fluyen hacia abajo desde la superficie de la piel de alta resistencia con tiempos característicos de ~ 100 - 1000 s; en segundo lugar, cambios en la geometría del cuerpo debido a movimientos respiratorios, latidos del corazón, etc. conducir a la modulación de un campo eléctrico constante fuera del cuerpo.
Otra fuente de campo eléctrico fuera del cuerpo humano es el campo eléctrico del corazón. Al llevar dos electrodos a la superficie del cuerpo, es posible registrar el mismo cardiograma sin contacto y de forma remota como con el método de contacto tradicional. Tenga en cuenta que esta señal no es muchas veces menor que el campo de tribocargas.
En medicina, el método sin contacto para medir campos eléctricos asociados con el cuerpo humano ha encontrado su aplicación para medir los movimientos del pecho de baja frecuencia.
En este caso, se aplica una tensión eléctrica alterna con una frecuencia de 10 MHz al cuerpo del paciente y se llevan varios electrodos de antena al tórax a una distancia de 2-5 cm. La antena y el cuerpo son dos placas de un condensador. Mover el cofre cambia la distancia entre las placas, es decir, la capacitancia de este capacitor y, por lo tanto, la corriente capacitiva medida por cada antena. A partir de las medidas de estas corrientes, es posible construir un mapa de los movimientos del tórax durante el ciclo respiratorio. Normalmente, debe ser simétrico con respecto al esternón. Su simetría está rota y por un lado el rango de movimiento es pequeño, esto puede indicar, por ejemplo, una fractura costal oculta, en la que se bloquea la contracción muscular en el lado correspondiente del tórax.
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Las medidas de contacto del campo eléctrico son las más utilizadas actualmente en medicina: en cardiografía y electroencefalografía. El principal avance de estos estudios se debe al uso de tecnología informática, incluidas las computadoras personales. Le permiten obtener electrocardiogramas de alta resolución (ECG HR).
Como sabe, la amplitud de la señal de ECG no es más de 1 mV, y el segmento ST es aún más pequeño y la señal está enmascarada por el ruido eléctrico asociado con la actividad muscular irregular. Por lo tanto, se utiliza el método de acumulación, es decir, la suma de muchas señales ECG secuenciales. Para ello, la computadora desplaza cada señal subsiguiente para que su pico R esté alineado con el pico R de la señal anterior y lo agregue a la anterior, y así sucesivamente para muchas señales durante varios minutos. En este procedimiento, la señal repetitiva útil aumenta y las interferencias irregulares se anulan entre sí. Al suprimir el ruido, es posible resaltar la fina estructura del complejo ST, que es importante para predecir el riesgo de muerte instantánea.
En electroencefalografía, utilizada para neurocirugía, las computadoras personales permiten construir en tiempo real mapas instantáneos de la distribución del campo eléctrico del cerebro utilizando potenciales de 16 a 32 electrodos ubicados en ambos hemisferios en intervalos de tiempo del orden de varios ms.
La construcción de cada mapa implica cuatro procedimientos:
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1) medir el potencial eléctrico en todos los puntos donde se encuentran los electrodos;
2) interpolación (continuación) de valores medidos a puntos que se encuentran entre los electrodos;
3) suavizar el mapa resultante;
4) colorear el mapa con colores que correspondan a ciertos valores del potencial. Se obtienen imágenes en color efectivas. Esta representación en cuasicolores, cuando un conjunto de colores, por ejemplo, del violeta al rojo, se asigna a todo el rango de valores de campo desde el mínimo al máximo, es ahora muy común, ya que facilita enormemente al médico el análisis de distribuciones espaciales complejas. El resultado es una secuencia de mapas a partir de los cuales puede ver cómo las fuentes de potencial eléctrico se mueven a lo largo de la superficie de la corteza.
Una computadora personal permite construir mapas no solo de la distribución de potencial instantánea, sino también de parámetros EEG más sutiles, que se han probado durante mucho tiempo en la práctica clínica. Estos incluyen principalmente la distribución espacial de la potencia eléctrica de ciertos componentes espectrales del EEG (ritmos α, R, γ, δ y θ). Para construir un mapa de este tipo, en una determinada ventana de tiempo, se miden los potenciales en 32 puntos del cuero cabelludo, luego se determinan los espectros de frecuencia a partir de estos registros y se construye la distribución espacial de los componentes espectrales individuales.
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Las tarjetas de ritmo α, δ, I son muy diferentes. Los trastornos de la simetría de dichos mapas entre los hemisferios derecho e izquierdo pueden ser un criterio de diagnóstico en el caso de tumores cerebrales y en algunas otras enfermedades.
Así, en la actualidad, se han desarrollado métodos sin contacto para registrar el campo eléctrico que crea el cuerpo humano en el espacio circundante, y se han encontrado algunas aplicaciones de estos métodos en medicina. Las mediciones de contacto del campo eléctrico recibieron un nuevo impulso en relación con el desarrollo de las computadoras personales: su alto rendimiento hizo posible obtener mapas de los campos eléctricos del cerebro.
Campo magnético humano
El campo magnético del cuerpo humano es creado por corrientes generadas por las células del corazón y la corteza cerebral. Es extremadamente pequeño, 10 millones, mil millones de veces más débil que el campo magnético de la Tierra. Se utiliza un magnetómetro cuántico para medirlo. Su sensor es un magnetómetro cuántico superconductor (SQUID), cuya entrada también incluye recepciones de la bobina. Este sensor mide el flujo magnético ultra débil que pasa a través de las bobinas. Para que un CALAMAR funcione, debe enfriarse a una temperatura en la que aparezca la superconductividad, es decir, a la temperatura del helio líquido (4 K). Para hacer esto, él y las bobinas receptoras se colocan en un termo especial para almacenar helio líquido, un criostato, más precisamente, en su cola estrecha, que se puede acercar lo más posible al cuerpo humano.
En los últimos años, tras el descubrimiento de la "superconductividad de alta temperatura", han aparecido SQUID que pueden enfriarse lo suficiente a la temperatura del nitrógeno líquido (77 K). Su sensibilidad es suficiente para medir los campos magnéticos del corazón.
El campo magnético creado por el cuerpo humano es muchos órdenes de magnitud más pequeño que el campo magnético de la Tierra, sus fluctuaciones (ruido geomagnético) o los campos de los dispositivos técnicos.
Hay dos enfoques para eliminar la influencia del ruido. El más radical es la creación de un volumen (sala) relativamente grande en el que el ruido magnético se reduce drásticamente mediante escudos magnéticos. Para los estudios biomagnéticos más sutiles (en el cerebro), los ruidos se deben silbar alrededor de un millón de veces, lo que puede ser proporcionado por pilas de múltiples capas de una aleación ferromagnética magnética blanda (por ejemplo, permalloy). La sala blindada es una estructura cara y solo los centros científicos más grandes pueden permitírselo. Actualmente, el número de habitaciones de este tipo en el mundo se expresa en unidades.
Existe otra forma más económica de reducir la influencia del ruido externo. Se basa en el hecho de que, en su mayor parte, los ruidos magnéticos en el espacio que nos rodea son generados por oscilaciones caóticas (fluctuaciones) del campo magnético terrestre y las instalaciones eléctricas industriales. Lejos de las anomalías magnéticas agudas y las máquinas eléctricas, el campo magnético, aunque fluctúa con el tiempo, es espacialmente homogéneo, cambiando ligeramente a distancias comparables al tamaño de un cuerpo humano. De hecho, los campos biomagnéticos se debilitan rápidamente con la distancia de un organismo vivo. Esto significa que los campos externos, aunque mucho más fuertes, tienen gradientes más bajos (es decir, la tasa de cambio con la distancia del objeto) que los campos biomagnéticos.
El dispositivo receptor de un dispositivo con un calamar como elemento sensible está fabricado de modo que sea sensible solo al gradiente del campo magnético; en este caso, el dispositivo se llama gradiómetro. Sin embargo, a menudo los campos externos (ruido) todavía tienen gradientes notables, entonces es necesario usar un dispositivo que mida la segunda derivada espacial de la inducción del campo magnético: un gradiómetro de segundo orden. Un dispositivo de este tipo ya se puede utilizar en un entorno de laboratorio normal. Aún así, los gradiómetros también son preferibles para usar en lugares con un ambiente "magnéticamente tranquilo", y algunos grupos de investigación trabajan en casas no magnéticas especialmente construidas en áreas rurales.
En la actualidad, se está llevando a cabo una intensa investigación biomagnética tanto en salas blindadas magnéticamente como sin ellas, utilizando gradiómetros. En una amplia gama de fenómenos biomagnéticos, hay muchas tareas que permiten diferentes niveles de atenuación del ruido externo.
