Измерение магнитного поля сердца

Наиболее распространенный способ записи магнитокардиограмм — это измерение магнитного поля сердца в точках, равномерно распределенных на передней поверхности грудной клетки или во фронтальной плоскости в непосредственной близости от этой поверхности, иногда во фронтальной плоскости, касательной к поверхности спины. В этих областях магнитное поле сердца достаточно ощутимо, чтобы его можно было измерить при помощи существующего оборудования. [c.77]

В последние годы после открытия высокотемпературной сверхпроводимости появились СКВИДы, которые достаточно охлаждать до температуры жидкого азота (77 К). Их чувствительность достаточна для измерения магнитных полей сердца. [c.266]

Рис. 1.27. Структурная схема измерительно-вычислительной системы для исследования магнитного поля сердца (Институт измерения и измерительной техники Центра электрофизических исследований Словацкой Академии наук, ЧССР)

Измерение и интерпретация магнитного поля сердца - это в настоящее время наиболее хорощо разработанная часть области биомагнетизма. [c.71]

Магнитокардиограмма и динамическая магнитная карта человека. Источник магнитного поля сердца человека тот же, что и электрического, - перемещающаяся граница области возбуждения миокарда. Различают два способа исследования этого поля (1) измерение магнитокардиограмм (МКГ) и (2) построение динамической магнитной карты (ДМК). В первом случае измерение проводят в какой-то одной точке над сердцем, в результате получают зависимости величины магнитного поля от времени, зачастую совпадающие по форме с традиционными электрокардиограммами. Чтобы построить динамическую магнитную карту, необходимо измерить набор МКГ в разных точках над сердцем. Для этого пациента на специальной немагнитной кровати перемещают вблизи неподвижного датчика. Поле измеряется в области 20 х 20 см по сетке из 6 х 6 элементов, т.е. всего в 36 точках. В каждой точке записывают несколько периодов сердечного цикла, чтобы усреднить записи, затем перемещают пациента так, чтобы измерить следующую точку. Затем в определенные моменты времени, отсчитываемые от К-пика, строят мгновенные динамические магнитные карты. Каждая ДМК соответствует определенной фазе сердечного цикла. [c.267]

Отражено современное состояние новой области научных исследований -сверхчувствительной магнитометрии, бурное развитие которой обязано изобретению физического прибора - сквида. Этот прибор резко повысил чувствительность магнитных измерений и позволил надежно изучать сверхслабые магнитные поля, которые порождаются биотоками живых организмов. Методы биомагнетизма уже дали многочисленные результаты, касающиеся магнитных полей сердца и мозга человека. [c.2]

При прохождении импульса возбуждения вдоль аксона магнитное поле в тороидальной катушке, охватывающей аксон, пропорционально суммарному току, протекающему через отверстие катушки этот ток состоит из тока внутри аксона и так называемого возвратного тока, растекающегося в объемном проводнике (обычно физиологическом растворе) вокруг аксона и частично проходящего через отверстие катушки (рис. 2.41, б). При измерениях принимают меры к тому, чтобы свести возвратный ток через тороид к минимуму тогда магнитное поле в катушке можно считать пропорциональным осевому внутриклеточному току, причем в обмотке катушки наводится ток, пропорциональный производной этого поля по времени. Для получения сигнала, пропорционального магнитному полю и осевому току аксона, необходимо подвергнуть сигнал на выходе тороидальной катушки дополнительной обработке. Измерив магнитное поле при помощи вышеописанного датчика с тороидальной катушкой, можно найти не только осевой внутриклеточный ток, но н трансмембранный потенциал. Для этого разработаны специальные математические модели, описывающие электромагнитное поле возбуждающейся нервной клетки [57, 166, 183]. Эти модели подробно рассмотрены в гл. 3. Исследование электрической активности нервных волокон [56, 198], отдельных аксонов [73, с. 78 159, с. 512 160, с.З], а также волокон проводниковой системы сердца [159, с. 368] при помощи магнитометрии обладает определенными преимуществами по сравнению с общепринятыми методами, основанными иа непосредственном измерении трансмембранного потенциала. В частности, этот. метод не требует повреждения мембраны, которое неизбежно при обычном использовании внутриклеточных микроэлектродов, и позволяет непосредственно определять значение внутриклеточного осевого тока. Примеры экспериментальных записей, полученных при помощи магнитного датчика с тороидальной катушкой, показаны на рис. 2 42. [c.138]

По этой причине индукции магнитного поля помех В и В , измеренные непосредственно на поверхности тела и на расстоянии, скажем, 5 см от него, практически не отличаются В = В , а индукции поля В , и В , создаваемого сердцем в этих же точках, отличаются почти в 10 раз В В . [c.266]

Постоянные магнитные поля желудка по величине сравнимы с полем повреждения сердца и поэтому могут мешать клиническому использованию измерений поля повреждения сердца. Авторы работы [167] полагают, что исследование магнитных полей желудка будет представлять определенную ценность для диагностики желудочно-кишечных заболеваний. [c.105]

Рис. 1.26. Расположшие испытуемого и аппаратуры при измерении магнитного поля сердца (в) и вычислительные устройства для обработки данных (б)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ БИОМАГНИТОМЕТРИИ 2.1 Измерение магнитного поля сердца [c.69]

Рис. 2.1. Измерение магнитного поля сердца при помощи индукционного магнитометра. Две индукционные катущки содержат по 2 миллиона витков (из первого опубликованного исследования по магнитокардиографии [67])

Чтобы выявить связь между моментными картами и тем самым отобразить непрерывное во времени развитие процесса возбуждения сердца, рассматривают последовательность моментных карт, в которой интервалы времени между соседними картами малы по сравнению с характерными временами изучаемого процесса. Таким образом получают "динамическую карту , содержащую всю доступную информацию о пространственно-временной эволюции кардиомагнитного поля. Автоматизированная система для измерения магнитного поля сердца и визуализации его динамической карты в виде цветного фильма на экране дисплея описана в [30]. Пример последовательности моментных карт, дающей слитную картину развития процесса возбуждения в миокарде, представлен на рис. 2.11. Заметим, что эта "динамическая магнитная карта содержит исчерпывающую информацию о Кардиомаг-нитном поле. В частности, с ее помощью можно одновременно анализировать изменения К1жвых магнитокардиограммы и соответствующие пространственные распределения магнитного поля. Такой подход от- [c.84]

При исследовании биомагнитных полей нередко возникает необходимость одновременного измерения магнитного поля по нескольким каналам. Такие измерения нужны, в частности, при изучении распределения на заданной поверхности компоненты магнитной индукции поля сердца или мозга, а также при определении пространственного вектора магнитной индукции в векторной магнитокардиографии. Соответственно для многоканальных сквид-магнитометров требуются специальные конструкции градиометров [73, 105, 128, 137, 159, 177]. К векторным градиометрам предъявляются дополнительные ipe6oBia-ния — все три взаимно перпендикулярные компоненты магнитной индукции необходимо измерять в одной и той же точке пространства, причем должно быть исключено взаимное влияние между составляющими катушками разных каналов. Конструирование таких градиометров осложняется необходимостью компактного размещения нескольких измерительных катушек внутри криостата.. [c.37]

Магнитометр 8КМ-2 используется в составе измерительно-вычислительной системы для исследования магнитного поля сердца человека в неэкранированном помещении (рис. 1.27). Управление экспериментом и обработка измеренных сигналов осуществляются расположенной в отдельном помещении малой ЭВМ, которая контролирует качество сигналов, улучшает отношение сигнала к помехе путем осреднения измерений на заданном числе кардиоциклов магнитокардиограм-мы и выполняет предварительную цифровую обработку измеренных данных. Одновременно с сигналом магнитной индукции регистрируется электрокардиографический сигнал в стандартном отведении II, зубец Я которого служит для синхронизации последовательно записанных магнитокардиограмм. После предварительной обработки сигналы записываются запоминающим устройством на диск для дальнейшей [c.57]

Таким образом, электрофизиологические процессы в возбуждающейся мьшще сердца порождают в окружающей среде электромагнитное поле. Измерение и интерпретация электрической составляющей этого поля, точнее, электрических потенциалов положены в основу электрокардиографических методов диагностики. Интересующая нас в данном случае магнитная составляющая электромагнитного поля сердца порождается теми же самыми биоэлектрическими генераторами, что и электрическая составляющая, поэтому вопрос о структуре этих генераторов имеет важное значение и п Ж анализе магнитного поля сердца. [c.75]

В связи с распространением сквид-магнитометров и накоплением экспертментальных данных более высокого качества постепенно формируются основные методические подходы к измерению и визуальному отображению магнитного поля сердца, а также его диагностической интерпретации. Следует отметить, что многое в этих подходах было непосредственно заимствовано из области электрокардиографии, однако целый ряд особенностей методики диктуется свойствами магнитного поля сердца, в частности тем фактом, что измеряемая магнитная индукция является векторной величиной. [c.77]

В результате теоретического исследования и экспериментов на физических моделях грудной клетки, учитывающих влияние ограниченности и внутренней неоднородности тела на магнитное поле сердца, было показано, что оптимальное положение приемных катушек однопозиционной магнитокардиографической системы отведений — над четвертым межреберьем у края грудины (что соответствует позиции грудного отведения Кг стандартной электрокардиографической системы отведений). Дня того чтобы измеренные значения компонент магнитной индукций в задне-переднем, право-левом, и нижне-верхнем направлениях бьши пропорциональны соответствующим компонентам магнитного вектора сердца, они должны быть умножены на коэффициенты 1, —1 и —1 соответственно. [c.80]

Возможность дифференщ1рованного подхода к анализу первичных и вторичных смещений сегмента S—T у человека подтверждена экспериментальными исследованиями, описанными в [90, 92, 175]. При регистрации МКГ у испытуемых с ранней реполяризацией желудочков и с блокадой левой ножки пучка Гиса, у которых диастолические токи повреждения отсутствуют, наблюдались только первичные смещения сегмента S-T. У испытуемого с заболеванием коронарных артерий запись МКГ с физической нагрузкой обнаруживает в основном вторичное смещение сегмента S-T, т.е. фактическое смещение сегмента T-Q, так как в миокарде возникают токи повреждения (одновременно происходит небольшое первичное смещение S-7)- Отмечаются практические трудности измерения квазипостоянного магнитного поля сердца, связанные с влиянием квазипостоянных магнитных полей, генерируемых другими органами, особенно желудочно-кишечным трактом. [c.109]

Рассмотрим для примера одно из наиболее сильных биомагнитных полей, а именно магнитное поле сердца. Подставим в последнюю формулу явно завышенные абсолютные величины входящих в нее переменных для условий кардиомагнитных измерений В = 500 пТл = 5х X10" (В с)/м , Го = м и / = 1000 Гц. Для абсолютной величины наведенного в теле электрического поля получим Я 1тах 1,5-10 В/м. В то же время максимальное значение напряженности электрического поля сердца, обычно измеряемого в эксперименте, оценивается как 1,5 -10" В/м. Сравнение этих оценок подтверждает возможность пренебрежения индуктивными эффектами. [c.164]

Следует иметь в виду, что электрическое и магнитное поля токового диполя однозначно определяются его характеристиками - дипольным моментом и координатами расположения. И, наоборот, по измерениям любого из этих полей можно однозначно определить характеристики диполя. Однако при измерении магнитного поля вне проводника существенную роль играют вышеописанные закономерности влияния на магнитное поле структуры проводника, и особенно свойств его симметрии. В отношении возможностей решения обратной задачи это влияние противоречиво положительный аспект состоит в том, что нормапьная к поверхности Проводника компонента магнитной индукции мало зависит от структуры среды и практически отражает только свойства самого генератора отрицательный аспект — практическое отсутствие чувствительности магнитных измерений к компоненте диполя, нормальной к поверхности проводника. Таким образом, если идентификация генератора осуществляется по чисто магнитным измерениям, то фактически рассматриваются только тангенциальные к поверхности проводника диполи. При этом решение обратной задачи сводится к следующим трем этапам измерение магнитного поля в точках, распределенных на заданной поверхности наблюдения первичная обработка данных (синхронизация, фильтрация и Т.Д.) и построение эквииндукционной карты определение характеристик дипольного генератора (двух компонент дипольного момента и трех координат положения). Такой подход можно считать обоснованным в тех случаях, когда изучаемый реапьный био-элект ческий процесс с достаточной точностью сводится к одному дипольному генератору это может быть локальная возбуждающаяся область мозга, волна возбуждения проводниковой системы сердца, инфарктный очаг миокарда и тл. Метод определения характеристик диполя зависит от конкретных условий исследования и реально достижимого уровня точности. [c.261]

Запись магнитного поля сердца дает кривую, подобную электрокардиограмме. У магнитокардиографии есть ряд преимуществ перед электрокардиографией, ибо магнитный способ бесконтактен (что важно при ожогах) и пассивен (не влияет на исследуемый организм). Пассивность магнитометрических измерений делает их перспективными, например при изучении развития плода, когда какое-либо воздействие недопустимо. [c.94]

В силу малой величины сигнала при снятии и анализе МЭГ следует обращать особое внимание на исключение мешающих паразитных сигналов. Современные сквид-магнитометры позволяют получать МЭГ того же качества, что и ЭЭГ, если методы защиты позволяют избавиться от внешних шумов. В этих условиях основной помехой для МЭГ становятся трудно устранимые собственные физиологические магнитные шумы человека. То же, и даже в большей степени, относится к ЭЭГ. Анализ МЭГ, проведенный Гессом [252], показал, что очень большую долю в регистрируемом спектре активности мозга составляют компоненты магнитной активности сердца, что требует особой осторожности при интерпретации спектров. Большие паразитные сигналы со спектром, характерным для кардиограммы, наблюдала и группа исследователей из Чехословакии [253]. Заметим, что в обоих случаях анализировавшиеся магнитоэнцефалограммы снимались в земном магнитном поле. Поэтому сигналы, коррелирующие с сердечной деятельностью, могли порождаться не собственно магнитным полем сердца, которое вблизи энцефаггографического датчика уже достаточно мало, а дрожанием головы с частотой пульса или периодическими изменениями электропроводности тканей из-за пульсации мозгового кровообращения Такого типа помехи могут быть устранены путем компенсации земного магнитного поля в месте измерения. [c.144]

Насколько в реальных измерениях можно основьшаться на вышеуказанных свойствах магнитного поля в симметричном проводнике, зависит от конкретных условий исследования, а именно от типа биологического объекта, взаимного расположения генератора и измерительного устройства и т.п. Очевидно, для такой сложной структуры, как тело в целом, условия симметрии нарушены очень сильно. Влияние реальной среды на магнитное поле исследовали на математических моделях, достаточно подробно описьшающих грудную клетку человека с учетом ее реапьной внешней формы и основных внутренних неоднородностей (внутриполостной крови сердца и ткани легких), причем использовался модельный биоэлектрический генератор сердца довольно сложной структуры в виде совокупности токовых диполей или токовых двойных слоев, воспроизводящих реальный процесс электрического возбуждения сердца [94, 123, 125 159, с. 301, 324]. Эти исследования, выполненные численными методами, подтверждают, что структура проводника оказывает существенное влияние на внешнее магнитное поле (как и на поверхностное электрическое поле). Конкретные количественные различия между значениями магнитной индукции, полученными для симметричной структуры проводника (например, в форме сферы или полупространства) и реальной моделируемой структуры, зависят от многих факторов (конкретной модели генератора, положения точки наблюдения и т.п.), причем средние оценки этих различий лежат приблизительно в пределах 20-60% максимальных значений магнитной индукции. Для электрического поля были получены результаты, близкие к указанным. В экспериментах с электрически изолированным сердцем собаки было показано, что при измерениях на расстоянии до 10 см от сердца можно пренебречь влиянием магнитного поля вторичных токов в объеме тела [136]. [c.259]

Эти трудности удается преодолеть (по крайней мере для электрического мультипольного разложения), следуя второму из вышеуказанных подходов к решению обратной задачи. А именно, можно формулировать электрофизиологически осмысленные эквивалентные генераторы, параметры которых определяются по мультипольным компонентам. Например, по электрическим мультипольным компонентам нескольких ни> ших порядков можно вычислять параметры эквивалентного генератора в виде двойного слоя, описьшающего волну деполяризации сердца [44]. Правда, такому эквивалентному генератору свойственна взаимно однозначная связь между его электрическим и магнитным полями, поэтому для его идентификации достаточно только электрических измерений. [c.267]

Существенным для градиометра является выбор базы. Она определяется типом источника измеряемого сигнала, но чаще руководствуются тем, чтобы сигнал принимался только ближней петлей градиометра, а на дальних его петлях- был бы уже в несколько раз меньше. При измерении малых градиентов (слабые аномалии магнитного поля Земли) база ограничивается размером самого прибора. В магнитокардиографии база определяется расстоянием от сердца - обычно около 10 см. При магнито энцефалографических исследованиях применяется база около 2 см. В этих условиях градиометр по отношению к измеряемому сигналу фактически представляет собой магнитометр и компенсирующие петли не участвуют в приеме сигнала. Это несколько снижает чувствительность градиометров по мере повышения их порядка, хотя эту трудность можно обойти, применяя градиометр с неравными петлями (см. 1.5). Выбор порядка градиометра определяется компромиссом между степенью подавления помех и чувствительностью, а также простотой изготовления. Помогает расчет или опыт. [c.45]

Наряду с математическими расчетами биомагнитных полей, исходящими отнюдь не из простых интегральных уравнений (4.6) — (4.8), получает распространение и экспериментальный модельный подход, который зачастую более удобен и прост. С его помощью, в частности, удается исследовать влияние объемных токов, текущих вне сердца, на вид магнито кардиограммы. Это оказывается возможным, во-первых, в предельно модельном эксперименте, когда обособле1шое сердце животного помещается в ванну, заполненную проводящей жидкостью (раствором соли), а форму ванны можно варьировать. Кроме того, измерения проводились и на живом человеке, помещаемом в такую же ванну, которая с точю зрения электрических и магнитных полей как бы сильно изменяет форму тела [138]. Такое моделирование может быть доведено до очень высокого уровня подобия. Именно, изготавливается макет человеческого тела, заполненный раствором поваренной соли. При этом проводимость различных органов модели делается неодинаковой (в соответствии с естественной проводимостью) применением различных пористых материалов [139]. Внутрь этого макета можно помещать управляемые извне источники тока и, моделируя с их помощью реальные сигналы, проводить обмеры электрических и магнитных полей. Такие измерения проводятся и на макете человеческой головы [140]. Необходимые для постановки подобных экспериментов характерные проводимости различных тканей тела приведены в табл. 2. [c.95]

Генерация постоянных токов оказалась свойственна многим органам. Выше уже говорилось о постоянных токах повреждения сердца. Савар и Коэн обнаружили довольно сильные постоянные магнитные поля в области живота человека. Исследования показали что они вызываются деятельностью желудка. Через час после еды градиенты поля достигали значения 75 пТл/см (измерения проводились 2/>градиометром, показанным на рис. 12) в районе желудка и содержали ряд переменных во времени компонент, что связьюалось авторами с активностью гладких мышц стенок желудка. После длительного перерьша в еде (более 12 часов) поле уменьшалось более чем в три раза и было постоянным во времени либо колебалось с периодом 20 с. Попытки разнообразных воздействий на организм с целью устранить постоянное поле в области желудка успеха, не имели. Например, выпитый стакан холодной воды резко усиливал постоянное поле, в то время как теплая или газированная вода или вода с аспирином уменьшали постоянную составляющую, но вызьшали колеблющееся поле. 104 [c.104]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология