Применение магнитного поля в медицине: состояние проблемы, перспективы развития Medical On Group Подольск

Магнитные поля и их применение в медицине

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ
ЭКЗОГЕННЫЕ
(внешние по отношению к
организму)
ЭНДОГЕННЫЕ
(образуются в организме)
Техногенные МП,
Геомагнитное поле
(МП Земли) и его
или искусственные
вариации в связи с
солнечной активностью
ВОПРОСЫ МЕДИЦИНЫ, СВЯЗАННЫЕ С МАГНИТНЫМИ ПОЛЯМИ:
1.
Влияние геомагнитного поля на организм:
а. это естественный экологический фактор, уменьшение действия
которого вызывает заболевания
б. магнитные бури (усиление действия МП) вызывают нарушения в
жизнедеятельности организма
2.
Техногенные МП:
а. оказывают вредное действие на организм
б. дозированное действие МП применяется в медицине
(магнитотерапия, магнитостимуляция, ЯМР-томография, индуктотермия)
3.
Регистрация эндогенных МП – суть методов магнитокардиографии (МКГ),
магнитоэнцефалографии (МЭГ)

3. ПОНЯТИЕ ПРО МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

1.
2.
3.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ – особый вид материи, посредством которого
осуществляется взаимодействие движущихся зарядов (токов) и
намагниченных тел. .
Источниками магнитного поля являются:
Одиночные движущиеся заряды
Проводники с электрическим током
Намагниченные тела
ОСНОВНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
МАГНИТНОГО ПОЛЯ (СИЛОВАЯ):
Магнитная индукция – сила, действующая в
МП на единицу заряда, движущегося с единичной
скоростью, перпендикулярно линиям магнитной
индукции поля
Магнитная индукция – максимальный
вращательный момент, действующий в магнитном
поле на единицу магнитного момента рамки с
током, помещённой в поле
Единица измерения магнитной индукции
— Тесла
F
B
q
M max
B
pm
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МП напряжённость позволяет сравнивать МП, которые возникают
в различных средах. Характеристикой среды является магнитная
проницаемость, которая показывает, во сколько раз МП в данной
среде усиливается или ослабляется относительно МП, созданного
тем же источником, в вакууме.
Напряжённость – магнитная
индукция поля, приходящаяся на единицу
магнитной проницаемости среды
0
Измеряется в Ампер/метр
B
H
S
S0
Ф B S cos
Единица измерения
— Вебер
Для характеристики действия МП на различные
тела важна также их площадь и ориентация
относительно линий магнитной индукции поля.
Поэтому в научной литературе часто пользуются
такой физической величиной, как магнитный
поток – величина, равная произведению
магнитной индукции на площадь тела и косинус
угла между линиями магнитной индукции и
нормалью, проведённому к телу
ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
— на подвижные заряды со стороны МП действует
сила, названная силой Лоренца
Fл B q sin
— на проводники с током со стороны МП действует
сила, названная силой Ампера
Fa B I dl sin
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ
Магнитную индукцию рассчитывают на основе закона
Био-Савара-Лапласа
0 I dl sin
B
2
4
r
ВЕЩЕСТВА
(по их поведению в магнитном поле)
диамагнетики
В отсутствие магнитного
поля их атомы не имеют
собственного магнитного
момента. При помещении
их в магнитное поле у
атомов возникает
магнитные моменты,
ориентированные против
внешнего поля. Поэтому
диамагнетики ослабляют
внешнее поле.
1
парамагнетики
ферромагнетики
Магнитные моменты у
В отсутствие магнитного поля их группы атомов – домена
– ориентированы
атомы имеют собственные
одинаково. Но
магнитные моменты,
суммарные магнитные
ориентированные хаотически.
Поэтому суммарный магнитный доменов –
ориентированы в
момент в отсутствие внешнего
поля равен 0. При помещении их обычных условиях
хаотически. Поэтому
в магнитное поле магнитные
моменты атомов ориентируются суммарный магнитный
вдоль внешнего поля, усиливая момент в отсутствие
внешнего поля равен 0.
его.
При помещении их в
магнитное поле
магнитные моменты
доменов ориентируются
вдоль внешнего поля,
значительно усиливая
его. После воздействия –
сохраняют
намагниченность.
1
1
У парамагнетиков магнитные моменты
атомов нескомпенсированы, так они
имеют нечётное число электронов, и
направлены хаотически (а). Во
внешнем магнитном поле некоторые
из них ориентируются вдоль внешнего
поля, усиливая его (б).
Стержень из парамагнетика
ориентируется вдоль силовых
линий магнитного поля (а).
Парамагнитная жидкость
втягивается в зону с большей
магнитной индукцией.
Ткани организма человека, в основном, образованы диамагнитными
веществами (вода и практически все органические вещества).
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АТОМОВ В
ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ Д. МЕНДЕЛЕЕВА
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Земля обладает собственной
магнитной оболочкой –
магнитосферой. Согласно
современной теории, её
происхождение связано с
электрическими токами во
внешнем ядре Земли на глубине
2900-5100 км. Индукция
геомагнитного поля составляет в
средних широтах около 50 мкТл.
Южный магнитный полюс Земли
расположен вблизи северных
границ Канады, а северный
магнитный полюс – вблизи
южного географического полюса,
на краю Антарктиды.
Магнитосфера эффективно
защищает Землю от действия
космических магнитных полей,
основным источником которых
служит Солнце.
Сильные вспышки на Солнце вызывают увеличение магнитной
индукции геомагнитного поля.
В сторону Земли в этом случае направлен «солнечный ветер». Он
состоит из:
1. заряженных частиц высоких энергий (ионов водорода и гелия)
2. коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и
ультрафиолетового)
Магнитосфера Земли сжимается до
меньших размеров и возникает «магнитная
буря».
Вспышки на Солнце возникают
периодически. Имеется достаточно много
циклов солнечной активности. Наиболее
известные 11-летний и 22-летний.
Изучением действия вариаций
геомагнитного поля на биологические
объекты занимается магнитобиология. Её
основатель в нашей стране – А.Л.
Чижевский. (метод наложения эпох )
Родился в 1897 году.
1915 год –
Коммерческий
институт +
Археологический
институт
1916 год – ушёл
добровольцем на
фронт
1916 – защитил диссертацию «Русская лирика 18
века».1918 — диссертация на степень доктора
всеобщей истории: «Исследование периодичности
всемирно-исторического процесса». Нашёл связь с
Солнечной активностью. После этого – полностью
посвятил себя гелиобиологии.
БИОФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ
1.
Наличие магниторецепторов не доказано.
На их роль могут претендовать кристаллы
биогенного магнетита, найденные в мозге
и решётчатой кости у человека.
2.
В основном, действие слабых магнитных
полей связано с диамагнитными и
парамагнитными эффектами, которые
вызывая деформацию электронных
орбиталей и переориентацию магнитных
моментов атомов соответственно,
приводят к изменению активности
биологически важных молекул –
ферментов, ДНК, АТФ.
3.
Особое значение – действие на воду как
основное вещество в организме.
Состояние воды описывает «модель
мерцающих кластеров». Магнитное поле
меняет угол между кислородом и
водородом, в результате увеличивается
число одиночных молекул.
4. Механизм вызванных токов. Действие магнитного поля на
движущиеся заряженные частицы вызывает появление вихревых
токов. Если магнитная индукция поля достаточна для того, чтобы эти
токи превысили пороговую для возбуждения ткани величину, то
возникает распространяющийся потенциал действия.
Полагают, что с этим
механизмом связана
высокая
биологическая
эффективность
магнитных полей, в
первую очередь, на
те системы органов,
активность которых
более всего связана
с переносом
заряженных частиц
(нервная, сердечнососудистая и т.д.).
ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В МЕДИЦИНЕ
Магнитотерапия — метод физиотерапии, при котором на тело
пациента воздействуют постоянным или переменным
низкочастотным магнитным полем. (+ дистанционное действие,
отсутствие выделения тепла в тканях). Для проведения магнитотерапии
используются постоянные магниты (магнитопласты) и соленоиды (катушки
индуктивности), на которые подаётся постоянное или переменное
электрическое напряжение, вызывающее появление соответственно
постоянного (до 60 мТл) или переменного магнитного поля. Известно, что
переменное магнитное поле оказывает более выраженное влияние, чем
постоянное.
Магнитостимуляция – метод лечения магнитными импульсами. Для их
получения импульсный электрический ток высокой силы пропускают через
катушку, находящуюся вблизи тела пациента. В ней возникает магнитное
поле, которое индуцирует в тканях электрический импульс.
Магнитостимуляцию применяют для диагностического исследования
возбудимости нервной и мышечной систем, а также для лечения
заболеваний нервной, сердечно-сосудистой и ряда других систем
организма.
РЕГИСТРАЦИЯ ЭНДОГЕННЫХ МАГНИТНЫХ
Магнитокардиография – методика
ПОЛЕЙ
регистрации магнитного поля сердца,
изменяющегося в ходе цикла
сердечного возбуждения.
Отражает те же процессы, что
электрокардиография. Регистрация
проводится бесконтактно. Это
позволяет применять для
обследования плода в утробе матери,
для регистрации возбуждения в
сердце в процессе физических
нагрузок. Недостаток –
необходимость экранирования
пациента, и потребность в
высокочуствительной (дорогой
аппаратуре).
Магнитоэнцефалография — метод
регистрации магнитного поля
головного мозга, возникающего при
возбуждении и торможении нейронов.

16. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

Исследователи создали сплав редких металлов, меняющий форму в магнитном поле

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами создали многофункциональные металлические сплавы, которые под воздействием магнитного поля демонстрируют одновременно два эффекта: выделение и поглощение тепла, а также изменение размеров и объема материала. Это происходит за счет перестроек внутри структуры вещества. Такие сплавы могут найти применение в медицине и промышленности. С результатами исследования можно ознакомиться в журнале Key Engineering Materials. Проект поддержан Российским фондом фундаментальных исследований и выполнен в рамках государственных заданий Федерального агентства научных организаций и Министерства образования и науки Российской Федерации.

Магнитострикция – это явление, заключающееся в том, что при намагничивании тела его объем и линейные размеры изменяются. Изменение формы зависит как от свойств действующего магнитного поля, так и от структуры вещества. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов, таких как сплавы оксидов никеля, железа и кобальта. Однако магнитные свойства более редких металлов мало изучены и представляют сегодня большой интерес.

Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого рассчитали, что сочетание таких металлов, как тербий, диспрозий, гадолиний и кобальт в соотношении 0,2:0,8-x:x:2, а также добавление к ним алюминия до соотношения 0,2:0,8-x:x:0,9:0,1, где x – переменное значение, позволяет добиться поглощения и выделения тепла, а также изменения размеров и формы в широком диапазоне температур, включая близкие к температуре человеческого тела. Сами сплавы изготавливали на базе Лейбниц Университета Ганновера.

Полученный материал может использоваться при создании магнитострикционных преобразователей. Они находят свое применение в качестве датчиков, фильтров и резонаторов, преобразующих магнитное поле в механические колебания и обратно. Это необходимо, например, в устройствах для контроля целостности материала. С их помощью можно обнаруживать пузырьки воздуха внутри конструкции, которые могут привести к трещинам и разрушению. Кроме того, преобразователи могут лечь в основу более чувствительных датчиков колебаний для регистрации подземных толчков, а также источников и приемников звука для подводных исследований.

Специалисты из Института металлургии и материаловедения РАН исследовали воздействие на сплав магнитного поля. Поверхность вещества буквально ощупывали тончайшей иголкой, похожей на звукосниматель в виниловом проигрывателе и способной так же фиксировать каждую выемку и бугорок. Различие состоит в том, что полученные данные преобразуются не в музыку, а в изображение. Ученые показали, что поверхность сплава полосатая и воздействие на материал магнитного поля влияет на расположение этих полос. Таким образом, можно увидеть перестройки структуры металла, отвечающие за магнитострикционный эффект.

«Преобразователи на основе наших сплавов будут прочнее и долговечнее существующих аналогов и смогут работать в широком диапазоне магнитных полей. Кроме того, весьма перспективен вариант применения сплавов в медицине. Изделия из них смогут менять форму под воздействием безопасного для человека магнитного поля. Например, внутренние каркасы для артерий, путешествующие по кровяному руслу в сложенном виде и распрямляющиеся в нужном месте. Это возможно благодаря тому, что наши материалы имеют область рабочих температур, близких к температуре человеческого тела», – отмечает Алексей Филимонов, заведующий кафедрой физической электроники Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

«Анти-магнит»: еще одна попытка стать невидимым

• Джейсон Палмер
• Обозреватель Би-би-си по вопросам науки и техники

26 сентября 2011

Автор фото, Other

Подпись к фото,

Новая разработка поможет проводить магнитно-резонансное сканирование пациентов с кардиостимуляторами

Ученые разработали «плащ-невидимку» для магнитных полей, блокирующий их проникновение с обеих сторон защитного экрана.

Идея «блокирования» магнитных полей предлагалась и раньше, однако новая разработка, согласно публикации в «Новом журнале физики», способна прятать магнитные материалы.

Новинка может быть применена как в сфере обеспечения безопасности, так и в медицине — например, при магнитно-резонансном сканировании (MRI).

Новая модель предполагает использование нескольких слоев сверхпроводников и метаматериалов – материалов, физические свойства которых обусловлены не столько их природой, сколько периодической микроструктурой, создаваемой человеком.

Благодаря своим необычным свойствам метаматериалы преломляют электромагнитные волны – такие как свет или магнитные поля – иначе, чем обычные материалы.

В последние годы многочисленные исследователи пытались придумать, как использовать метаматериалы в качестве маскировки объектов, подобно плащу-невидимке юного волшебника Гарри Поттера.

Если набросить подобную «накидку» из метаматериалов на какой-либо объект, лучи света будут «обходить» его, делая сам предмет невидимым.

Однако, справедливости ради нужно отметить, что пока этот эффект работает либо для очень маленьких объектов, либо в весьма ограниченном цветовом диапазоне.

«Но если учесть, что свет и магнетизм – это две стороны одного и того же физического явления, одни те же принципы работают и в отношении магнитного плаща-невидимки», — поясняет Альваро Санчес, руководитель группы авторов научной статьи в журнале New Journal of Physics.

«Феномен магнетизма сыграл очень важную роль в развитии технологий за последние 150 лет, — сказал профессор Санчес в интервью Би-би-си. – Мы хорошо знаем, как создавать магнитные поля, но мы не знаем, как избавиться от них в определенном месте».

Металлический антидетектор

Еще в 2008 году профессор сэр Джон Пендри, которого называют основоположником в области метаматериалов, предположил в журнале Nature Materials, что идеи по маскировке объектов от лучей света могут быть использованы и для того, чтобы сделать объекты невидимыми для магнитных полей.

«Мы поняли, что эти идеи очень интересны, но способа, которое могло бы претворить эту идею в реальность, не было. Была только основная концепция», — объясняет профессор Санчес.

Он и его коллеги в Автономном университете Барселоны решили разработать устройство, основанное на этой идее.

Разработка испанских ученых заключается в создании нескольких слоев для покрытия объекта: внутренний, созданный из сверхпроводящих материалов, окружен слоями метаматериалов, реакцию которых на магнитные поля можно менять в зависимости от толщины слоев покрытия.

Автор фото, Other

Подпись к фото,

«Провести» металлодетектор может оказаться не таким сложным делом, если вы обладаете «анти-магнитом»

Ортвин Гесс, профессор математики Имперского колледжа Лондона, назвал это исследование «удивительным продолжением» теоретических идей, высказанных в предыдущей работе.

«Основной упор здесь делается на том, как сделать эту идею более применимой на практике за счет ее упрощения», — сказал профессор Гесс Би-би-си. Однако и он, и профессор Санчес сходятся в том, что на пути создания материалов, пригодных для «плаща-невидимки» есть еще немало трудностей.

«В дополнение к предыдущему исследованию было предложено добавить простой слой из сверхпроводящих материалов. Это стало преградой для любых излучений магнита, который находится внутри «магнитного плаща», — добавляет Санчес.

Это означает, что такой антимагнит может прятать любые предметы, в том числе и магнитные.

Группа ученых работает сейчас над созданием модели такого антимагнита, который, по словам профессора Санчеса, может найти широкое применение в медицине. Пациенты, которым вживлены электронные кардиостимуляторы, а также другие имплантаты, смогут проходить магнитно-резонансное сканирование.

Еще одна сфера применения — производство энергии, где магнитные поля играют очень большую роль.

Более того, практическое применение этого открытия позволит скрывать «магнитные следы» подводных лодок, которые не хотят попасть на экраны радаров или наткнуться на подводные мины.

С помощью планируемого устройства можно будет «провести» и металлодетекторы.

«Теперь мы знаем, как сделать антимагнит, который сможет замаскировать магнитное поле – задача не простая, но возможная в условиях современных лабораторий. Однако гораздо проще сделать менее заметными «магнитные следы» какого-либо предмета, который вам бы хотелось пронести незамеченным через металлодетектор», — говорит профессор Санчес.

«Большая часть систем безопасности основана на принципе обнаружения металлических предметов детекторами магнитных сигналов. Я думаю, власти должны задуматься над тем, что существуют методы, которые могут свести всю эту систему на нет», — добавляет он.

Магнитные волны вместо медикаментов | Алтай-Вест

• «Полимаг-02» — физиотерапевтическое оборудование для проведения общей и местной магнитотерапии настраиваемым низкочастотным, низкоинтенсивным импульсным магнитным полем. Применяется для лечения больных с острыми и хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой, бронхолегочной, нервной, опорно-двигательной систем, внутренних органов, нарушений иммунитета, при травматических повреждениях и их осложнениях.
• Переносной аппарат «Алмаг» cпocoбен гeнepиpoвaть импульcнoe бeгущee мaгнитнoe пoлe, oблaдaющee нaибoльшeй биoлoгичecкoй aктивнocтью, выpaжeнным пpoтивooтeчным, oбeзбoливaющим, пpoтивoвocпaлитeльным дeйcтвиeм, является эффективным средством при лечении более 50 различных заболеваний костно-мышечной системы, мочеполовой системы, желудочно-кишечного тракта, кожных заболеваний.
• Аппарат «ОртоСпок» создает низкочастотное магнитное поле, оказывающее обезболивающее, седативное, тепловое и успокаивающее действие, позволяет снизить выраженность боли, скованность суставов и отечность околосуставных тканей, а также способствует укреплению связочного аппарата.
• Аппарат низкочастотной магнитотерапии «Градиент» применяется в стоматологии, оториноларингологии, офтальмологии, неврологии и при заболеваниях опорно-двигательного аппарата.
• «Полюс» — передвижной аппарат, генерирующий переменный (синусоидальный) и пульсирующий магнитные поля с частотой 50 Гц, которые можно использовать в непрерывном и прерывистом режимах. Применяется при ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, заболеваниях органов дыхания и пищеварения, периферических сосудов, опорно-двигательного аппарата (в т.ч. остеохондроз), периферической и центральной нервной системы, мочевыводящей и половой системы.

Подобрать оптимальную методику магнитотерапии может только лечащий врач с учетом общего состояния пациента, комплекса имеющихся показаний и противопоказаний, выраженности основных симптомов.

*****

Основные показания к магнитотерапии:

1. Заболевания сердечно-сосудистой системы (ишемическая болезнь сердца, стенокардия 1-2 степени, гипертоническая болезнь 1-2 стадии).

2. Заболевания опорно-двигательного аппарата (остеохандроз с корешковым синдромом, остеоартроз).

3. Посттравматические состояния (ушиб, повреждение связок, переломы костей после иммобилизации).

4. Заболевания желудочно-кишечного тракта (хронический гастрит, дискенезия желчевыводящих путей, атонический, спастический колит, функциональные расстройства толстого кишечника).

5. Воспалительные заболевания женских половых органов (аднексит, эрозии шейки матки).

6. Заболевания периферических сосудов (синдром Рейно, варикозная болезнь, облитерирующий эндартериит, ангиоспазм).

7. Заболевания мочеполовой системы (цистит, простатит).

8. Заболевания нервной системы (мигрень, вегето-сосудистая дистония, нарушение сна, ДЦП, полиневропатии).

9. Заболевания кожи.

10. Синдром хронической усталости.

Противопоказания:

1. Хронические заболевания в стадии обострения и декомпенсации.

2. Беременность и период лактации.

3. Системные заболевания крови.

4. Кровотечения и коагулопатии.

5. Рецидивирующий тромбофлебит.

6. Кахексия.

7. Дефекты кожи в области воздействия.

8. Наличие эндопротезов, стентов, кардиостимулятора.

9. Злокачественные новообразования.

Центр сильных магнитных полей

12 января 2021 года

В Южно-Уральском государственном университете сотрудники лаборатории функциональных материалов изучают сверхпроводимость и квантовые кооперативные явления. Работа лаборатории — результат совместной деятельности челябинских вузов: ЮУрГУ и ЧелГУ. В будущем университеты намерены создать еще одну совместную исследовательскую площадку — Центр сильных магнитных полей.

Два ведущих вуза Челябинской области намерены создать в регионе Центр сильных магнитных полей. В нем ученые из Южно-Уральского государственного университета и Челябинского государственного университета будут изучать методику создания магнитных полей, свойства тел при воздействии этих полей на них, а также магнитные материалы. Между научными коллективами двух вузов давно установилась прочная связь: совместные исследования проводятся в области математики, физики, химии. Лабораторией функциональных материалов, открытой в ЮУрГУ в 2017 году, руководит советник при ректорате ЧелГУ Дмитрий Батаев. Сотрудники лаборатории изучают сверхпроводимость и квантовые кооперативные явления в низкоразмерных системах, материалы с памятью формы, с магнитокалорическим эффектом. Также в лаборатории работают с углеродными материалами и наноразмерными структурами. «За три года было проведено немало успешных исследований. Прямо сейчас реализуется крупный международный российско-немецкий проект №18–42–06201 “Фундаментальные основы сжижения природного газа с помощью магнитного охлаждения”. Он финансируется РНФ-Helmholtz. Проект направлен на решение фундаментальной задачи физики конденсированного состояния и физики металлов и сплавов — разработку материалов с заданными свойствами, пригодных для применения в новой перспективной технологии сжижения газов с помощью магнитокалорического эффекта»,— рассказал руководитель лаборатории функциональных материалов ЮУрГУ Дмитрий Батаев.

Владимир Ховайло, доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Центра энергоэффективности НИТУ МИСиС:

— Основные задачи создаваемого центра — это исследования магнитокалорического эффекта (МКЭ) в сильных магнитных полях, направленные прежде всего на разработку материалов для сжижения природных и криогенных газов, и исследования магнитных свойств материалов, перспективных для разработки новых постоянных магнитов, в частности, таких, которые не содержат редкоземельных элементов.

Очевидных преимуществ в повседневной жизни людей данные исследования не принесут. Тем не менее изучение магнитокалорического эффекта позволит создать технологию для ожижения как природных, так и криогенных (азот, неон, аргон, гелий) газов, что в итоге позволит удешевить стоимость природных газов для конечного потребителя. Что касается исследования новых постоянных магнитов, их разработка позволит снизить стоимость конечных продуктов, например электродвигателей, электроприводов и т. п., за счет уменьшения содержания в них дорогих редкоземельных элементов.

Российские центры и лаборатории сильных магнитных полей можно пересчитать на пальцах одной руки. Наиболее известные из них — это лаборатория сильных магнитных полей Института физики имени Киренского СО РАН, основная специализация которой — разработка экспериментальных методик измерений в сильных магнитных полях, исследование магнитных и транспортных свойств материалов (в частности, электросопротивления) в сильных магнитных полях. Также в этот список входит лаборатория сильных магнитных полей при Саровском физико-техническом институте, которая занимается разработкой систем для генерации сильных магнитных полей до 60 Тесла, это примерно в 60 раз больше, чем может быть создано при помощи самого мощного постоянного магнита. Как уже отмечалось выше, основной изюминкой центра при ЮУрГУ будет исследование МКЭ и магнитных свойств перспективных материалов для постоянных магнитов.

Ольга Квашенкина, руководитель лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры», доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ):

— Центр сильных магнитный полей Южно-Уральского государственного и Челябинского государственного университетов будет устроен по принципу любого научного центра. В нем наверняка будут организованы тематические кластеры, развивающие узкие научные направления, связанные с изучением магнитных полей, а также с изучением взаимодействия магнитный полей с окружающей средой. Мне кажется, вообще изучение магнитных взаимодействий довольно перспективная тема. Она всегда была интересна с точки зрения быстродействия: электрические взаимодействия в веществах медленнее, чем магнитные.

В плане прикладного значения можно выделить несколько направлений. Во-первых, это магнитные носители информации, а именно создание сверхъемкой памяти на основе регулирования магнитной доменной структуры на наноуровне. Это очень интересно, перспективно, так как касается в том числе и Data Science и пока коммерческого продукта в этой области еще не создано. Во-вторых, это элементы спинтроники — раздела квантовой электроники, занимающегося созданием электроники на основе спинового токопереноса, то есть, по сути, искусственной регуляции магнитных моментов электрона и общей доменной структуры вещества. Как итог — создание квантовых компьютеров и быстродействующих элементов для них. Надеюсь, что это наше скорое будущее. В этом направлении необходимо развиваться, и создание такого центра — верный шаг.

Подобный центр уже есть и функционирует в Нижнем Новгороде. При этом нужно помнить, что каждый центр уникален как с технологической, так и с научной точки зрения. Поэтому создание центра сильных магнитных взаимодействий дополнит и расширит конкурентное преимущество нашей страны как в научном, так, надеюсь, и в технологическом плане.

Антон Конаков, старший научный сотрудник НИЛ кафедры теоретической физики физического факультета Университета Лобачевского, кандидат физико-математических наук:

— Исследованиe магнитных явлений привлекает внимание человека не то что со времен гения науки Николы Теслы — еще с древних греков, а изобретение компаса, например, относят к промежутку времени ранее 1100 года до н. э. В современном мире различные приборы, использующие магнитные поля, стали незаменимым помощником человека: для магнитной записи информации, для магнитной сепарации, для магнитного охлаждения до сверхнизких температур или магнитного удержания плазмы. Не секрет, что один из наиболее распространенных сейчас диагностических методов в медицине — магнитно-резонансная томография — базируется на использовании сильных магнитных полей.

Исследования магнитных полей и магнитных явлений широко распространены в России и мире; центров магнитных исследований достаточно много, и они разбросаны от Лос-Аламоса (США) до Токио (Япония). Тематику таких исследовательских центров можно (достаточно условно) разделить на три направления:

1) Разработка новых методов получения стационарных и импульсных сильных и сверхсильных магнитных полей, создание установок для генерации сильных и сверхсильных магнитных полей. Расширение диапазона сильных магнитных полей и способов их генерации необходимо как в фундаментальной науке, например для создания ускорителей элементарных частиц и исследования уникальных явлений микромира, так и для решения прикладных задач, например для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта. Создание сверхсильных магнитных полей также интересно в фундаментальной физике для понимания процессов, происходящих с веществом в звездах.

2) Исследование взаимодействия сильных и сверхсильных магнитных полей с веществом и биологическими объектами. В настоящее время это наиболее важно для приложений в биомедицине.

3) Разработка и изучение новых магнитных материалов с собственными уникальными характеристиками, а также исследование изменения их свойств во внешних магнитных полях. Новые магнитные материалы находят активное применение в новом направлении электроники — спинтронике, где управление происходит не только на уровне электронных, но и магнитных свойств объектов.

В России существует несколько научных центров и лабораторий, специализирующихся на исследованиях в области физики магнитных явлений и магнитных материалов: в Санкт-Петербургском политехе Петра Великого (специализация на создании новых устройств для генерации сильных и сверхсильных магнитных полей), в Екатеринбурге (город в связи с понятными географическими и геологическими причинами можно назвать российской столицей изучения магнитных явлений и магнитных материалов), в красноярском Институте физики им. Л. В. Киренского СО РАН (разработка методик создания сильных импульсных магнитных полей и исследование свойств магнитных материалов в сильных магнитных полях).

В Нижегородской области основные центры исследования магнитных полей — это Саров (РЦЯЦ ВНИИЭФ и СарФТИ), где в 2001 году был установлен до сих пор не побитый рекорд генерации импульсного сверхсильного магнитного поля амплитудой 3 кТл (в 2 тыс. раз больше, чем в традиционном МР-томографе), а также Нижний Новгород, где в Университете Лобачевского и Институте физики микроструктур РАН с 2000-х годов активно ведутся исследования новых материалов для полупроводниковой (Университет Лобачевского) и металлической (ИФМ РАН) спинтроники, получен ряд приоритетных на мировом уровне научных результатов.

Новый челябинский центр в ЮУрГУ и ЧелГУ объединяет в себе черты двух направлений — синтеза новых магнитных материалов для различных практических применений и исследования их свойств, в том числе магнитокалорических (с приложением в области магнитного охлаждения), в сильных магнитных полях, и является конкурентом научным центрам Екатеринбурга, Красноярска и Нижнего Новгорода.

Александр Семенов, заведующий кафедрой физической электроники и технологии СПбГЭТУ ЛЭТИ, доктор технических наук:

— Исследование физических эффектов в сильных магнитных полях является весьма актуальной задачей, требующей использования целого ряда уникального оборудования и экспериментальных стендов.

Инфраструктура центра позволяет проводить систематические исследования магнитокалорического эффекта в перспективных материалах, работающих при низких температурах в высоких магнитных полях. Результаты данных исследований создадут основу для разработки принципиально новой энергоэффективной технологии сжижения природного газа с помощью магнитного охлаждения, будут способствовать разработке новых эффективных магнитокалорических материалов и устройств на их основе. В рамках этого направления в центре могут изучаться фундаментальные проблемы физики магнитных явлений, связанные с исследованием влияния термических и механических воздействий на структурные, гистерезисные, магнитотепловые и иные физические свойства перспективных микро- и наноструктурированных магнитных материалов, которые в будущем могут стать основой новой технологии сжижения природного газа с помощью магнитокалорического эффекта.

При этом исследования, проводимые таким центром, носят важное прикладное значение. Природный газ является одним из основных источников энергии как в настоящее время, так и в обозримом будущем. Для хранения и транспортировки этого типа энергии требуется сжижение, но для этого процесса требуются сложные энергоемкие компрессорные устройства, работающие при криогенных температурах (при температурах ниже 150 К эффективность сжижения традиционными методами довольно низкая). В то же время существует принципиально иной подход к сжижению газов в качестве хранилища будущей энергии — технология магнитного охлаждения. Принимая во внимание недавний прогресс в разработке сверхпроводящих магнитов с магнитными полями до 15–22 Тл, этот тип охлаждения при криогенных температурах может вызвать революцию в технологии сжижения газа.

Александр Самардак, проректор Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) по научной работе (вуз — участник «Проекта 5–100»):

— Центры сильных магнитных полей — это элемент научной инфраструктуры, в котором сосредоточено дорогостоящее оборудование для исследований физических свойств материалов в широком температурном и полевом диапазонах. Как правило, такого рода центры комплектуются измерительными комплексами типа PPMS Quantum Design, а также импульсными источниками магнитного поля. Это очень сложное научное оборудование, так как измерения проводятся в широчайшем температурном диапазоне — от жидкого гелия до 1000 К, часть используемого оборудования криогенное.

Инфраструктура центров позволяет измерять большинство физических свойств материалов в широком диапазоне температур (от 4 до 1000 К) и магнитных полей (примерно от 0 до 14 Т для стационарных полей и до 50–70 Т для импульсных). В частности, можно исследовать сверхпроводимость, магнитные свойства, транспортные свойства, свойства материалов под давлением, оптические свойства, термодинамические характеристики и прочее. Полученная информация исчерпывающе характеризует исследуемые материалы. Возможность разработки своих измерительных модулей позволяет проводить уникальные научные эксперименты на мировом уровне.

Материалы, разрабатываемые и исследуемые в такого рода центрах, используют абсолютно во всех сферах науки и техники: в медицине, авиа- и кораблестроении, энергетике, приборостроении, микроэлектронике и т. д. За счет новых или улучшенных свойств материалов можно оптимизировать существующие или создать принципиально новые системы и оборудование. Приведу пример: если получится синтезировать безредкоземельные постоянные магниты на основе фазы тетратенита (это сплав FeNi), произойдет технологическая революция в области энергетики, так как эти материалы придут на замену дорогостоящим постоянным магнитам на основе редкоземельных элементов.

Комментарии подготовлены при поддержке «Проекта 5-100»

Оригинал статьи: https://www.kommersant.ru/doc/4639978

Классификация и современное применение магнитных лекарственных форм в медицине

В различных областях медицины (хирургия, травматология, стоматология, кардиология, офтальмология, онкология и т. д.) нашли применение силовые и биотропные свойства МП. Силовые свойства МП используют при необходимости механического взаимодействия МП с магнитным материалом (бесшовное соединение прямой кишки [25, 23], удаление инородных механических тел [14, 75, 130], магнитоуправляемый транспорт лекарственных средств (ЛС) [7, 107, 105] и др.), в медицинской визуализации [129]. Биотропные свойства МП проявляются в их анальгетическом, ранозаживляющем, противовоспалительном действии. В медицинской практике используют следующие виды магнитных полей: постоянное магнитное поле (ПМП), переменное магнитное поле (ПеМП), импульсное магнитное поле (ИМП).

ПМП — магнитное поле, которое в данной точке пространства не изменяется во времени ни по величине, ни по направлению. Оно может быть получено с помощью неподвижных постоянных магнитов или индукторов, питаемых постоянным электрическим током [42].

ПеМП — магнитное поле, которое изменяется во времени по величине и направлению. ПеМП может быть получено с помощью индукторов, питаемых переменным электрическим током, или с помощью вращающихся магнитов [42].

ИМП — магнитное поле, которое изменяется во времени по величине и не изменяется по направлению. Оно может быть получено с помощью индукторов, питаемых импульсным электрическим током или с помощью перемещающихся постоянных магнитов [42].

Силовое и биотропное действия МП могут быть реализованы при использовании лечебных средств нового поколения, к числу которых можно отнести магнитные лекарственные формы. Последние либо сами являются источником ПеМП, либо способны взаимодействовать с ПМП, ПеМП или ИМП.

В данной статье рассматривается совокупность известных на сегодняшний день МЛФ, их классификация по типу используемого магнитного наполнителя и вытекающее из этого применение в различных областях медицины.

В настоящее время известно большое число различных МЛФ, используемых в области биомедицины. МЛФ можно классифицировать по различным признакам: по агрегатному состоянию, природе магнитной фазы, размеру магнитных частиц, способу получения МЛФ, области их применения и т. д. Наиболее целесообразным с точки зрения медицинского применения представляется деление МЛФ на две группы в зависимости от магнитных свойств мелкодисперсного магнитного наполнителя, входящего в их состав. Первая группа — МЛФ с магнитомягкими и вторая группа — МЛФ с магнитотвердыми наполнителями. Выбор используемого мелкодисперсного МН обусловлен дальнейшим применением МЛФ. В чем же проявляются главные различия в свойствах магнитомягких и магнитотвердых материалов? Для ответа на этот вопрос рассмотрим основные характеристики магнитных материалов.

Исследование ученого ЛЭТИ поможет применить наночастицы в медицине

Доцент кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Газинурович Гареев изучил структурные характеристики магнетит-кремнеземных наночастиц, что позволит расширить возможности их применения в медицинской диагностике.

30.03.2021

1281

Ученые из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого и Политехнического университета Мадрида применили и усовершенствовали классический подход в исследовании магнитных жидкостей – текучих веществ, сильно поляризующихся в присутствии магнитного поля. Это позволит расширить возможности их применения в медицинской диагностике. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Sciences.

Магнитные жидкости – это образования из двух несмешивающихся фаз: частиц магнитных материалов размерами от единиц нанометров до единиц микрометров и полярной или неполярной дисперсионной среды. Эти вещества относятся к коллоидным системам, то есть они не препятствуют прохождению света, но рассеивают проходящий через них луч, а также, благодаря хаотическому тепловому движению молекул, не выпадают в осадок. Кроме того, у магнитных жидкостей есть такие важные свойства, как устойчивость к переходу в другие физические состояния, способность удерживать намагниченность при достижении ее предельного значения, изменение вязкости при намагничивании. Магнитные жидкости применяются в машиностроении, горной промышленности, электронике, медицине. Например, в технике их используют для передачи силы или энергии от одного механизма к другому, в качестве смазочно-охлаждающих материалов. В разных областях требуются магнитные жидкости с различной концентрацией частиц. Для этого изначальную магнитную жидкость в несколько раз разбавляют, что, однако, может привести к слипанию частиц и исчезновению важных свойств.

Для подготовки разбавленных магнитных жидкостей нужно проанализировать распределение частиц по размеру. Это можно сделать при помощи оптических методов, например, динамического рассеяния света (ДРС). Подход основан на анализе временной зависимости интенсивности рассеяния лучей на образце. Однако стандартный метод ДРС не позволяет изучить форму частиц. Кроме того, проблемой остается то, что в разбавленных магнитных жидкостях частицы слипаются, из-за чего исследовать их по одной невозможно.

Доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
Камиль Газинурович Гареев

Научная группа, в которую вошел доцент кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Газинурович Гареев, применила исходный метод ДРС для исследования распределения по размерам как единичных магнитных частиц, так и их агрегатов в магнитных жидкостях. Ученые синтезировали магнетит-кремнеземную магнитную жидкость, используя запатентованный ЛЭТИ способ, из водного раствора хлорида железа (III) и сульфата железа (II), а затем исследовали ее оптические, структурные и магнитные свойства. Гранулометрический состав магнитной жидкости был изучен при помощи микроскопии. Фазовый состав оценивали путем анализа отражения рентгеновских лучей и электронов от частиц магнитной жидкости, а магнитные свойства изучали методом вибрационной магнитометрии.

Чтобы исследовать форму частиц, ученые улучшили метод динамического рассеяния света. Это позволило впервые изучить количественные характеристики движения частиц магнитного материала в жидкой среде: коэффициенты поступательной и вращательной диффузии одиночных магнитных наночастиц и их агрегатов. Эти показатели связаны с вращательным действием хаотического теплового движения молекул и позволяют уточнить размеры частиц. Ученые рассчитали геометрические параметры наночастиц и их агрегатов. Оказалось, что агрегаты имеют в основном эллиптическую форму, а форма одиночных частиц близка к сферической. Сферическая форма магнитных наночастиц при их размерах порядка 10–20 нанометров обеспечивает суперпарамагнитные свойства, то есть отсутствие магнитного момента наночастицы при отсутствии внешнего магнитного поля. Именно эти характеристики требуются в медицине: с одной стороны, суперпарамагнетизм препятствует агрегации наночастиц в сосудистом русле, и, следовательно, снижает риск тромбоза, а с другой позволяет использовать наночастицы как средство магнитоуправляемой доставки лекарств и как контрастирующий агент в магнитно-резонансной томографии.

«С помощью усовершенствованного метода ДРС мы изучили структурные характеристики магнетит-кремнеземных наночастиц. Это шаг на пути к их внедрению в медицинскую практику, в частности, в магнитно-резонансную томографию. Кроме того, наш метод может быть использован при изучении наночастиц не только в магнитных жидкостях, но и в биологических растворах».

Доцент кафедры МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Газинурович Гареев

Также ученые выяснили, что при разбавлении магнитной жидкости в 200 и более раз она утрачивает свою стабильность, и наночастицы формируют агрегаты размером около 140 нанометров. В дальнейшем планируется изучить предел концентрации магнитных жидкостей, при которой нарушается свойство устойчивости к седиментации.

Источник: информационно-сервисный портал «Индикатор»

Электромагнитные приложения в биологии и медицине

Исследование тонких и сложных взаимоотношений между живыми организмами
и электромагнитные поля.

Тема электромагнетизма может сбивать с толку и вызывать споры, но я нахожу ее интригующей и увлекательной. История применения и исследований электромагнитного поля (ЭМП) окутана тайной и подозрительностью, не больше, чем ранние проекты, спонсируемые правительством, деятельность которых никогда не была четко описана.Прежде чем мы начнем строить рабочую модель использования ЭМП в медицине и здравоохранении, мы рассмотрим некоторые важные фундаментальные термины и параметры.

Магнитное поле (МП) — это магнитная сила, исходящая от магнита, которая может быть статической или динамической. Эти МП создаются электрическими токами и, в частности, в результате движения электронов в 1 (постоянный ток) или 2 (переменный ток) направлениях. В переменном токе электричество движется вперед и назад и, как следствие, создает динамическое магнитное поле.Чем больше ток, тем больше магнитное поле. ЭДС по определению относится к динамическому или флуктуирующему МП и содержит как электрическое, так и магнитное поле. Спецификация, на которую часто ссылаются, — это скорость или частота электромагнитной энергии, которая относится к числу колебаний и выражается в герцах или циклах в секунду. Другим важным параметром, используемым для описания или характеристики ЭМП, является длина волны, и поскольку ЭМП обычно концептуализируются как волны с пиками и впадинами, длина волны — это расстояние между гребнями волны.

Постоянный ток имеет нулевую частоту в отличие от гамма- и космических лучей, которые для сравнения имеют очень высокую частоту. Все ЭМП способны перемещаться в космосе на большие расстояния и оказывать воздействие издалека. Эти поля несут энергию и могут быть описаны в терминах частиц (фотонов) или волн, демонстрируя характеристики обоих. Важно отметить, что фотоны представляют собой пакеты энергии, которые могут варьироваться в зависимости от количества переносимой ими энергии. Уровень энергии фотона связан с частотой, которую он несет, при этом фотоны с более высокой частотой имеют более высокие уровни энергии.На рисунке показано, как электромагнитный спектр и видимый свет составляют небольшую часть общего спектра.

Медицинская биофизика

Еще одно важное различие, которое мы должны провести, — это различие эндогенных полей (производимых в теле) и экзогенных полей (производимых вне тела). Эти экзогенные поля могут быть далее подразделены на естественные поля (геомагнитное поле Земли) по сравнению с искусственными или искусственными полями, такими как трансформаторы, линии электропередач, медицинские устройства, приборы и радиопередатчики.В медицинской биофизике ионизирующая ЭДС (гамма или рентгеновское излучение) относится к энергии излучения, достаточно сильной, чтобы разрушить ядро ​​клетки и вытеснить электроны из молекулы.

Ионизация описывалась в диапазоне от очень сильной до очень слабой. Гамма- и рентгеновские лучи высокой энергии (высокой частоты) обладают высоким ионизирующим потенциалом, тогда как видимое световое излучение обладает слабой ионизирующей способностью. Обеспокоенность вызывают различные виды радиационного облучения, в том числе острое (кратковременное) воздействие полей высокой энергии, которые были тщательно изучены.Однако столь же или, возможно, более важным является более продолжительное (более продолжительное) воздействие неионизирующего или слабого ионизирующего излучения, которое встречается в обычных домашних, рабочих и рекреационных применениях. Продолжительное воздействие того, что обычно считается или классифицируется как неионизирующее излучение в диапазоне низких частот (300–10 000 Гц) до диапазона крайне низких частот (СНЧ; 1–300 Гц), является важным вопросом, который мы рассмотрим.

Парадоксальные ответы

Хотя было известно, что длительное воздействие сильно ионизирующих ЭМП может вызвать значительный ущерб биологическим тканям, недавние эпидемиологические исследования выявили длительное воздействие низкочастотных, осциллирующих, неионизирующих экзогенных ЭМП — например, излучаемых линиями электропередач — как опасные для здоровья.В то же время в ходе исследований были сделаны открытия, которые также предполагают, что КНЧ-излучение может оказывать лечебное воздействие на ткани.

Подобно «специфичности», наблюдаемой в лекарствах (в том, что определенное лекарство будет нацелено на набор рецепторов, приводящих к терапевтическому эффекту), также можно настроить электромагнитное излучение таким образом, чтобы оно приводило к определенному эффекту (эффектам). . Процесс настройки имеет логическую отправную точку, а именно: наблюдение за тем, как в настоящее время выглядят электрические токи эндогенных тканей.Когда мы исследуем биологические токи, такие как нервная / мышечная активность, сердечные разряды и электрическая активность мозга, с помощью электромиографии, электрокардиографии или электроэнцефалографии, соответственно, нельзя не размышлять о природе интеллекта, передаваемого создаваемыми слабыми ЭМП. .

Исследование этого феномена может иметь большое диагностическое и терапевтическое значение. Было высказано предположение, что изменения эндогенной ЭМП клеток и тканей могут привести к заболеванию, а восстановление правильных ЭМП приводит к заживлению тканей.Помимо физических коррекций, появляется все больше свидетельств того, что психологическая «автокоррекция» возможна, что означает, что мы способны саморегулировать и корректировать свой индивидуальный электромагнитный профиль.

Кроме того, поскольку все живое вещество излучает некоторый уровень радиации через наши эндогенные ЭМП, это может помочь объяснить положительные эффекты многих форм лечения, от положительных образов и биологической обратной связи до акупунктуры и полярной работы. Для тех читателей, которым трудно понять или оценить возможность парадоксальных реакций, то есть того, как электромагнитное излучение может быть как очень хорошим, так и / или очень плохим для нас, мы используем аналогию с фармакотерапией для пояснения.Трудно представить себе исторически более терапевтически более важный препарат, чем пенициллин, с точки зрения количества жизней, которые он спас, и снижения заболеваемости благодаря его применению. Даже в этом случае от 15% до 20% населения страдают аллергией на него, и небольшая, но значительная часть этих людей будет иметь анафилактическую реакцию на лекарство, что подвергнет их риску госпитализации и даже смерти. Несмотря на эту необычную чувствительность к препарату, он продолжает оставаться важным лекарством с четко определенными преимуществами.

Таким же образом, аналогичное явление существует в отношении электрического или электромагнитного излучения. В популяции, вероятно, есть восприимчивые люди, которые негативно реагируют на электромагнитное излучение в определенных частотных диапазонах, исходя из своего уникального эндогенного электромагнитного профиля. Этот фактор восприимчивости будет обсужден в следующем разделе. Примером парадоксального эффекта может служить мелатонин, который секретируется шишковидной железой и, как считается, регулирует биоритмы.Известно, что мелатонин обладает онкостатическими свойствами, останавливая рост некоторых видов рака. Было продемонстрировано, что применение низких уровней импульсного электромагнитного поля (ИЭМП) подавляет мелатонин, тем самым подавляя противораковый эффект и прерывая циркадные функции, такие как сон. Естественной областью исследования было бы определение того, как изменение дозы или конфигурации электромагнитного излучения может стимулировать выработку мелатонина, тем самым улучшая дисфункцию сна или нарушение смены часовых поясов. ¹

Применение биоэлектромагнетизма

Существует еще одно различие между биоэлектромагнитными (БЭМ) устройствами — тепловые или нетепловые.Некоторые методы вызывают тепло в тканях, а другие — нет. Биологический нетепловой означает, что метод не вызывает значительного нагрева тканей. Физически нетепловой означает нахождение ниже предела теплового шума при физиологических температурах. ² Уровень энергии при тепловом шуме намного ниже, чем требуется для нагрева ткани, поэтому любое физически нетепловое применение автоматически является биологически нетепловым. Некоторые традиционные приложения, в которых используется электромагнитное излучение, включают все семейство методов лечения, известных как электрофизические агенты.Они обсуждаются более подробно позже в этом разделе, но обычно используются с целью уменьшения боли, мышечных спазмов, воспаления и / или улучшения состояния поверхностного / глубокого кровообращения и последующего потенциала заживления.

Важно отметить, что электромагнитная энергия часто используется для оценки или помощи в диагностическом процессе при использовании в электромиографии, биологической обратной связи, электроэнцефалографии, электроретинографии и в тестах визуализации, таких как магнитный резонанс, позитронно-эмиссионная томография, компьютерная томография. (КТ), УЗИ и рентгенографии.Дозировки энергии варьируются в зависимости от всех этих применений, в том числе ионизирующее излучение (рентгеновское излучение / КТ).

Электрофизические агенты

Есть несколько новых областей применения ЭМП, включая восстановление костей, заживление ран, стимуляцию нервов, регенерацию тканей, терапию остеоартрита и электроакупунктуру. Заживление несрастающихся переломов костей с использованием различных типов электромагнитной энергии, включая электрические токи низкого уровня (микротоки), стало популярным. Ультразвук (радиоволны) также использовался для заживления костей с аналогичными результатами.Наконец, PEMF стали популярными в Канаде, Европе и Азии, в меньшей степени в Соединенных Штатах, но их использование также растет.

Эффективность лечения с помощью электромагнитного восстановления костей подтверждена в двойных слепых исследованиях. ^3,4 FDA одобрило использование PEMF для восстановления костей. В Канаде использование PEMF очень распространено при реабилитации как в больницах, так и в амбулаторных условиях. PEMF используются для лечения остеоартрита, мигренозных головных болей, а также при сложных региональных болевых синдромах или болевых состояниях, поддерживаемых сочувствием (ранее известных как RSD).Их широкое использование не было связано со значительными побочными эффектами, и они обычно считаются основными и терапевтическими.

Интересно то, что это были эмпирические (наблюдательные) доказательства, собранные практикующими физиотерапевтами при применении PEMF у пациентов с переломами обоих длинных костей с сопутствующей травмой мягких тканей, которые предупредили хирургов-ортопедов о возможных ускоренных лечебных свойствах этой формы. радиации, которая в конечном итоге привела к применению при заживлении костей.Подобные эмпирические отчеты специалистов в этой области стимулировали развитие микротоковой технологии и низкоуровневой лазерной терапии, которые в конечном итоге нашли свое применение в ортопедии и косметической хирургии соответственно. Существовали фундаментальные научные доказательства на уровне как in vitro, так и in vivo для всех этих форм электромагнитной энергии до их клинического применения, но только через много лет после накопления эмпирических данных появилось финансирование для проведения более сложных проверочных исследований. что подтвердило наблюдения PT.

В любом случае, использование ЭМП для восстановления стойких переломов костей представляет собой шаг к принятию и пониманию важности этой формы энергии для процесса заживления и жизни в целом. Коллективная работа Athenstaedt, ⁵ Burr, ⁶ и Becker ⁷ пролила свет на потенциально важную роль, которую электричество играет в организации и функционировании живых существ. Работа Funk et al. ^{, 8,} лучше прояснила взаимосвязь между переносчиками ионов и ионными каналами с электрическим действием клеток и тканей.Концентрации ионов действуют как триггеры с сопутствующими электрическими градиентами, отслеживаемыми по сигнальным каскадам до тех пор, пока в ядре не изменится экспрессия генов. Идея о том, что вся живая ткань находится в движении, резонируя в переменных полях (ЭДС снч), является фундаментальной для парадигмы биологической электромагнитной совместимости.

Электромедицина

Сегодня на рынке представлено огромное количество электромедицинских устройств, многие из которых используются в физиотерапии / медицине. Что отличает их друг от друга, так это спецификации параметров, обычно выражаемые на языке электротерапии как форма волны (асимметричный двухфазный, симметричный двухфазный и т. Д.), Частота, фазовый импульс и длительность пакета, полярность и амплитуда.Эти термины описывают основные характеристики устройств электротерапии, используемых сегодня в медицине. Такие устройства, как чрескожная электрическая нервно-мышечная стимуляция (TENS), интерференционный ток (IFC), постоянный ток (DC), микроток (MENS), высоковольтная стимуляция и электрическая стимуляция мышц (EMS) имеют свою собственную уникальную электромагнитную сигнатуру, но являются обычно нетепловой в пределах нормального диапазона значений интенсивности у пациента.

Другие формы электромагнитной спектральной энергии включают различные формы световой энергии, используемой в лазерах, и звуковую энергию, используемую в ультразвуковых приложениях.Световые и звуковые волны широко используются в медицине, и эти формы энергии могут быть тепловыми или нетепловыми, в зависимости от характеристик мощности / интенсивности, при этом глубина проникновения определяется в основном длиной волны в фототерапии и частотой в электротерапии. . Другие формы тепловой энергии в медицине включают коротковолновую диатермию, микроволновую печь и гидротерапию. Другие нетепловые применения включают чрескожную электростимуляцию (PENS), ионтофорез, радиочастотную (RF), инфракрасную и ультрафиолетовую терапию.

Считается, что нетепловые экзогенные ЭМП могут оказывать значительное биологическое воздействие на живые организмы. Эти эффекты могут быть вредными или полезными, в зависимости от параметров воздействия и факторов восприимчивости (биочувствительности). Клеточная мембрана, возможно, является наиболее вероятным местом трансдукции (преобразования энергии) биоэффектов ЭМП. Исследователи предложили изменения в механизмах связывания и транспорта клеточной мембраны и / или смещение или деформацию поляризованных молекул.Биофизические эффекты, посредством которых ЭМП могут воздействовать на биомолекулы, слишком сложны для этого отчета. Однако работа Либоффа может быть полезна тем, кто склонен к дальнейшему изучению этого явления. ^9-11

Биологические опасности ЭМП

В прошлом было много сообщений о связи хронического воздействия ЭМП с различными типами заболеваний, включая различные виды рака и, в последнее время, диабет. Утверждения о чрезмерном воздействии микроволнового излучения (сотовые телефоны), вызывающего опухоли мозга, были изучены, и результаты продолжают обсуждаться.

Имеются доказательства того, что функция мозга может быть изменена при хроническом воздействии излучения 900 МГц, искусственно созданного генератором с использованием крыс в качестве испытуемых. ¹² Эти конкретные авторы попытались воспроизвести средние уровни облучения человека, встречающиеся в повседневной жизни из всех источников, но это было сложно, поскольку уровни радиации будут варьироваться от человека к человеку. Электрозагрязнение, или грязное электричество, как его иногда называют, распространено повсеместно, и его трудно полностью измерить из всех источников.По этой причине точная оценка риска в настоящее время является сложной задачей и помогает объяснить противоречивые результаты, существующие в современной литературе.

Существует множество мнений, высказанных столь же многими правительственными учреждениями и группами с особыми интересами, включая Всемирную организацию здравоохранения, чья целевая группа по этому вопросу пришла к выводу, что недостаточно доказательств для причастности ЭМП к детской лейкемии, которая, возможно, была и остается наиболее подозреваемая патология связана с ЭМП. ¹³

Правительство Канады, похоже, согласилось и заявило, что не видит четкой связи между обычными уровнями электромагнитного воздействия и какой-либо заболеваемостью. ¹³ Тем не менее, некоторые исследования действительно связывают воздействие ЭМП с рядом последствий для здоровья, включая нейродегенеративные расстройства (боковой амиотрофический склероз), лейкемию, выкидыш и клиническую депрессию. В нескольких исследованиях было обнаружено значительное увеличение относительного риска таких состояний, как лейкемия, в результате воздействия ЭМП от таких источников, как радиопередатчики и линии электропередачи. ^14-16 В Соединенном Королевстве, возможно, более разумное решение, вытекающее из более осторожной интерпретации литературы на сегодняшний день, привело к политике строительства, которая запрещает возведение новых жилых домов в пределах 60 метров от существующих линий электропередач.

Недавнее исследование Havas et al. Показало, что ЭМП участвуют в повышении уровня сахара в крови у пациентов с диабетом и у пациентов с преддиабетом. ¹⁷ Он обнаружил, что, манипулируя уровнями ЭМП в окружающей среде (грязное электричество), он может контролировать уровень глюкозы в плазме. Далее он объяснил, что это может быть причиной того, что пациентам с хрупким диабетом так трудно регулировать уровень сахара в крови.

Кроме того, по его оценкам, от 5 до 60 миллионов диабетиков во всем мире могут пострадать от высоких уровней электромагнитного излучения.Хавас относится к людям с гипергликемией, чувствительным к электромагнитному полю, как к диабетикам 3 типа. В отличие от пациентов с диабетом 1 и 2 типа, заболевание которых вызвано недостатком инсулина или резистентностью к инсулину, соответственно, у пациента с диабетом 3 типа повышен уровень глюкозы в результате воздействия окружающей среды. ¹⁷

Заключение

Взаимодействие между живыми организмами и электромагнитными полями кажется тонким и сложным, и текущие исследования коснулись этой темы только поверхностно.Будущее принесет все больше и больше исследовательских усилий и, надеюсь, раскроет загадочную и малоизученную связь между ЭМП и жизнью. Ранние открытия Роберта Беккера о том, что травма и исцеление имеют свои собственные текущие характеристики, а позднее Пол, наблюдавший за электрическим полем в живых клетках в культуре, подтверждает возможность того, что живые организмы имеют электрически опосредованную организацию. ¹⁸

Теперь мы знаем, что кость проявляет пьезоэлектрический эффект благодаря своим электромеханическим свойствам, таким что вес —

опорных сил действуют, чтобы подать сигнал недифференцированным клеткам в кости, стать ли они остеобластами или остеокластами — в соответствии с законом Вольфа о ремоделировании кости.Наши наблюдения у космонавтов (остеопения, не вызванная гравитацией) согласуются с этими выводами.

Интересно отметить, что пьезоэлектрические свойства кости были приписаны коллагеновой сети, присущей кости. Если это наблюдение верно, последствия будут значительными, потому что коллаген имеет фундаментальное значение для органов и мягких тканей, особенно для миофасциальной системы. ¹⁹ Опять же, для тех, кто так склонен, хирург Жан-Клод Гимберто, доктор медицинских наук, создал визуальный шедевр в виде DVD под названием «Прогуливаясь под кожей», и он не разочарует тех, кто заинтересован в дальнейшем открытии архитектуры субдермального тела. коллагеновые структуры.Используя мощную микроскопию, его работа отправит вас в невиданное ранее путешествие, которое поддерживает связь между электромагнитной энергией и живым организмом.

Последнее обновление: 13 сентября 2011 г.

Роль магнитных сил в биологии и медицине

Exp Biol Med (Maywood). Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 1 февраля.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC3079438

NIHMSID: NIHMS262122

Bradley J Roth

Департамент физики, Оклендский университет, Рочестер 9309, США, штат Мичиган, 48000 Дж. Рот, факультет физики Оклендского университета, Рочестер, штат Мичиган, 48309, США;

Брэд Рот, физический факультет, Оклендский университет, Рочестер, Мичиган, 48309, (248) 370-4871, факс (248) 370-3408, ude.dnalkao @ htor См. другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Сила Лоренца (сила, действующая на токи в магнитном поле) играет все более важную роль в методах визуализации тока и проводимости. В этом обзоре будут суммированы несколько приложений, связанных с силой Лоренца, включая 1) магнитоакустическую визуализацию тока, 2) визуализацию «эффекта Холла», 3) визуализацию проводимости с помощью силы Лоренца с помощью ультразвука, 4) магнитоакустическую томографию с магнитной индукцией, и 5) визуализация токов действия с помощью силы Лоренца с использованием магнитно-резонансной томографии.

Ключевые слова: сила Лоренца, магнитное поле, ультразвук, магнитно-резонансная томография, проводимость, магнитоакустическая визуализация

Введение

За последние двадцать лет несколько исследовательских групп разработали методы визуализации, которые используют силу, действующую на биотоки при наличии магнитного поля. Механизм, лежащий в основе, знаком любому, кто прошел вводный курс физики ¹ : провод, по которому проходит ток I , длиной L и лежащий перпендикулярно магнитному полю B , испытывает магнитную силу F. = ILB , часто называемая «силой Лоренца».Направление силы перпендикулярно как проводу, так и магнитному полю, и его можно определить по «правилу правой руки». Это та же сила, которая заставляет работать электродвигатели.

Поскольку сила Лоренца возникает из-за магнитного поля и вызывает механическое движение, явления, возникающие из-за этого, часто называют «магнитоакустикой». В биологической ткани, где нет проводов, удобнее говорить о силе Лоренца на единицу объема, F , возникающей из плотности тока Дж и магнитного поля B: F = J × B , где «×» обозначает перекрестное произведение ().В общем, магнитоакустические эффекты небольшие, но небольшие эффекты лежат в основе многих важных методов построения изображений.

Сила Лоренца. Плотность тока J течет вправо, а магнитное поле B направлено из бумаги (обозначено символом), в результате чего сила F направлена ​​вниз.

В этом мини-обзоре я расскажу о биологических и медицинских приложениях магнитоакустики. Эти методы могут быть полезны для картирования электрической активности в головном мозге и сердце, а также для обнаружения аномальных тканей, таких как опухоли, по изменению электрических свойств.Я сосредотачиваюсь на магнитных силах, которые действуют на электрический ток, с акцентом на то, как эти силы могут быть использованы для отображения тока или проводимости. Темы, которые я не буду рассматривать, включают: проблемы безопасности, связанные с сильными магнитными полями ^{2 — 4} , эффекты, возникающие из-за присутствия железа, которые приводят к особенно большим магнитным силам (например, частицы магнетита в магнитотатических бактериях ⁵ ), а также явления, связанные со спином электрона или ядра (например, ядерный магнитный резонанс).

Магнитоакустическая визуализация тока

В 1988 году Брюс Тоу и его коллеги ^{6 , 7} разработали «новый метод неинвазивного измерения низкоуровневых ионно-проводимых электрических токов, протекающих в электролитах и ​​тканях. ” Они пропускают переменный ток (3 кГц) силой в несколько микроампер через хомяка, помещенного в магнитное поле 0,2 Тл (). Акустический сигнал, возникающий от силы Лоренца, обнаруживается с помощью микрофона и синхронизирующего усилителя.Они приходят к выводу, что ⁶ «эти эксперименты показывают, что можно неинвазивно обнаружить существование ионных токов, текущих внутрь проводящей среды, путем приложения магнитных полей и мониторинга результирующих акустических откликов. Этот принцип представляет интерес как возможная основа для нового метода неинвазивного измерения биоэлектрических токов в живых организмах ». Позже Towe ⁸ усовершенствовал прибор, который «представляет собой очень чувствительный баланс сил, который может измерять силы Лоренца, испытываемые ионными токами, протекающими в небольших объектах при воздействии сильных осциллирующих магнитных полей.«Хотя этот метод еще не получил широкого распространения для получения изображения тока, он демонстрирует возможность измерения магнитоакустических эффектов и иллюстрирует действующие физические принципы.

Эксперимент по магнитно-акустическому обнаружению тока в хомяке. От Тауэ и Ислама ⁶ . (© 1988 IEEE)

Метод Тауэ может обнаруживать приложенные токи переменного тока известной частоты, но можно ли его использовать для обнаружения эндогенных токов действия в нерве и мышцах? Чтобы ответить на этот вопрос, Рот, Бассер и Виксво ⁹ теоретически проанализировали магнитоакустические явления.Они вычисляют давление p и смещение u , создаваемое плотностью тока J в эластичной проводящей ткани с модулем сдвига G и подверженной воздействию магнитного поля B , начиная с Уравнение Навье,

G ∇ ² u — ∇ p + J × B = 0.

(1)

Это уравнение модель сердечной ткани жидкость-волокно-коллаген ¹⁰ , в которой давление создается жидкостью (считается несжимаемой, ∇ · u = 0), а модуль сдвига возникает из упругих свойств коллагеновые волокна.Уравнение 1 связывает силы, возникающие при упругом сдвиге, градиентах давления и силе Лоренца. Расхождение уравнения. 1 видно, что источником давления является ротор плотности тока

∇ ² p = (∇ × J ) · B .

(2)

Этот результат показывает аналогию между магнитоакустической токовой визуализацией и биомагнитной токовой визуализацией ⁹ . Ротор закона Ампера, ∇ × b = μ _o Дж, , управляющий биомагнитным полем b , создаваемый токами действия Дж , дает

∇ ² b = −μ _o ∇ × J ,

(3)

где μ _o — проницаемость свободного пространства.Магнитоакустические записи давления (уравнение 2) и биомагнитные измерения (уравнение 3) отображают токи действия эквивалентным образом: они оба имеют ∇ × Дж в качестве источника.

Roth et al. ⁹ получить аналитические решения для смещения, создаваемого токовым диполем силой q в центре проводящей сферы радиусом a . Величина смещения на поверхности сферы порядка qB / ( 4π Ga) .Для диполя напряжением q = 1 мкА м, модуль сдвига G = 10 ⁴ Н / м ² , магнитное поле B = 1 Тл и радиус a = 1 см, смещение поверхности очень мало, порядка 1 нм. Их анализ показывает, что «магнитоакустической визуализации эндогенных биоэлектрических токов может быть значительно труднее достичь, чем можно было бы заключить из экспериментов, о которых сообщалось на сегодняшний день».

Ammari et al. ¹¹ математически исследовали методы локализации для магнитоакустической токовой визуализации. Их подход заключается в усреднении измерений давления, взвешенных по конкретным решениям волнового уравнения, что позволяет им определять местонахождение дипольных источников. Этот метод можно распространить на случай, когда давление измеряется только на части границы ткани.

Визуализация «эффекта Холла»

Хан Вэнь ^{12 — 14} и его сотрудники разработали метод визуализации электрических свойств образца с использованием так называемого «классического эффекта Холла» ().Их сигнал создается ¹² «явлением разделения зарядов в проводящем объекте, движущемся в магнитном поле. Это разделение зарядов является результатом противоположных сил Лоренца, действующих на положительный и отрицательный заряды, и приводит к обнаруживаемому извне напряжению…. [Амплитуда] напряжения определяется силой силы Лоренца, а также плотностью заряда и подвижностью ». Они проверяют свой метод, подавая ультразвуковой сигнал (1 МГц) в камеру солевого раствора, содержащую образец (поликарбонатный блок), помещенный в статическое магнитное поле 4 Тл.Движение образца вызывается ультразвуковой волной. Они измеряют индуцированное напряжение с помощью электродов и могут получать четкие сигналы, соответствующие верхней и нижней поверхностям образца. Рот и Виксво ¹⁵ сомневаются, является ли «эффект Холла» правильным названием физического механизма, лежащего в основе этого явления, но в любом случае этот метод представляет собой новое и важное применение сил Лоренца в биомедицинской визуализации.

Напряжение, индуцированное движением.Ткань движется вправо со скоростью v в присутствии магнитного поля B , направленного из бумаги. Отрицательные ионы испытывают восходящую силу Лоренца, а положительные ионы испытывают нисходящую силу Лоренца. Получающееся в результате разделение зарядов создает отрицательное напряжение в верхней части ткани и положительное напряжение в нижней части.

Возможен обратный метод визуализации «эффекта Холла», при котором ток управляется источником напряжения, а движение создается силой Лоренца (как в магнитоакустической визуализации).Wen et al. ¹² пишут, что «в обратном режиме или режиме обнаружения ультразвука, генератор импульсов, который использовался для управления ультразвуковым преобразователем, теперь подключен к паре электродов, которые использовались для обнаружения… напряжения в прямом режиме, и сигнал -чувствительная электроника подключена к преобразователю. Когда импульсный генератор генерирует импульс напряжения на электродах, он создает плотность тока, пропорциональную локальной кажущейся проводимости. На границах раздела изменяющейся проводимости плотность тока становится прерывистой, как и силы Лоренца, действующие на токи… [приводящие] к ультразвуковым импульсам, исходящим от этих границ раздела.«Они используют этот метод для получения изображений жировых и мышечных слоев бекона (). Рот и Виксво ¹⁵ анализируют этот обратный метод и выводят волновое уравнение для ультразвукового сигнала давления, аналогичное уравнению. 2 выше

Фотография поперечного сечения бекона, изображение бекона, полученное с помощью метода визуализации с эффектом Холла в обратном режиме, и эхо-ультразвуковое изображение того же поперечного сечения. Из Wen et al. ¹² . (© 1998 IEEE)

∇2p − 1c2∂2p∂t2 = (∇ + J) · B,

(4)

, где c — скорость звука в ткани.Они приходят к выводу, что ¹⁵ «многое из того, что мы узнали из квазистатического анализа магнитоакустических изображений, может быть применено ко второму [обратному] методу построения изображений, предложенному Веном и др.»

Ультразвуковая сила Лоренца для измерения проводимости изображения

Вдохновленная методом Вена и др., Амальрик Монталибет и его коллеги ^{16 , 17} далее разработали методы «ультразвуковой силы Лоренца» для измерения электрическая проводимость ().Суть их методики такая же, как описано Веном и др.: «Ионы растворов, подвергшихся воздействию ультразвука в присутствии магнитного поля, испытывают силу Лоренца. Их движение вызывает локальную плотность электрического тока, которая пропорциональна электропроводности среды… Величина измеренного тока составляет 50 нА в солевом растворе с проводимостью 0,5 См / м. Методика позволила определить проводимость образца крови свиньи по гематокриту » ¹⁷ .

Принципиальная схема экспериментальной установки для обнаружения токов, вызванных силой Лоренца, индуцированной ультразвуком. Ось Oz является осью распространения ультразвука, Ox имеет ту же ориентацию, что и магнитное поле, а ток взаимодействия положительный вдоль Oy . Начало координат, O , расположено в фокусе преобразователя. Из Montalibet et al. ¹⁶ .

Принимая во внимание, что Montalibet et al. ^{16 , 17} применяют импульсный ультразвук в своих экспериментах, Рот и Шальте ¹⁸ разработали томографический метод определения проводимости ткани с использованием непрерывного ультразвука.Сила и синхронизация электрического диполя, вызванная ультразвуковой силой Лоренца, определяет амплитуду и фазу преобразования Фурье изображения проводимости. Таким образом, электрические измерения на различных длинах волн и направлениях эквивалентны отображению преобразования Фурье распределения проводимости в пространственно-частотном пространстве. Затем с помощью обратного преобразования Фурье находят изображение самой проводимости. В альтернативном подходе Haider et al. ¹⁹ исследовали эту проблему с точки зрения свинцовых полей. Интересно, что Olaffson et al. ^20, показали, что ультразвуковая волна сама может изменять проводимость, и этот эффект, возможно, необходимо учитывать при построении изображения проводимости.

Ценг и Рот ²¹ описали новую особенность вызванной ультразвуком силы Лоренца в анизотропной ткани: колеблющийся электрический потенциал распространяется вместе с ультразвуковой волной. Этот потенциал аналогичен потенциалам ультразвуковых колебаний, возникающим из-за разницы в инерции между положительными и отрицательными носителями заряда в коллоидных суспензиях или ионных растворах ²² , но он вызван другим механизмом.показывает три полуволны ультразвуковой волны, которая распространяется вправо в магнитном поле, выходящем из бумаги. Плотность тока из-за силы Лоренца отклоняется от направления z из-за анизотропии (диагональные линии указывают направление волокна). Это вызывает накопление положительного заряда там, где сходятся векторы тока, и отрицательного заряда, где они расходятся. Заряд производит собственный электрический ток и потенциал, который колеблется вместе с ультразвуковой волной.

Три половины длины волны ультразвуковой волны, распространяющейся вправо. Магнитное поле B выходит из бумаги, а смещение u происходит по оси x . Плотность тока, вызванная силой Лоренца, Дж _Лоренц , вращается за счет анизотропии ткани (ось волокна обозначена диагональными линиями), создавая плотность тока и электрический потенциал, вызванные зарядом, Дж _заряд .От Ценга и Рота 31.

Магнитоакустическая томография с магнитной индукцией

Недавно Бин Хе и его коллеги разработали магнитоакустические методы измерения импеданса ^{23 — 31} . Новой особенностью их метода является то, что они индуцируют в образце вихревые токи с помощью магнитной индукции (закон Фарадея: изменяющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле). «Образец находится в статическом магнитном поле и изменяющемся во времени магнитном поле.Изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует в образце вихревой ток. Следовательно, образец будет излучать ультразвуковые волны силой Лоренца. Ультразвуковые сигналы собираются вокруг объекта для восстановления изображений, связанных с распределением электрического импеданса в образце » ²³ . Ли и др. ²⁵ получили изображения границ проводимости с высоким пространственным разрешением от солевых и гелевых фантомов (), что указывает на осуществимость их метода, который они называют магнитно-акустической томографией с магнитной индукцией (MAT-MI).Бринкер и Рот ³² проанализировали MAT-MI и обнаружили, что при визуализации нерва или мышцы электрическая анизотропия может иметь значительное влияние на акустический сигнал и должна быть учтена для получения точных изображений. Ammari et al. ¹¹ математически исследовали методы реконструкции MAT-MI.

(a) Двумерное изображение MAT-MI гелевого фантома с двумя колонками геля с 0% -ным солевым раствором, залитыми в гель с 10% -ным содержанием соли. (b) Фотография фантома, вид сверху. Из Li et al. ²⁵ . (© 2007 IEEE)

Силовая визуализация токов действия Лоренца с помощью МРТ

Аллен Сонг и его сотрудники ^{33 — 35} предложили метод МРТ-обнаружения биотоков, названный «визуализацией эффекта Лоренца». При воздействии магнитного поля на ток в теле действует сила Лоренца (). Эта сила деформирует ткань, заставляя двигаться токопроводящие нервные волокна. Когда присутствует градиент магнитного поля, это движение перемещает нерв в область с другой силой магнитного поля.Если изменение магнитного поля достаточно велико, это вызывает артефакт в сигнале магнитного резонанса, который можно использовать для определения местоположения активных нейронов. Сонг и Такахаши ³³ демонстрируют этот метод, визуализируя движение медной проволоки в гелевом фантоме с помощью МРТ. Совсем недавно Труонг и Сонг ³⁵ применили «серию колеблющихся градиентов (с положительными и отрицательными долями одинаковой амплитуды и продолжительности) синхронно с нервной стимуляцией, так что нейроэлектрическая активность проявляется только в отрицательных долях.Они пришли к выводу, что «успешное обнаружение нейроэлектрической активности in vivo с помощью нашей техники демонстрирует, что активация нейронов может быть визуализирована неинвазивно с помощью МРТ с высоким пространственным и временным разрешением». Basford et al. ³⁶ также исследовали движение, вызванное силой Лоренца, во время магнитно-резонансной томографии.

Рот и Бассер ³⁷ анализируют МРТ с силой Лоренца и предсказывают, что пиковое смещение u нерва радиусом a в плече радиуса b равно

, где B — магнитное поле, J — плотность тока, а G — модуль сдвига.Используя реалистичные параметры медиального нерва человека в поле 4 Тл, они вычисляют максимальное смещение 13 нм или меньше и находят распределение смещения, которое не локализуется вокруг нерва (). Они предполагают, что это смещение слишком мало и размыто, чтобы его можно было обнаружить методами МРТ. Фактически, биомагнитные поля, создаваемые токами воздействия, должны приводить к большему артефакту в МРТ, чем артефакт, вызванный эффектом Лоренца ³⁸ , и можно ли использовать такие биомагнитные поля с МРТ для изображения токов воздействия, остается открытым вопросом ³⁹ .Анализ эффекта Лоренца на ионы в растворе также противоречив ^{40 , 41} , и в этом случае могут иметь значение магнитогидродинамические эффекты ⁴² .

Вверху: нерв радиуса a , лежащий в руке радиуса b . Магнитное поле имеет направление x мм. Ток внутри нерва течет в положительном направлении z (за пределы страницы), а ток в окружающей ткани течет в отрицательном направлении z .Внизу: смещение, вызванное силой Лоренца. (а) всю руку и (б) детальный вид смещения вокруг нерва. Для удобства просмотра длина стрелок смещения увеличена. От Рота и Бассера ³⁷ .

Заключение

Сила Лоренца — это новый инструмент для получения изображений тока и проводимости в ткани. В общем, эти силы и результирующие смещения невелики. На сегодняшний день наиболее многообещающие результаты получены при работе на высоких частотах, когда осциллирующая сила порождает ультразвуковые волны, которые можно обнаружить, даже если лежащее в основе смещение очень мало.Визуализация проводимости может выполняться двумя способами: с использованием осциллирующей силы Лоренца для создания ультразвуковых изображений () или с применением ультразвука и детектированием результирующего электрического сигнала (). Пока не ясно, какой из этих методов будет наиболее полезным в биомедицинской визуализации. Силовые методы Лоренца для измерения тока имеют интересные аналогии с биомагнитными методами и имеют многие из тех же сильных и слабых сторон. Эти методы обычно требуют сильных магнитных полей, создание которых может быть трудным и дорогостоящим.Однако они используют преимущества и сочетают многие сильные стороны как биоэлектрических, так и биомагнитных методов с хорошо зарекомендовавшими себя методами ультразвуковой визуализации. Магнитоакустические методы измерения тока будут конкурировать с такими общепринятыми методами, как электрокардиограмма, магнитокардиограмма, электроэнцефалограмма и магнитоэнцефалограмма. Методы измерения проводимости дадут такую ​​же информацию, как и изображения электрического импеданса.

Таким образом, все большее количество методов визуализации основывается на силе Лоренца, и эти методы открывают большие перспективы для получения изображений тока и проводимости.

Благодарности

Я благодарю Стеффана Пувала и Кэтрин Рот за их комментарии к этой рукописи. Я также благодарю Брюса Тоу, Хан Вена, Амальрика Монталибета и Сюй Ли за разрешение воспроизвести их рисунки в этом обзоре. Работа поддержана грантом R01EB008421 Национального института здравоохранения.

Список литературы

1. Хобби Р.К., Рот Б.Дж. Физика среднего уровня для медицины и биологии. 4. Нью-Йорк: Спрингер; 2007. [Google Scholar] 2. Schenck JF. Безопасность сильных статических магнитных полей.J Mag Reson Imag. 2000; 12: 2–19. [PubMed] [Google Scholar] 3. Wikswo JP, Jr, Barach JP. Оценка постоянной напряженности магнитного поля, необходимой для воздействия на нервную проводимость. IEEE Trans Biomed Eng. 1980; 27: 722–723. [PubMed] [Google Scholar] 4. Секино М., Тацуока Х., Ямагути С., Эгути Ю., Уэно С. Влияние сильных статических магнитных полей на нервное возбуждение. IEEE Trans Mag. 2006. 42: 3584–3586. [Google Scholar] 5. Франкель РБ, Блейкмор РП, Вулф РС. Магнетит в пресноводных магнитотактических бактериях. Наука.1979; 203: 1355–1356. [PubMed] [Google Scholar] 6. Тоу BC, Ислам MR. Магнитоакустический метод неинвазивного измерения биоэлектрических токов. IEEE Trans Biomed Eng. 1988; 35: 892–894. [PubMed] [Google Scholar] 7. Ислам MR, Тауэ BC. Реконструкция изображения биоэлектрического тока по магнитно-акустическим измерениям. IEEE Trans Med Imag. 1988; 7: 386–391. [PubMed] [Google Scholar] 8. Towe BC. Исследование биомагнетометра силы Лоренца. IEEE Trans Biomed Eng. 1997; 44: 455–461. [PubMed] [Google Scholar] 9.Roth BJ, Basser PJ, Wikswo JP., Jr. Теоретическая модель магнитоакустической визуализации биоэлектрических токов. IEEE Trans Biomed Eng. 1994; 41: 723–728. [PubMed] [Google Scholar] 11. Аммари Х., Капдебоск Й., Кан Х., Кожемяк А. Математические модели и методы реконструкции в магнитоакустической визуализации. Euro J Appl Math. 2009. 20: 303–317. [Google Scholar] 14. Вен Х. Возможности биомедицинских приложений визуализации эффекта Холла. Ультразвуковая визуализация. 2000. 22: 123–136. [PubMed] [Google Scholar] 15. Рот BJ, Wikswo JP., Jr Комментарии к «Визуализации эффекта Холла» IEEE Trans Biomed Eng. 1998. 45: 1294–1295. [PubMed] [Google Scholar] 16. Монталибет А., Жосине Дж., Матиас А. Сканирование градиентов электропроводности с помощью силы Лоренца, индуцированной ультразвуком. Ультразвуковая визуализация. 2001; 23: 117–132. [PubMed] [Google Scholar] 17. Montalibet A, Jossinet J, Matias A, Cathignol D. Электрический ток, генерируемый ультразвуковой силой Лоренца в биологических средах. Med Biol Eng Comput. 2001; 39: 15–20. [PubMed] [Google Scholar] 19. Хайдер С., Хрбек А., Сюй Ю.Магнитоакусто-электрическая томография: потенциальный метод для визуализации плотности тока и электрического сопротивления. Physiol Meas. 2008; 29: S41 – S50. [PubMed] [Google Scholar] 20. Олафссон Р., Витте Р.С., Хуанг С.В., О’Доннелл М. Ультразвуковая визуализация плотности источника тока. IEEE Trans Biomed Eng. 2008; 55: 1840–1848. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Ценг Н, Рот Б.Дж. Потенциал, индуцированный в анизотропной ткани силой Лоренца, индуцированной ультразвуком. Med Biol Eng Comput. 2008. 46: 195–197. [PubMed] [Google Scholar] 22.Беверидж А.С., Ван С., Диболд Г.Дж. Визуализация на основе потенциала ультразвуковой вибрации. Appl Phys Lett. 2004. 85: 5466–5468. [Google Scholar] 24. Ли X, Xu Y, He B. Магнитоакустическая томография с магнитной индукцией для визуализации электрического импеданса биологической ткани. J Appl Phys. 2006; 99: 066112. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 25. Li X, Xu Y, He B. Визуализация электрического импеданса на основе акустических измерений с помощью магнитоакустической томографии с магнитной индукцией (MAT-MI) IEEE Trans Biomed Eng.2007. 54: 323–330. [PubMed] [Google Scholar] 26. Xia R, Li X, He B. Магнитоакустическая томографическая визуализация электрического импеданса с магнитной индукцией. Appl Phys Lett. 2007; 91: 083903. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 27. Ma Q, He B. Исследование генерации магнитоакустического сигнала с помощью магнитной индукции и его применение для восстановления электропроводности. Phys Med Biol. 2007. 52: 5085–5099. [PubMed] [Google Scholar] 29. Ли Х, Ли Х, Чжу С.Н., Хе Б. Решение прямой задачи магнитоакустической томографии с магнитной индукцией с помощью метода конечных элементов.Phys Med Biol. 2009. 54: 2667–2682. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 30. Xia RM, Li X, He B. Реконструкция векторных акустических источников во временной томографии. IEEE Trans Med Imag. 2009. 28: 669–675. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 31. Ся Р.М., Ли Х, Хе Б. Сравнительное исследование трех различных алгоритмов восстановления изображений для MAT-MI. IEEE Trans Biomed Eng. 2010; 57: 708–713. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 32. Бринкер К., Рот Б.Дж. Влияние электрической анизотропии при магнитоакустической томографии с магнитной индукцией.IEEE Trans Biomed Eng. 2008; 55: 1637–1639. [PubMed] [Google Scholar] 33. Песня А. В., Такахаши А. М.. Визуализация эффекта Лоренца. Magn Res Imag. 2001; 19: 763–767. [PubMed] [Google Scholar] 34. Чыонг Т-К, Уилбур Дж. Л., Сонг А. В.. Синхронизированное обнаружение малых электрических токов с помощью МРТ с использованием визуализации с эффектом Лоренца. J Magn Res. 2006; 179: 85–91. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 35. Чыонг Т-К, Сонг А.В. Обнаружение нейроэлектрической активности при колебаниях магнитного поля (NAMO) с помощью магнитно-резонансной томографии in vivo.PNAS. 2006; 103: 12598–12601. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 36. Basford AT, Basford JR, Kugel J, Ehman RL. Движение под действием силы Лоренца в проводящей среде. Магнитно-резонансная томография. 2005; 23: 647–651. [PubMed] [Google Scholar] 38. Mei Y, Roth BJ. Смещения, вызванные вихревыми токами, индуцированными во время магнитно-резонансной томографии. Журнал «Встреча умов» по исследованиям в бакалавриате. 2010 (в печати) [Google Scholar] 39. Бандеттини П.А., Петриду Н., Бодурка Дж. Обнаружение направления нейрональной активности с помощью МРТ: фантазия, возможность или реальность.Appl Magn Reson. 2005; 29: 65–88. [Google Scholar] 40. Чыонг Т.К., Аврам А., Сонг А.В. Визуализация ионных токов в растворе с эффектом Лоренца. Дж. Магн Резон. 2008; 191: 93–99. [PubMed] [Google Scholar] 41. Wijesinghe R, Roth BJ. Визуализация ионных токов в растворе на основе эффекта Лоренца с использованием правильных значений подвижности ионов. Дж. Магн Резон. 2010. 204: 225–227. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 42. Скотт Г.К., Джой М.Л., Армстронг Р.Л., Хенкельман Р.М. Измерение неоднородной плотности тока методом магнитного резонанса.IEEE Trans Med Imag. 1991; 10: 362–374. [PubMed] [Google Scholar]

Магнетизм в медицине — NASA / ADS

Аннотация

На протяжении веков врачи, ученые и другие ученые постулировали важную роль магнетизма в медицине как причины болезней или метода лечения. Хотя существует прямая роль в удалении магнитных инородных тел, большинство предложенных магнитных приложений были спорными и часто приписывались обычными практикующими специалистами мошенничеству, шарлатанству или самообману.Расчеты показывают, что многие из предложенных методов воздействия, например, вызванное полем выравнивание молекул воды или изменение кровотока, имеют незначительную величину. Тем не менее, даже в настоящее время использование небольших поверхностных магнитов (магнитотерапия) для лечения артрита и подобных заболеваний является широко распространенной формой народной медицины и, как говорят, требует продаж примерно на один миллиард долларов в год. Другое медицинское применение магнетизма, связанное с Месмером и другими (впоследствии известное как животный магнетизм), было дискредитировано, но имело культурно значительную роль в развитии гипноза и в качестве одного из источников современной психотерапии.За последние два десятилетия, в отличие от предыдущих применений магнетизма в медицине, магнитно-резонансная томография или МРТ прочно утвердилась в качестве инструмента клинической диагностики. МРТ позволяет неинвазивно изучать тонкие биологические процессы в интактных, живых организмах, и с момента его клинического внедрения в начале 1980-х годов было проведено около 150 000 000 диагностических исследований. Резко быстрое и повсеместное признание МРТ стало возможным благодаря научным и инженерным достижениям, включая ядерный магнитный резонанс, компьютерные технологии и сверхпроводящие магниты размером с все тело, с высоким полем, — в десятилетия после Второй мировой войны.Хотя в настоящее время они используются гораздо реже, чем МРТ, в настоящее время исследуются дополнительные приложения, включая стимуляцию нервов и мышц импульсными магнитными полями, использование магнитных сил для направления хирургических инструментов и визуализацию с использованием слабых магнитных полей, генерируемых мозгом и сердечной деятельностью.

(PDF) Медицинское применение электромагнитных полей

[19] Штерман Н., Купфер Б. и Мороз С. 1991, Сравнение рецепторов трансферрина, содержания железа и профиля изоферритина

в нормальных и злокачественных линиях клеток молочной железы человека Патобиология 59 (1) стр. .19-

25.

[20] Кастанеда В.Л., Пармли Р.Т., Салдивар В.А., Чеа М.С.К. 1991, Детский недифференцированный лейкоз

с ранними маркерами эритроида и дупликацией c-myb Лейкемия 5 (2) стр. 142-149.

[21] Дас-Гупта А., Патил Дж. И Шах В.И. 1996, Экспрессия рецептора трансферрина бластными клетками при остром лимфобластном лейкозе

коррелирует с количеством лейкоцитов и иммунофенотипом, Индийский журнал

медицинских исследований 104 стр. 226–233 .

[22] О’Рейли М. А., Ставерски Р. Дж., Стрипп Б. Р. и Финкельштейн Дж. Н. 1998, Воздействие гипероксиза индуцирует экспрессию

р53 в эпителии легких мышей. Американский журнал респираторных клеток и молекулярных клеток

Биология 18 43-50.

[23] Пауэлл С. Н., Абрахам Е. Х. 1993, Биология радиорезистентности: сходства, различия и

взаимодействия с лекарственной устойчивостью Cytotechnology 12 (1-3) pp.325-345.

[24] Кридланд Н.А., Хейлок Р.Г. и Сондерс Р.Д. 1999, воздействие магнитного поля частотой 50 Гц изменяет

начало s-фазы в нормальных фибробластах человека. Bioelectromagnetics 20 (7) стр.446–452.

[25] Ханнан Дж., Лян И., Эллисон Дж. Д. и Сирл Дж. Р. 1994, Цитотоксичность in vitro против линий раковых клеток человека

при воздействии импульсного магнитного поля Anticancer Research 14 стр. 1517–1520.

[26] Хисамицу Т., Нарита К., Касахара Т., Сето А., Ю. Ю. и Асано К. 1997, Индукция апоптоза в

лейкозных клетках человека с помощью магнитных полей. Японский журнал физиологии, 47 (3) стр. 307-310.

[27] Miyagi N, Sato K, Rong Y, Yamamura S, Katagiri H, Kobayashi K, Iwata H 2000, Эффекты

PEMF на линии клеток остеосаркомы мыши: лекарственно-устойчивые (P-гликопротеин-положительные) и non-

резистентные клетки Биоэлектромагнетизм 21 (2) стр.112-121.

[28] Руис-Гомес М.Дж., де ла Пенья Л., Прието-Барсия М.И., Пастор Дж.М., Хиль Л. и Мартинес-Морильо М.

2002, Влияние магнитных полей 1 и 25 Гц, 1,5 мТл на эффективность противоопухолевого препарата в линия клеток аденокарциномы человека

Bioelectromagnetics 23 (8) pp. 578-585.

[29] Zhang X, Zhang H, Zheng C, Li C, Zhang X и Xiong W 2002, Чрезвычайно низкая частота (ELF)

Импульсно-градиентные магнитные поля

подавляют рост злокачественных опухолей на разных биологических уровнях

Cell Biology International 26 (7) с.599-603.

[30] Кирсон Э.Д., Гурвич З., Шнайдерман Р., Декель Э., Ицхаки А., Вассерман Ю., Шатцбергер Р. и

Палти Ю. 2004, Нарушение репликации раковых клеток переменными электрическими полями. Исследования рака

64 стр. 3288– 3295.

[31] Hernández-Bule ML, Trillo MA, Cid MA, Leal J, Ubeda A 2007, In vitro воздействие электрического тока 0,57–

МГц оказывает цитостатическое действие на клетки гепатокарциномы человека HepG2

International Journal of Oncology 30 ( 3) стр.583-92.

[32] Кирсон Э.Д., Дбалы В., Товариш Ф., Вымазал Дж., Сусьель Дж. Ф., Ицхаки А., Мордехович Д.,

Штейнберг-Шапира С., Гурвич З., Шнейдерман Р., Вассерман Ю., Зальцберг М., Риффель Б,

Goldsher D, DekelE и Palti Y 2007, Переменные электрические поля останавливают пролиферацию клеток в моделях опухолей животных

и опухолях головного мозга человека Труды Национальной академии наук

Соединенных Штатов Америки 104 (24) стр. 10152- 10157.

[33] Salzberg M, Kirson E, Palti Y, Rochlitz C 2008, Пилотное исследование с очень низкоинтенсивными электрическими полями промежуточной частоты

у пациентов с местнораспространенными и / или метастатическими солидными опухолями

Onkologie 31 ( 7) стр.362-365.

[34] Масутани М., Нозаки Т., Вакабаяси К. и Сугимура Т. 1995, Роль поли (ADP-

рибоза) полимеразы в механизмах контрольных точек клеточного цикла после γ-облучения Biochimie 77 стр.

462–465.

[35] Роблес С. Дж. И Адами Г. Р. 1998, Агенты, которые вызывают двухцепочечные разрывы ДНК, приводят к обогащению p16INK4a

и преждевременному старению нормальных фибробластов Онкоген 16 (9) стр. 1113-1123.

Электромагнитные явления и здоровье — продолжающиеся споры? IOP Publishing

IOP Conf.Серия: Наука о Земле и окружающей среде 10 (2010) 012006 doi: 10.1088 / 1755-1315 / 10/1/012006

Магнитное поле — WikiLectures

послать

Спасибо за ваши Коментарии.

Спасибо за просмотр этой статьи.

Ваш отзыв не был вставлен (допускается один отзыв на статью в день)!

Эту статью проверил педагог

СТАТЬЯ ИМЕЕТ ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ПОВТОРЕНИЕ — МОЖНО ЛЕГКО УКРАЧИВАТЬ

Введение

Магнитное поле — это магнитное воздействие электрического тока или магнитного материала. Магнитное действие вещества — это сила, действующая на движущийся электрический заряд и магнитные диполи. Электрический ток — это движение заряженных частиц. Магнитные материалы или постоянные магниты. представляют собой объекты, которые создают свои собственные постоянные магнитные поля и состоят из намагниченных ферромагнитных материалов, таких как железо и никель.У постоянных магнитов есть как северный, так и южный полюс. Магнитное поле в любой точке вокруг электрического тока или магнитного материала определяется как направлением, так и величиной. Следовательно, это векторная величина. Тесла (Тл) — единица измерения силы магнитного поля. Магнитное поле представлено линиями магнитного поля, которые показывают направление поля в разных точках. стержневой магнит, считается, что силовые линии магнитного поля направлены от Северного полюса к Южному полюсу магнита.

Значение магнитных полей в медицине

Магниты используются в самых разных областях медицины. Человеческое тело и Земля, на которой мы живем, естественным образом создают магнитные поля. Искусственно созданные магнитные поля, такие как радиоволны и микроволны, присутствуют в окружающей среде, в которой мы живем. Наиболее важно, что магнитные поля используются в медицинской визуализации в радиологии. Резонансная томография (МРТ) — это медицинский метод визуализации, используемый в радиологии для визуализации анатомии и физиологических процессов организма как при здоровье, так и при болезни.Эти инструменты используют магнитные поля для формирования изображений тела. МРТ используется в нейровизуализации, сердечно-сосудистой визуализации, скелетно-мышечной визуализации, визуализации печени и желудочно-кишечного тракта, а также в онкологии для диагностики, определения стадии и последующего наблюдения за другими опухолями. Он использует сканер магнитного поля для обнаружения положительно заряженных ионов воды по всему человеческому телу. Полученные рентгенограммы демонстрируют резкие контрасты между различными мягкими тканями по всему телу, что сделало его предпочтительным радиологическим методом для неврологической визуализации и визуализации опорно-двигательного аппарата.Магнитно-резонансная микроскопия (MRM) — это магнитно-резонансная томография на микроскопическом уровне. Магнитно-резонансная эластография (MRE) — еще одно применение магнитных полей в медицине.

Существует также псевдонаучная практика альтернативной медицины, использующая статические магнитные поля, называемые магнитной терапией, которая использует магнитные поля для лечения таких заболеваний, как проблемы с суставами, боль, депрессия, рак, перенапряжение мышц, травмы мышц или связок и мигрени.
Он также используется в магнитотерапии для детоксикации за счет привлечения положительных зарядов различных токсинов, создаваемых иммунной системой организма при борьбе с инфекцией.Увеличенный кровоток будет направлять токсины в печень для быстрой детоксикации и, в конечном итоге, выведения из организма через почки.

Преимущества использования магнитных полей в медицине

• Считается, что магнитотерапия не имеет побочных эффектов или осложнений в сочетании с традиционным лечением.
• Так как магнитно-резонансная томография не подвергает тело действию ионизирующего излучения, она широко используется в больницах для медицинской диагностики.
• Безболезненно.

Недостатки магнитных полей в медицине

• Аппарат МРТ создает очень сильное магнитное поле, которое может оказывать очень мощное воздействие на любой металлический объект, находящийся в теле, например, кардиостимулятор, медицинские насосы, зажимы для аневризмы и кохлеарные имплантаты.
• Поскольку аппарат МРТ представляет собой очень ограниченное пространство, использование аппарата пациента с клаустрофобией может быть проблематичным.
• Поскольку используемая технология является относительно новой, нет никаких известных долгосрочных побочных эффектов магнитных полей в организме человека.
• Это может привести к очень дорогим счетам за медицинские услуги.

Текущее состояние

Поскольку новое поколение все чаще предпочитает альтернативную медицину, методы лечения, такие как магнитная терапия, становятся широко популярными во всем мире. Считается, что около 25000 аппаратов МРТ работают по всему миру, обеспечивая столь необходимые изображения внутренних тканей для правильного диагностика и лечение.

Меры предосторожности

Как упоминалось ранее, поскольку аппарат МРТ использует очень мощные магнитные поля, пациентам рекомендуется вынуть все металлические устройства из своего тела.

Например: наручные часы, украшения и т. Д.

Большинство медицинских имплантатов, производимых в наше время, совместимы с МРТ. Поэтому необходимо поговорить со своим радиологом / врачом о природе вашего медицинского имплантата и о том, безопасно ли использовать аппарат МРТ. Пациентам необходимо спокойно лечь для получения четких изображений. Поэтому иногда седативные препараты назначают маленьким детям и взрослым, которые испытывают сильную боль и которым трудно оставаться в одном положении во время сканирования.Поэтому важно сообщить своему врачу / радиологу о возможной аллергии на седативные средства.

Заключение

С развитием физики и пониманием магнитных волн и их свойств исследуются новые методы визуализации, которые являются более точными и ясными и помогают медицинским работникам правильно диагностировать заболевание. Четкая визуализация важна для правильной диагностики, и прогресс в области визуализации может привести к ранней диагностике и лечению рака, опухолей и многих других заболеваний, что может спасти миллионы жизней во всем мире.

Список литературы

http://www.webmd.com/pain-management/tc/mintage-field-therapy-topic-overview

1995-2015 Healthwise, Incorporated. Healthwise, Healthwise для каждого решения в отношении здоровья и логотип Healthwise являются товарными знаками Healthwise, Incorporated.

http://www.nps.org.au/medical-tests/medical-imaging/for-individuals/types-of-imaging/mri-mintage-resonance-imaging/for-individuals/risks-and-benefits

2015 National Prescribing Service Limited торгуется как NPS MedicineWise.Предоставление независимой, основанной на фактах информации для Австралийской столичной территории (ACT), Нового Южного Уэльса, Северной территории, Квинсленда, Южной Австралии, Тасмании, Виктории и Западной Австралии.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mintage_field#M Magnetic_field_shape_descriptions

Википедия-Бесплатная энциклопедия

Терапевтическое применение статических магнитных полей

Исследователи рассматривают новые многообещающие наноматериалы, которые можно использовать в диагностике рака и в качестве контрастных агентов для МРТ — ScienceDaily

Небольшие магнитные объекты, которые успешно использовались в технологических приложениях, таких как хранение данных, выглядят многообещающими в биомедицинской области.Магнитные наноструктуры обладают интересными свойствами, которые расширяют возможности новых приложений в медицинской диагностике и позволяют исследовать новые терапевтические методы.

В выпуске Applied Physics Review , опубликованном AIP Publishing на этой неделе, исследователи анализируют состояние дел в этой области. Одно особенно интересное достижение связано с экзотической конфигурацией нанодисков, известной как вихревое состояние, где магнитные моменты образуют фигурную геометрию.

Выделение и отделение клеток от образца крови или ткани имеет решающее значение для различных медицинских применений, таких как генная терапия или диагностика и лечение рака.Стандартные процедуры включают фильтрацию и центрифугирование, но клетки аналогичного размера или плотности не могут быть разделены таким способом.

Одним из подходов к этой проблеме было покрытие сферических гранул оксида железа антителами, которые специфически связываются с интересующими клетками. Затем желаемые клетки разделяются с помощью приложенных магнитных полей. Однако для этого может потребоваться высокая напряженность магнитного поля, поэтому был опробован второй подход с использованием нанопроволок.

Третий способ включает нанодиски в вихревом состоянии или в синтетической антиферромагнитной конфигурации, состоящие из двух ферромагнитных слоев, разделенных одним немагнитным слоем.Поверхность небольших структур можно обрабатывать флуоресцентными датчиками, что позволяет исследователям наблюдать движение частиц в ответ на приложенное поле.

Еще одним биомедицинским приложением, в котором могут быть полезны магнитные наноструктуры, является МРТ. Поскольку базовая методика имеет низкую чувствительность, обычно требуются контрастные вещества. Наиболее широко используемыми агентами являются комплексы гадолиния, но они вызывают опасения по поводу токсичности. И нанодиски, и нанопроволоки, покрытые биосовместимыми веществами, обладают свойствами, которые делают их хорошими контрастными веществами для МРТ.

Инновационная область применения магнитных наноструктур включает целевую аннигиляцию клеток для лечения рака. Нанодиски, созданные в состоянии спинового вихря или синтетической антиферромагнитной конфигурации, очень перспективны для этого использования.

Высокий уровень гибели опухолевых клеток, до 90%, наблюдался при использовании с ними относительно слабых магнитных полей. Механизм, приводящий к гибели клеток, — это сильная механическая сила, которая возникает, когда вращающееся магнитное поле раскручивает нанодиски, разрушая опухолевые клетки изнутри.

Большинство этих исследований проводилось в лаборатории, поэтому некоторые ситуации, такие как задержка или выделение внутренними органами или транспортировка через капилляры, все еще могут быть проблемой. Для устранения этих реальных эффектов необходимы дальнейшие исследования.

История Источник:

Материалы предоставлены Американским институтом физики . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

.