Исследование. Электромагнитные поля в жизни человека. Применение в медицине

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Гимназия №17

Приокского района г. Нижнего Новгорода

Научное общество учащихся

Электромагнитные поля в жизни человека. Применение в медицине.

Работу выполнила:

Ученица 11 «А» класса

Вайчюлите Лина

Научные руководители:

Учитель физики

Глотова И.В.

Учитель биологии

Чараева С.А.

Нижний Новгород , 2015 г.

Содержание

Введение 3

1. Природа электромагнитного поля 4

2. Негативное влияние электромагнитного поля на человека 6

3. Электромагнитное поле в сфере медицины 13

4. Использование электромагнитных полей в магнитно – резонансной томографии 15

5. Практические работы24

Заключение37

Список используемой литературы и интернет источников39

Приложения

Приложение 1. Электромагнитная волна (рисунок)40

Приложение 2. Распространение электромагнитных волн41

Приложение 3. Сравнительная характеристика МРТ, КТ, УЗИ и рентгенографа42

Приложение 4.Магнитно-резонансный томограф45

Приложение 5. Правильное положение приёмной катушки в МР – томографе и градиенты магнитного поля46

Приложение 6. Схема построения изображения в МР – томографе47

Приложение 7.Примеры изображений, которые МРТ посылает на компьютер во время диагностики48

Приложение 8. Принципиальная схема МР – томографа49

Введение

Широкое применение электронных устройств началось примерно с середины прошлого века, но уже через 10 лет ведущие ученные поняли, что, как и у любой вещи у электромагнитных волн есть как негативные, так и положительные стороны.

В России исследования электромагнитных полей были начаты в 60-е годы. Был накоплен большой материал о неблагоприятном действии магнитных и электромагнитных полей.

Несмотря на это, учёные в наши дни выявили ряд преимуществ электромагнитных полей, которые теперь применяются в медицине при диагностике разных заболеваний на ранних и поздних стадиях, что немаловажно, так как с каждым годом увеличивается число людей заболевающих раком.

Из вышесказанного формулируем цель работы – изучить влияние и способы применения электромагнитных полей в медицине.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

изучить природу электромагнитного поля;

выяснить, как электромагнитные поля используются в медицине.

Доказать, что наиболее эффективным диагностическим прибором является МРТ;

провести исследование с целью выявления ускорения восстановления покровов тела после получения травмы;

разработать и провести анкетирование.

Природа электромагнитного поля

Электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими, заряженными частицами.¹

Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле – вихревое электрическое поле: обе компоненты, электрическое поле и магнитное поле, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. Электромагнитное поле неподвижно для равномерно движущихся заряженных частиц и неразрывно связано с этими частицами. При ускорении движения заряженных частиц, электромагнитное «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.

Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуется частотой. Важной особенностью электромагнитного поля является, деление его на так называемую "ближнюю" и "дальнюю" зоны. Ближняя зона – зона индукции. В "ближней" зоне излучения электромагнитная волне еще не сформирована. Для характеристики электромагнитного поля измерения переменного электрического поля и переменного магнитного поля производятся раздельно. Поле в зоне индукции служит для формирования бегущих составляющей полей (электромагнитной волны), ответственных за излучение. "Дальняя" зона - это зона сформировавшейся электромагнитной волны, начинается с расстояния r > 3l . В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r -1. [6] [см. приложение 1]

В "дальней" зоне излучения, существует связь между электрическим и магнитным полями. Электрическое поле равно 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Плотность потока энергии характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. (см. табл. 1)

Таблица 1.

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

2.Негативное влияние электромагнитных полей

В России, как и в других странах, были проведены исследования о воздействии электромагнитных полей на человека. По их результатам были выяснены самые чувствительные системы организма: нервная, иммунная, эндокринная, половая. О них и пойдёт речь в данном разделе работы.

2.1Влияние электромагнитного поля на нервную систему

Под влиянием электромагнитного поля изменяется нервная деятельность, память становится хуже. Эти люди имеют склонность к частым стрессам, у них изменяется гематоэнцефалический, барьер то, есть физиологический механизм, регулирующий обмен веществ между кровью, спинномозговой жидкостью и мозгом. Но самую большую чувствительность к электромагнитному полю проявляет нервная система эмбриона.

2.2Влияние электромагнитного поля на иммунную систему

При воздействии электромагнитного поля нарушаются процессы иммуногенеза, чаще всего в худшую сторону. Учёные установили, что например, у животных, облучённыхэлектромагнитным полем , изменяется характер инфекционного процесса – его течение отягощается. Возникновение аутоиммунитета связывают не столько с изменением антигенной структуры тканей, сколько с патологией иммунной системы, в результате чего она реагирует против нормальных тканевых антигенов. В основу всех аутоиммунных состояний составляет в первую очередь иммунодефицит по тимусзависимой клеточной популяции лимфоцитов. Влияние электромагнитного поля высоких интенсивностей на иммунную систему организма проявляется в угнетающем эффекте на Т-систему клеточного иммунитета. Электромагнитные поля могут способствовать неспецифическому угнетению иммуногенеза, усилению образования антител к тканям плода и стимуляции аутоиммунной реакции в организме беременной самки.[6]

2.3Влияние электромагнитного поля на эндокринную систему

Исследования учёных России в 60-е годы показали, что при действииэлектромагнитного поля , как правило, происходила стимуляция гипофизарно-адреналиновой системы, что сопровождалось увеличением содержания адреналина в крови, активации процессов свёртывания крови. Одна из систем, рано и закономерно вовлекает в ответную реакцию организм на воздействие различных факторов внешней среды,- это система называется гипоталамус – гипофиз (кора надпочечников). [6]

2.4Влияние электромагнитного поля на женскую половую функцию

Тератогенный фактор – это любой фактор окружающей среды, воздействующий на женский организм во время беременности и оказывающий влияние на эмбриональное развитие.¹

Первоначальное значение в исследованиях тератогенеза имеет стадия беременности, во время которой воздействует электромагнитное поле. Принято считать, что электромагнитные поля могут, вызывать уродства, воздействуя на различные стадии беременности. Самыми уязвимыми периодами являются обычно ранние стадии развития зародыша.

Чувствительность эмбриона к электромагнитному полю значительно выше, чем чувствительность материнского организма. И внутриутробное повреждение эмбриона под воздействием электромагнитного поля может произойти на любом этапе его развития. Результаты исследований позволяют сделать вывод, что наличие контакта женщин с электромагнитным излучением может привести к преждевременным родам, повлиять на развитие эмбриона и, увеличить риск развития врождённых уродств.

2.5Влияние электромагнитного поля на другие системы организма

С начала 60-х годов в России были проведены широкие исследования по изучению здоровья людей, имеющих контакт с электромагнитными полями на производстве. Результаты клинических исследований показали, что длительный контакт с электромагнитным полем в сверхвысоком частотном (СВЧ) диапазоне может привести к развитию заболеваний, связанных с сердечно – сосудистой и нервной системами. Нарушается их функциональное состояние, в связи с этим было предложено выделить самостоятельное заболевание – радиоволновая болезнь. Это заболевание может иметь три синдрома по мере усиления тяжести заболевания:[6]

- астенический синдром;

- астеновегетативный синдром;

- гипоталамический синдром.

Наиболее ранними клиническими проявлениями последствий воздействия электромагнитного-излучения на человека являются функциональные нарушения со стороны нервной системы, проявляющиеся, прежде всего в виде вегетативных дисфункций неврастенического и астенического синдрома. Лица, длительное время находившиеся в зоне электромагнитного-излучения, предъявляют жалобы на слабость, раздражительность, быструю утомляемость, ослабление памяти, нарушение сна. Нередко к этим симптомам присоединяются расстройства вегетативных функций. Нарушения со стороны сердечнососудистой системы проявляются, как правило, нейроциркуляторной дистонией: лабильность пульса и артериального давления, наклонность к гипотонии, боли в области сердца и др. Отмечаются также фазовые изменения состава периферической крови (лабильность показателей) с последующим развитием умеренной лейкопении, нейропении, эритроцитопении. Изменения костного мозга носят характер реактивного компенсаторного напряжения регенерации. Обычно эти изменения возникают у лиц по роду своей работы постоянно находившихся под действием электромагнитного-излучения с достаточно большой интенсивностью. Работающие с магнитным полем иэлектромагнитным полем , а также население, живущее, в зоне действия электромагнитного поля жалуются на раздражительность, нетерпеливость. Через 1-3 года у некоторых появляется чувство внутренней напряженности, суетливость. Нарушаются внимание и память. Возникают жалобы на малую эффективность сна и на утомляемость.

Учитывая важную роль коры больших полушарий и гипоталамуса в осуществлении психических функций человека, можно ожидать, что длительное повторное воздействие предельно допустимых электромагнитных излучений (особенно в дециметровом диапазоне волн) может повести к психическим расстройствам.

Человек всегда реагирует наэлектромагнитное поле . Но для того, чтобы эта реакция переросла в патологию и привела к заболеванию, необходим высокий уровень кровель поля и продолжительность облучения.

Согласно современным представлениям , магнитное поле промышленной частоты может быть опасным для здоровья человека, если происходит продолжительное облучение ( регулярно, не менее 8 часов в сутки, в течении нескольких лет) с уровнем выше 0,2 микротесла.

2.6Влияние природных источников электромагнитного поля

Как известно, Солнце является природным источником электромагнитного поля. Негативное влияние на человека оказывают вспышки на Солнце.

В работе «Физика солнечных вспышек» Б.В. Сомов раскрывает тему о влиянии солнечных вспышек на человека и на окружающий нас мир. Он говорит, что во время большой вспышки поток жесткого электромагнитного излучения Солнца возрастает во много раз. В невидимых для нас ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучах наше светило становится «ярче тысячи солнц». Излучение достигает орбиты Земли через восемь минут после начала вспышки. Через десятки минут приходят потоки заряженных частиц, ускоренных до гигантских энергий, а через 2-3 суток огромные облака солнечной плазмы. Но к счастью, озоновый слой атмосферы Земли защищает нас от опасного излучения, а геомагнитное поле – от частиц. [1]

В последнее время учёные астрономы проявляют пристальное внимание к вспышкам на Солнце. И он не случаен, ведь вспышки оказывают сильное воздействие на околоземное космическое пространство. Потоки частиц и излучения опасны не только для человека, но и для его техники. Известен случай, когда при солнечной вспышке на космической станции всё оборудование дало сбой. А объясняется это всё тем, что ультрафиолетовые и рентгеновские лучи от вспышки внезапно увеличивают ионизацию в верхних слоях атмосферы Земли, в ионосфере. Возможны нарушения в радиосвязи, сбои в работе радионавигационных приборов, кораблей и самолетов, радиолокационных систем, длинных линий электроснабжения. Частицы высоких энергий, проникая в верхнюю атмосферу Земли, разрушают озоновый слой. Содержание озона уменьшается из года в год. Из-за этого многие учёные считают, что климат на Земле связан со вспышечной активностью Солнца.

Ударные волны и выбросы солнечной плазмы после вспышек сильно возмущают магнитосферу Земли, вызывают магнитные бури. Важно, что возмущения магнитного поля на поверхности Земли могут влиять на живые организмы, на состояние биосферы Земли. Поэтому, многих волнует проблема активности Солнца так, как с этим связывают начало эпидемий, катастроф и так далее. И необходимость прогнозирования солнечных вспышек возрастает с каждым годом.

Например, в позапрошлом веке был взрыв вулкана Кракатау (1883 год). А перед этим известное Лиссабонское землетрясение 1755 года, унесшее 60 тысяч жизней, подземные толчки которого почувствовали одновременно в Европе и Америке. В это же время в Марокко в образовавшейся трещине погиб целый город с десятитысячным населением. Имеет ли связь всего этого с ростом активности на Солнце? Или аномалии сейсмической активности, усиление вулканической деятельности, увеличение показателей заболеваемости и, наконец, вспышки на Солнце имеют какие-то общие космические закономерности? На этот вопрос искали ответ многие мыслители.

И одной из главных причин считается возмущения гравитационных сил, которые связаны с неравномерным ритмом притяжения Земли с Солнцем, Луной, другими планетами.

Результаты исследований Института клинической и экспериментальной медицины позволяют дополнить данные геофизиков. По биоэффектам можно за 3—4 дня предугадать надвигающееся землетрясение. Как оказалось, если их сила превышает 6 баллов, то в эти дни происходят гравитационные возмущения и ухудшается самочувствие переутомленных и больных людей.

Именно тогда, по наблюдениям учёных, начинают ошибаться компьютеры, дают сбои электронные приборы. И если это так, появляется возможность воспользоваться долгосрочным медицинским геофизическим прогнозом для усиленного контроля над работой инженерных служб, соблюдением техники безопасности.

Как показали опыты, с помощью долгосрочных медицинских прогнозов можно заранее подготовить ослабленных людей существенно снизить обострение заболеваний.

Такие знания должны подтолкнуть нас к действиям по защите экологии нашей планеты. Хроническое действие токсических выбросов промышленности в атмосферу и водоемы, пестицидов и дефолиантов в почву повышают нашу болезненную чувствительность к погодным, гравитационным, геомагнитным возмущениям. Нарастающее число метеопатии свидетельствует о снижении устойчивости организма к болезням, в том числе инфекционно-вирусным. Поэтому, катастроф, в которых мы виноваты, становится всё больше.

Доказано, что сочетание значительных возмущений геомагнитного поля с гравитационными аномалиями увеличивает число обострений сердечно-сосудистых заболеваний, снижает иммунную защиту, приводит к росту психических расстройств, связанных с функциональными нарушениями со стороны нервной системы, следовательно, увеличивается число автопроисшествий, травм на производстве, ошибок операторов и диспетчеров. Все эти трудности можно преодолеть, если внимательнее относиться к рекомендациям по профилактике метеотропных реакций в неблагоприятные по геофизическим факторам дни.

Например, А.Левшинов¹ пишет в своей книге «Я могу все», что в неблагоприятный день:

нельзя есть сладкое;

следует снизить физические нагрузки;

необходимо провести психологическую разгрузку (не смотреть телевизор, не слушать радио, не читать газет);

нужно ограничить прием лекарств (т.к. их действие ослабевает)

Также А.Левшинов¹ отмечает, «…в такие дни увеличивается число аварий на дорогах, ссор, скандалов в семьях и на улицах… А когда идут два дня подряд, надо быть особенно внимательным. Так, как часто в такие дни резко меняется погода, и соответственно, дорожные условия».

3.Электромагнитные поля в сфере медицины.

Несмотря на негативные стороны воздействия электромагнитного поля на человека нельзя и отрицать и то, что с помощью него человек в наше время может диагностировать, распознавать многие заболевания на ранних стадиях, а так же лечить их.

Приборами, работающими с использованием электромагнитных полей являются рентгенограф, ультразвуковое исследование (УЗИ), магнитно – резонансная томография (МРТ), компьютерная томография (КТ).

Рассмотрим данные приборы и их принцип действия.

Рентгенограф (рентген).

Рентгенографическое исследование, использующее в качестве носителя информации рентгенографическую пленку, применяется уже многие годы для исследований в областях: неврологии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии, маммологии, урологии, ангиологии.

Принцип действия рентгенографа основан на том, что в рентгеноскопе есть лучевая трубка, в ней электроны сначала разгоняются до определенной скорости, а потом попадают на анодный экран. В результате получается, что при полном торможении электроны начинают испускать электромагнитные волны особой длины. А те проходят через находящийся за экраном объект и попадают на фотопленку. В тех местах, куда волны не, снимок становится белым. Так же следует помнить, что сквозь неплотные ткани волны проходят беспрепятственно, и снимок получается темным. На таком снимке можно разглядеть только контуры и темные пятна – чтобы узнать, например, не увеличился ли орган в размерах или не изменил свою плотность.

Компьютерная томография (КТ)
Данный метод исследования представляет собой нечто среднее между обычной рентгенографией и магнитно-резонансной томографии. КТ применяется для диагностики кровоизлияний, опухолей, сосудистых тромбов, абсцесс, переломов.

Как и в рентгене, сквозь тело пациента пропускается ионизирующее излучение. Далее датчики регистрируют, насколько изменились параметры луча при прохождении им разных отрезков пути – кожи головы, костей черепа, мозгового вещества. После чего все данные поступают в компьютер, который на их основе моделирует конечное изображение, состоящее из отдельных срезов.

Ультразвуковая диагностика (УЗИ)

Данный метод применяется для диагностики органов брюшной полости. Он основан на отражении ультразвуковых волн от тканей организма.

Отражаясь от тканей, волны попадают в компьютер, где преобразуются в электрические импульсы. С помощью которых и строится изображение на мониторе.

Магнитно – резонансная томография (МРТ)

Данный метод основан на измерении электромагнитного отклика ядер атомов водорода на возбуждение их определённой комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости. В основном, он применяется для обнаружения опухолей, определения их размера и доброкачественности, но так же используется для подтверждения или опровержения разрыва связок, мениска, для исключения грыж межпозвоночных дисков, при воспалительных процессах в костном мозге и т.д.

Наиболее заинтересовавшим методом диагностики различных заболеваний для меня оказалась магнитно – резонансная томография потому, что благодаря этому способу можно распознать различные заболевания на ранних стадиях, например рак. [см. приложение 3]

Использование электромагнитных полей в магнитно-резонансной томографии.

4.1.Строение МР – томографа.

Любой томограф состоит из основного магнита, магнитных градиентов^*, генератора (передатчика) радиоимпульсов, приемника радиоимпульсов, систем сбора и обработки данных, систем энергоснабжения и охлаждения [см.приложение 8].

Сигнал в приемной катушки (т.е. качество и быстрота получения изображения) в значительной степени зависит от магнитной индукции (силы магнита), поэтому все томографы принято разделять на 5 типов:

Ультранизкие – ниже 0,1 Тл;

Низкие – 0,1- 0,5 Тл;

Средние – 0,5 -1 Тл;

высокие 1 -2 Тл;

ультравысокие – свыше 2 Тл;

ПриборSIEMENS MAGNETOM ESPREE 1,5 Тл [см.приложение 4], рассмотренный мной, относится к высокому типу.

Магнит может быть постоянным, резистивным электрическим и сверхпроводящим электрическим.

Постоянные магниты изготавливают из ферромагнитных сплавов. Ориентация магнитного поля обычно вертикальная. Магниты не требуют затрат электроэнергии и охлаждения. Поля находятся в пределах 0,2 – 0,3 Тл. Большой интерес к постоянным магнитам наблюдался в конце 90-х годовXX века – 10-х годах XXI века. Это было связано с тем, что постоянные магниты легко конфигурируются по открытому типу, то есть обеспечивают доступ к больному и уменьшают клаустрофобию.

Резистивный электромагнит представляет собой соленоид из медной или железной проволоки. Охлаждается водой. Создаваемые поля лежат в пределах 0,2 – 0,4 Тл, ориентация поля – вдоль отверстия соленоида. Современные резистивные электромагниты делают открытыми. Интерес к ним значительно упал в конце 90-х годов XX века – 10-х годах XXI века, так как содержание их дороже, чем магнитов постоянного типа.

Одной из деталей, рассмотренного мной МР томографа, является сверхпроводящий электромагнит. Сверхпроводящие электромагниты представляют собой соленоид из ниобий - титанового сплава, который при охлаждении жидким гелием до -269 ⁰С (4 К) не имеет электрического сопротивления. Создаваемые поля находятся в пределах 0,35-4 Тл. Поле высокой напряженности, очевидно, служит большим достоинством сверхпроводящих магнитов. В конце 90-х годов XX века – 10-х годах XXI века удалось сконструировать открытые сверхпроводящие магниты. Недостатком сверхпроводящих магнитов, помимо высокой стоимости, является необходимость охлаждения жидким гелием.

Качественное изображение можно получить только в очень однородном поле, которое недостижимо без дополнительного выравнивания. Для этого к основному магниту добавляют шиммирующие катушки, которые создают градиенты, компенсирующие техническую неоднородность магнита и влияния пациента на поле.

Катушки, создающие градиентные импульсы в трех направлениях пространства, управляются посредством системы усилителей.

Приемная катушка представляет собой чувствительную антенну, расположенную перпендикулярно направлению основного поля. Они бывают различной формы, что определяет глубину и однородность сбора сигнала. Чтобы на слабый сигнал не накладывались помехи, магнит помещают в специальное помещение («клетка» Фарадея), стенки которой изготовлены из медных или алюминиевых листов либо сеток.

Полученный сигнал с помощью аналога цифрового преобразователя приобретает цифровую форму и передается в компьютер для реконструкции изображения. Компьютер в МР - томографе выполняет многие функции: управление системой, быстрое преобразование Фурье^* и обработка изображения.

4.2.Отличие КТ и МРТ диагностик.

Основное отличие КТ и МРТ состоит в разных физических явлениях, которые используются в аппаратах. В случае КТ — это рентгеновское излучение, которое дает представление о физическом состоянии вещества, а при МРТ — постоянное и пульсирующее магнитные поля, а также радиочастотное излучение, дающее информацию о распределении протонов (атомов водорода), т.е. о химическом строении тканей. В случае КТ врач не просто видит ткани, но может изучать их рентгеновскую плотность, которая меняется при заболеваниях; в случае же МРТ врач оценивает изображения лишь визуально.

В целом, МРТ лучше различает мягкие ткани. Кости при этом не могут быть видны — резонанс от кальция отсутствует и костная ткань на МР - томограммах видна лишь опосредованно. Можно констатировать, что на сегодняшний день МРТ более информативна при диффузном и очаговом поражении структур головного мозга, патологии спинного мозга и краниоспинального стыка (здесь КТ вовсе неинформативна), поражении хрящевой ткани. КТ предпочтительная при заболеваниях грудной клетки, живота, таза, основания черепа.

МРТ более информативна: 

Непереносимость рентгеноконтрастного вещества, когда его введение показано при КТ;

Опухоль мозга, воспаление мозговой ткани, инсульт, рассеянный склероз;

Все поражения спинного мозга, болезни позвоночника преимущественно у молодых и зрелых людей;

Содержимое орбиты, гипофиз, внутричерепные нервы;

Суставные поверхности, связочный аппарат, мышечная ткань;

Стадирование рака (с введением контрастного вещества, например — Гадолиния).

КТ более информативна: 

Острые внутричерепные гематомы, травмы мозга и костей черепа;

Опухоли головного мозга, нарушения мозгового кровообращения (мсКТ);

Поражение костей основания черепа, околоносовых пазух, височных костей;

Поражение лицевого скелета, зубов, челюстей, щитовидной и паращитовидной желез;

Аневризмы и атеросклеротическое поражение сосудов любой локализации (мсКТ);

Синуситы, отиты, поражение пирамид височных костей;

Заболевания позвоночника, в том числе остеопороз, грыжи дисков, дегенеративные и дистрофические заболевания позвоночника, сколиоз и пр. Вопреки сложившемуся мнению, компьютерная томография гораздо более информативна для диагностики поражений позвонков и дисков, однако лечащие врачи не в состоянии увидеть изменения на компьютерных томограммах и рекомендуют пациентам более наглядную для себя МРТ;

Предпочтительна при раке легкого, туберкулезе, пневмонии и для уточнения сложных для трактовки рентгенограмм грудной клетки, при патологии грудной клетки и средостения;

Наиболее чувствительная методика для распознавания интерстициальных изменений в легочной ткани, фиброза и для поиска периферического рака легкого на доклинической стадии (мсКТ);

Практически при всем спектре патологических изменений в животе;

Повреждения и заболевания костей, исследование пациентов с металлическими имплантатами (суставы, аппараты внутренней и наружной фиксации и пр.);

Предоперационная мсКТ с трёхфазной ангиографией позволяет получить оптимальную анатомическую картину в зоне оперативного вмешательства и распознать большинство патологических процессов в органах живота и брюшной полости.

Так же главным достоинством МР - томографов является возможность ранней диагностики новообразований в какой-либо части организма.

Исследования на МР – томографах проводятся в сферах: кардиологии, нефроурологии, эндокринологии, неврологии и онкологии.

4.3.Построение изображения в МР – томографе.

Для получения изображения МРТ пациента сначала помещают в внутрь большого магнита, где имеется постоянное магнитное поле, как правило, ориентированное вдоль тела пациента. Под воздействием этого поля ядра атомов водорода в теле ориентируются определённым образом относительно сильного поля магнита. Потом добавляется слабое переменное магнитное поле к статическому магнитному полю, после чего выбирается область, изображение которой надо получить.

Затем пациента облучают радиоволнами, причем их частоту подстраивают таким образом, чтобы протоны в теле пациента могли поглотить часть энергии радиоволн и изменить ориентацию своих магнитных полей относительно направления статического магнитного поля. Сразу после прекращения облучения пациента радиоволнами, то есть в момент релаксации протоны станут возвращаться в свои первоначальные состояния, излучая избыточную энергию, и именно это переизлучение необходимо будет собрать приёмным катушкам для построения изображения.

Интересным и важным фактом является правильное позиционирование приемной катушки.

Приемная катушка должна быть помещена под определенными углами к главному магнитному полю (B0). Неправильное расположение приведет к формированию изображения без сигнала. B0 - очень сильное магнитное поле; намного сильнее, чем РЧ сигнал, который нужно получить. Это означает, что при помещении катушки определенным образом, B0, проходя сквозь катушку, индуцирует огромный ток, а небольшой ток, вызванный РЧ волной, подавляется. И на изображении мы увидим только много зерен (называемых шумом).

Поэтому очень важно убедиться, что приемная катушка расположена таким образом, что B0 не проходит сквозь нее. Единственный способ выполнить это требование заключается в помещении приемной катушки под правильными углами к B0. [см. приложение5]

Так же расположение катушки под правильными углами к B0 связано с получением сигналов только от тех процессов, которые происходят под определенными углами к В0. Данный процесс называется T2 релаксацией^*.Следовательно, полученный сигнал, сначала будет сильным, а потом быстро ослабевающим за счет T2 релаксации.

Сигнал называется спадом магнитной индукции (FID - Free Induction Decay)^*. При действии магнитного поля спад T2 происходит быстрее за счет локальной (микроскопической) неоднородности магнитного поля и химического сдвига, известные как T2 эффекты. Полученный сигнал гораздо короче T2. Фактический сигнал ослабевает очень быстро (за ± 40 миллисекунд он уменьшается почти до нуля).

Далее с помощью приёмной катушки идёт регистрация токов, которые и являются МР - сигналами, после чего они с помощью специальных программ преобразуются компьютером и выводятся на экран. [см. приложение 6,7]

4.4. Факторы влияющие качество снимка.

Одним из важных факторов постановки диагноза после проведения МРТ является качество снимка. Факторами, которые влияют, на это являются - отношение сигнал/шум, пространственное разрешение, контрастность патологического очага по отношению к окружающим тканям и наличием артефактов. Рассмотрим эти факторы подробнее.

Отношение сигнал/шум и пространственное разрешение.

При прочих одинаковых параметрах сигнал зависит от магнитной индукции и однородности поля томографа, а шум – от конструкции приёмной катушки. Зависимость сигнала от магнитной индукции томографа связана с числом протонов, находящихся на верхнем энергетическом уровне. При этом сигнал собирается с выбранного объёма, а шум от всего тела.

Пространственное разрешение зависит от воксела^*: чем меньше воксел, тем меньше анатомических структур он содержит.

Размер воксела – это произведение размера пиксела на толщину среза. Чем тоньше срез, тем выше пространственное разрешение перпендикулярно срезу и тем меньше вероятность эффекта частичного объёма^*.

Контрастность

Контрастность патологического очага по отношению к окружающим тканям зависит от собственных свойств ткани и способа получения изображения. В МРТ изображение строится на основе магнитных характеристик тканей, главные из которых протонная плотность^* и релаксационные времена Т₁ и Т₂.

Влияние фазы

Небольшая разница в частоте процессии (т.е. скорости, с которой совершается полный оборот поперечной намагниченности) водорода воды и жира приводит к смещению фазы. Через определённое время наступит ситуация, когда направленность поперечной намагниченности воды и жира станет противоположной. Тогда суммарный сигнал будет представлять собой разницу сигналов воды и жира в данном пикселе. Если в градиентной импульсной последовательности интервал ТЕ совпадает с противофазой, то контрастность изображения уменьшится. Одинаково направленная фаза наступает каждые 4,7 мс для поля 1,5 Тл.

Контрастирующие вещества

В большинстве случаев естественной контрастности МР–томограмм достаточно для выявления и характеристики патологического очага. Вместе с тем встречаются ситуации, когда патологический очаг не визуализируется вследствие изоинтенсивности или малых размеров. Бывает трудно определить границы патологических изменений, оценить внутреннюю структуру. В таких ситуациях помогает диагностика с введением контрастирующих веществ.

Артефакты

Артефакты от металла. Артефакты, порождаемые парамагнитными металлами, связаны с нарушением статического и градиентных магнитных полей. Выглядят они как зона полного отсутствия сигнала, нередко с деформацией изображения вокруг неё. Не обладает парамагнитными свойствами и не даёт артефактов золото.

Артефакты от сердечных сокращений.Сокращение камер сердца и пульсация крупных сосудов вызывают двигательные артефакты в виде смазанности их изображения. Наиболее просто их избежать можно с помощью кардиосинхронизации.

Артефакты от дыхательных движений лёгких.Быстрое получения изображения при задержанном дыхании – оптимальный путь избежать смазанности. При дыхательной томографии приходится прибегать к дыхательной синхронизации, но в этом случае время томографии удлиняется в 2-3 раза.

Артефакты от химического сдвига. Причиной химического сдвига^* кроется в магнитных полях, создаваемых самими атомами (главным образом кислородом и углеродом) исследуемого объёма за счёт вращения электронов вокруг ядра. Они приводят к небольшому различию в резонансной частоте в зависимости от группы атомов, в которую включён атом водорода. Артефакты возникают, если ширина спектра каждого пиксела меньше, чем разница в частоте атомов водорода и жира. Тогда сигнал от атомов водорода воды и жира оказываются в разных пикселах. В наибольшей степени проявляются артефакты на границе гидрофильных тканей и жира. Артефакт имеет вид подчёркнутого контура, яркого при наползании пикселов и тёмного при смещении друг от друга.

Практическая работа №1

2011-2012 учебный год

«Выяснение источников электромагнитного излучения дома и по дороге от школы до дома»

Цель работы – выявить источники электромагнитного излучения дома и по дороге от школы до дома; доказать, что негативного влияния на мою семью не оказывается на пути от школы до дома.

Задачи:

Изучить различные источники информации;

Исследовать территорию от школы до дома.

Оборудование: план местности района, научная литература по заданной теме.

Средства и методы исследования: изучение различных источников информации, сбор данных и анализ, сравнение полученных результатов, формулировка вывода.

Описание работы.

С октября по декабрь 2011 года я изучала различные источники информации, пытаясь понять, что такое электромагнитное поле, и какое влияние на человека оно оказывает. Оказалось, что различные электроприборы являются источником электромагнитного поля и оказывают на нас негативное воздействие.

С начала 2012 года я стала исследовать территорию от дома до школы на наличие источников электромагнитного излучения: нарисовала план местности и нанесла на него источники электромагнитных полей (фонари, трансформаторные будки, линии электропередач).

- фонарь

- трансформаторная будка

Наиболее опасным источником, по данным из источников информации, является трансформаторная будка, затем идут линии электропередач.

К счастью, трансформаторная будка находится на достаточно удаленном расстоянии от моего дома, из чего можно сделать вывод о том, что на этом пути негативное влияние электромагнитных полей моей семье не угрожает.

Вывод: По данным информационных источников следует, что все приборы и устройства, работающие от электрического тока, являются источниками электромагнитного излучения, которое может оказывать негативное влияние на здоровье человека. На улице самыми сильными источниками считаются трансформаторные будки и ЛЭП, но так как мы не находимся долгое время в зоне их влияния, то их воздействие на нас минимально.

Практическая работа №2

2012-2013 учебный год

«Выявление наиболее неблагоприятных мест в квартире»

Цель – измерить показатели электромагнитного поля и найти в квартире наиболее опасные зоны.

Задачи:

Изучить план квартиры;

Изучить принцип работы прибора;

Провести исследование.

Оборудование: план квартиры, научная литература по данной теме, прибор для измерения напряжённости электрического поля и плотность магнитного потока ВЕ – метр АТ -002.

Средства и методы исследования: изучение устройства и принципа действия прибора, получение данных и их сравнение с допустимыми нормами.

Описание работы.

Н арисовала план квартиры и обозначила на нём все источники электромагнитного поля, т.е. все приборы, работающие от электрического тока.

Обозначения:

- музыкальный центр

- счётчик электроэнергии

- холодильник

- розетка

- выключатель света

- телевизор

- стиральная машина

- электрическая плита

-компьютер

-ноутбук

-роутер

-домашний телефон

- электрочайник

-DVD – плеер

Изучила инструкцию и принцип работы этого прибора.

В ыбрала по инструкции наиболее подходящий режим работы прибора, т.е. режим «Аттестат» (А ). В этом режиме прибор измеряет среднеквадратическое значение напряжённости электрического поля и плотность магнитного потока по всей площади помещения.

Провела измерения напряжённости электрического поля и плотность магнитного потока с помощью прибора ВЕ – метр АТ -002, предназначенный для измерения электромагнитных полей в доме, аттестации рабочих помещений. Полученные результаты показаны в таблице №1.

Таблица № 1

Исходя из данных таблицы, мы видим, что в комнате №1 и № 4 значение напряжённости электрического поля больше, чем в других. А комната № 2 имеет наибольшее значение плотности магнитного потока. Из этого следует, что самой безопасной комнатой является комната №3. Она наиболее благоприятна для проживания.

Производила измерения напряжённости электрического поля и плотность магнитного потока с помощью прибора ВЕ – метр АТ -002 вблизи работающего компьютера. Значения прибора практически не изменялись до тех пор, пока не началось подключение к Интернету. Полученные значения были близки к предельно допустимым.

Вывод: Анализируя полученные значения напряжённости электрического поля и плотности магнитного потока, мы получили, что все работающие электроприборы в совокупности не дают вредного электромагнитного излучения. При этом необходимо помнить об увеличении электромагнитного излучения в момент подключения компьютера к Интернету.

Практическая работа №3

2014-2015 учебный год

«Использование «Магнитера» в домашних условиях»

По совету врача был приобретен прибор «Магнитер», для использования его в домашних условиях при лечении и поддерживающей терапии. Данным прибором моя семья пользуется уже несколько лет с 2009 года.

Цель – выявить преимущества использования магнитных полей для лечения заболеваний в домашних условиях.

Задачи:

Беседа с физиотерапевтом для получения рекомендаций по использованию прибора;

Изучить инструкцию и принцип работы данного прибора;

Провести исследование с целью выявления ускорения восстановления покровов тела после получения травмы.

Оборудование: прибор «Магнитер», ключ (для определения работы прибора), научная литература по данной теме.

Средства и методы исследования: изучение устройства и принципа действия прибора, его использование по рекомендации врача, консультации физиотерапевта ГБУЗ НО «Городской больницы № 47 Ленинского района» Станчиц Наталии Анатольевны.

Описание работы.

Наиболее показательным примером использования прибора «Магнитер» в домашних условиях мы считаем лечение синяков и растяжений, хотя в нашей семье основное назначение прибора - это проведение комплексной терапии при лечении посттравматической энцефалопатии (закрытая черепно – мозговая травма).

Вследствие удара был получен синяк на ноге в районе голени. После обращения в медпункт было предложено несколько способов лечения, один из них с применением прибора «Магнитер». Врач рекомендовал его по причине более быстрого заживления вследствие ускорения регенерации тканей. Курс лечения вы можете наблюдать в таблице №2.

Таблица №2

Действуя по данной схеме, были получены следующие результаты. После 3-х процедур синяк стал заметно выцветать по краям и уменьшаться в размерах, к 5-ой приобрёл цвет обычной кожи с желтоватым оттенком, к 7-й не осталось видимых признаков синяка и процедуры проводились для предотвращения остаточных явлений внутри тканей. По словам врача физиотерапевта ГБУЗ НО «Городской больницы № 47 Ленинского района» Станчиц Наталии Анатольевны время схода синяков без применения прибора магнито-терапии составляет в среднем 10-11 дней и зависит от общего состояния, возраста и обменных процессов в организме пациента.

Вывод: Анализ полученных данных, показывает, что прибор «Магнитер» значительно ускоряет обменные процессы внутри организма и положительно влияет на регенерацию кожи.

Практическая работа №4

2014-2015 учебный год

«Применение магнитно-резонансной томографии при исследовании организма человека»

В моей семье по материнской линии были неоднократные обращения к специалистам, в том числе неоднократные назначения были на КТ и МРТ. Я решила узнать, какой метод диагностики более информативен.

Цель – выявить достоинства МТР перед другими средствами диагностики и провести статистический анализ полученных данных.

Задачи:

Собрать информацию и статистические данные по данному вопросу;

Составить сравнительную таблицу диагностических приборов;

Показать преимущества МРТ;

Провести анкетирование.

Оборудование: Магнитно - резонансный томограф SIEMENS MAGNETOM ESPREE, рентген SIMENSMULTIXPRO,научная литература по данной теме.

Средства и методы исследования: анализ, сравнение, выводы, консультации врачей: рентгенолога детской поликлиники №49 Кабановой Галины Александровны и рентгенолога медицинского центра «Тонус» Маркиной Ольги Васильевны.

Описание работы.

Сначала был проведён сравнительный анализ КТ, МРТ, УЗИ, рентгена. Результаты приведены в таблице №3.

Таблица№3

Из вышеприведённой таблицы следует, что МРТ трудно сравнивать с другими видами диагностики т.к. данный вид исследований имеет свою направленность. Но важным его преимуществом является более детальное исследование мягких тканей.

Для получения более подробных данных по данной теме обратилась с просьбой о помощи к рентгенологу медицинского центра «Тонус» Маркиной О.В.

Первый вопрос, который был задан Ольге Васильевне, касался статистики обращения в данный центр людей с жалобами в областях: забрюшного пространства, сосудов, сердца, плода, головного мозга, позвоночника, суставов, малого таза и брюшной полости. Ниже показана диаграмма по полученным данным.

Второй мой вопрос был о том, на каких стадиях заболеваний на ранних или поздних чаще всего обращаются люди для проведения МРТ. По словам Ольги Васильевны в нынешнее время в российской практике чаще всего наблюдаются случаи позднего обращения к врачу. Ниже приведена диаграмма со статистическими данными.

Примеры случаев обращения за диагностикой МРТ для постановки диагноза.

Пример 1.

ПациенткаN1 обратилась к невропатологу по месту жительства с жалобами на сильные головокружения и головные боли. В начале, ей был поставлен диагноз вегето - сосудистой дистании и выписано соответствующее лечение. Через год она ещё раз обратилась к врачу, так как пройденный курс лечения не помог, и появились новые симптомы: обмороки. Ей было назначено углублённое обследование с МРТ. Проведённое обследование МРТ головного мозга показало новообразование в мозжечке.

Пример 2.

ПациентN2 в ходе катания на лыжах подвернул ногу. В день после получения травмы он обратился в травмпункт, по месту нахождения, вследствие сильной опухали повреждённой части ноги. Для исключения из ряда предполагаемых диагнозов трещину или перелом колена. Проведенное рентгеновское исследование не подтвердила наличие у пациента переломов и трещин. Поэтому хирург направил его на МРТ, которое показало разрыв внутренней боковой связки и внутреннего мениска.

Вывод: Исходя из проведенного анализа обращений на примерах рассказанным медицинским консультантом и данных исследований в нашей семье, наиболее точная диагностика была произведена при использовании приборов МРТ.

Заключение

В данной работе на протяжении четырёх лет велось исследование по изучению влияния электромагнитных полей на человека.

В первый год работы был собран и изучен теоретический материал, который помог сделать вывод о том, что моей семье вредное воздействие электромагнитных полей на улице не угрожает, так как в районе нашего дома нет опасных источников.

Во второй год было изучено влияние источников электромагнитного поля в квартире. По количеству электроприборов самым опасным помещением оказалась кухня. Но проведённые мною измерения напряжённости электрического поля и плотность магнитного потока с помощью прибора ВЕ – метр АТ -002, выяснилось, что самой опасным помещением, является детская комната. Причём, в ходе измерений обнаружился интересный факт, что при включении на компьютере вкладок с социальными сетями или при работе с разными сайтами (например, при набирании сообщения) показатели напряжённости электрического поля и плотности магнитного потока резко повышались.

Проанализировав полученные результаты, более подробно был рассмотрен материал о защите от негативного воздействия электромагнитного поля. Оказалось, что следует следить за исправностью бытовых приборов, за соблюдением расстояний при просмотре телевизора и при работе за компьютером и ноутбуком, человек может себя обезопасить от этого влияния.

В прошлом году были изучены медицинские приборы, работающие на основе электромагнитной индукции и позволяющие диагностировать различные заболевания на ранних стадиях. В ходе исследований было выявлено, что наиболее эффективным прибором среди них является МР- томограф.

В этом году было изучено применение «Магнитера» - прибора магнито-терапии, помогающего лечить заболевания в домашних условиях. Также было изучено применение электромагнитных полей в сфере медицинских исследований на примере МРТ.

Было изучено строение МР - томографа. Так же было выяснено, что его принцип действия основан на ядерном магнитном резонансе, то есть на резонансе частиц внесённых в сильное магнитное поле.

Многоплановость снимка в МР - томографе получается за счёт того, что исследование идёт с разных направлений, соответствующих определённым градиентам магнитного поля. При этом диагност получает картину из срезов шириной в 3 мм, что позволяет ему подробно описать исследуемый раздел организма, например, мозг человека.

Работа рентгенолога заключается в сравнении снимков и выявлении патологий. Данная работа, как и любая другая имеет определённые особенности, которые в свою очередь требуют набор навыков и специальных черт характера. Например, успешным рентгенологом может стать, только тот человек, который имеет хорошее зрение, наблюдательный, человек умеющий подмечать даже мельчайшие изменения, то есть внимательный.

Весь этот труд томографа и человека позволяет диагностировать заболевания на ранних стадиях, выявлять точную зону локализации новообразования, что даёт, в свою очередь, хирургам возможность более точно провести операцию, а значит подарить пациенту больше шансов на выздоровление.

Таким образом, можно сказать, что, как и у медали у электромагнитных полей две стороны и только от нас зависит, как они на нас повлияют, так как при правильном их использовании и соблюдении элементарных правил безопасности негативного влияния на нас не будет оказано или оно будет минимальным.

Список используемой литературы и интернет источников

Сомов Б.В. Физика солнечных вспышек, «ЗиВ», 2005, №2,58

Земля и Вселенная, 1999, №4

Земля и Вселенная, 1974, №4

Земля и Вселенная, 1981 , №4

Левшинов А.А. Я всё могу, изд-во «Прайм – ЕВРОЗНАК», 2006

http://www.it-med.ru/library/ie/el_magn_field.htm(Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека)

Полька Н.С. Функциональное состояние развивающегося организма, как критерий гигиенической регламентации электромагнитного поля 2750 МГц.// Гигиена и санитария. 1989. №10, 36–39.

http://www.tonus.nnov.ru/mrt.html (сайт медицинского цента «Тонус»).

Холин А.В. Магнитно-резонансная томография при заболеваниях центральной нервной системы// издательство «Гиппократ», Санкт-Петербург 2007г., издание 2-е , стр.19-26.

Приложение 1

Электромагнитная волна

Приложение 2

Распространение электромагнитных волн

Приложение 3.

Сравнительная характеристика МРТ, КТ, УЗИ, рентренографа.

Приложение 4.

Магнитно - резонансный томограф SIEMENS MAGNETOM ESPREE

Приложение 5.

Правильное положение приёмной катушки в МР - томографе и направления градиентов магнитного поля.

Приложение 6.

Схема получения изображения в МР – томографе.

Приложение 7.

Примеры изображений, которые МРТ посылает на компьютер во время диагностики.

Приложение 8.

Принципиальная схема МР – томографа.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/307920-issledovanie-jelektromagnitnye-polja-v-zhizni