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生物医学与电磁学

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生物体与电磁学

王子雄 2014K8009922003

地磁场的产生要远远早于生命的出现,因而地球所孕育的所有生命其实都沐浴在自然的低频电磁场中。地球环境中的电磁场主要有两个来源,一个是来源于雷电活动,另一个来源于我们身边的恒星—太阳。有证据表明这两者在生命的起源、形成、发展过程中起到了重要的作用。

生物体内为了方便化学反应的发生以及物质运输等,大部分物质都处于离子态或者对外表示为非电中性的状态,如此看来电磁场势必会与生命体产生一些不可忽略的作用。不同频段的电磁波与不同器官的相互作用也不尽相同,在此也不再赘述。

电磁学与医系也是极为密切,几乎可以说电磁学的每一项重大的发现或是技术发展的突破都能为医疗器械的研发与改进提供巨大帮助。可以说,现代医学已经离不开电磁学了。

一些与电磁学有关的医疗器械与治疗手段等

1. 核磁共振

一提到跟电磁有关的器械,就不能不提核磁共振成像仪。其工作的基本原理是利用一定频率的电磁波对人体进行照射,人体中的氢核在电磁波作用下发生核磁共振,将电磁波吸收后又发射出来,这些发射的电磁波信号经过计算机处理可以得到人体的断层图像。另外由于氢核吸收和发射电磁波时,会受到周围化学环境的影响,因此最后得到的不仅是形

态学图像,还能得到生理学的相关图像,可以得到相关的生理病理信息。

2. 人体磁图

大多数生命活动中都包含带电粒子的运动,而这些带电粒子的运动形成电流进而产生磁场,这就是生物磁场。例如,心跳会产生心磁场,脑部活动会产生脑磁场。但是人体产生的磁场较之地磁场要弱得多,人的心磁场仅为地磁场的大约百万分之一,而脑磁场与眼磁场则更弱,大约仅为地磁场的十亿分之一,而且其强度与人体的健康状态有关。因此测量人体磁场需要极为灵敏的仪器以及屏蔽效果良好的地磁屏蔽室。较之人体电图,人体磁图有很多优点,磁图可以获得比电图更为丰富而分辨率高的信息;电图测量时较多,容易受干扰,电极不能离开人体等,磁图则不必有这些顾虑。现阶段虽然磁图受技术价格等原因难以广泛应用,但由于其优越之处,日后也必然成为医学诊断的必要手段。

3. 磁疗

医学中,常常利用电磁原理来改善人体内部的微循环,进而达到治疗保健的功效,例如各种磁疗仪等。有时候,高频电磁波的热效应也用于一些病症的治疗,如肿瘤的高温治疗等。此外电磁还能够减轻疼痛,磁疗已经成为许多人缓解疼痛的良方,此外,磁疗还能快速的修复坏死的骨骼组织,对许多绝症也可能存在意外的疗效。磁石也是中医中并不罕见的一味药,至于原理尚不明确,但是确实对一些疾病有治疗效果。

诸如此类的例子还有很多,电磁学在生物医学中已是不可或缺的一部分,目前许多研究与技术仍处于起步阶段,随着电磁学的发展,与之相关的医学也一定会是硕果累累。

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