生物电磁技术课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,生物电磁技术,组员：,1,什么是生物电磁学？,生物电磁学是以电磁场的生物机理及其综合利用为主要研究内容，涉及生物医学、电气学、物理学、电子技术及生物技术等领域的综合学科。,2,研究背景,自上世纪七十年代初开始,短短数十年间,科学界对生物电磁学的研究经历了一个巨变过程,由最初的防辐射研究,到后来的电磁场电磁波对人体等生物机理影响的研究,到最近的生物电磁学的综合利用。近年来在医学检查方面,脑磁图、心磁图的推广应用将基于电磁学的医学检查技术推向了一个新的高潮。在社会生产和日常生活中扮演了一个越发重要的角色,如提高种子出芽率、改善生物对环境的适应能力、利用磁细菌治理环境污染、对某些慢性顽固疾病的治疗及改善动植物的生活习性等。,3,研究内容,生物电磁技术指在研究生命活动本身所产生的电磁场和外加电磁场对生物体的作用规律，以及研究与电磁相关的医疗仪器和生命科学仪器中的电气科学基础问题。研究内容主要包括：,生物电磁特性及应用、电磁场的生物学效应及其生物物理机制、生物电磁信息检测与利用、生物医学中的电工新技术等。,4,研究意义,通过生物电磁技术的研究，可以促进在电磁防护技术及标准的完善、新型生物电磁治疗技术、新型生命科学仪器、空间生物学研究等方面的发展，为医疗仪器和生命科学仪器的源头创新提供不竭动力。,5,生物磁学,在医学诊断中的,应用,磁处理技术在农业中的应用,生物电磁技术,6,应用机理,生物磁学在医学诊断上的应用主要是利用了生物体本身的弱磁性和外加磁场与磁性物质对生物体的作用而达到诊断目的的,.,事实上,并不是只有,磁铁石，,载流导线才会产生磁场,自然界一切物质,(,包括生命体,),都存在着或强或弱的磁性,只不过,生命体的,磁性的强度同磁铁石的磁性相比太微小了,只有靠灵敏度极高的超导量子干涉器,(SQUID),梯度计才可探测到,。,一般说来,我们人体的弱磁场主要集中在像人脑、心、肺以及肝、脾等几个器官上,.,虽然生命体的这种磁性极弱,但仍能为医学疾病的诊断提供重要的检测依据,。,7,生命体自身弱磁性在医学诊断中的应用,外加磁场和磁性物质在医学诊断上的应用,生物磁学在医学诊断中的应用,8,脑 磁 图（,MEG,）,心 磁 图（,MCG,）,肺 磁 图（,MPG,）,生命体自身弱磁性在医学诊断中的应用,9,脑磁图（,MEG,）,人的颅脑周围存在的磁场称为脑磁场。但这种磁场强度很微弱，要用特殊的设备才能测知并记录下来需建立一个严密的电磁场屏蔽室，在这个屏蔽室中，将受检者的头部置于特别敏感的超冷电磁测定器中，通过特殊的仪器可测出颅脑的极微弱的脑磁波，再用记录装置把这种脑磁波记录下来，形成图形，这种图形便称作脑磁图。它是反映脑的磁场变化，对脑部损伤的定位诊断较为准确，加之脑磁图不受颅骨的影响，图像清晰易辨，故对脑部疾病是一种崭新的手段。,10,脑磁图的医学应用,1.,癫痫诊断和癫痫灶术前定位,2.,神经外科术前脑功能区定位,3.,缺血性脑血管病预测和诊断,4.,外伤后大脑功能的评估和鉴定,5.,精神病和心理障碍疾病的诊断,6.,司法鉴定和测谎应用,7.,语言、视觉、听觉、体感诱发等的研究,8.,认知功能及信息处理过程的语言学习与视觉、听觉的关系,11,脑 磁 图（,MEG,）,心 磁 图（,MCG,）,肺 磁 图（,MPG,）,12,心磁图（,MCG,）,心电和心磁是源于心肌的周期性收缩,.,在生物体的离子、电导介质形成的 容积电流在体表造成的电位差随时间的变化曲线就是心电图,而细胞和容积电流在体表附近形成的周期性磁场随时间的变化曲线就称为心磁图。,13,1,、用于双二重极的诊断,2,、用于右心异常的诊断,3,、对异常,ST-T,波有较高诊断价值,4,、对预防心血管事件有重要意义,5,、为心律失常介入治疗的辅助定位提供了一个新途径,6,、用于诊断胎儿先天性心脏病,心磁图的医学应用,14,脑 磁 图（,MEG,）,心 磁 图（,MCG,）,肺 磁 图（,MPG,）,15,肺磁图（,MPG,）,肺磁图就是利用人体肺内蓄积的铁磁性粉尘，在外部用强磁场进行磁化，使肺内粉尘带上磁性，在中断磁化之后，在体表测得剩余磁感应强度，并将其描记成点图或曲线图，即为肺磁图。,16,由于铁磁性物质广泛存在于工业粉尘中，具有代表性的就是磁铁矿，铁磁性物质易被磁化，剩磁大小与量的多少成正比；因此，可以通过测定肺部剩磁大小估算各工种工人的肺内粉尘含量，实现对尘肺病的早期诊断，这也是肺磁图技术的主要应用之一。,肺磁图的医学应用,17,生命体自身弱磁性在医学诊断中的应用,外加磁场和磁性物质在医学诊断上的应用,生物磁学在医学诊断中的应用,18,核磁共振成像技术,x,射线造影剂,磁式血压计,外加磁场和磁性物质在医学诊断上的应用,19,核磁共振成像,核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。,是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像,。,20,X,射线,造影剂,造影剂，是为增强影像观察效果而注入,(,或服用,),到人体组织或器官的化学制品。这些制品的密度高于或低于周围组织，形成的对比用某些器械显示图像。,在生物电磁领域，研究的是,一种新型的造影剂,磁性,X,射线造影剂,。,它是一种磁性液体,这种造影剂具有流动性好、覆盖力强等优点,.,当这种磁性液体进人体内后,在体内的流动与位置可由外部磁场来控制,.,当外部磁场改变时,磁性液体也随之发 生流动然后停留在体内的相应部位,在外部磁场的作用下,磁性液体几乎可以到达身体的任何部位,。如果要观察或检测体内的某一部位,只需改变外部磁场的极性即可实现。,21,磁式血压计,磁式血压计是根据当磁场的磁力线垂直地作用于血流时,产生微弱电动热的原理制成的。所以，用磁式血压计测量血管内血流 的流量时，只需将血压计的电极放在体表,测定体内血管微弱的电动势,即可得到血流量的情况。这种磁式血压计具有操作方便简单、无须手术将血管暴露等优点,在临床上,它可作为血管及血液流量发生异常的一种检测诊断工具。,22,生物磁学在医学诊断中的应用,磁处理技术在农业中的应用,生物电磁技术,23,应用磁场直接处理种子。磁场的类型有恒定磁场、变化磁场等。,利用水以一定的流速通过磁场切割磁力线,以获得磁水,用来浸种或农田灌溉。,应用磁场处理土壤使植物在超过地磁场的磁场中生长,如直接制成磁性肥料施加到土壤中或喷施在叶面上。,磁处理方法：,24,磁处理技术在农业中的应用,磁处理对作物种子萌发与幼苗生长的,影响,磁处理对作物种子生理生化的,影响,磁处理对作物生育期的,影响,磁处理对粮食产量的,影响,磁处理对作物抗逆生理的影响,25,磁处理对发芽率的,影响：,研究表明，,用,0.09 T,切割,1,2,次磁场处理的水浸种,小麦发芽率提高,58%,69,%,大豆,提高,38%,83%,水稻提高,34,%；,用磁感应强度为,0.3,、,0.5,、,0.7,和,0,.9 T,的,4,种磁场,分别处理黑籽菜豆种子,发芽率,均有显著提高。,磁处理种子与幼苗生长：,用,磁感应强度为,0.09 T,的磁化器处理得到,的磁化水,浸泡小麦、水稻、玉米和大豆种子,24 h,后,发现幼根长度显著增加,;,恒定磁场,0.20 T,处理玉米种子可显著地促进根系的生长,株高、茎粗、茎叶鲜重及叶面积,均有增加,。,26,磁处理技术在农业中的应用,磁处理对作物种子萌发与幼苗生长的,影响,磁处理对作物种子生理生化的,影响,磁处理对作物生育期的,影响,磁处理对粮食产量的,影响,磁处理对作物抗逆生理的影响,27,磁处理与酶的活性：,种子,内部的生理生化反应都是在特定酶的催化下进行的,酶活性高低,与种子的活力有较强的,相关性,。,用磁场和磁水处理过的种子，过氧化物酶及其同工酶的酶带数、酶带宽度和染色深度均高于对照,淀粉酶活性也比有提高。由于各种酶活力的增强,因而加快了各种生化反应速度,促进了萌发。,磁处理对呼吸强度的影响：,磁,处理可以提高种子萌发时的呼吸,强度，,用,0.05,、,0.10,、,0.15,和,0.20 T,的恒定磁场处理小麦种子,15 min,经磁场处理的种子呼吸强度均,比对照高。,呼吸强度的提高,为种子生命活动提供更多能量,同时为物质的生物合成提供大量的,中间产物,从而有利于种子,萌发,。,28,磁处理技术在农业中的应用,磁处理对作物种子萌发与幼苗生长的,影响,磁处理对作物种子生理生化的,影响,磁处理对作物生育期的,影响,磁处理对粮食产量的,影响,磁处理对作物抗逆生理的影响,29,用,磁水浇灌的洋葱、胡萝卜、豌豆、大豆、黄瓜等作物比普通水浇灌的长势好,开花期,和成熟期提前,1,3 d；,经,0.082 T,磁场处理后,大部分大豆,百粒,重和单株产量略有增加,.,生育期分别缩短,7,15 d,。,经,研究,发现，磁场,有助于种子发芽提前、成熟期缩短、开花数量及产量,增加,。,30,磁处理技术在农业中的应用,磁处理对作物种子萌发与幼苗生长的,影响,磁处理对作物种子生理生化的,影响,磁处理对作物生育期的,影响,磁处理对粮食产量的,影响,磁处理对作物抗逆生理的影响,31,引进,磁处理技术,结果表明,用磁场处理作物种子可使作物,产量增加,12%,左右,增产幅度一般为小麦,7%,12%,大豆,8,%,15%,玉米,12%,甜菜,17%,左右正浓等,；,以,大白菜、豆角,、番茄,、大豆为主共实验,14,个品种,试验及示范面积达到,500,多,hm2,增产幅度达到,15%,左右,。,32,磁处理技术在农业中的应用,磁处理对作物种子萌发与幼苗生长的,影响,磁处理对作物种子生理生化的,影响,磁处理对作物生育期的,影响,磁处理对粮食产量的,影响,磁处理对作物抗逆生理的影响,33,种子经磁场或磁水处理后，能明显增强其幼苗的的抗逆性。据研究表明，磁场能增加小麦幼苗的超氧化酶歧化酶（,SOD）,的活性，从而提高作物的抗寒性和抗病性；磁场处理也可以提高番茄对花叶病和早疫病的抗病力；,磁处理降低幼苗的蒸腾速度和气孔导度从而提高,幼苗保水力，表明磁,处理也可能对改善作物的抗旱性有些,作用。,34,生物电磁学正处于实验观察和数据积累阶段,还未形成基础理论甚至实验结果都存在疑问。今后在生物电磁学研究中应该注意,:(1),加强实验设计的合理性和研究方法的科学性,:,对实验的设计、方法的选择和条件的控制都要十分谨慎。,(2),深入广泛进行重大性疾病和流行病学研究,:,基于生物电磁学的复杂性,建议继续深入进行相关重大疾病和流行病学的研究,从宏观角度确认电磁效应对生物体的影响。,生物电磁学的总结与展望,35,(3),重视机理的研究,:,注重从物理学角度思考生物学问题。规范化实验模型的建立对机理研究的意义尤为重要,同时借鉴数学、物理、化学及生命科学等领域的新理论新方法。,(4),规范电磁的剂量学,:,电磁剂量学是生物学效应的研究基础,以往研究结果很分散的原因之一是实验中电磁辐射的计量不统一和不规范,以致不同研究者的实验结果缺少可比性。,(5),注重多学科交叉,:,生物电磁学涉及的内容十分广泛,要获得生物电磁学领域的实质性进展,生物医学、物理及工程等领域研究人员缺一不可。,36,谢谢观看,！,37,