第七章__生物组织的电磁学性质和应用幻灯片.pptVIP

生物组织的电磁学性质和应用 孙 剑 飞 sunzaghi@seu.edu.cn 什么是生物医学工程 生物医学工程（Biomedical Engineering, BME）是运用自然科学和工程技术的原理和方法，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，并从工程角度解决防病治病问题的一门综合性高技术学科。 生物组织的电学性质 生物组织的基本单元是细胞 可兴奋的细胞（神经、肌肉）有电活动 大量的细胞是不可兴奋细胞 产生原因是细胞膜对钠、钾离子通透性随时间变化（静息电位、动作电位） ε、σ、ρ 生物电阻抗 生物膜 细胞被看为一个球形电容 一般情况下不考虑细胞的电感作用 生命物质的介电特性 ECG理论 心脏电活动近似为一个随时间变化的向量 心脏是一个电偶极子 电场随心跳周期变化，从心房到心室或从起搏点到心肌 Einthoven三角 向量的构成 即具有强度，又具有方向性的电位幅度称为心电向量 至少需要两个已知向量才能组成心偶极子向量 三肢体导联 VI：RA-〉LA VII：RA-〉LL VIII：LA-〉LL 磁共振及其应用 细 胞 电 泳 缓冲液的离子强度： 离子强度影响颗粒的电动电势。 溶液的离子强度越高，电动电势越小，则电泳速 度越慢，反之，则越快。 离子强度过低，溶液的缓冲能力减弱，不易维持所需pH值，反而会影响颗粒带电荷状态影响电泳。 电渗现象 液体在电场中对于一个固体支持物的相对移动，称为电渗现象。 例如，在纸电泳时，由于纸上带有负电荷，而与纸接触的水溶液因为静电感应带有正电荷，在电场的作用下溶液便向负极移动并带动着质点向负极移动。 假如这时进行电泳，则质点移动的表面速度是质点移动速度和由于溶液移动而产生的电渗速度的加和。 按其支持物的物理性状不同可分为： (1)滤纸及其它纤维电泳：如玻璃纤维膜、乙酸纤维膜、聚胺纤维薄膜。 (2)凝胶电泳：如琼脂、聚丙烯酰胺凝胶、淀粉凝胶电泳。 (3)粉末电泳：如纤维素粉、淀粉、玻璃粉电泳。 (4)线丝电泳：如尼龙丝、人造丝电泳。 按支持物的装置形式不同，区带电泳可分为： (1)平板式电泳：支持物水平放置，是最常用的电泳方式。 (2)垂直板式电泳：如聚丙烯酰胺凝胶可做成垂直板式电泳。 (3)垂直柱式电泳：如聚丙烯酰胺凝胶盘状电泳。 按pH的连续性不同，区带电泳可分为： (1) 连续pH电泳：即整个电泳过程pH保持不变，如 常用的纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳 (2) 非连续pH电泳：缓冲液和电泳支持物间有不同 的pH的电泳，如聚丙烯酰胺凝胶盘 状电泳，等电聚焦电泳等。 电 泳 的 应 用 5 基于主成分的脑电相位谱 把主成分分析（PCA）视为一种正交投影，则所有主 成分则是所投影的正交空间中的向量。假设把一维脑电时 间序列看成是由多个变量共同产生的结果，这符合脑电产 生的生物物理过程，即脑电是大量脑神经元群电活动的集 中表现。 由于各主成分彼此不相关，因此所有主成分向量构成一个多维的正交空间，使得我们可以在此正交空间来观察脑电信号的相位变换。 许多人都知道，家里养的鸽子可以从离家几十、几百甚至上千公里的地方飞回家里；燕子等候鸟每年都在春秋两季分别从南方飞回北京，又从北方飞到南方；一些海龟从栖息的海湾游出几百几千公里后又能回到原来的栖息处。它们是如何辨别方向的？尤其是在茫茫的海洋上。难道它们也像人类航海时一样使用指南针吗？大量的和长期的观察研究表明，这些生物从原居处远行后再回到原居处，的确是与地球磁场有关的，或者可能有关的。我们来看看一些观察研究的情况。 曾将两组鸽子分别绑上强磁性的永磁铁块和弱磁性的铜块，在远离鸽巢放飞后，绑有铜块的鸽子全部都飞回鸽巢，但大部分绑有永磁铁的鸽子却迷失方向而未返回鸽巢。这表明永磁铁的磁场干扰，使鸽子不能识别地球磁场。又曾将一组鸽子放置在鸽巢和与鸽巢的地球磁场相同的地磁共轭点(距鸽巢数千公里)之间的中点处，放飞后这些鸽子大约有一半飞回原来的鸽巢，其余的鸽子却飞到鸽巢的地球磁场共轭点处了。这表明鸽子是依靠地球磁场来识别鸽巢的。进一步观察研究发现鸽子头部含有少量的强磁性物质四氧化三铁(Fe3O4)。我国古代的司南指南器就是利用天然磁铁矿石制造的，其主要成分也是Fe3O4。但是鸽子是否是利用其头部的Fe3O4导航(识别地球磁场方向)？又是如何利用Fe3O4导航的？这些都是需要进一步研究的问题。 对出生在美国东南海岸的一种海