生物体电磁兼容研究磁刺激对大鼠心电的影响

一、电磁场基本理论

正式发表的关于电的第一条定量定律是库仑定律(Coulomb， 1785 ) 0 1820 年奥斯特(Oersted，丹麦)发现通电的导线对磁针有作用力。毕奥一萨伐尔确定了这个力正比于电流强度，反比于导线与磁极的距离。与此同时安培(Ampere 把磁性归结为电流和电流的相互作用，提出安培定律。但安培被自己提出的超距作用的分子电流假说所迷惑，没能够发现电磁感应现象。这个对形成电磁场的概念致关重要的现象在1831 年被法拉第(Friday)发现。法拉第创建的力线和场的概念意味深长。麦克斯威(Maxwell，1865)在此基础上建立了电磁场的完整理论一一麦克斯威方程。

通过大量的电磁场运算，可得出电磁辐射下生物体某一点处的电磁场计算的经验公式。在运算过程中，避开了复杂的生物体自身原有电磁场的分析，但在运算过程中又考虑到了生物体在电磁波进入时的反射透射特性，所选用的磁导率，介电常数，电导率等参数都是在考虑生物体自身特性前提下得出的值。从理论上讲，只要电磁波和生物体的物理模型确定，生物体内部的任一点的新的电磁场强度就可以求出，生物体某处的新电场求出以后，再对其进行各项参数的分析归纳以得出电磁辐射对生物体的影响，如利用电磁场强度求出生物体吸收功率密度等等，为进一步深入研究电磁辐射对生物体的影响奠定了基础。

二、生物体电磁兼容实验

（一）关于电磁兼容

人在距离感压电缆太近时，会在停驻一段时间之后发生神经系统、免疫系统、内分泌系统、心血管系统、生殖系统等的一系列反应与变化。Sazonova T. Ye 在1971年报道，人在16kV/m 场强下停留30 分钟后，其行为会有所改变。Hanf R.等在 年连续报道，人在1kV/m， 15kV/m 及20kV/m 电场中短时间停留，可以出现反应变快、白细胞上升和一些激素的变化，但脑电图没有发现变化。后来又有人报道，12 个人在40}SOkV/m下停留3 分钟，发现脑电图的变化。

（二）兼容实验设计思想

试验的内容和目的：

1.设计磁刺激器刺激大鼠试验，分析试验结果得出几点规律。

2.简述心电产生基本原理，讨论磁刺激导致心电变化的原因，为研究磁刺激对生物的影响及治疗胸闷，心疼痛等疾病的机理提供理论基础。

（三）磁刺激的介绍

心脏磁刺激试验系统从功能上包括刺激信号发生、磁场激励、胜利信号采集、试验装置状态检测及相关的信号分析处理功能模块。刺激型号发生器产生包括正弦波、方波、脉冲波、等刺激信号，本试验采用脉冲波，送入由功率放大器与线圈构成的磁场激励部分，产生所需的磁刺激激励。同时由生理信号采集、试验装置状态监测部分对试验对象的ECG 及加载在线圈上的电压、通过线圈的电流及试验点的磁场强度进行监测，并由相关的数据分析软件对数据进行分析处理。见图1。

图1 心脏磁刺激试验系统的结构

（四）提起布置以及实验过程介绍

实验温度为20 摄氏度。实验准备过程中，先把大白鼠麻醉，放到特定的箱子里。然后把针电极固定到它的两条前足和一条后足的皮下以观测心电。然后，把电极连接到与信号分析机相连的功率放大器上。实验开始前记录几组正常心电图之后，打开场源开关，准备实验。其中实验所需要的材料清单见表1.

表1材料 规格参数场源线圈 MC-B70 方型形线圈内尺寸15X 15mm、外尺寸20 X 20mm大白鼠 约280g针电极 3 个功率放大器 一个，电压增益为1000 倍信号分析机 一台

实验过程中让线圈靠近大白鼠。磁场强度分梯次增加，同时，对应每一个磁场强度选择几个特定的频率进行实验。每一次实验全过程记录大鼠心电图。每一次实验开始时保证大白鼠心电恢复到正常心电状态。

1.无刺激的时候

无刺激的时候，心电图比较平缓。大鼠的心电反应良好，心电幅数值约为0.4mV.

2.刺激中

刺激中，大鼠的心电图有明显变化。分别采用了几种积极形式的。A. 5Hz、A. 5Hz、A. 0.2Hz、A. 5Hz。

当脉冲刺激进行时，在脉冲作用的瞬间，大白鼠心电被外界磁刺激激励，出现极强的电信号。在脉冲刺激进行过程中，当频率都是5Hz，线圈电流分别为A， A， A 时，大鼠的心电幅值分别约为0.8mV，2mV， 4.5mV，同时也观察了刺激频率在20Hz和0.2Hz 时的情况，发现频率一定时心电幅值随着线圈电流的增大而增大。在脉冲刺激进行过程中，刺激强度一定频率改变时，刺激对大鼠心电幅度没有影响。综上所述，刺激正在进行时，刺激强度是影响大鼠心电幅值的重要因素。

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