Tài liệu điện từ sinh học

Điện từ sinh học Biên tập bởi: ĐH Bách Khoa Y Sinh K50 Điện từ sinh học Biên tập bởi: ĐH Bách Khoa Y Sinh K50 Các tác giả: ĐH Bách Khoa Y Sinh K50 Phiên bản trực tuyến: http://voer.edu.vn/c/2de643de MỤC LỤC 1. Giới thiệu chung 1.1. Giới thiệu chung về điện từ sinh học 1.2. Lược sử về điện từ sinh học 1.3. Giải Nobel về điện từ sinh học 2. Tế bào thần kinh và tế bào cơ 2.1. Tế bào thần kinh và tế bào cơ 3. Hiện tượng màng tế bào 3.1. Giới thiệu chung về hiện tượng màng tế bào 3.2. Cân bằng NERNST 3.3. Nguồn gốc của điện thế nghỉ 3.4. Màng tế bào khi cho thấm qua nhiều loại ion 3.5. Dòng ion qua màng 3.6. Phương trình cáp của sợi trục 3.7. Mối liên hệ giữa thời gian và độ bền 4. Phản ứng tích cực của màng tế bào 4.1. Giới thiệu về Phản ứng tích cực của màng tế bào 4.2. Phương pháp kẹp điện áp 4.3. MÔ HÌNH MÀNG TẾ BÀO HODGKIN-HUXLEY 4.3.1. Giới thiệu về mô hình màng tế bào Hodgkin-Huxley 4.3.2. Dòng điện màng tổng hợp và các thành phần của nó 4.3.3. Độ dẫn Kali 4.3.4. Độ dẫn Natri 4.3.5. Công thức Hodgkin-Huxley 4.3.6. Truyền xung thần kinh 4.4. Phương pháp kẹp miếng 4.5. Quan điểm hiện đại về các kênh ion 5. Synapse, tế bào thu nhận và não 5.1. Khớp thần kinh 5.2. Receptor của tế bào 5.3. Giải phẫu và sinh lý não 5.4. Thần kinh sọ 6. Tim 6.1. Tim 1/518 7. Nguồn khối và bộ dẫn khối 7.1. Nguồn khối và bộ dẫn khối 8. Mô hình nguồn trường 8.1. Mô hình nguồn trường 9. Mô hình lưỡng miền của các bộ dẫn khối đa tế bào 9.1. Mô hình lưỡng miền của các bộ dẫn khối đa tế bào 10. Mô hình Nơ ron điện tử 10.1. Giới thiệu chung về mô hình Nơ-ron điện tử 10.2. Phân loại các loại nơ ron 10.3. Các mô hình mô tả hàm biểu diễn của màng tế bào 10.4. Các mô hình mô tả tế bào là một đơn vị độc lập 11. Các phương pháp lý thuyết để phân tích nguồn khối và bộ dẫn khối 11.1. Các phương pháp lý thuyết để phân tích nguồn khối và bộ dẫn khối 12. Lý thuyết của các phép đo từ sinh học 13. Điện não đồ 13.1. Điện não đồ 14. Từ não đồ 15. Các hệ thống đạo trình tâm đồ véc tơ 15.1. Giới thiệu về các hệ thống đạo trình tâm đồ vector 15.2. Các hệ thống đạo trình tâm đồ véc tơ chưa hiệu chỉnh 15.3. Các hệ thống đạo trình tâm đồ véc tơ đã hiệu chỉnh 15.4. Thảo luận về ghi vecto điện tim đồ các đạo trình 16. Các hệ thống điện tâm đồ khác 16.1. Các hệ thống điện tâm đồ khác 17. Các hệ số méo trong điện tâm đồ 17.1. Các hệ số méo trong điện tâm đồ 18. Cơ bản của điện tâm đồ chẩn đoán 18.1. Nguyên tắc của chuẩn đoán EEG 18.2. Các lĩnh vực ứng dụng của chuẩn đoán EEG 18.3. Định nghĩa trục điện của tim và chuẩn đoán nhịp tim 18.4. Rối loạn kích hoạt trong chuỗi 18.5. Nguyên nhân một số bệnh ở tim 19. Từ tâm đồ 19.1. Từ tâm đồ và các phương pháp cơ bản trong từ tâm đồ 19.2. Phương pháp xác định vector từ tim 19.3. Phân bố độ nhạy của các đạo trình MCG cơ bản 2/518 19.4. Sự hình thành tín hiệu mcg trong quá trình hoạt động điện của tim 19.5. Mối quan hệ ECG-MCG 19.6. Ứng dụng lâm sàng của từ tâm đồ 20. Kích thích điện từ của mô thần kinh 20.1. Mô phỏng sự kích thích của sợi myelin hóa 20.2. Giao diện mô-điện cực 20.3. Kích thích từ của mô thần kinh 21. Tạo nhịp tim 21.1. Tạo nhịp tim 22. Khử rung tim 22.1. Sự rung của tim 22.2. Các học thuyết về khử rung tim 23. Phép đo biến đổi thể tích dựa trên trở kháng 23.1. Cơ sở điện sinh học của phương pháp xác định thể tích bàng cách đo trở kháng 23.2. Trở kháng tâm đồ 23.3. Nguồn gốc tín hiệu trở kháng trong điện tâm đồ 23.4. Những ứng dụng khác trong phương pháp áp dụng thể tích 24. Cắt lớp trở kháng 24.1. Cắt lớp trở kháng 25. Đáp ứng điện da 25.1. Đáp ứng điện da Tham gia đóng góp 3/518 Giới thiệu chung Giới thiệu chung về điện từ sinh học Khái niệm về điện từ sinh học Điện từ sinh học là môn học xem xét về các hiện tượng điện, điện từ, từ được phát sinh ở các mô sinh học. Các hiện tượng này bao gồm : • Các trạng thái của mô bị kích thích(các nguồn) • Các dòng điện và điện thế trong vật dẫn khối • Từ trường bên trong và bên ngoài cơ thể • Các phản ứng của các tế bào khi bị điện trường và từ trường kích thích • Các đặc tính bản chất của mô Việc phân biệt khái niệm điện từ sinh học từ khái niệm của điện tử y tế là rất quan trọng, bao gồm hiện tượng điện sinh học, điện từ sinh học, từ sinh học và hệ thống các phương pháp đo lường và kích thích, trong khi điện tử y tế đề cập đến những thiết bị thực tế được sử dụng cho những mục đích đó. Theo như định nghĩa thì điện từ sinh học bao hàm nhiều ngành học bởi vì nó liên quan đến sự kết hợp của khoa học đời sống với khoa học vật chất và kỹ thuật. Do vậy chúng ta đặc biệt quan tâm đến những môn học mà kết hợp vật lý và kỹ thuật với sinh học và với y tế. Những môn học đó được định nghĩa ngắn gọn như sau: • Lý sinh : Là môn khoa học mà liên quan đến việc giải quyết những vấn đề sinh học bằng các khái niệm của vật lý • Sinh kỹ thuật : Việc áp dụng các kỹ thuật để phát triển các thiết bị chăm sóc sức khỏe, phân tích hệ thống sinh học, và sản xuất các sản phẩm dựa trên những tiến bộ trong công nghệ này. Thuật ngữ này cũng thường bao hàm cả kỹ thuật y sinh và kỹ thuật sinh hóa(công nghệ sinh học). • Công nghệ sinh học : nghiên cứu về công nghệ xử lý vi sinh. Các lĩnh vực ứng dụng chính của công nghệ sinh học là sản xuất nông nghiệp, thực phẩm và dược phẩm. • Điện tử y tế : một bộ phận của kỹ thuật y sinh kiên quan đến các thiết bị điện tử và các phương pháp trong lĩnh vực y tế. • Vật lý y tế : môn khoa học dựa vào các vấn đề vật lý trong y tế lâm sàng. • Kỹ thuật y sinh : một môn học kỹ thuật liên quan đến việc áp dụng khoa học và công nghệ (thiết bị và phương pháp) vào sinh học và y tế. 4/518 Môi trường đa ngành học bao được công nhận hiện nay bao gồm lĩnh vực vật lý với kỹ thuật với y tế và sinh học BEN=bioengineering, (Sinh kỹ thuật) BPH=biophysics, (Lý sinh) BEM=bioelectromagnetism, (Điện từ sinh học) MPH=medical physics, (Vật lý y tế) MEN=medical engineering, (Kỹ thuật y tế) MEL = medical electronics. (Điện tử y tế) Hình trên minh họa mối quan hệ giữa các môn học. Nguồn gốc phối hợp là nhiều môn khoa học lý thuyết, chẳng hạn như sinh học và vật lý. Là một trong những bước chuyển khỏi nguồn gốc, các môn khoa học ngày càng trở nên được áp dụng nhiều hơn. Kết hợp với cặp hai môn khoa học từ lĩnh vực kĩ thuật và y tế thành ngành học đa ngành như là kĩ thuật y tế. Nó phải được hiểu là môn học thực sự đa chiều, và vì vậy nội dung hai chiều của nó chỉ mang tính chất gợi ý. Phân loại điện từ sinh học Phân chia theo cơ sở lý thuyết Môn học về điện từ sinh học có thể được chia nhỏ theo những cách khác nhau. Một trong các cách phân loại phân chia theo cơ sở lý thuyết căn cứ theo hai định luật : cân 5/518 bằng Maxwell (kết nối điện từ) và định luật về tính tương hỗ. Triết lý này được minh họa ở hình 1.2 và được thảo luận chi tiết hơn ở dưới đây. Cân bằng Maxwell Môn học điện từ sinh học có thể được chia nhỏ theo nhiều cách. Một trong những cách đó là dựa vào định luật cân bằng Maxwell (mối quan hệ điện từ), đó là mối quan hệ giữa điện trường và từ trường biến thiên theo thời gian, như vậy là khi có điện trường sinh học thì cũng sẽ có từ trường sinh học và ngược lại. Dựa vào đó, khi ta nói đến hiện tượng điện, điện từ hay từ, thì điện từ sinh học có thể chia theo một chiều khái niệm (chiều ngang trên hình 1.2) ra làm 3, đặt tên là • Điện sinh học • Điện từ sinh học • Từ sinh học Khái niệm (B) trong lịch sử đã được gọi là “từ sinh học” mà không may mắn có thể bị lẫn lộn với khái niệm (C). Vì vậy, trong quyển sách này, khái niệm (B) chúng ta cũng sử dụng tên quy ước “từ sinh học” nhưng, khi thích hợp, chúng tôi nhấn mạnh thuật ngữ chính xác hơn là “điện từ sinh học”. (Người đọc có kinh nghiệm trong lý thuyết điện từ sẽ chú ý một bộ phận nhỏ hợp lý thứ 4 : đo lường điện trường cảm ứng sinh ra bởi từ trường biến thiên phát sinh từ vật liệu từ trong mô. Bởi vì điện trường này không dễ dàng phát hiện được và không có một giá trị nào được biết cả, chúng tôi đã bỏ qua nó từ các cuộc thảo luận trước). Tính tương hỗ Do định luật về tính tương hỗ, sự phân bố độ nhạy trong việc phát hiện tín hiệu điện sinh học, phân bố năng lượng trong kích thích điện, và phân bố độ nhạy của điện kháng đo được là như nhau. ĐIều đó cũng đúng với phương pháp điện từ sinh học và từ sinh học tương ứng. Tùy thuộc vào việc chúng ta có thảo luận về việc đo các trường, sự kích thích/sự nhiễm từ, hay đo các đặc tính bản chất của mô hay không, điện từ sinh học có thể chia trong khuôn khổ này (chiều dọc hình 1.2) như sau: • Đo một điện trường hoặc một từ trường từ một nguồn điện sinh học hoặc (một từ trường từ) vật liệu từ • Kích thích điện với một điện trường hoặc một từ trường hay sự nhiễm từ của vật liệu (với từ trường) • Đo các đặc tính điện hoặc từ bản chất của mô. 6/518 Cơ cấu tổ chức của điện từ sinh học chia thành các phân vùng. Đầu tiên phân chia theo chiều ngang thành : (A) Điện sinh học (B) Điện từ sinh học (Từ sinh học ) (C) Từ sinh học Sau đó chia theo chiều dọc thành : (I) Đo lường các trường (II) Kích thích và nhiễm từ và, (III) Đo lường các đặc tính điện và từ bản chất của mô. Mô tả các phân vùng Phân loại được minh họa ở hình 1.2 đã nói ở trên và một mô tả chi tiết các yếu tố của nó được nêu ra ở phần này. (I) Đo một điện trường hoặc một từ trường đề cập , chủ yếu, tới tín hiệu điện hặc tín hiệu từ sinh ra bởi hoạt động của mô sống. Trong phân vùng này của điện từ sinh học, các mô hoạt động sinh ra năng lượng điện từ, từ đó đo được điện hoặc từ bên trong hoặc bên ngoài cơ thể mà nguồn nằm ở đó. Phân vùng này bao gồm cả từ trường sinh ra bởi vật liệu từ của mô. Ví dụ về các trường này trong ba phân vùng ngang được thể hiện ở bảng 1.1 7/518 Đo lường các trường (II) Kích thích điện với một điện trường hoặc từ trường hay sự nhiễm từ của vật liệu bao gồm hiệu ứng của điện trường hoặc từ trường cung cấp cho mô. Trong phân vùng này của điện từ sinh học, năng lượng điện hoặc từ sinh ra bởi một thiết bị điện tử bên ngoài mô sinh học. Khi năng lượng điện hoặc từ được cung cấp tới mô dễ bị kích thích để kích hoạt nó, nó được gọi là kích thích điện hoặc kích thích từ, tương ứng. Khi năng lượng từ được cung cấp cho mô bao gồm vật liệu sắt từ, vật liệu sẽ bị nhiễm từ. (Để chính xác, một cơ thể người được tích điện tới một điện thế cao. Kiểu thí nghiệm này, được gọi là sự nhiễm điện, đã được thực hiện trong suốt thời gian pháy triển sớm của điện sinh học nhưng giá trị của nó chỉ là trong giải trí). Tương tự với đặc tính màng tế bào không tuyến tính có thể được định nghĩa với cả tác nhân kích thích dưới hạn và quá hạn. Năng lượng điện hoặc từ dưới hạn có thể được cung cấp cho các mục đích điều trị khác, được gọi là liệu pháp điện hoặc liệu pháp từ. Ví dụ của phân vùng thứ hai của điện từ sinh học, cũng được gọi là điện sinh học và từ sinh học, tương ứng, được thể hiện trong bảng 1.2. 8/518 [...]... môn học điện từ sinh học, mà sẽ được khuếch đại sau 10/518 Tiếp cận lý thuyết trường đạo trình để mô tả các phân vùng của điện từ sinh học trong việc phát hiện tín hiệu điện sinh học, phân bố năng lượng trong kích thích điện, và phân bố của độ nhạy đo của điện kháng là như nhau, do định luật tương hỗ Điều đó cũng đúng cho phương pháp điện sinh học và điện từ sinh học, tương ứng Cân bằng Maxwel nối điện. .. tín hiệu điện sinh học và từ sinh học là nhỏ đến đáng ngạc nhiên : Trong phép đo tín hiệu điện sinh học đầu tiên, Matteucci (1838) đã sử dụng một kim nhiễm từ như một thiết bị dò ( Tất nhiên, trường điện sinh học là quá thấp để có thể làm chệch hướng kim của một tĩnh điện kế) Trường từ sinh học, sinh ra bởi dòng điện sinh học chảy trong chân của con ếch, quá nhỏ để làm lệch chiều của kim nhiễm từ Vì vậy... là điện sinh học hay từ sinh học Phần VIII tập trung vào phân vùng III của điện từ sinh học – đó là phép đo các đặc tính điện bản chất của mô sinh học Chương 25 và 26 kiểm tra phép đo và sự tạo ảnh của trở kháng mô Và chương 27 là đo lường phản ứng điện da Trong phần IX, chương 28 giới thiệu tới người đọc tín hiệu điện không phải sinh ra ở mô hưng phấn : điện nhãn đồ (EOG) và điện đồ võng mạc (ERG) Điện. .. hiệu điện sinh học và từ sinh học đầu tiên có thể được phân biệt dựa trên cơ sở có vòng sơ cấp của việc biến dòng điện thành từ trường chiếm chỗ bên ngoài hay bên trong cơ thể, tương ứng Từ phát minh của tĩnh điện kế mao dẫn bởi G J Lippman (1873) và đặc biệt sau phát minh của khuếch đại điện tử, đo lường điện không trực tiếp sử dụng từ trường cảm ứng, và vì vậy kỹ thuật đo điện sinh học và từ sinh học. .. Maxwell đã kết nối điện trường và từ trường biến thiên theo thời gian, vì vậy khi có một điện trường sinh học thì cũng có một từ trường sinh học và ngược lại Kết nối điện từ này là định luật thống nhất ba phần A,B, và C của điện từ sinh học theo chiều ngang của hình 1.2 Như đã lưu ý ở đầu phần này, phân bố độ nhạy trong việc dò tín hiệu điện sinh học, phân bố năng lượng của kích thích điện, và phân bố... IV-IX) khảo sát các ứng dụng lâm sàng Vì lý do này, điện từ sinh học lần đầu tiên được chia trên một cơ sở giải phẫu thành điện sinh học và (điện) từ sinh học hợp thành để chỉ ra tính tương đương giữa chúng Phần IV mô tả các phép đo từ của nguồn điện sinh học của tế bào thần kinh, và phần V là của tim Phần VI, chương 21 và 21 mô tả kích thích điện và từ của tế bào thần kinh và phần VII, chương 23 và 24,... hỏi đo điện trường từ vật liệu từ, từ háo vật liệu, và đo từ cảm Người đọc quan tâm đến chủ đề này nên xem Maniewski et al (1988) và các nguồn khác Tại thời điểm hiện nay, quan tâm tới chủ đề C bị hạn chế Sự quan trọng của điện từ sinh học Tại sao chúng ta nên xem xét các nghiên cứu về hiện tượng điện và từ trong các mô sống như là một môn học độc lập? Nguyên nhân chính là hiện tượng điện sinh học của...Sự kích thích và sự nhiễm từ (III) Đo lường đặc tính điện hoặc từ bản chất của mô là được bao gồm trong phân vùng thứ 3 của điện từ sinh học Như trong phân vùng thứ II, năng lượng điện hoặc từ được sinh ra bởi một thiết bị điện từ bên ngoài mô sinh học và được cung cấp cho nó Tuy nhiên, khi năng lượng là dưới ngưỡng, đặc tính điện hoặc từ (bản chất) trước đó của mô có thể thu được... ứng Cân bằng Maxwel nối điện trường và từ trường biến đổi theo thời gian lại cùng nhau vì vậy khi có điện trường sinh học thì cũng có từ trường sinh học, và ngược lại 11/518 Phân loại theo giải phẫu Điện từ sinh học có thể phân loại theo đường giải phẫu Việc phân chia này đặc biệt thích hợp một khi thảo luận đến ứng dụng lâm sàng Trong trường hợp này, điện từ sinh học có thể được chia nhỏ ra phụ thuộc... dụng từ sinh học đang được phát triển một cách nhanh chóng, trong tương lai, sẽ bổ sung các phương pháp điện sinh học trong chẩn đoán và điều trị y tế Những ví dụ đó minh họa cho việc điện từ sinh học là một phần quan trọng của cuộc sống hằng ngày của chúng ta Dùng điện từ sinh học có thể nghiên cứu các trạng thái của mô sống ở cả hai cấp độ tế bào và cơ quan Hơn nữa những thành tựu mới nhất của khoa học . chung Giới thiệu chung về điện từ sinh học Khái niệm về điện từ sinh học Điện từ sinh học là môn học xem xét về các hiện tượng điện, điện từ, từ được phát sinh ở các mô sinh học. Các hiện tượng này. hiện tượng điện, điện từ hay từ, thì điện từ sinh học có thể chia theo một chiều khái niệm (chiều ngang trên hình 1.2) ra làm 3, đặt tên là • Điện sinh học • Điện từ sinh học • Từ sinh học Khái. mô. 6/518 Cơ cấu tổ chức của điện từ sinh học chia thành các phân vùng. Đầu tiên phân chia theo chiều ngang thành : (A) Điện sinh học (B) Điện từ sinh học (Từ sinh học ) (C) Từ sinh học Sau đó chia theo