từ trường trong sinh học

Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC GVGD: Huỳnh Quang Linh SVTH: Trần Văn Hải Trần Duy Hoàng Hùng Ngô Thông Tân TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Mục lục I II III IV Sơ lược từ trường Khái niệm Một số yếu tố từ trường Tác động từ trường lên thể sống ứng dụng y học Các tác động từ trường sinh học Khái niệm từ sinh học Các hiệu ứng từ trường lên thể người Ảnh hưởng từ trường lên quan Ứng dụng y học Chẩn đoán hình ảnh Kỹ thuật tách từ sinh học Các ứng dụng hạt nano từ Phương pháp từ não đồ (MEG) Vật lý trị liệu Một số ứng dụng khác Tài liệu tham khảo 2 5 15 16 22 29 31 32 Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC I Sơ lược từ trường Khái niệm Từ trường môi trường vật chất đặc biệt sinh quanh điện tích chuyển động biến thiên điện trường có nguồn gốc từ momen lưỡng cực từ Mỗi điểm từ trường miêu tả đại lượng toán học thông qua hướng độ lớn mà từ trường miêu tả trường vector Phương trình lực Lorenz: Trong đó: Cách xác định chiều lực Lorenz:  Áp dụng qui tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều vector vận tốc hạt Khi ngón tay duỗi vuông góc chiều lực Lorenz hạt mang điện dương chiều ngược lại hạt mang điện âm Hình : Qui tắc bàn tay trái Một số yếu tố từ trường  Độ từ hóa.(M) Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Là đại lượng xác định tổng moment từ nguyên tử đơn vị thể tích vật từ  Độ từ cảm.( ) Đặc trưng cho khả từ hóa vật liệu, hay khả phản ứng chất tác dụng từ trường Độ từ cảm thể mối quan hệ độ từ hóa từ trường  Độ tử thẩm.(µ) Đặc trưng cho tính thấm từ trường vào vật liệu hay khả phản ứng vật liệu từ trường Mối quan hệ độ từ thầm độ từ cảm:  Từ hóa Là trình thay đổi tính chất vật chất tác dụng từ trường Bản chất thay đổi moment từ nguyên tử  Từ trễ Là tượng bất thuận nghịch trình từ hóa đảo từ vật liệu sắt từ khả giữ lại từ tính vật liệu sắt từ Hình 2: Đường cong từ trễ Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC  Từ giảo Là tượng thay đổi hình dạng kích thước vật liệu ( thường sắt từ) tác động từ trường Bản chất tượng từ giảo tương tác spin quỹ đạo điện tử Hiện tượng xảy đám mây điện tử dạng đối xứng cầu có tương tác spin quỹ đạo mạnh Hiện tượng từ giảo phụ thuộc phương từ trường, vector độ từ hóa hướng tinh thể  Lực kháng từ Là giá trị từ trường ngược cần đặt vào để triệt tiêu độ từ hóa (M= 0)  Nhiệt độ Curie, Neel Nhiệt độ Curie nhiệt độ chuyển pha vật liệu sắt từ sắt điện Nó nhiệt độ chuyển pha chất sắt từ - thuận từ Nhiệt độ Neel nhiệt độ chuyển pha phản sắt từ - thuận từ Tác động từ trường lên thể sống ứng dụng y học a) Hiệu ứng từ nhiệt: Là tượng nhiệt động học từ tính, thay đổi nhiệt độ (bị đốt nóng hay làm lạnh) vật liệu từ trình từ hóa khử từ Hiệu ứng từ nhiệt thực chất chuyển hóa lượng từ - nhiệt vật liệu từ Các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn nhiệt độ thấp cho kỹ thuật tạo nhiệt độ thấp cỡ miliKelvin hay microKelvin Các vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn xung quanh nhiệt độ phòng (hoặc cao hơn) để sử dụng máy lạnh thay cho máy lạnh truyền thống b) Hiệu ứng Hall: Khi áp dụng từ trường vuông góc lên làm kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) có dòng điện chạy qua Lúc ta nhận hiệu điện (hiệu Hall) sinh hai mặt đối diện Hall Tỷ số hiệu Hall dòng điện chạy qua Hall gọi điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên Hall Hiệu ứng gọi hiệu ứng Hall c) Hiệu ứng Hopkinson Là tượng bão hòa từ từ trường thấp vật liệu sắt từ gần nhiệt độ Curie trình quay thuận nghịch Hiệu ứng Hopkinson xảy vật liệu sắt từ có tồn dị hướng từ tinh thể Hiệu ứng Hopkinson định nghĩa khác Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC hiệu ứng mà độ từ thẩm chất sắt từ đạt cực đại gần nhiệt độ Curie Dùng để xác định đặc tính vật liệu sắt từ Hiệu ứng Hopkinson chứng khẳng định tồn dị hướng từ tinh thể, xác định tính chất chuyển pha , tính chất định hướng vật liệu, hệ đơn domen, đa domen xác định nhiệt độ Curie d) Một vài ứng dụng y học Chẩn đoán hình ảnh Kỹ thuật tách từ sinh học Các ứng dụng hạt nano từ Phương pháp từ não đồ (MEG) Vật lý trị liệu II Các tác động từ trường sinh học Khái niệm từ sinh học [1] Là môn học mà xem xét tượng điện , điện từ, từ phát sinh mô sinh học Những tượng bao gồm: o Phản ứng mô bị kích thích o Dòng điện điện vật dẫn o Từ trường vượt thể o Phản ứng tế bào dễ bị tác động bị kích thích điện trường từ trường o Các tính chất điện từ nội mô Các hiệu ứng từ trường lên thể người [2]  >10T Hiệu ứng từ thủy động: Tương tác Lorentz dòng cảm ứng với từ trường =>lực cản trở dòng chảy  1- 10T Hiệu ứng từ định hướng: Các đại phân tử định hướng lại tác dụng từ trường  0,1-1T Hiệu ứng tinh thể lỏng: Bình thường domen hoàn toàn hỗn loạn, có từ trường, domen xếp lại hướng thay đổi cấu trúc tinh thể lỏng =>ảnh hưởng dòng vận chuyển chất, lượng, thông tin qua màng sinh học  thay đổi động học phản ứng hóa sinh thể Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Ảnh hưởng từ trường lên quan  Hệ tuần hoàn: Tái tạo mách máu: Kích thích sinh tổng hợp AND, hình thành cấu trúc tương tự mao mạch thời gian vài ngày Gây hiệu ứng sắt từ, tăng tốc dòng chảy: Tác động lên phân tử Hb Từ trường làm cho độ từ thẩm Hb tăng làm ma sát bị giảm xuống nguyên moment từ tương tác đẩy làm giảm ma sát=> giảm độ nhớt Điều làm tăng vi tuần hoàn, giảm nguy nghẽn mạch sau chấn thương Tác động xảy tích cực nơi máu chảy chậm nồng độ ôxy cao (như động mạch chủ) Hiệu ứng giãn mạch: Tác dụng ảnh hưởng hệ đông máu cục máu đông, cải thiện mức độ nuôi dưỡng vùng bị thương tổn  Hệ miễn dịch: Điện từ trường xung thích hợp làm tăng hoạt tính thực bào, thể số: % bạch cầu thực bào, số hạt trung bình bạch cầu thực bào Thống kê 10 năm viện Odessa liên bang Nga 920 bệnh nhân hở xương khớp có mủ điều trị từ trường cho thấy: so với phác đồ kinh điển tỷ lệ tàn phế biến chứng nhiễm trùng giảm lần  Hệ thần kinh: Ở người có quan tương tự, tuyến tùng, bị từ trường tác động làm thay đổi tâm sinh lý thể, bao gồm khả dị thường ngoại cảm, liên lạc từ xa, dùng ý chí di chuyển đồ vật,…  Xương: Kích thích giai đoạn trình hình thành can xương sau gãy: o Bùng nổ tăng trưởng quần thể tế bào vị trí gãy, tăng tổng hợp AND phân chia tế bào o Tăng tổng hợp chất xương o Canxi hóa tổ chức sụn sợi can non (quan trọng nhất) o Tân tạo mạch máu xâm nhập mạch máu vào sụn sợi  Vận chuyển chất qua màng Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Do cấu trúc tinh thể lỏng, hạt màng có liên hệ bên với mạng lưới vi sợi màng-> nhạy cảm với Ca++ Trường điện từ kích thích hệ thụ cảm -> biến dạng liên kết Ca++ với glycoprotein dọc mặt màng -> khuếch đại kích thích yếu ban đầu thành thăng giáng lớn dòng Ca++ qua màng > trở thành tín hiệu liên bào Nếu tín hiệu phù hợp với tín hiệu truyền qua bình thường có tác dụng dương tính đến mức cấu trúc tế bào III Ứng dụng y học Chẩn đoán hình ảnh chụp cộng hưởng từ RI a) Khái niệm Chụp cộng hưởng từ hay MRI (Magnetic Resonance Imaging) kỹ thuật chẩn đoán y khoa tạo hình ảnh giải phẫu thể nhờ sử dụng từ trường sóng radio, dựa nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân hai nhà khoa học Felix Block Edward Puroel phát vào năm 1946 Chụp MRI phương pháp đưa thể vào vùng từ trường cực mạnh hoạt động theo chiều định, tất nguyên tử phân tử nước thể chuyển động tự theo nhiều chiều tác động từ trường có định hướng hệ thống MRI thay đổi chiều chuyển động theo hướng định Sau hệ thống thu tín hiệu bắt chiều chuyển động nguyên tử để truyền hệ thống vi tính xử lý tín hiệu tạo hình ảnh Khi thể khỏi vùng từ trường nguyên tử phân tử nước lại trở lại trạng thái bình thường Cộng hưởng từ MIR cho hình ảnh chất lượng cao có độ phân giải & độ tương phản tốt, giúp Bác sỹ đánh giá chi tiết phần thể chẩn đóan bệnh lý xác tốt so với kỹ thuật hình ảnh khác Siêu âm, X quang CT Ứng dụng cộng hưởng từ: Cộng hưởng từ giúp chẩn đoán bệnh lý : vùng đầu , vùng mặt cổ, vùng ngực, tuyến vú, tim, vùng bụng – chậu, xương khớp, cột sống Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC b) Cấu tạo má RI Thiết bị MRI gồm bốn phần chính: nam châm tạo từ trường B0, cuộn dây tạo từ trường biến thiên theo không gian G (Gx, Gy, Gz), cuộn phát thu sóng điện từ hệ thống máy tính xử lý Nam châm (magnet): có dạng hình trụ, rỗng bên trong, đủ lớn để bệnh nhân nằm lọt bên Nam châm tạo từ trường B0 đồng (cố định) không gian bên ống trụ Cuộn tạo từ trường biến thiên (the gradient coil): tạo từ trường tĩnh theo thời gian, thay đổi theo không gian Có tác dụng giúp định vị vị trí cần quan sát Một cuộn phát thu sóng điện từ RF (radiofrequency coil): để phát xung điện từ B1 làm xoay từ trường M khỏi chiều từ trường B0 để thu nhận tín hiệu cộng hưởng trình xoay từ trường M lại chiều ban đầu tác dụng B0 Hình 3: Cấu tạo máy MRI Máy tính phụ kiện: để quản lý nam châm, phát thu, cuộn tạo từ trường biến thiên; để xử lý lưu trữ tín hiệu cộng hưởng từ; để tái tạo, lưu trữ hiển thị ảnh Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Sơ đồ khối thiết bị : Ngu ên lý hoạt động: Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân dựa hiệu ứng quay – quay spin tần số kích thích tần số tuế sai H  spin Các proton chuyển động quay (spin ) có chuyển động thứ chuyển động đảo quanh vector từ trường B Hiệu ứng quay: B= 2 f Trong : f tần số  hệ số hồi chuyển từ hạt nhân hf= i B/I h: số Planck Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Quá trình phân tách: Quá trình phân tách thực nhờ gradient từ trường Từ trường tạo lực hút hạt từ tính có mang tế bào đánh dấu Các tế bào không đánh dấu không giữ lại thoát Lực tác động lên hạt từ tính cho phương trình sau: Fd = 6RπηΔν Trong đó: o η độ nhớt môi trường xung quanh tế bào (nước) o R bán kính hạt từ tính o Δν= νm – νw khác biệt vận tốc tế bào nước Hình 10: Sơ đồ phân tách hạt nano Hỗn hợp tế bào chất đánh dấu (hạt từ tính bao phủ lớp chất hoạt hóa bề mặt) trộn với để lên kết hóa học chất đánh dấu tế bào xảy Sử dụng từ trường nam châm vĩnh cửu để tạo gradient từ trường giữ hạt tế bào đánh dấu lại  Dẫn truyền thuốc Một nhược điểm hóa trị liệu tính không đặc hiệu Khi vào thể, thuốc chữa bệnh phân bố không tập trung nên tế bào mạnh khỏe bị ảnh hưởng tác dụng phụ thuốc Page 18 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Việc dùng hạt từ tính hạt mang thuốc đến vị trí cần thiết thể để điều trị khắc phục nhược điểm Có hai lợi ích việc dùng hạt nano là: thu hẹp phạm vi phân bố thuốc thể ( làm giảm tác dụng phụ thuốc) giảm lượng thuốc điều trị Cơ chế điều tr : o Hạt nano từ tính có tính tương hợp sinh học gắn kết với thuốc điều trị.Thông thường hệ thuốc/hạt đặt dung môi chất lỏng vào thể thông qua hệ tuần hoàn Hình 11: Sơ đồ trình dẫn truyền thuốc o Khi hạt vào mạch máu, người ta dùng gradient từ trường mạnh để tập trung hạt vào vịtrí thể hạt tải tập trung vùng cần điều trị trình nhả thuốc diễn thông qua chế hoạt động enzym tính chất sinh lý học tế bào ung thư, khối u gây độ pH, trình khuyếch tán thay đổi nhiệt độ… o Quá trình vật lý diễn việc dẫn truyền thuốc tương tự phân tách tế bào Gradient từ trường có tác dụng tập trung hệt huốc/hạt Hiệu việc dẫn truyền thuốc phụ Page 19 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC thuộc vào cường độ từ trường, gradient từ trường, thểtích tính chất từ hạt nano o Ngoài chất mang (chất lỏng từ) thường vào tĩnh mạnh động mạch nên thông sốthủy lực như: thông lượng máu, nồng độ chất lỏng từ, thời gian tuần hoàn đóng vai trò quan trọng  Điều trị ung thư – phương pháp t ng thân nhiệt cục Phương pháp tăng thân nhiệt cục tế bào ung thư mà không ảnh hưởng đến tế bào bình thường ứng dụng quan trọng hạt nano từ tính Cơ chế điều tr : o Các hạt nano từ tính (hạt nano siêu thuận từ) có kích thước từ 20-100 nm phân tán mô mong muốn o Sau tác dụng từ trường bên đủ lớn cường độ tần số để làm cho hạt nano hưởng ứng mà tạo nhiệt nung nóng vùng xung quanh (với nhiệt độ khoảng 42°C khoảng 30 phút đủ để giết chết tế bào ung thư.) Lượng nhiệt thoát cho phương trình sau: P = μ.π.χ.f.H2 Trong đó: o o o o μ từ thẩm môi trường f tần số từ trường xoay chiều χ thành phần lệch pha độ cảm từ phức (độ hấp thụ) H cường độ từ trường Để tăng hiệu phương pháp này, người ta tránh sử dụng hạt nano hấp thụ nhiều lượng từ trường xoay chiều  T ng độ tương phản cho ảnh cộng hưởng từ Mặc dù mômen từ prôtôn nhỏ(1,5×10-3μB ) thể động vật có lượng lớn prôtôn (hạt nhân nguyên tử hiđrô Page 20 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC phân tử nước, 6,6×1019) nên tạo hiệu ứng đo Nếu tác dụng từ trường cố định có cường độ B0= 1T với từ trường xoay chiều vuông góc với từ trường cố định có tần số tần số tuế sai Larmor ω0= B0γ prôtôn hấp thụ cộng hưởng xảy Với hạt nhân nguyên tử hiđrô tỉ số từ hồi chuyển γ=2.67*108 Rad.s-1.T-1 Tần số tuế sai Larmor tương ứng với tần sốsóng vô tuyến có giá trị 42,57 MHz Khi có mặt từ trường cố định, prôtôn tuế sai xung quanh hướng từ trường Khi từ trường xoay chiều phát ra, cường độ từ trường yếu nhiều so với từ trường cố định tần số tần số tuế sai nên mômen từ prôtôn hướng theo phương từ trường xoay chiều, tức vuông góc với từ trường cố định Khi từ trường xoay chiều ngừng tác động, mô men từ trởlại phương từ trường cố định Quá trình hồi phục phụ thuộc vào hai thông số, là, thời gian hồi phục dọc T1và thời gian hồi phục ngang với phương từ trường cố định T2cho công thức: Trong đó: o t thời gian φ số pha o T1 đặc trưng cho mát nhiệt lượng môi trường xung quanh o T2 đặc trưng cho lệch pha prôtôn với từ trường xoay chiều Tuy nhiên lệch pha bất đồng từ trường nên giá trị T2 thay giá trị T2*: Page 21 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC ΔB0 biến thiên từ trường cố định biến dạng từ trường thay đổi độ cảm từ Các giá trị T1 T2* giảm có mặt hạt nano từ tính Các hạt nano siêu thuận từ tạo thành từ ô-xít sắt hợp chất chứa Gd thường sử dụng tác nhân làm tăng độ tương phản cộng hưởng từ Sự có mặt chúng làm nhiễu loạn từ trường nên làm thay đổi giá trị T2* nhiều Giá trị T1 thay đổi mức độ yếu Dựa đặc tính mô thể, tùy loại mô mà độ hấp thụ hạt nano mạnh hay yếu (Ví dụ, hạt nano có kích thước 30 nm bao phủ dextran nhanh chóng vào gan tì quan khác chậm hơn) Do mật độ hạt nano quan khác nhau, dẫn đến nhiễu loạn từ trường khác làm tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ thời gian hồi phục bị thay đổi từ mô đến mô khác Phương pháp từ não đồ (MEG).[1] a EG ? MEG(Magnetoencephalography) tín hiệu từ não, tín hiệu từ trường dòng điện bên não người gây ra,được dùng để chẩn đoán hoạt động não Đây dòng điện ion chạy nơron (tế bào thần kinh) não hoạt động, dòng điện nhỏ nên từ trường chúng sinh bên não nhỏ, cỡ vài trăm femtotesla (1 fT = 10-15 T) Để đo từ trường cực nhỏ phải dùng loại cảm biến cực nhạy phải dùng nhiều biện pháp để ngăn chặn nhiễu từ trường trái đất từ trường nhiễu điện bên David Cohen nhà khoa học phát MEG b Ngu ên nhân lấ tín hiệu điện não Não người tổ chức phức tạp, tinh vi hệ thần kinh Thông qua giác quan mắt, tai, da, não tiếp thu thong tin thị giác, thính giác, xúc giác, từ nhận thức đói tượng, xử lý giải đáp thong tin qua hình thức vận động Do não giữ vai trò quan trọng hoạt động toàn diện, đa dạng người, giúp người thích ứng với hoàn cảnh xã hội Ngày nay, giới ngày phát triển bệnh não ngày phát triển Page 22 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC như: bệnh động kinh, u não, viêm não, Do vậy, việc thu nhận xử lý tín hiệu từ não ghóp phần giúp chẩn đoán xác bệnh não Vì bệnh nhân não có hội cứu chữa nhiều c Tín hiệu từ não Dòng điện sinh học đặt vào có mật độ i liên kết với não hoạt hóa sản sinh điện trường từ trường Từ trường xác định phương trình sau: Đây gọi tín hiệu từ não đồ (MEG) Biên độ tín hiệu MEG nhỏ 0.5 pT có dải tần gần giống tín hiệu điện não đồ EEG Bởi não nguồn sinh từ trường giống nguồn sinh điện trường với dòng đặt vào i , trường có hình dạng giống Nguồn tín hiệu MEG, giống với tín hiệu EEG, điện hoạt tính điện não.Tuy nhiên, phân bố độ nhạy phép đo từ tính khác với chất từ điện mật độ dòng dẫn kích thích LM LE có chất khác hình dạng Như phép đo điện não, điện cực dây dẫn điện nằm khối dẫn hình cầu ( đầu ) giữ trục đối xứng dây dẫn từ, trường dẫn điện dẫn từ trực giao khắp nơi khối dẫn, (Malmivuo, 1980; see also Figure 12.2) Trong trường hợp đặc biệt này, MEG cho phép tìm nguồn cấu thành mà thấy với EEG Điều quan trọng cần lưu ý độ nhạy dây dẫn từ định hướng tiếp tuyến, tính dẫn sọ không tác động tới hình dạng trường dẫn Page 23 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Hình 12: (Malmivuo, 1980; see also Figure 12.2).) d S phân bố độ nhạy dâ dẫn MEG Phương pháp tính độ nhạy Trong ghi điện não đầu mô hình theo hình cầu đồng tâm.Như thảo luận trên, mô hình có giá trị quan trọng ghi từ não Vì mức tín hiệu thấp MEG, phép đo thực gần đầu Khi độ nhạy suy giảm nhanh chóng theo khoảng cách, máy dò ống xoắn bán kính nhỏ so với kích thước đầu, đầu mô hình thành công nửa không gian.Cái chứa đựng máy dò MEG đa kênh, máy dò thường đặt bề mặt hình cầu., đồng tâm với đầu Có hai cách khác để xây dựng máy dò ống xoắn Một cách xây dựng máy dò kênh từ dụng cụ đo trọng sai bậc bậc 2, hai ba máy đo trọng sai cuộn định vị đồng tâm với đường dây gốc bậc xentimet Cách khác sử dụng dụng cụ đo trọng sai phẳng, hai máy dò ống xoắn nhau, định vị mặt phẳng Sự phân bố độ nhạy dây dẫn MEG tính toán theo mô hình bán không gian Trong trường hợp đa kênh, tổng độ nhạy dễ dàng thu từ độ nhạy đặt lên riêng kênh Sự phân bố độ nhạy minh họa mặt phẳng, định hướng song song với bề mặt đầu, định vị khoảng cách khác nhau, minh họa hình Máy dò ống xoắn định vị song song với bề mặt có bán kính r Với giả định tất ống xoắn định vị mặt phẳng Phương pháp trường hợp máy dò đơn ống xoắn gọi máy đo độ dốc xoắn ốc Trong trường hợp ống xoắn kẹp máy dò tương đương với máy đo độ Page 24 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC dốc hai chiều bậc Những trường dẫn minh họa trường vectơ (Malmivuo and Puikkonen, 1987, 1988) Sự minh họa chuẩn hóa để khoảng cách mặt phẳng 1r, 3r, 6r, r bán kính máy đo độ dốc ống xoắn Hầu hết độ xa mặt phẳng (6r) xác đánh giá trường dẫn cho máy dò ống xoắn nhỏ MEG tiến dần tới (1r) áp dụng kích thích từ tính với ống xoắn lớn Trường dẫn biểu diễn mặt phẳng bên hình vuông có kích thước mặt 6r Trong hình trường vectơ chuẩn hóa thành vecto cực đại có độ lớn xấp xỉ kích thước chuẩn Hình 13: Vị trí mặt phẳng việc đánh giá phân bố độ nhạy hệ thống dây dẫn MEG Từ kế đơn cuộn Sự phân bố độ nhạy từ kế đơn cuộn minh họa hình Sự phân bố độ nhạy có hình dạng đường tròn đồng tâm khắp khối dẫn cầu Ở khoảng cách có độ lớn 1r độ nhạy tăng theo hàm khoảng cách từ trục tới đỉnh đầu Trên hai mặt phẳng xa độ nhạy cực đại hàm bán kính mà không thấy vùng minh họa Hình 14A B minh họa phân bố độ nhạy với dòng đẳng nhạy cho từ kế đơn cuộn với bán kính tương ứng 10mm 5mm Các dòng đẳng nhạy nối liền điểm không gian nơi mà mật độ dòng Page 25 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC dẫn kích thích có giá trị.Các dòng đẳng nhạy minh họa đường đứt nét Trong hình minh họa vài lưu lượng dòng dẫn kích thích đường liền mảnh Bởi trường dẫn từ kế đơn cuộn biểu đối xứng trụ, mô hình đầu phồng tròn có hướng xếp chồng lên hình Điều cho thấy khoảng cách từ ống xoắn đến da đầu 20mm.Sự phân bố độ nhạy ống xoắn với bán kính 50mm trình bày kết nối trễ với kích thích từ tính hình Những vùng với độ nhạy cực đại khối bán nhạy đánh bóng rõ rệt.Vị trí vùng độ nhạy cực đại kích cỡ khối bán nhạy phụ thuộc vào khoảng cách đo bán kính ống xoắn, mối quan hệ không bền vững Page 26 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Hình 14: Sự phân bố độ nhạy từ kế đơn cuộn có bán kính r Sự phân bố độ nhạy đưa ba mặt phẳng song song với khoảng cách (A) 1r, (B) 3r, (C) 6r Chú ý chiều dài véc tơ B C tăng lên gấp nhiều lần chuẩn hóa hệ số nc Page 27 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Hình 15 Các dòng đẳng nhạy phép đo MEG mô hình cầu phồng tròn với từ kế đơn cuộn có bán kính A, 10mm B, 5mm Độ nhạy khắp nơi có định hướng tiếp xúc tới trục đối xứng dòng có độ nhạy Trong vùng không gian não độ nhạy cực đại vị trí bề mặt não thị đánh bóng Page 28 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Dụng cụ đo trọng sai phẳng Từ hai ống xoắn nhau, bên trái định hướng tích cực, bên phải tương ứng theo hướng tiêu cực ( sau rút đường đứt nét).Cấu trúc gọi dụng cụ đo sai phẳng Vị trí phép đo để đạt tốt tín hiệu đo suy giảm hai từ kế liền (trục) dụng cụ đo trọng sai Sự phân bố độ nhạy dụng cụ đo trọng sai phẳng không dài đường tròn có dạng tiếp tuyến vùng đích Mặt phẳng đo phía xa máy dò ống xoắn, phân bố độ nhạy đồng Độ lớn độ nhạy dụng cụ đo trọng sai phẳng giảm nhanh so với từ kế đơn cuộn theo hàm khoảng cách Bởi vậy, dò tìm tín hiệu phát từ vị trí nguồn vùng tiến gần đến máy dò Cần ý phân bố độ nhạy phép đo lưỡng cực điện theo chiều dài Như phân bố độ nhạy dụng cụ đo trọng sai phẳng MEG tương tự phép đo lưỡng cực EEG Những dòng đẳng nhạy dụng cụ đo trọng sai phẳng minh họa hình 15 Bởi từ kế bố trí trường dẫn không tạo trụ đối xứng, kết xác vô cùng, khối dẫn đồng đồng bán không gian Vì vậy, mô hình đầu phồng tròn xếp chồng lên minh họa mô hình dẫn điện bán không gian sử dụng Khoảng cách bán không gian lựa chọn giống mô hình đầu phồng tròn theo hướng xuống ống xoắn Hình 15 A minh họa dòng đẳng nhạy mặt phẳng xz, mặt phẳng bao gồm hệ trục ống xoắn Mặt phẳng bao gồm dòng có độ nhạy Nó dòng tạo thành góc 35.27° với trục z Hình 15 B minh họa dòng đẳng nhạy mặt phẳng yz Trong mặt phẳng dòng đẳng nhạy đường tròn đồng tâm có khoảng cách lớn so với kích thước ống xoắn Ở khoảng cách 10r 100r chúng khác với phạm vi 1% 0.1% từ đường tròn Những đường liền mảnh minh họa lưu lượng dòng dẫn kích thích Đây giải pháp không đắn Vật lý trị liệu Dựa tương tác từ trường thể: Tác động lên hệ xương: Kích thích hình thành can xương sau gãy, tăng tổng hợp chất xương, canxi hóa tổ chức sụn sợi can non, tân tạo mạch máu xâm nhập mạch máu vào sụn sợi Hệ tuần hoàn: tân tạo mách máu, tác động trực tiếp lên dòng chảy (tăng tốc),làm giảm độ nhớt máu giảm nguy nghẽn mạch sau chấn Page 29 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC thương, làm giãn mạch, cải thiện mức độ nuôi dưỡng vùng bị thương tổn Tăng cường hoạt động miễn dịch, điều hòa hoạt động thần kinh Ứng dụng trị liệu: Chống viêm, giảm phù nề, giảm đau, tǎng tuần hoàn ngoại vi điều chỉnh áp lực động mạch, điều hòa hoạt động thần kinh thực vật, giảm độ nhớt máu, hạn chế kết dính tiểu cầu, kích thích tân tạo vi mạch, tái tạo tổ chức.Kích thích phát triển cal xương, hạn chế thưa xương,… Hình 16: Từ trường tác động trị liệu ật liệu từ Một số vật liệu từ áp dụng giữ gìn sức khỏe: Dây chuyền từ: gắn 5-6 viên từ, tác động lên vùng phản xạ vai cổ Vòng từ cổ tay: gắn 4-5 viên từ, tác động lên động mạch cổ tay (động mạch quay) để điều chỉnh tuần hoàn ngoại vi Đai lưng từ: gắn viên từ gần vùng cột sống lưng nhằm giảm đau, hạn chế thoái hóa Đế dép từ: gắn 2-3 viên từ tương ứng với huyệt vị lòng bàn chân nhằm ổn định từ trường thể Gối từ: gắn 10-20 viên từ khăn trải gối để điều hòa tuần hoàn vùng đầu cổ, tạo giấc ngủ thoải mái Page 30 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Cốc (nước) từ: gắn nam châm thành đáy, cách ly với nước cốc Sau đổ vào 5-10 phút nước tăng hoạt tính, giảm độ nhớt, uống để điều hòa từ trường nội sinh, tuần hoàn máu dịch thể 1-2h sau ko dùng, nước trở lại bình thường Một số ứng dụng khác Ứng dụng từ trường điều trị bệnh não bộ:Phương pháp kích thích từ xuyên sọ (Transcranial Magnetic Stimulation – TMS ): - Sử dụng trường điện từ trường dạng xung kích thích trực tiếp vào não để điều trị, hoàn toàn ko xâm lấn, dùng trị liệu bệnh tâm thần, Parkinson Kích thích từ xuyên sọ (Stimulation Magnétique Transcranienne-SMT ) dựa nguyên tắc lực tác dụng tương hỗ phát năm 1831 Faraday Khi dòng điện bị biến đổi phạm vi từ trường tạo dòng điện cảm ứng Để có phạm vi từ trường người ta phải dùng dòng điện ngắt quãng, phạm vi từ trường bị biến đổi theo thời gian tạo dòng điện cảm ứng dòng điện cảm ứng có tác dụng chữa bệnh, vỏ não đóng vai trò vật dẫn Nếu dòng điện đủ mạnh kích thích nơron tạo điện hoạt động lan truyền theo nơron, điện lan truyền có hiệu trực tiếp quan sát tượng giật Tương tự vậy, hiệu gián tiếp lan truyền điện hoạt động tới trung khu thần kinh khác nằm khoảng kích thích người ta gọi hiệu xuyên synap (transynaptique ) Các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật Kích thích từ trường xuyên sọ (TMS) cho người bệnh Parkinson.Theo đó, bệnh nhân chụp lên đầu điện cực, có tác dụng kích thích phần não người bệnh Parkinson Kết thu đáng khích lệ 85% người bệnh Parkinson gặp khó khăn nói cải thiện đáng kể khả phát âm nói chuyện Page 31 TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC IV Tài liệu tham khảo [1] –Jaakko Malmivuo, Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields, OXFORD UNIVERSITY PRESS 1995 [2] - ThS Đặng Vũ Hoàng, Từ trường chế tác động từ trường lên thể sống, Phân viện Vật lý Y Sinh học [3] – M.SAFARIKOVA and I SAFARIK, The application of magnetic technique in biosciences, Laboratory of Biochemistry and Microbiology, Institute of Landscape Ecology AS CR, Na Sadkach 7, 370 05 Ceske Budejovice, Czech Republic (Received 12 June 2000; In finalform 28 July 2000) [4] - Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Hoàng Hải Trần Mậu Danh, CHẾ TẠO VÀ ỨNG DỤNG HẠT NANÔ TỪ TÍNH TRONG Y SINH HỌC, Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005 [5] - Q A Pankhurst , J Connolly, SKJones, J Dobson and J Phys D Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine: Appl Phys.36(2003) R167–R181 Page 32 ...TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC Mục lục I II III IV Sơ lược từ trường Khái niệm Một số yếu tố từ trường Tác động từ trường lên thể sống ứng dụng y học Các tác động từ trường sinh học Khái niệm từ sinh. .. Page TỪ TRƯỜNG TRONG SINH HỌC I Sơ lược từ trường Khái niệm Từ trường môi trường vật chất đặc biệt sinh quanh điện tích chuyển động biến thiên điện trường có nguồn gốc từ momen lưỡng cực từ Mỗi... y học Chẩn đoán hình ảnh Kỹ thuật tách từ sinh học Các ứng dụng hạt nano từ Phương pháp từ não đồ (MEG) Vật lý trị liệu II Các tác động từ trường sinh học Khái niệm từ sinh học [1] Là môn học