生命与电磁研究的若干问题x.ppt

生命系统电磁现象与电磁对生命系统电磁现象与电磁对生命系统电磁现象与电磁对生命系统电磁现象与电磁对董秀珍董秀珍董秀珍董秀珍生命系统作用生命系统作用生命系统作用生命系统作用从电磁的侧面研究生命的特征，用电磁原理研究生命的信息从电磁的侧面研究生命的特征，用电磁原理研究生命的信息并且探讨外加人工电磁场对生命的影响、调理和干预的功能并且探讨外加人工电磁场对生命的影响、调理和干预的功能自然电磁场是生命的摇篮自然电磁场是生命的摇篮 一一.生命系统的电磁特性生命系统的电磁特性二二.电磁原理技术获取生命的信息电磁原理技术获取生命的信息三三.生命状态的电磁场调理与干预生命状态的电磁场调理与干预 一一.生命系统的电磁特性生命系统的电磁特性1.1.生命系统的电磁源特性生命系统的电磁源特性伴随着生命活动而产生电、磁、电磁波（场）的特性叫做生命电磁源特性伴随着生命活动而产生电、磁、电磁波（场）的特性叫做生命电磁源特性 主要进展主要进展 生命的电源特性生命的电源特性H Berger 1928H Berger 1928 第一个人的脑电图第一个人的脑电图第一个人的脑电图第一个人的脑电图A D Waller A D Waller A D Waller A D Waller 1887188718871887 第一张人（自己）心电图第一张人（自己）心电图生物电的发现到心电、脑电的描记，生物电的发现到心电、脑电的描记，20世纪生命电的研究应用取得了重世纪生命电的研究应用取得了重要进展要进展F诱发电位诱发电位F肌电肌电F胃电胃电F眼电眼电F心电、脑电：深入心电、脑电：深入广泛，诊断治疗广泛，诊断治疗L L GalvaniGalvani 1791 1791生物电生物电生物电生物电 生命电逆问题是一个研究热点生命电逆问题是一个研究热点 F 心电逆问题心电逆问题 体表电位标测精确定位激动点，分辨率？体表电位标测精确定位激动点，分辨率？体表电位体表电位心外膜电位心外膜电位定位激动点定位激动点偶极子源：通过非线性优化方法确定这些偶极子源：通过非线性优化方法确定这些等效偶极子的位置。等效偶极子的位置。皮层成像探源：试图通过头皮电位分布映皮层成像探源：试图通过头皮电位分布映射出脑电活动的空间分布。射出脑电活动的空间分布。F 脑电逆问题脑电逆问题 F 逆问题研究的一个问题是病态特性逆问题研究的一个问题是病态特性 生命的磁源特性生命的磁源特性提出生物电概念的数年后提出生物电概念的数年后Franz提出提出“生物磁生物磁”概念，概念，由电磁基础理论可由电磁基础理论可知，生物电活动必然伴随生物磁。知，生物电活动必然伴随生物磁。F心磁的研究心磁的研究CECG：体电流；体电流；MCG：细胞内电流相关的磁场分布细胞内电流相关的磁场分布F脑磁的研究脑磁的研究CEEG：神经传导体电流；：神经传导体电流；MEG：由突触后电位引起：由突触后电位引起的细胞内离子电流的磁场，即细胞内电流。的细胞内离子电流的磁场，即细胞内电流。F心磁图、脑磁图被认为更能反映功能变化，但机理、测量与应用还处于初心磁图、脑磁图被认为更能反映功能变化，但机理、测量与应用还处于初期阶段，距离实际应用还有一定距离期阶段，距离实际应用还有一定距离C19621962年年BauleBaule与与McFeeMcFee首先记录出人体心脏磁场，现首先记录出人体心脏磁场，现在用超导量子干涉装置的磁力计记录了心磁图。在用超导量子干涉装置的磁力计记录了心磁图。CCohen 1969Cohen 1969年首次记录到脑的节律磁图（年首次记录到脑的节律磁图（MEGMEG）现）现在用超导记录在用超导记录 生命产生的电磁波（场）生命产生的电磁波（场）1950年德国年德国voll发现人体有发现人体有“电磁场电磁场”测出人体测出人体“电磁场电磁场”的变化的变化,并分布在每个细胞内外之间，其震并分布在每个细胞内外之间，其震荡频率很低，电磁波的波长极长，测量后与两千年前中国绘制的荡频率很低，电磁波的波长极长，测量后与两千年前中国绘制的“经经络图络图”几乎一样。发明了几乎一样。发明了“傅尔电针傅尔电针”，至今一直未能进展，褒贬，至今一直未能进展，褒贬不一。不一。姜堪政生物电磁波的发现姜堪政生物电磁波的发现鸭子生物场使鸡蛋孵出的小鸡具有鸭子特征鸭子生物场使鸡蛋孵出的小鸡具有鸭子特征F生命过程中发射电磁波，称生物场，载有该生物体生命活动信息，向体外传播，生命过程中发射电磁波，称生物场，载有该生物体生命活动信息，向体外传播，能使所及范围内的其他生物体受其影响发生形态及功能上的变化。能使所及范围内的其他生物体受其影响发生形态及功能上的变化。F人接受载有信息的植物幼苗发射的生物电磁波，成功地获得了使人体向着年青人接受载有信息的植物幼苗发射的生物电磁波，成功地获得了使人体向着年青化方向变化的效应。化方向变化的效应。F但是相关研究深入不够。但是相关研究深入不够。现在场导舱现在场导舱早期场导舱早期场导舱F频谱在微波波段，功率在微瓦水平。发明了接收、反射、传递生物微波的装置，频谱在微波波段，功率在微瓦水平。发明了接收、反射、传递生物微波的装置，称为场导舱。称为场导舱。分析与讨论分析与讨论 电磁源特性的论文发表分析（电磁源特性的论文发表分析（IOP 和和IEEE）当前关于生命电源特性的研究不太活跃、论文也较少（蓝色）；关于当前关于生命电源特性的研究不太活跃、论文也较少（蓝色）；关于磁特性的研究在近磁特性的研究在近5 5年相对活跃、论文（红色）较多年相对活跃、论文（红色）较多生命的电磁波论文生命的电磁波论文19771977年以后共年以后共1313篇篇关于生命电逆问题的研究比较活跃（蓝色）、生命磁逆问题的研究比较关于生命电逆问题的研究比较活跃（蓝色）、生命磁逆问题的研究比较少（红色）少（红色）建议关注的问题建议关注的问题C建模方法学建模方法学-已经投入很多力量已经投入很多力量C难题难题-电磁传播介质（人体组织）的介电特性与磁特性的研究电磁传播介质（人体组织）的介电特性与磁特性的研究生命产生的电磁波（场）的测量方法生命产生的电磁波（场）的测量方法某种生命电磁场对其他生命状态的影响某种生命电磁场对其他生命状态的影响 生命电产生的机理生命电产生的机理-关注脑电活动产生的机理与传输关注脑电活动产生的机理与传输机理机理生命电磁活动逆问题研究生命电磁活动逆问题研究2.2.生命系统对电磁场响应的基本特性生命系统对电磁场响应的基本特性 生命过程产生电磁场，同时生命系统对外加电磁场也有相应的反应，生命过程产生电磁场，同时生命系统对外加电磁场也有相应的反应，如何度量这种特性，就需要研究生命组织对外加电磁场响应能力的基本特如何度量这种特性，就需要研究生命组织对外加电磁场响应能力的基本特性。性。主要进展主要进展 生命（生物）组织的介电特性生命（生物）组织的介电特性 生命（生物）组织的介电特性是生物物质的被动电性能，是组织对外生命（生物）组织的介电特性是生物物质的被动电性能，是组织对外加电磁场的响应特性的基础，通常用介电常数加电磁场的响应特性的基础，通常用介电常数和电导率和电导率随频率变随频率变化的介电谱来表示。化的介电谱来表示。2020世纪世纪8080年代后，开始受到了更多关注，受到重视。年代后，开始受到了更多关注，受到重视。生物组织磁特性（磁化率）生物组织磁特性（磁化率）生物组织的磁化率是大量不同原子磁化率的累加。生物组织的磁化率是大量不同原子磁化率的累加。用超导磁化率计（超导生物磁强）计进行测定用超导磁化率计（超导生物磁强）计进行测定 磁化率是表示一个原子在外加磁场作用下的磁反应强度磁化率是表示一个原子在外加磁场作用下的磁反应强度F顺磁性原子，产生的反应场与外加磁场的方向一致；顺磁性原子，产生的反应场与外加磁场的方向一致；F抗磁性原子，产生的反应场与外加磁场的方向相反。抗磁性原子，产生的反应场与外加磁场的方向相反。介电特性论文：总体较少，介电特性论文：总体较少，IEEEIEEE论文相对较多，论文相对较多，IOPIOP论文较少，论文较少，说明基本方法学与基础参数研究较薄弱，所以实验研究较少，说明基本方法学与基础参数研究较薄弱，所以实验研究较少，缺少系统性。缺少系统性。研究磁特性的论文更少研究磁特性的论文更少 分析与讨论分析与讨论 论文发表论文发表 要重视生命组织对电磁场响应的基本特性研究要重视生命组织对电磁场响应的基本特性研究 C基本依靠动物离体或尸体（英国的基本依靠动物离体或尸体（英国的GabrielGabriel、意大利物理学会）建立的网站，、意大利物理学会）建立的网站，提供提供5555种人体组织介电特性数据，成为重要依据种人体组织介电特性数据，成为重要依据板障板障外板外板内板内板尸体颅骨尸体颅骨 2.12.1x10 x106 6cmcm鲜活颅骨鲜活颅骨，非均匀，非均匀 7.1x103-3.3x105cm7.1x103-3.3x105cm手术室手术室网站（尸体）网站（尸体）1480cm1480cm4011cm4011cm 乳腺脂肪电阻率乳腺脂肪电阻率 基本磁特性研究如何深入基本磁特性研究如何深入是重要的科学基础问题是重要的科学基础问题F 对象的选择对象的选择 介电特性研究进一步深入需要关注介电特性研究进一步深入需要关注 F 规范的方法学研究规范的方法学研究C四医大研究发现上述介电特性数据与真实活性组织的介电特性有很大差别，四医大研究发现上述介电特性数据与真实活性组织的介电特性有很大差别，建议研究活性组织建议研究活性组织二二.利用电磁原理技术获取生命的信息利用电磁原理技术获取生命的信息1.1.生理系统信息的获取生理系统信息的获取 生理系统信号的检测与处理进展生理系统信号的检测与处理进展 主要进展主要进展各种信息处理技术各种信息处理技术 F无创逐拍动脉血压测无创逐拍动脉血压测量功能的血压测量量功能的血压测量F无创血氧的测量无创血氧的测量F航空医学研究所研究首台柯氏航空医学研究所研究首台柯氏音听诊原理无水银血压计音听诊原理无水银血压计 精确检测精确检测2020世纪围绕着主要生理系统的信息检测，已经长足发展世纪围绕着主要生理系统的信息检测，已经长足发展 无约束的信息获取无约束的信息获取 传统信号获取：电极、传感器，有负荷（形体、心理）状态下传统信号获取：电极、传感器，有负荷（形体、心理）状态下 俞院士俞院士1515年前提出应在无负荷状态下测量生理信号，研究了能测量年前提出应在无负荷状态下测量生理信号，研究了能测量心率、呼吸等生理信号的床垫，国外近心率、呼吸等生理信号的床垫，国外近1010年才有报道。年才有报道。非接触生理信号测量也是一种无约束测量，主要有生物雷达和红外测非接触生理信号测量也是一种无约束测量，主要有生物雷达和红外测量等。量等。红外测温红外测温 生物雷达生物雷达四医大：超宽带生命雷达探测仪及在地震灾区四医大：超宽带生命雷达探测仪及在地震灾区 以多生理参数为基础的的生命状态评估以多生理参数为基础的的生命状态评估 把以疾病为中心的生理参数检测分析报警把以疾病为中心的生理参数检测分析报警转变为以身体健康转变为以身体健康为中心的检测分析。俞院士在国内首先提出健康生理状态评估，但目为中心的检测分析。俞院士在国内首先提出健康生理状态评估，但目前研究的力量较少。前研究的力量较少。空军医学研究所进行生命状态评估研究空军医学研究所进行生命状态评估研究体位变化前后血压心率变化评估身体调节能力体位变化前后血压心率变化评估身体调节能力关于健康生理状态评估的论文关于健康生理状态评估的论文IOPIOP与与IEEEIEEE都没有，但是有关于睡眠状态都没有，但是有关于睡眠状态的评估的论文，数量很少，也仅仅是近年开始的评估的论文，数量很少，也仅仅是近年开始 分析与讨论分析与讨论无约束非接触论文少，近年增加，无约束非接触论文少，近年增加，信号处理方法学研究较多信号处理方法学研究较多 论文发表论文发表无约束、非接触远距离的信息获取无约束、非接触远距离的信息获取是该方向发展的一个新的是该方向发展的一个新的重要分支，在健康领域和灾害救治、临床医学都有很大的优势，重要分支，在健康领域和灾害救治、临床医学都有很大的优势，特别是医学模式的变革特别是医学模式的变革以生命状态为中心研究多参数的信息检测、监测与评估是适应医学以生命状态为中心研究多参数的信息检测、监测与评估是适应医学模式变革的研究方向模式变革的研究方向 ECGECG 呼吸呼吸 体温体温 运动运动量量 加速加速度度 心率心率 呼吸呼吸 体温体温可可穿穿戴戴生生物物雷雷达达 建议关注建议关注2.2.人体结构和功能主要信息获取与应用人体结构和功能主要信息获取与应用1）主要进展）主要进展 以介电特性分布为成像目标以介电特性分布为成像目标 电阻抗断层成像（电阻抗断层成像（EITEIT）2020世纪世纪8080年代开始，研究很多，但是真正能实际成像不多。国外临床研究以年代开始，研究很多，但是真正能实际成像不多。国外临床研究以肺部呼吸成像为主，涉及到乳腺癌检测；因颅骨电阻率高导致脑部肺部呼吸成像为主，涉及到乳腺癌检测；因颅骨电阻率高导致脑部EITEIT成像成像成为世界难题，国外仅有少数小组研究脑成为世界难题，国外仅有少数小组研究脑EITEIT成像。成像。四医大小组与重大、天大等提出床旁实时动态图像监测研究，形成以脑部、四医大小组与重大、天大等提出床旁实时动态图像监测研究，形成以脑部、腹部、肺部连续实时动态图像监测的研究特色。腹部、肺部连续实时动态图像监测的研究特色。天津大学的电阻抗呼吸成像的研究天津大学的电阻抗呼吸成像的研究 20 20世纪电磁医学成像取得重要突破，但是不能完全满足需求，特别是世纪电磁医学成像取得重要突破，但是不能完全满足需求，特别是医疗改革的需求，于是世界范围内开始了新的探索。医疗改革的需求，于是世界范围内开始了新的探索。(初态)(28 min)(48 min)(68 min)(79 min)(99 min)(119 min)开始设想开始设想现在进展现在进展F临床的病理生理解析需要大量的研究，电阻抗变化的信息挖掘临床的病理生理解析需要大量的研究，电阻抗变化的信息挖掘F如何根据先验信息研究新的检测技术及算法，提高分辨率如何根据先验信息研究新的检测技术及算法，提高分辨率F进行静态和准静态成像研究进行静态和准静态成像研究 四医大小组攻克脑阻抗成像的难题，现已进入临床研究四医大小组攻克脑阻抗成像的难题，现已进入临床研究病人腹膜后出病人腹膜后出血实时图像监血实时图像监测截图测截图脑梗病人实脑梗病人实时图像监测时图像监测 电阻抗扫描成像（电阻抗扫描成像（EISEIS）国内第四军医大学等开展研究，以检测乳腺国内第四军医大学等开展研究，以检测乳腺癌筛查为主要目标。癌筛查为主要目标。其基本原理是投影成像（均匀介质中电阻率变异使得分其基本原理是投影成像（均匀介质中电阻率变异使得分布在组织的外加电流或电压场产生变化布在组织的外加电流或电压场产生变化,进行成像）进行成像）国外以色列为代表的国外以色列为代表的2-32-3个研究小组开始研究，个研究小组开始研究，瞄准乳腺癌检测，已经拿出样机进入临床研究。瞄准乳腺癌检测，已经拿出样机进入临床研究。以色列以色列EIS我们我们EIS柜式：单帧多次柜式：单帧多次便携实时（便携实时（2525帧帧/S/S），为乳腺筛查提供新技术），为乳腺筛查提供新技术深度定位算法待深入研究。深度定位算法待深入研究。磁感应电阻抗成像（磁感应电阻抗成像（MITMIT）通过测量生物组织的感应磁场，根据重构算法来表现被测组织电阻（导）率分布通过测量生物组织的感应磁场，根据重构算法来表现被测组织电阻（导）率分布的一种成像方法，为了推出非接触的的一种成像方法，为了推出非接触的EITEIT技术，同时解决技术，同时解决EITEIT用于脑部时因颅骨用于脑部时因颅骨影响而不易成像的难题。影响而不易成像的难题。磁感应测量的精度问题是个难点，目前在这一关键问题上还正在研究。磁感应测量的精度问题是个难点，目前在这一关键问题上还正在研究。我国重庆大学、第四军医医大学、中科院三个研究小组正在进行研究。我国重庆大学、第四军医医大学、中科院三个研究小组正在进行研究。四医大的闭合式四医大的闭合式MITMIT研究研究基本原理示意基本原理示意重庆大学的开放式重庆大学的开放式MITMIT研究研究 核磁电阻抗成像（核磁电阻抗成像（MREITMREIT）利用利用MRIMRI将电流密度成像与电阻抗断层成像相结合，理论上能够获得较高分将电流密度成像与电阻抗断层成像相结合，理论上能够获得较高分辨率和精确性的生物电阻抗图像。辨率和精确性的生物电阻抗图像。问题首先是成像方式，如何克服成像目标的旋转，其次是激励和数据采集问题首先是成像方式，如何克服成像目标的旋转，其次是激励和数据采集方式的优化。还有注入电流的安全问题。方式的优化。还有注入电流的安全问题。我国有中科院、浙江大学两个研究小组进行研究。集中力量研究上述方法我国有中科院、浙江大学两个研究小组进行研究。集中力量研究上述方法与技术的关键问题，尽快过渡到生物实验是研究重点与技术的关键问题，尽快过渡到生物实验是研究重点AcrylicMRI System浙江大学浙江大学MREIT的实验系统的实验系统中科院电工所中科院电工所MREIT实验系统实验系统 感应式磁声医用成像（感应式磁声医用成像（MAT-MIMAT-MI）F20052005年国外提出，理论上成像的空间分辨率可达到年国外提出，理论上成像的空间分辨率可达到0.3mm0.3mmF在恒磁场中，施加频率为超声波段的变化磁场，在组织内部产生感生电流，在恒磁场中，施加频率为超声波段的变化磁场，在组织内部产生感生电流，由于洛仑兹力使局部粒子振动产生超声波。用探头拾取超声信号重建由于洛仑兹力使局部粒子振动产生超声波。用探头拾取超声信号重建电导率电导率分布。分布。F国内多家单位进行此领域的研究，医科院生物医学工程研究所、中国科学院国内多家单位进行此领域的研究，医科院生物医学工程研究所、中国科学院电工所、浙江大学、中南民族学院等开始研究。电工所、浙江大学、中南民族学院等开始研究。MAT-MI 2-D images of saline samples with different salinities.The salinity is 10%,8%,5%,3%,1%and 0%from left to right from top to bottom,respectively.Diagram of the 2-D MAT-MI system setup体模仿真示意图体模仿真示意图 重建后的电导率分布图像重建后的电导率分布图像 医学科学院生物医学科学院生物医学工程研究所：医学工程研究所：Transducer科学院电工所：科学院电工所：同心球模型同心球模型 声源和声场分布声源和声场分布电阻率分布电阻率分布 洛伦兹力密度的散度洛伦兹力密度的散度 重建磁场分布重建磁场分布重建电阻率分布重建电阻率分布浙江大学：浙江大学：我国总体处于仿真研究阶段：我国总体处于仿真研究阶段：微波成像研究微波成像研究 F脉冲微波照射生物组织来激发热声信号的断层成像技术。脉冲微波照射生物组织来激发热声信号的断层成像技术。F上世纪上世纪9090年代之后，美国与俄罗斯等研究小组分别对微波热声成像进行年代之后，美国与俄罗斯等研究小组分别对微波热声成像进行了大量研究，总体还处于初期阶段。国内个别小组进行探索研究，（中了大量研究，总体还处于初期阶段。国内个别小组进行探索研究，（中科院、四医大、江苏大学）进行过一些探索。科院、四医大、江苏大学）进行过一些探索。19781978国外提出。由于组织结构差别很大的散射体所产生的体外散射场却相差国外提出。由于组织结构差别很大的散射体所产生的体外散射场却相差很小，成像较难。美国、西班牙、英国、意大利、法国等国家都有研究。我很小，成像较难。美国、西班牙、英国、意大利、法国等国家都有研究。我国研究的较少，四川大学、华东师范大学进行了相关研究。但大多仍停留在国研究的较少，四川大学、华东师范大学进行了相关研究。但大多仍停留在实验室研究阶段。实验室研究阶段。微波激励热声成像微波激励热声成像(MTCT)(MTCT)中科院电工所微波热声成像研究中科院电工所微波热声成像研究100MHz100MHz时胸腔初始声压分布图和声压传播图时胸腔初始声压分布图和声压传播图 THzTHz检测与成像检测与成像-开始探索的研究开始探索的研究 THzTHz特点与优势特点与优势 F物质的物质的THzTHz谱含有丰富信息谱含有丰富信息F与红外和可见光相比，对非极性材料具有很好的穿透性，与与红外和可见光相比，对非极性材料具有很好的穿透性，与X X射线相比，射线相比，THzTHz的光子能量很低的光子能量很低(10-3eV(10-3eV量级量级)，不会对生物组织产生有害光致电离效，不会对生物组织产生有害光致电离效应，与微波频段相比应，与微波频段相比THzTHz波长更短，可获得更高的空间分辨率。波长更短，可获得更高的空间分辨率。THzTHz成像成像 THz THz由于容易被生物体内水分吸收，所以主要适合生物体表面结构成像，如牙由于容易被生物体内水分吸收，所以主要适合生物体表面结构成像，如牙齿、皮肤齿、皮肤 超宽谱生物雷达成像超宽谱生物雷达成像 多天线超宽谱生物雷达成像是近年才研究的隔一定距离和障碍物探测的多天线超宽谱生物雷达成像是近年才研究的隔一定距离和障碍物探测的成像技术。其特点是可成像探测、能辨多目标、穿透能力强、制造成本成像技术。其特点是可成像探测、能辨多目标、穿透能力强、制造成本高。公开的论文很少。高。公开的论文很少。穿墙探测成像（以色列）穿墙探测成像（以色列）美国科学技术刊物美国科学技术刊物20092009年发文认为：超宽谱生物雷达成像可能成为新一年发文认为：超宽谱生物雷达成像可能成为新一代的医学成像，可以在第一时间检测人体内部损伤，改进整体健康监护代的医学成像，可以在第一时间检测人体内部损伤，改进整体健康监护未来的超宽谱医学成像未来的超宽谱医学成像2）分析与讨论）分析与讨论 各种新型电磁成像论文的比较各种新型电磁成像论文的比较 介电特性相关成像是研介电特性相关成像是研究热点究热点THz检测成像是检测成像是21世纪世纪新兴的研究方向新兴的研究方向超宽谱成像也是新兴方超宽谱成像也是新兴方向，但多为军事等机密，向，但多为军事等机密，论文发表很少论文发表很少 介电特性相关成像领域各方向的比较介电特性相关成像领域各方向的比较 电阻抗断层成像从电阻抗断层成像从2020世纪末到现世纪末到现在一直呈上升趋势，总量最多在一直呈上升趋势，总量最多磁感应成像与核磁电阻抗成像从磁感应成像与核磁电阻抗成像从0101年后开始呈逐步上升趋势，总年后开始呈逐步上升趋势，总量较少量较少电阻抗扫描成像论文较少，以公电阻抗扫描成像论文较少，以公司研究为主体，针对乳腺癌检测司研究为主体，针对乳腺癌检测磁声电阻抗成像是最近磁声电阻抗成像是最近5 5年才开始年才开始的新型研究方向的新型研究方向电阻抗断层成像的申请专利数量不断增电阻抗断层成像的申请专利数量不断增加，由大学向其企业过度，可见企业对加，由大学向其企业过度，可见企业对该领域将来的前景比较看好该领域将来的前景比较看好国外没有连续实时动态图像监护的论文国外没有连续实时动态图像监护的论文和专利，也没有和专利，也没有EITEIT相关技术的产品正式相关技术的产品正式进入市场进入市场在图像监护方面我国独具特色在图像监护方面我国独具特色 新型电磁成像四个领域的讨论新型电磁成像四个领域的讨论 重视电阻抗成像这一热点领域重视电阻抗成像这一热点领域F在我国现有特色和优势在我国现有特色和优势-动态图像检测方面，争取为医疗动态图像检测方面，争取为医疗器械产业提供原创性和新技术，为生物医学研究提供新的原器械产业提供原创性和新技术，为生物医学研究提供新的原理方法突破。理方法突破。F注意加强新兴磁声成像的研究，争取有所突破。注意加强新兴磁声成像的研究，争取有所突破。F在电阻抗扫描成像、磁感应电阻抗成像、核磁电阻抗断层成在电阻抗扫描成像、磁感应电阻抗成像、核磁电阻抗断层成像等方面我国研究与国外总体同处在一个水平，也有争取有像等方面我国研究与国外总体同处在一个水平，也有争取有自己的特色自己的特色 注意启动注意启动THzTHz检测成像技术，在探索前沿方向，与国外检测成像技术，在探索前沿方向，与国外同步，争取有所作为。同步，争取有所作为。在超宽谱成像研究方面组织力量，在医学成像方面争在超宽谱成像研究方面组织力量，在医学成像方面争取有突破性研究。取有突破性研究。三三.生命状态的电磁场调理与干预生命状态的电磁场调理与干预 1.1.人为电磁场对生命的影响人为电磁场对生命的影响电磁场生物效应研究电磁场生物效应研究 研究进展研究进展 流行病学调查流行病学调查-最直接，但难以控制的研究最直接，但难以控制的研究 电磁场的生物效应最早源于流行病学调查。各国学者都做过相关的研究，电磁场的生物效应最早源于流行病学调查。各国学者都做过相关的研究，但难以得出明确结论但难以得出明确结论？目前比较公认的是开展前瞻性的队列研究，但是这种研究周期长、耗目前比较公认的是开展前瞻性的队列研究，但是这种研究周期长、耗资大，只有欧洲的正在实施中，我国没有立项资大，只有欧洲的正在实施中，我国没有立项 电磁场生物效应动物实验研究电磁场生物效应动物实验研究-没有确定的结果没有确定的结果 电磁场暴露动物实验没有得到一致的证据电磁场暴露动物实验没有得到一致的证据 F自发肿瘤实验研究自发肿瘤实验研究 F极低频电磁场暴露对移植肿瘤危险的研究极低频电磁场暴露对移植肿瘤危险的研究 F极低频电磁场暴露在联合致癌模型的影响研究极低频电磁场暴露在联合致癌模型的影响研究 影响因素：时间积累效应体现不足影响因素：时间积累效应体现不足 微观层次的研究较多，但缺少与系统的对应研究微观层次的研究较多，但缺少与系统的对应研究 相关学者做了大量的细胞在体和离体实验，来研究电磁辐射对细胞层相关学者做了大量的细胞在体和离体实验，来研究电磁辐射对细胞层面的影响，借此来研究电磁辐射的生物效应。面的影响，借此来研究电磁辐射的生物效应。人们通过对低频电磁辐射，尤其是工频辐射的细胞实验研究，发现电人们通过对低频电磁辐射，尤其是工频辐射的细胞实验研究，发现电磁辐射对细胞以及细胞内部可产生多种效应磁辐射对细胞以及细胞内部可产生多种效应 也有研究发现电磁场辐射并不会影响细胞的生物电活动也有研究发现电磁场辐射并不会影响细胞的生物电活动 生物电磁剂量学的研究生物电磁剂量学的研究定义了定义了“比吸收率比吸收率”：二十世纪：二十世纪60 60 年代人们提出用年代人们提出用“比吸收率比吸收率”即即SAR(SpecificSAR(Specific Absorption Rate)Absorption Rate)，并把全身平均比吸收率作为基本，并把全身平均比吸收率作为基本剂量学量。剂量学量。理论剂量学方法：计算机对生物体仿真理论剂量学方法：计算机对生物体仿真,用电磁用电磁边值问题进行求解以获得边值问题进行求解以获得SARSAR的方法。三维重建的方法。三维重建并不困难，并不困难，需要各生物组织在任意频率下的介电需要各生物组织在任意频率下的介电常数和电导率。常数和电导率。实验剂量学方法：通过测量生物仿真模型内实验剂量学方法：通过测量生物仿真模型内的相关物理量而获得的相关物理量而获得SARSAR的方法。结构和电的方法。结构和电磁仿真模型制作难度大。磁仿真模型制作难度大。结构和电磁仿真模型结构和电磁仿真模型计算机仿真模型计算机仿真模型 论文发表分析论文发表分析 生物医学实验的论文为主（除生物医学数据库外，生物医学实验的论文为主（除生物医学数据库外，IOPIOP中也有相当一部中也有相当一部分为生物医学实验），理论剂量学和实验剂量学研究很少（仅分为生物医学实验），理论剂量学和实验剂量学研究很少（仅IEEEIEEE发表发表论文中的很少一部分）论文中的很少一部分）理论和实验剂量学的困难理论和实验剂量学的困难F缺少新的交叉方法学突破，即如何将生物学实验与物理学的分析计缺少新的交叉方法学突破，即如何将生物学实验与物理学的分析计算结合建立新的方法学算结合建立新的方法学F缺少生命组织的基本介电特性，无法建立准确的模型缺少生命组织的基本介电特性，无法建立准确的模型 讨论讨论 力争从理论剂量学有所突破：在已知各生物组织在任意力争从理论剂量学有所突破：在已知各生物组织在任意频率下的介电常数和电导率的基础上，能建立各种仿真频率下的介电常数和电导率的基础上，能建立各种仿真模型，完成相应的理论计算。模型，完成相应的理论计算。探索基于理论剂量学的生物学实验新方法探索基于理论剂量学的生物学实验新方法建议政府行政部门与科学部门结合，相关科学家参与就开建议政府行政部门与科学部门结合，相关科学家参与就开展前瞻性的流行病学研究，制定计划、组织实施展前瞻性的流行病学研究，制定计划、组织实施 2.2.人工电磁场对生命的调理、干预人工电磁场对生命的调理、干预 主要进展主要进展电场对生命的调理干预电场对生命的调理干预F19201920年年Lund德实验：控制生物体内电位，使极性相反时在水螅在头部德实验：控制生物体内电位，使极性相反时在水螅在头部长出一条尾巴，后来罗斯提出长出一条尾巴，后来罗斯提出“生物躯体前后电荷变化的梯度，应该生物躯体前后电荷变化的梯度，应该是控制动物生长抑制器或刺激器的作用主因是控制动物生长抑制器或刺激器的作用主因”，后来没有继续深入。，后来没有继续深入。F2121世纪华人生化学家赵敏研究发现使细胞对电场做出应答（趋电性）世纪华人生化学家赵敏研究发现使细胞对电场做出应答（趋电性）的基因。的基因。PI(3)KgammaPI(3)Kgamma和和PTENPTEN可控制人体的趋电性过程，通过给伤口可控制人体的趋电性过程，通过给伤口增加一个电场改变细胞运动，引导修补伤口，提高伤口癒合速度。增加一个电场改变细胞运动，引导修补伤口，提高伤口癒合速度。电位、电场的影响电位、电场的影响电场治疗肿瘤电场治疗肿瘤-电穿孔的细胞内电处理效应电穿孔的细胞内电处理效应 外加电脉冲电场强度达到外加电脉冲电场强度达到kV/cmkV/cm量级，宽度为微量级，宽度为微-毫秒量级，细胞膜出现大量毫秒量级，细胞膜出现大量微孔使通透能力激增微孔使通透能力激增F微秒脉冲不可逆电穿孔治疗肿瘤：微秒脉冲不可逆电穿孔治疗肿瘤：发展较快，中国美国都开始向产发展较快，中国美国都开始向产品化过渡。品化过渡。F纳秒脉冲诱导凋亡的研究细胞纳秒脉冲诱导凋亡的研究细胞实验取得较好效果，处在动物实验取得较好效果，处在动物试验阶段。试验阶段。F皮秒脉冲治疗研究：高强度皮秒脉冲聚焦于病变组织，使其线粒体跨膜电皮秒脉冲治疗研究：高强度皮秒脉冲聚焦于病变组织，使其线粒体跨膜电位发生变化，启动线粒体途径的凋亡靶向诱导，减少对正常细胞损害，从位发生变化，启动线粒体途径的凋亡靶向诱导，减少对正常细胞损害，从而实现无创治疗。而实现无创治疗。重庆大学重庆大学重庆大学重庆大学 磁场对生命的调理、干预研究磁场对生命的调理、干预研究 经颅磁刺激经颅磁刺激 磁场治疗肿瘤的作用磁场治疗肿瘤的作用 F磁场对人体干预的研究值得重视，对调解治疗机理，已经有各种初步研究和假说磁场对人体干预的研究值得重视，对调解治疗机理，已经有各种初步研究和假说 F针对山东稳恒旋转磁场治疗肿瘤效果明显的实际，俞院士从电磁场整体对生命作针对山东稳恒旋转磁场治疗肿瘤效果明显的实际，俞院士从电磁场整体对生命作用角度，提出该旋磁可能对生命整体的一种极强有序能量（负熵）的输入，这种用角度，提出该旋磁可能对生命整体的一种极强有序能量（负熵）的输入，这种输入对红血球（含铁血红蛋白）的旋转力矩和细胞离子代谢的有调理到正常方向输入对红血球（含铁血红蛋白）的旋转力矩和细胞离子代谢的有调理到正常方向的作用。该假说还需要进一步研究验证。的作用。该假说还需要进一步研究验证。磁场使磁场使DNADNA中的氢键变化，使中的氢键变化，使DNADNA复制出现误差，癌细胞失去高复制出现误差，癌细胞失去高速复制能力速复制能力 癌组织磁化率比正常组织大、细胞体积比正常细胞大，磁场对其癌组织磁化率比正常组织大、细胞体积比正常细胞大，磁场对其作用力大和磁通量比正常细胞大，对癌细胞的影响也就较大作用力大和磁通量比正常细胞大，对癌细胞的影响也就较大 梯度磁场：抑制微血管的形成，减少对肿瘤营养供应，降低新陈代梯度磁场：抑制微血管的形成，减少对肿瘤营养供应，降低新陈代谢速度，抑制肿瘤；谢速度，抑制肿瘤；脉冲磁场：破坏肿瘤细胞内线粒体和粗面内质网的功能，使癌细胞脉冲磁场：破坏肿瘤细胞内线粒体和粗面内质网的功能，使癌细胞的代谢和营养受到影响，抑制癌细胞；的代谢和营养受到影响，抑制癌细胞；电磁场对生命的调理、干预电磁场对生命的调理、干预 脉冲电磁场治疗骨科等疾病已经被接受脉冲电磁场治疗骨科等疾病已经被接受 极低频电磁场对于肿瘤治疗作用的研究极低频电磁场对于肿瘤治疗作用的研究F作用于离体肿瘤细胞的实验研究，认为对肿瘤细胞有明显抑制作作用于离体肿瘤细胞的实验研究，认为对肿瘤细胞有明显抑制作用，在一定程度上诱导肿瘤细胞的凋亡；用，在一定程度上诱导肿瘤细胞的凋亡；F作用于荷瘤动物的实验研究，认为可直接杀伤癌细胞，同时对荷作用于荷瘤动物的实验研究，认为可直接杀伤癌细胞，同时对荷瘤小鼠的免疫功能具有一定的调节作用；瘤小鼠的免疫功能具有一定的调节作用；F对于肿瘤作用的临床研究目前报道还不多，仍处于临床研究初期对于肿瘤作用的临床研究目前报道还不多，仍处于临床研究初期阶段；阶段；论文发表情况论文发表情况 可看出，单纯的电场、磁场研究的论文较少，而电磁场干预的论文较多。可看出，单纯的电场、磁场研究的论文较少，而电磁场干预的论文较多。电磁场的论文中，也包含了对电场或磁场的专门讨论。进入二十一世纪，电磁场的论文中，也包含了对电场或磁场的专门讨论。进入二十一世纪，对电场、磁场、电磁场对疾病的干预研究呈上升趋势。对电场、磁场、电磁场对疾病的干预研究呈上升趋势。分析与讨论分析与讨论 应重视电场对生命的影响机理研究应重视电场对生命的影响机理研究 2020世纪初世纪初LundLund电场对生命状态的调理、治疗肿瘤机理、相关技术、临床应用是一个重电场对生命状态的调理、治疗肿瘤机理、相关技术、临床应用是一个重要的研究方向要的研究方向磁场对人体干预的研究值得重视，因为它不仅能治疗，而且能调解人体磁场对人体干预的研究值得重视，因为它不仅能治疗，而且能调解人体状态，特别是其干预肿瘤的机理研究，已经有各种初步研究和假说状态，特别是其干预肿瘤的机理研究，已经有各种初步研究和假说加强磁场类型（加强磁场类型（恒稳旋转、梯度磁场、脉冲磁场等恒稳旋转、梯度磁场、脉冲磁场等）、场强、均匀性、方）、场强、均匀性、方向性、作用时间等参数与调节治疗效果的研究；向性、作用时间等参数与调节治疗效果的研究；针对山东旋磁对不同肿瘤都有作用的现象，研究其对人体整体到细胞层针对山东旋磁对不同肿瘤都有作用的现象，研究其对人体整体到细胞层次的调理机理；次的调理机理；磁场干预的安全性。磁场干预的安全性。2121世纪初赵敏世纪初赵敏生命与电场的关系的奥秘远没有揭开，需进一步研究生命与电场的关系的奥秘远没有揭开，需进一步研究 3.3.植入式直接干预（植入电刺激）植入式直接干预（植入电刺激）主要进展主要进展 心脏起搏心脏起搏 深部脑电刺激深部脑电刺激 脑部电刺激作用机制尚不明了，但其脑部电刺激作用机制尚不明了，但其具有微损伤、可恢复和可调节的优点，具有微损伤、可恢复和可调节的优点，因此成为一项有效的神经外科手术方因此成为一项有效的神经外科手术方法法研究的趋势是应加强脑部神经活动研研究的趋势是应加强脑部神经活动研究机理的研究，在此基础上进一步完究机理的研究，在此基础上进一步完善技术研究。善技术研究。我国清华大学、天坛医院等正在研究，我国清华大学、天坛医院等正在研究，已经取得重要进展已经取得重要进展 清华大学研究的清华大学研究的DBSDBS