生物電磁特性及其應(yīng)用

前言

　　電磁場與生命活動(dòng)有著十分緊密的聯(lián)系。一方面，許多生命活動(dòng)都伴隨著電磁場的產(chǎn)生，這些電磁信號中包含著生命活動(dòng)的重要信息，是多種生理、生化現(xiàn)象的獨(dú)特表征。探測并研究這些信息，可以更深刻地了解生命活動(dòng)的本質(zhì)。另一方面，在生命的起源和進(jìn)化過程中總是伴隨著地磁場和大量的電磁輻射（雷電、宇宙射線等）的存在，生物機(jī)體的各個(gè)層面必然烙下地磁環(huán)境和電磁輻射的痕跡。特別是隨著電工和電子科技的飛速發(fā)展，電磁技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，導(dǎo)致環(huán)境中電磁場日益增強(qiáng)，這些電磁場對人體健康的影響問題一直受到人們的廣泛關(guān)注，相關(guān)研究也是目前的熱點(diǎn)。外加電磁場對生物影響的研究成果，能夠使人們趨利避害，讓電磁場對生物體的作用造福于人類。

內(nèi)容概要

　　《生物電磁特性及其應(yīng)用》共分7章，第1章對電磁場與生物的相互關(guān)系、生物電磁特性研究的意義、生物電磁特性的應(yīng)用進(jìn)行綜述；第2、3章對生物體不同層面的電磁特性的描述、建模和檢測方法等進(jìn)行系統(tǒng)介紹；第4、5章分別介紹生物電磁特性在新型電磁成像技術(shù)和熱療中的應(yīng)用；第6章重點(diǎn)介紹強(qiáng)脈沖電磁場的生物學(xué)效應(yīng)及其應(yīng)用；第7章介紹低強(qiáng)度電磁場的生物學(xué)效應(yīng)及其機(jī)理。

書籍目錄

前言第1章 概述1.1 電磁場與生物的關(guān)系1.2 生物電磁特性研究的意義1.3 生物電磁特性的應(yīng)用參考文獻(xiàn)第2章 生物電磁特性及其建模2.1 生物大分子的電磁特性2.1.1 氨基酸溶液的介電增量和電偶極矩2.1.2 蛋白質(zhì)的電偶極矩2.1.3 DNA的電磁特性2.2 細(xì)胞器的電磁特性和細(xì)胞的電磁模型2.2.1 細(xì)胞器的電磁特性2.2.2 可興奮細(xì)胞的等效電路模型2.2.3 細(xì)胞的等效電磁場計(jì)算模型2.3 組織的電磁特性2.3.1 介電理論的基本概念2.3.2 生物組織的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.3.3 生物組織的介電特性2.3.4 生物組織的磁特性2.4 比吸收率2.4.1 SAR概述2.4.2 SAR計(jì)算方法2.5 人體電磁模型2.5.1 腦電的球模型2.5.2 腦磁的球模型2.5.3 腦電/腦磁的真實(shí)頭模型2.5.4 心臟電學(xué)模型2.5.5 用于電磁輻射劑量研究的人體模型參考文獻(xiàn)第3章 生物電磁特性的測量3.1 電學(xué)特性的檢測3.2 磁學(xué)特性的檢測3.3 趨磁細(xì)菌磁特性的檢測3.3.1 趨磁細(xì)菌Cmag值3.3.2 分光光度計(jì)的改造3.3.3 Rmag3.3.4 實(shí)驗(yàn)方法3.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論3.3.6 結(jié)論參考文獻(xiàn)第4章 生物電磁特性在醫(yī)學(xué)檢測中的應(yīng)用4.1 生物組織的阻抗頻譜特性及其應(yīng)用4.1.1 生物組織的阻抗頻譜特性4.1.2 生物組織阻抗頻譜特性的應(yīng)用4.2 頭部組織電導(dǎo)率分布對腦電逆問題的影響4.2.1 腦電逆問題及頭部組織電導(dǎo)率分布4.2.2 基于四層偏心球模型的腦電逆問題4.2.3 高電導(dǎo)率的偏心球?qū)υ炊ㄎ坏挠绊?.2.4 顱骨電導(dǎo)率變化對腦電逆問題的影響4.3 電阻抗斷層成像4.3.1 電阻抗斷層成像簡介4.3.2 電阻抗斷層成像硬件系統(tǒng)4.3.3 成像實(shí)驗(yàn)和結(jié)果4.3.4 結(jié)論4.4 磁共振電阻抗成像4.4.1 磁共振電阻抗成像簡介4.4.2 磁共振電阻抗成像硬件系統(tǒng)4.4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證4.4.4 電流斜位注入方式的磁共振電阻抗成像4.5 微波斷層成像技術(shù)4.5.1 微波CT的工作原理和特點(diǎn)4.5.2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的建立4.5.3 最佳成像頻率的實(shí)驗(yàn)和選擇4.5.4 關(guān)于圖像重建算法的探索4.6 微波激勵(lì)熱聲成像技術(shù)4.6.1 微波激勵(lì)熱聲效應(yīng)及成像原理4.6.2 實(shí)驗(yàn)裝置的建立和成像實(shí)驗(yàn)4.6.3 熱聲信號的獲取和計(jì)算4.6.4 微波激勵(lì)源最佳激勵(lì)參數(shù)的研究與選擇4.6.5 微波激勵(lì)熱聲成像中的超聲檢測4.6.6 超寬帶微波激勵(lì)方式的研究4.6.7 微波激勵(lì)熱聲成像正問題研究4.6.8 微波激勵(lì)熱聲成像逆問題研究參考文獻(xiàn)第5章 電磁波的熱效應(yīng)及其在熱療中的應(yīng)用5.1 電磁波對生物組織的熱效應(yīng)5.1.1 概述5.1.2 電磁波對生物組織的穿透深度(加熱深度)5.1.3 射頻對生物組織的熱效應(yīng)5.1.4 微波加熱效應(yīng)5.2 電磁波熱療5.2.1 概述5.2.2 射頻加熱治療5.2.3 微波加熱治療5.2.4 治療溫度的檢測和控制5.2.5 微波功率的適時(shí)監(jiān)視5.3 磁靶向熱療5.3.1 問題的提出5.3.2 磁性顆粒加熱機(jī)制及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)5.3.3 外加交變磁場發(fā)生設(shè)備的設(shè)計(jì)和研究參考文獻(xiàn)第6章 強(qiáng)脈沖電磁場的生物學(xué)效應(yīng)及其應(yīng)用6.1 強(qiáng)脈沖電場的效應(yīng)和應(yīng)用6.1.1 強(qiáng)脈沖電場的電穿孔效應(yīng)6.1.2 電穿孔的量效關(guān)系6.1.3 窄脈沖的細(xì)胞內(nèi)處理機(jī)制6.2 經(jīng)顱磁刺激簡介6.2.1 經(jīng)顱磁刺激的歷史6.2.2 經(jīng)顱磁刺激的應(yīng)用6.2.3 磁刺激儀的電路原理6.3 脈沖磁場在生物體內(nèi)感應(yīng)的電場分布6.3.1 感應(yīng)電場分布的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證6.3.2 大鼠真實(shí)頭模型中感應(yīng)電場分布的計(jì)算6.3.3 線圈參數(shù)和位置對感應(yīng)電場分布影響的分析6.4 經(jīng)顱磁刺激對大鼠的影響6.4.1 實(shí)驗(yàn)裝置6.4.2 癲癇與腦電6.4.3 低頻經(jīng)顱磁刺激正常大鼠的腦電分析6.4.4 低頻經(jīng)顱磁刺激對癲癇大鼠的影響參考文獻(xiàn)第7章 低強(qiáng)度電磁場的生物學(xué)效應(yīng)7.1 低強(qiáng)度電磁場生物學(xué)效應(yīng)研究概述7.2 電磁場生物學(xué)效應(yīng)研究的基本準(zhǔn)則7.2.1 假設(shè)7.2.2 實(shí)驗(yàn)室規(guī)程和實(shí)驗(yàn)方法7.2.3 暴露裝置和暴露條件7.2.4 結(jié)果分析7.2.5 結(jié)論7.2.6 結(jié)果發(fā)表7.3 用于電磁場生物學(xué)效應(yīng)研究的電磁暴露裝置7.3.1 低頻磁場發(fā)生裝置簡介7.3.2 低頻脈沖磁場發(fā)生裝置7.3.3 低頻正弦磁場發(fā)生裝置7.3.4 螺線管的設(shè)計(jì)及其磁場的測量7.3.5 電磁輻射實(shí)驗(yàn)動(dòng)物暴露系統(tǒng)7.4 低頻磁場對ATP合成酶的影響7.4.1 研究背景7.4.2 光合細(xì)菌FOF1-ATP酶的水解活性和F1旋轉(zhuǎn)速率測定7.4.3 實(shí)驗(yàn)方法7.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論7.4.5 結(jié)論7.5 低頻磁場對細(xì)胞增殖分化的影響7.5.1 旋轉(zhuǎn)磁場及靜磁場對人肝癌細(xì)胞增殖的影響7.5.2 低頻脈沖磁場對HepG2細(xì)胞增殖和分化的影響7.5.3 低頻脈沖磁場對不同來源成骨細(xì)胞影響的比較7.6 低頻脈沖磁場對趨磁細(xì)菌的影響7.6.1 研究背景7.6.2 材料和方法7.6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.6.4 討論7.7 低頻磁場對大鼠痛閾的影響及其機(jī)制7.7.1 研究背景7.7.2 材料和方法7.7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果7.7.4 結(jié)果分析7.7.5 需要說明的兩個(gè)問題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　電磁場是相互依存的電場和磁場的總稱。電場隨時(shí)間變化時(shí)產(chǎn)生磁場，磁場隨時(shí)間變化時(shí)又產(chǎn)生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場與生物組織和生命過程之間存在著緊密的關(guān)系。在生命的起源和進(jìn)化過程中總是伴隨著地磁場和大量的電磁輻射（雷電、宇宙射線等）的存在，生物機(jī)體的各個(gè)層面必然烙下地磁環(huán)境和電磁輻射的痕跡。1953年，美國芝加哥大學(xué)S．L.Miller等人在實(shí)驗(yàn)室模擬原始大氣在雷電作用下可能發(fā)生的現(xiàn)象，結(jié)果由無機(jī)物合成了11種氨基酸，這些氨基酸是構(gòu)成生命的基本單元，是生命起源的基礎(chǔ)。因此，一些生命起源學(xué)說認(rèn)為，是雷電孕育了地球上的生命。此外，所有地球上的生物都生活在地球的磁場環(huán)境之中，地磁環(huán)境存在于生命活動(dòng)之前，地球生物在地磁環(huán)境中萌生、演化和存在。因此生命與地磁場有著千絲萬縷的聯(lián)系。目前有研究證實(shí)一些遷徙的鳥類和魚類靠地磁場來判別方向。更特別的是，存在著一類趨磁細(xì)菌(magnetotacticbacteria)．其體內(nèi)含有排列成鏈狀的單磁疇顆粒，即磁小體(magnetosome)，這些磁小體的磁矩能夠使細(xì)菌沿地磁場方向泳動(dòng)從而停留在適合的環(huán)境生長。

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