2022年医学专题-人体中电现象的一些探讨

人体中电现象的一些(yīxiē)探讨

14系张炜PB03206221第一页，共二十二页。骨头(gǔtou)压电效应=>电致伸缩效应=>心脏心脏表面电势分布=>心脏起搏器与去纤颤器=>

第二页，共二十二页。对于骨头(gǔtou)，我们大家都不陌生，可我们真正了解它吗？

骨头的一些(yīxiē)特殊性质压电性质

电致伸缩性质

第三页，共二十二页。当骨头受到压缩或拉伸时，骨头某些对应表面上会产生(chǎnshēng)异性的极化电荷——压电效应。

在运动当中，我们的骨头会产生一定程度的变形，这样就会产生一个电势差，这个电势差从医学上来讲，能促进钙的吸收陈沉积，对骨骼发育有很大的帮助。我们航天英雄杨利伟，在外太空时也需要(xūyào)运动来保持骨骼健康良好。

第四页，共二十二页。我们发现骨头有着与它们相似的电压反应(fǎnyìng)特征，由此我们可得出结论，骨头也有着类似的压电效应。

横坐标为小针刺击压电材料的频率，纵坐标为相应材料表面产生的电压。

图中显示有三条(sāntiáo)曲线。它们分别是Tendon腱,Bone骨头,Balcen布加内酯。腱和布加内酯都是高分子的压电材料

频率(pínlǜ)/Hz电压/V第五页，共二十二页。骨头的电致伸缩效应——当在骨头表面加上一个电压时，骨头会产生伸长或压缩(yāsuō)的微小形变。

有些手臂暂时不能活动的病人，如果我们在他受伤的手臂上的适当部位加一电势差，就能促进钙的沉积(chénjī)，让其更早康复。

第六页，共二十二页。我们将这样一个仪器(yíqì)简化如下

=>直径75ｍｍ的手臂，手臂组织的介电常数(jièdiànchánɡshù)εｔ＝４

骨头直径２５ｍｍ，介电常数εｂ＝２

极板靠近手臂处还有０.５ｍｍ厚的一层绝缘体，介电常数εｉ＝１.５

骨头(gǔtou)正极板负极板手臂第七页，共二十二页。两极(liǎngjí)板间电势差50V已知，骨头中的电场强度Ｅ有多大？我们可以把问题近似简化如下图所示的，这样一个平行板电容器问题。把两极板间的骨头(gǔtou)，组织，绝缘体看作是填充于其间的不同介质。

=>骨头组织绝缘体EE第八页，共二十二页。现在，我们可以得到(dédào)结果了！我们用i代表绝缘体，用t代表手臂组织，用b代表骨头。V=2Ei·di+2Et·dt+Eb·db=50.(1)D应该是连续的，因此D=ε。·εi·Ei=ε。·εt·Et=ε。·εb·Eb这样我们把（1）式中的Ei和Et用Eb表示，得到(dédào)只含一个未知量Eb的方程，代入有关数据，求得Eb=970V/m.即骨头当中的电场强度为970V/m。第九页，共二十二页。钙离子是带电荷(diànhè)的，我们可以感觉到这个电场有利钙离子向骨头沉积。图中小红圆圈代表钙离子，黑色圆柱体代表骨头。第十页，共二十二页。当然，钙的沉积远非如此简单，骨头当中电场强度的测量也远不止这么简单，都是一个(yīɡè)很复杂的研究，它牵涉到物理，医学的多方面领域。在这里我只是想通过这个简单模型说明些问题。

通过网上相关研究资料的调查，我发现国内这方面的研究进展远远落后于国外。因为通过国内的科技(kējì)搜索引擎，如中国学术期刊网，万方数据等，都很难找到相关资料，几乎可以说是没有。而国外的Ei，IEEE等就明显要多一些。这应该有着很好的发展前景。=>第十一页，共二十二页。前面，我们看了骨头与电现象的联系。下面，我们来看看心脏(xīnzàng)方面与电有什么有趣的关系。第十二页，共二十二页。对于心，我们(wǒmen)了解它多少？我们知道(zhīdào)，当加于其心脏的电压大到一定值时，就会引发心脏的收缩。我们也经常在电视里看到医生抢救病人时用的心脏起搏器。我们知道心电图。过测量人体皮肤表面的电势分布，来研究心脏处电势的大体分布。心脏处于人体内部，外围有着人体的各不同组织成分，其导电性能必然很复杂，应该(yīnggāi)说是一个极复杂的各向异性的环境。第十三页，共二十二页。但这些并不代表我们不能从此方面(fāngmiàn)来做些探讨。看看实验结果：=>

第十四页，共二十二页。让我们(wǒmen)把它与这幅电偶极子等势图作些比较，看能发现什么相似的地方？=>第十五页，共二十二页。我们(wǒmen)发现其间有着一定的相似性，这给了我们(wǒmen)一个不小的震撼。

心脏的等电势图类似于一个电偶极子的等电势图。由于两者的比较方法是极粗糙的，我们不能要求(yāoqiú)吻合的程度很大。有这么一些相似性已经很不错了。这意味着什么呢？这给我们研究心电场提供了一个很好的思路，对心脏疾病的诊断提供了一个强有力的方法。当然这需要精准的仪器作为前提条件。=>第十六页，共二十二页。心脏起搏器和去纤颤器。

心脏可以说是一个有生物体控制着的泵，当心脏受到某种伤害时，心肌会发生激烈的颤动，在医学上叫做纤维性颤动。为了恢复心脏的正常工作(gōngzuò)，我们需要一个心脏起搏器和去纤颤器。第十七页，共二十二页。当去纤颤器外部(wàibù)极板于3毫秒内放电400J，求瞬时电流的大小，瞬时电压的大小？

若两极(liǎngjí)板间人体电阻R=50Ω。Е=I²•R•t=V•I•tI²=E/（R•t）代入相关数据可得I=51.6AV=E/（I•t）=400/（51.6•0.003）=2.58kV第十八页，共二十二页。可植入起搏器实物图随着微型可嵌入式去纤颤器的发展，所需的激发能量也随之减少了许多。其更大的优点还在于，他靠心脏更近，当病发时，仪器可自行放电治疗，而无须像外用式那样，需要(xūyào)医生的临场救治，为病人赢得了宝贵的时间，时间就是生命。第十九页，共二十二页。至此，我们从人体的骨头，心脏两方面做了些与电现象有关的研究，发现生物体是与电紧密相关的。生物体其他方面也有着很值得我们探究的地方，如前几届学生做的神经传导，电鳗(diànmán)放电等。另外磁与生物体也是密不可分的，这是一个很好的研究领域。由于水平有限只能写到这里啦。第二十页，共二十二页。感谢电词电磁(diàncí)教学组老师提供的机会！祝各位老师元旦快乐！第二十一页，共二十二页。内容(nèiróng)总结人体中电现象的一些探讨。骨头直径２５ｍｍ，介电常数εｂ＝２。极板靠近手臂处还有０.５ｍｍ厚的一层绝缘体，介电