 |
Акустическое тепловое излучение
|
|
|
|
Температуру внутренних органов можно не только «видеть», благодаря электромагнитному свечению тканей, но и «слышать» по их тепловому акустическому шуму.
Чем выше температура, тем громче такой шум. Это особенно интересно в ультразвуковом диапазоне частот около 1-2 мегагерц, где, с одной стороны, ткани организма достаточно прозрачны (в этом диапазоне обычно используют активные ультразвуковые сканеры для диагностики нарушений морфо логической структуры «мягких» тканей), с другой стороны, определяющая пространственное разрешение (различение деталей температурного рельефа) длина акустической волны меньше миллиметра.
Основная заслуга в создании экспериментальной установки для такого акустического теплового прослушивания тканей принадлежит В.И. Пасечнику, которого мы пригласили в нашу команду вначале на роль главного биофизика. Но он оказался и «просто» хорошим физиком, что не часто бывает: как правило, при расширении круга интересов уменьшается профессио-
Рис. 1. Человек в свете собственных физических полей и излучении
Доминирующим красным цветом показано достаточно интенсивное инфракрасное тепловое свечение кожных покровов, отражающее функционирование сети капиллярного кровотока в коже. Можно сказать, что на поверхности организма (особенно на всегда открытых кистях рук и лице) в этом невидимом для глаз свете непрерывно демонстрируются фильмы о работе системы терморегуляции в коже, из чего можно заключить, что происходит внутри тела. Оранжевым и коричневым цветом соответственно показаны существенно более слабые радиотепловое и акустотепловое излучения внутренних органов и мышц, которые выходят непосредственно из глубины организма. Они пульсируют и перераспределяются, отражая физиологическую динамику кровотока и метаболизма. Синим цветом показана быстрая динамика электрического потенциала на поверхности тела связанного с биоэлектрической активностью сердца, мозга, мышц; белым — выходящие непосредственно из глубины тела магнитные поля тех же источников.
|
|
|
Рис. 7. Кисти рук в собственном инфракрасном тепловом свечении
На последовательности кадров видны волны разогрева-охлаждения распространяющиеся от кончиков пальцев вверх по кистям примерно за 1 минуту и повторяющиеся с периодом 4-5 минут
Рис. 8. Пространственно-временное представление термоволн на кистях рук в инфракрасном тепловом свечении
Справа показано временное поведение свечения вдоль среднего пальца правой руки (по линии АА) Период (совокупная длительность темной и светлой полос) составляет около 5 минут. Угол наклона полосы характеризует скорость волны перераспределения кровотока. Видно, что при задержке дыхания (активирующей стрессорную симпатическую нервную систему) растет скорость и падает амплитуда перераспределения кровотока в коже.
Рис. 9. Проекции на кожу внутренних органов
Слева — проекции сердца: над сердцем и на прилегающей стороне левой руки (1); справа — проекции печени: над печенью и на плече (3).
Рис. 10. Реакция кожи на бесконтактное воздействие — поднесение руки
При поднесении кисти «обычной» руки к спине кожа нагревается.
11. Восстановление кровотока в стопах ног у больного ^итерирующим эндартериитом в процессе «лечения» Джуны
^лева направо — четыре кадра из фильма (в несколько десятков кадров); сравнения первого и последнего кадров хорошо видно что было и что стало.
Рис. 13. Эксперимент с кожным зрением
Рис. 12. Разогрев кистей рук самовнушением
При поднесении пальцев к газете в полной темноте инфракрасный тепловизор начинает видеть буквы: 1 — до поднесения к газете кисти руки; 2, 3 — пальцы над заголовком; 4 — рука отодвинулась
|
|
|
Рис- 14 Волны распространяющейся депрессии в мозге крысы
Слева — временная последовательность кадров; справа — один из кадров
подробнее.
Рис. 15. Мозг кролика в собственном тепловом инфракрасном свечении при стрессе*
Слева — колебания яркости свечения с периодом 30-40 секунд (выбраны 4 характерных кадра из 10-20, снятых за один период); справа — пространственно-временное представление фильма: вверху — временное поведение яркости свечения прямой вдоль мозга (ось времени направлена вверх), справа — временное поведение яркости свечения прямой поперек мозга (ось времени смотрит направо) Видно что в поперечном направлении мозга яркость осциллирует — периодически изменяется а вдоль (верхняя проекция) как бы «переливается» из середины ко лбу и затылку: угол наклона черных и белых полос по отношению к оси времени на проекции, представляющий скорость распространения холодного и теплого фронтов в продольном направлении меняет знак.
Подробное описание рисунка преднсиначено для специалистов
Рис. 16. Реакция мозга в радиотепловом свечении на кратковременное пережатие сонной артерии
В кадрах — лоб вверху затылок внизу.
Рис. 17. Реакции коры головного мозга на сжимание правой или левой кисти в радиотепловом свечении
Рис. 18. Реакция торса в радиотепловом свечении на прием
нитроглицерина
Bepxi- 1C1 рисунок — расположение кадра на торсе; внизу — функциональный образ: области одинаковым характером реакции окрашены своим псев-
Рис. 19. Функциональное контрастирование опухоли молочной железы с помощью цветовизора на ранней стадии рака, едва различимой на маммограмме
Рис. 20. Волны кровонаполнения в молочной железе после задержки дыхания (подробно записан один период)
I
Рис. 21. Магнитные карты над торсом (через одежду): верхние ряды рисунков — здорового человека средние ряды — пациента с постинфарктным рубцом нижний ряд — при экстрасистолии
Рис. 23. Магнитная карта коры головного мозга в ответ на звуковую стимуляцию
Рис. 22. Магнитные карты, характеризующие выброс крови при сокращении сердечной мышцы
|
|
|
Слева вверху — магнитоплетизмограмма, максимум которой задержан по отношению к максимуму магнитокардиограммы (QRC-комплекс); справа вверху— кадр в максимуме сердечного выброса.
Кадр из фильма на 100-й миллисекунде после звукового импульса, когда наряду с обычным откликом в слуховой коре (магнитный диполь внизу сзади) наиболее четко проявляется дополнительный источник возбуждения в ролландовой борозде (диполь вверху спереди).
Рис. 24. Инфракрасный портрет боли
Кадры из фильма в инфракрасном тепловом свечении: слева - т ствия; справа - кадры из фильма в процессе обезболивания с помощью
aKvnvHKTVDbi. щью
Рис. 26. Пространственно-временной паттерн боли в инфракрасном тепловом свечении кистей рук
Справа - временное поведение яркости инфракрасного свечения вдоль указательного пальца левой кисти после укола иголочкой в правую кисть. Наклоны характеризуют скорость пробегающих вдоль пальца по коже волн капиллярного кровотока: больше наклон — значит, больше скорость, наклон в другую сторону — возврат волны. Как видно, даже небольшой укольчик (причем в другую руку) вызывает большую «панику» в сети капиллярного кровотока в коже кистей обеих рук.
Рис. 27. Инфракрасные термоизображения стоп ног в процессе курения
Слева — график изменения температуры на кончиках пальцев в процессе курения и после него.
Рис. 28. Инфракрасные термоизображения стоп курильщика
Четыре верхних рисунка — кадры из фильма, отображающего реакцию кровотока на прием сосудорасширяющей таблетки. На правой ноге сосуды уже не реагируют: не расширяются. Это контрастно видно по отношению к здоровой левой ноге. Но пока потеряна лишь функциональность’ ткани теплые, т. е. кровоснабжаются. Эта стадия «второй предупредительный звонок» для курильщика; внизу — последняя стадия: на правой ноге чуть виден только один большой палец. Остальные (да и большой) снабжаются кровью очень слабо, так что их температурная яркость несравнимо меньше чем у нормальных тканей. Это тот случай, когда обычно проводят ампутацию.
|
|
|
Рис. 29. Радиотепловые изображения головного мозга в процессе курения
Рис. 30. Стопы в инфракрасном тепловом свечении в процессе воздействия мастера цигун
Виден процесс восстановления нарушенного кровообращения в пальцах левой стопы.
нализм. Пасечник создал один из первых акустотермометров. Прибор работал в полосе частот около 2 мегагерц и обладал достаточно привлекательными для пассивной медицинской диагностики параметрами: глубина зондирования (приема акустотеплового шума) составляла около 2,5 см; чувствительность к изменениям температуры тканей — несколько десятых градуса; пространственное разрешение — около 5 мм (существенно лучше, чем у радиотермометрии в дециметровом диапазоне волн).
Этот прибор позволяет измерить температуру любого внутреннего органа (оценить, как он «себя чувствует») или структурного новообразования в глубине организма, например обнаруженного с помощью ультразвукового сканера. Он остро необходим в онкологии для контроля процесса разрушения опухоли с помощью сфокусированного на нее микроволнового излучения (гипертермия). Успех такого лечения «критически» зависит от точности измерения температуры тканей в глубине тела: для разрушения опухоли она должна поддерживаться на уровне губительных для нее 42 °С с точностью не менее чем 0,5 °С. Повышение температуры выше этого уровня начинает «убивать» и окружающие нормальные ткани, а недо- грев оставляет следы опухоли (метастазы). Акустотермо- метрия также позволяет наблюдать за реакцией внутренних органов на то или иное лечение (фармакологическое или физиотерапевтическое), с тем чтобы его индивидуализировать и оптимизировать для каждого больного.
Конечно, мы с самого начала понимали, что акустотепловое излучение, которое наиболее информативно в мегагерцевом диапазоне волн, не имеет никакого отношения к интригующим общественность «биополям». Ведь интенсивность такого теплового шума, да еще в ультразвуковом диапазоне ничтожно мала, чтобы другой человек (без приборов) мог это почувствовать. Так что пассивное «прослушивание» температурных полей организма имело чисто научный «приземленный» медицинский смысл: как «окно», позволяющее заглянуть в глубь тела.
что можно
УВИДЕТЬ
Некоторые экстрасенсы, с их слов, видели «ауру» человека, цвет которой характеризовал здоровье пациента: розовый цвет ауры говорил о хорошем здоровье синий, фиолетовый — о болезни. На такую субъективную оценку явно накладывалось психоэмоциональное восприятие пациента экстрасенсом. Меня, как их оппонента, экстрасенсы, как правило, видели в фиолетовом цвете... Цвет ауры не имеет отношения к физике. Это из области психофизиологии сенсорного восприятия, которое уникально организовано у человека. Согласно программе наших работ, мы должны были все «я вижу» проанализировать с точки зрения физики и экспериментально проверить. В видимом свете (оптике), исходя из существующих научных представлений, могло быть два типа сигналов: собственное свечение тканей организма биохимической природы и отраженный или рассеянный внешний свет, в котором живет человек и для восприятия которого, собственно, и предназначены глаза.
|
|
|
Хемилюминесценция. За собственное свечение тканей взялся один из физтехов, с которыми я стартовал, Андрей Лебедев. Как принято в науке, мы начали с привязки к тому, что уже известно на эту тему. А известно было сверхслабое свечение кожных покровов — хемилюминесценция, — вызываемое пере- кисным окислением липидов (жиров). Интенсивность такого свечения очень мала: считаные фотоны в секунду. Однако и глаз может различать отдельные фотоны только после очень долгой адаптации в полной темноте. На основе уникальной американской камеры, позволявшей наблюдать оптические изображения в режиме счета отдельных фотонов, Лебедев собрал экспериментальную установку, построил темную комнату, так что можно было наблюдать сверхслабое оптическое свечение кожи в желто-зеленом диапазоне. Чтобы разобраться в его природе и зависимости от физиологического статуса организма, было необходимо глубокое понимание биофизики и биохимии живых тканей И в этом Лебедеву очень помогла опытный биофизик с кафедры живых систем МФТИ Л.Г. Коренева.
Хемилюминесценция характеризует антиоксидантный статус кожи. Антиоксиданты предохраняют кожу от старения, способствуют залечиванию дефектов. При этом интенсивность свечения увеличивается, когда снижается уровень антиоксидантов. Это происходит, например под действием ультрафиолета после долгого пребывания на солнце, при воздействии на кожу дыма при курении и др. По этой причине хемилюминес- ценцию используют для оценки эффективности солнцезащитных кремов, подбора стимулирующей наработку антиоксидантов дозы витамина С и др.
Лебедев провел серьезное научное исследование этого свечения кожи, разобрался с его механизмом и защитил диссертацию на эту тему. В частности, было установлено, что интенсивность хемилюминесценции уменьшается с ростом температуры и влажности кожи. Эти параметры очень зависят от психоэмоционального состояния организма, что может быть наиболее естественным объяснением довольно экзотических экспериментов (проводимых до сих пор) по влиянию медитации на интенсивность хемилюминесценции. Это пытаются использовать для объяснения видения цветной ауры. Однако простые аргументы опровергают такую возможность: в темноте необходимой для наблюдения хемилюминесценции, цветное зрение не работает, а на свету, где ауру, как правило, смотрят, она не может быть различима из-за предельно малой интенсивности по сравнению с фоновым свечением.
Остается только психофизиологическии вариант объяснения: экстрасенс субъективно «окрашивает» свое впечатление о пациенте не имея реального физического сигнала.
Оптическое спектральное картирование. А что же при
естественном освещении? На первый взгляд, речь здесь идет уже вроде бы не о пассивном, а об активном зондировании. Но реально естественной средой обитания для человека является «белый свет», а не темнота.
Основные ткани организма мало поглощают свет, но очень сильно его рассеивают (как матовое стекло). Если направить луч белого света на кожу, то из-за многократно меняющего направление луча рассеяния уже что-нибудь через 1 мм свет «забывает», с какой стороны он пришел, и потому около половины его интенсивности рассеивается обратно: возвращается назад в виде диффузного свечения.
Основной краситель в тканях — кровь, которая поглощает все более короткие, чем красные, световые волны.
Вот почему при естественном белом освещении цвет кожных покровов определяется цветом крови. Это основной цвет жизни. В принципе по цвету кожных покровов можно простым глазом определить состояние здоровья человека, что хорошо умели делать «старые добрые» врачи век и более назад, компенсируя отсутствие современной аппаратуры.
Но, кроме самого цвета, информацию о жизни тканей и крови в них несет его временная динамика. Это пульсация и перераспределения цвета, передающие «стук» — функциональную динамику жизни. Амплитуда такой изменчивости очень мала (меньше процента), чтобы быть замеченной невооруженным глазом, но современные приборы позволяют измерять ее «с запасом».
Естественное освещение через достаточно прозрачные биологические ткани (особенно через мягкие ткани, закрывающие отверстия в черепе, но и прямо через кость) «засвечивает» мозг и рассеивается обратно. Выходящий обратно свет промодули- рован физиологической жизнью тканей: изменяются его спектральный состав, появляется временная динамика и перераспределение в пространстве.
Фактически при естественном освещении вблизи поверхности головы (и тела) «демонстрируются» цветные фильмы о физиологической жизни в глубине организма, в том числе коре головного мозга.
И интенсивность света на выходе довольно велика. Вот только видеть эти фильмы невооруженным глазом нам не дано: зрение при всей своей уникальности, не может различать относительно небольшие изменения как интенсивноаи светового потока, так и цвета.
Если посмотреть на обратно рассеиваемое тканями излучение с помощью оптических приборов, то в нем смешано три цвета: артериальной крови (насыщенной кислородом), венозной (отдавшей кислород тканям), а также цвет участвующего в цикле биохимической энергетики тканей (метаболизма) пигмента (цитохрома аа3).
Их можно разделить в спектре и таким образом наблюдать изменение во времени и перераспределение в пространстве как общего количества крови. ее оксигенации, так и темпа метаболизма. Эти изменения несут информацию (в реальном времени) о динамике кровоснабжения и метаболизма тканей организма.
Заглянуть в организм через это оптическое «окно» удалось довольно быстро под руководством пришедшего к нам после аспирантуры в ФИАНе (Физический институт АН СССР) и потому уже накопившего опыт экспериментатора Юрия Полякова.
В оптической группе практически все было разработано и сделано своими руками. Для того чтобы избежать неконтролируемого влияния естественного света, освещающее излучение подводилось через световолоконный кабель, который прикреплялся рядом с поверхностью исследуемой области. При этом излучение моментально распространялось и вглубь, и в стороны (охватывая и область интереса) от «точки прижима» световедущего кабеля как бы «поджигая» свечение тканей изнутри. Выходящее наружу рассеянное излучение также регистрировалось с помощью световодов.
Такую систему Поляков приспособил для картирования коры головного мозга: освещающие световоды прижимались к вис- а несущее информацию рассеянное излучение регистриро-
валось с помощью световолоконных зондов, прижимаемых к поверхности головы в точках интереса. При многократном рассеянии свет распространяется практически одинаково во все стороны. как при диффузии. При этом размер области, с которой собирается свет в приемный зонд, примерно равен глубине слоя от поверхности. Учитывая, что кора головного мозга расположена на глубине около 1 см, таким образом можно различать сигналы от участков коры разнесенных на сантиметр и больше. Подобного пространственного разрешения, как правило, достаточно для исследования наиболее интересных сенсорных областей коры.
Цветовидение. В дальнейшем к работе в оптическом диапазоне подключился Ильдар Валиев, который сделал установку для динамического «цветовидения». Он приспособил видеокамеру с цифровым интерфейсом для наблюдения кожных покровов в рассеянном ими свете. Освещение осуществлялось либо обычной лампой с рефлектором, либо с помощью световолоконного световода, прижимаемого либо рядом с исследуемой областью, либо с противоположной стороны, например при картировании кистей рук, молочной железы, мышц. В каждый момент времени регистрировалось по три кадра: по одному на одну из трех длин волн оптического возбуждения (для разделения упомянутых вы ше вкладов артериальной и венозной крови, а также метаболизма). С интервалом в 1-3 секунды записывалось до сотни таких
ехцветных кадров. После цифровой обработки получалось три фильма, характеризующие пространственно-временную динамику кровенаполнения, оксигенации и метаболизма тканей. Мы назвали этот прибор цветовизором. (На фотографии вы видите, как происходит картирование кожных покровов лица.)
Цветовизор позволял наблюдать как картины кардиопуль- сации в тканях, так и более медленные (с периодом около 10 секунд и 40 секунд) перераспределения кровонаполнения («вазомоции»), характеризующие работу управляющих тонусом сосудов симпатической и парасимпатической нервной системы. Получаемые динамические картинки кровонаполнения, например, кистей рук были похожи на те, которые мы видели с помощью инфракрасного динамического тепловидения (отражающие динамику кровотока). Но в дополнение к перераспределению крови при этом можно было наблюдать за ее оксигенацией и метаболизмом.
Применение цветовизора позволяет следить за функциональным состоянием (капиллярным кровоснабжением) кожи, например в косметологи. Ведь это фактически цифровая видеокамера с персональным компьютером которая может быть использована и в домашних условиях. Особенно перспективно использование цветовидения для ранней диагностики рака молочной железы. Ведь рак уже на ранней стадии изменяет функциональный статус окружающих кровеносных сосудов. В борьбе за приток крови опухоль генерирует окись азота которая предельно расширяет ближайшие кровеносные сосуды и при этом практически отключаетуправление ими со стороны периферической нервной системы. Так что все пульсации сосудов подавляются Кроме того вокруг опухоли существенно падает оксигенация ткани, так как для поддержания своего интенсивного метаболизма она активно «отсасывает» из них кислород. В результате динамическая картина кровонаполнения тканей около начального очага рака как спонтанная (без воздействия), так и особенно при воздействии подобранных физиологических стимулов радикально отличается от той которая характерна для нормальных тканей. Поэтому она четко просматривается (см. рис. 19).
Размер функционально контрастной области обычно намного больше, чем размер самой опухоли. Этот размер определяется физиологической агрессивностью очага, например интенсивностью генерации оксида азота, темпом утилизации кислорода из окружающих тканей.
Что важно, в отличие от обычного морфологического (анатомического) контрастирования опухоли по плотности ткани (например, в маммографии), функционально опухоль может быть выявлена по целому ряду независимых признаков. Например, как область, в которой нет (уменьшена амплитуда) пульсаций кровонаполнения (вазомоций) или в которой повышено кровонапол- нение и снижена оксигенация (собралась венозная кровь). Или с помощью такого простого стимула: достаточно задержать дыхание (особенно после выдоха) — и сосуды в нормальных тканях по команде симпатической нервной системы спазмируются, уменьшая кровонаполнение. А вблизи опухолевого очага крово- наполнение только возрастает из-за перераспределения крови из спазмированных сосудов в нормальных тканях, что увеличивает контраст и др. Кстати после задержки дыхания мы наблюдали очень интересное явление — волны кровонаполнения в молочной железе. Задержка дыхания вызывает стрессорный спазм контролирующих кровоток сосудов-анастомозов, сосредоточенных вокруг соска. После возобновления дыхания парасимпатическая нервная система восстанавливает кровоток (раскрывает спазми- рованные сосуды) волнообразно с характерным для нее периодом, составляющим около 40 секунд (см. рис. 20).
Такой волновой характер восстановления после физиологической реакции характерен для живых систем: мы видели это раньше на кистях рук и в коре головного мозга человека и животных. Это явление также может быть использовано для выявления рака на ранней стадии. Ведь, как отмечалось выше, сосуды вокруг опухоли всегда максимально расширены, так что волна сосудорасши- рения будет обтекать (и тем самым обрисовывать) эту не реагирующую на сигналы вегетативной нервной системы область.
Открываемая цветовидением возможность раннего функционального контрастирования опухолей молочной железы по
признакам и с помощью различных стимулов сущест- МН°ГИМ0вышает надежность идентификации патологии: ее от- венН0П оТ б0/1ее часто встречающихся доброкачественных ^образований (снижается количество ложных тревог). Это Н°В°то реально нужно для массового скрининга миллионов Та щин вместо применяемого сейчас небезвредного рентгеновского обследования. При этом рентгеновскую маммографию имеет смысл использовать только на следующем этапе: я немногих пациентов с уже выявленным заболеванием, чтобы установить для хирургов, где точно локализован очаг.
В заключение — про «очевидное» в прямом смысле этого слова: возможность визуального восприятия экстрасенсом динамической механики тела. Здесь проявляется уникальная способность глаза замечать, анализировать и распознавать динамические образы смещения и изменения контуров. Эта способность развилась, скорее всего, как защитная реакция. Ведь жизненно важно было различить малейшее изменение позы потенциального хищника.
Такая заложенная в человеке способность может быть одним из основных каналов получения и обмена информацией экстрасенса с пациентом. Как я уже отмечал, в этом безмолвном процессе оба его участника подсознательно всем своим существом воспринимают друга. Поза, выражение лица особенно в динамике их реагирования на «провоцирующие» внимание перемещения рук, пальцев экстрасенса, передают очень много информации о состоянии пациента
Однако изучение такого потенциально возможного сенсорного диалога вроде бы дело не физики, а психофизиологии сенсорного восприятия. Физики могут профессионально обеспечить измерения. Но, как показывает опыт в современной иологии, физиологии и медицине физики часто играют решающую роль, начиная с формулировки задачи: «смотрят в ко- ень», я вернусь еще к этому в следующем разделе в связи осуждением слухового восприятия.
что можно
УСЛЫШАТЬ
Я уже обсуждал ранее физически фундаментальное акустотепловое излучение живых тканей. Оно характеризует температуру тканей, органов. Это излучение очень слабое, и измерить его можно, только вооружившись специальной аппаратурой. Но каждый знает, что функционирование организма, особенно биение сердца и дыхание, можно услышать, просто приложив ухо к поверхности тела. И это использовали старые добрые врачи. Однако человеческий слух не различает основные низкие частоты (около 1 герца и ниже), характерные для биения сердца, дыхания, тем более перистальтики желудка и др. Слышны лишь высокочастотные компоненты этих физиологических сигналов. Они связаны с фронтами — резкими перепадами давления в начале и в конце импульсов. Но именно эти сигналы наиболее информативны: по ним можно судить о силе мышечного сокращения сердца, состоянии мышечного корсета кровеносных сосудов, работе дыхательных мышц, сопротивлении дыхательных путей, состоянии легких и др. Сигналы сердца можно услышать, лишь приложив ухо к телу, так как низкочастотный звуковой сигнал сильно отражается от границы с воздухом. Звуки вдоха и выдоха естественно согласованы с воздушной средой и потому слышны без контакта. Однако вклад легких в них трудно различим (заинтегрирован), поэтому прослушать легкие можно только контактно, прикладывая ухо к груди точка за точкой в области проекции легких. Так делали врачи до создания стетоскопа.
Под руководством В.И. Пасечника в сотрудничестве с опытным пульмонологом Л.И. Немеровским был разработан многоканальный фонопульмограф для получения картины вен- тилируемости легких, фактически функционального состояния альвеол в них Такой прибор нужен современным врачам, которые не имеют времени прослушивать ухом каждого пациента. А главное они почти ничего не распознают без наличия большого предварительного опыта такого прослушивания: накопления в ассоциативной памяти характерных слуховых об- азов патологии. Особенно с учетом того, что такие слуховые паттерны звучат индивидуально. Для этого нужен старый добрый «штучный» индивидуальный подход, а в современной технологической медицине все на потоке. Для повышения точности измерений с помощью маленького генератора через рот в легкие по дыхательным путям подавался негромкий (как при разговоре) звук на одной из частот в диапазоне слышимости уха: 80-600 герц. Он возбуждал колебания альвеол, звучание которых регистрировалось прижатыми к груди приемниками звука (акселерометрами) одновременно по четырем каналам. Этот сигнал модулировался дыханием пациента. Распределение амплитуды этой модуляции по легким характеризовало поступление воздуха в альвеолы: перепад давления в них при дыхании. Использование такого «озвучивания» легких может сильно облегчить и прослушивание «по старинке»: ухом или стетоскопом, так как выводит в диапазон слышимости уха физиологические сигналы на неслышимо низкой частоте дыхания (меньше 1 герца: период дыхания — несколько секунд). Без этого (невооруженным ухом) можно слышать, как уже отмечалось выше, только звуковые компоненты сигнала дыхания, связанные с быстрыми перепадами давления в начале вдоха и выдоха. Они в принципе несут другую важную информацию: об упругости стенок альвеол.
Наш слуховой анализатор обладает уникальной способностью различения, распознавания и запоминания последовательности (временной организации) звуковых сигналов.
Мы не акцентировали в программе своих исследовании изучение этого естественного канала пассивного дистанционного зондирования организма опять же из-за того что формально это область другой науки — сенсорной физиологии и биоинформатики.
МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ЧЕЛОВЕКА
Как отмечалось выше биологические ткани практически прозрачны для магнитного поля.
Н Через такое магнитное «окно» можно «увидеть» динамическую картину биоэлектрических источников тока в сердце, мозге, нервной системе, мышцах. Причем «увидеть» очень ясно, как через стекло, а не искаженно, как через витраж, что имеет место при измерении электрических потенциалов на поверхности тела (электрокардиограмма — ЭКГ, электроэнцефалограмма — ЭЭГ электромиограмма — ЭМГ и др.).
Это было ясно давно, но электрическое картирование (ЭКГ, ЭЭГ и др.) доминирует в медицинской диагностике до сих пор. Основная причина — предельно малая величина биомагнит- ных сигналов. Например самый сильный биомагнитный сигнал возникающий при работе сердечной мышцы, в миллион раз ниже магнитного поля Земли. Сенсоры, способные их измерять, сверхпроводящие квантовые интерферометры — сквиды, физики изобрели незадолго до начала нашей работы.
Чтобы заглянуть в организм человека через «магнитное окно». магнитной группе под руководством Андрея Матлашова и Юрия Журавлева пришлось преодолевать очень непростые проблемы. Это был наиболее трудный канал пассивного зондирования, и вся наша команда им, как могла, помогала. Практически ничего из необходимого измерительного оборудования в то время купить было нельзя. Оставалось полагаться только на свои собственные силы, начиная с создания самих сенсо- ров-сквидов. Это самые чувствительные физические сенсоры (не только магнитного поля) из известных сейчас. Для создания сквидов Журавлев скооперировался с Валерием Кошельцом (из микроволновой лаборатории ИРЭ). которому удалось заполучить современную (импортную) микротехнологическую установку. В результате были созданы одни из лучших в мире в то
магнитные сенсоры: они могли регистрировать столь ни- ВР8Мное изменение энергии, как 10-30 джоуля за секунду, что чтожно цувствительности к изменениям магнитного поля С0°еедесяти фемтотесла (1014тесла) за секунду (это в 10 млн М8Н меньше геомагнитного шума — вариаций магнитного поля Земли) Такая чувствительность не была «рекордно» избыточ- “ Ведь, например, величина магнитных откликов коры головного мозга на функциональные стимулы всего в сто раз больше мп-12 тесла). Если учесть, что для восстановления картины биоэлектрических источников в коре головного мозга магнитное поле около головы нужно измерять с высокой точностью (не ниже процента), то никакого запаса чувствительности нет.
Для достижения такой чувствительности сквиды нужно охлаждать до температуры жидкого гелия При этом криостат должен быть прозрачным для магнитного поля, т. е. не металлическим, а фибергласовым. Один такой коммерческий криостат пришлось купить, чтобы не задерживать начало измерений. Покупать столь дорогие криостаты мы больше не могли себе позволить. В поиске альтернативы нам крупно повезло: мы нашли в космической отрасли и переманили к себе уникального умельца в этом деле инженера Александра Бахарева. Он перешел к нам со своей группой и наладил производство фибергласовых криостатов, которые со временем получили спрос даже на мировом рынке. На фотографии А. Бахарев демонстрирует один из первых отечественных фибергласовых криостатов (со сквид- магнитометром внутри), пациента изображает Андрей Матлашов.
Для приема крайне слабых сигналов со сквидов была разработана вся необходимая высокочувствительная электроника. Кроме того, нужно было отстроиться от геомагнитного шума и особенно
индустриальных помех, уровень которых в тысячи раз превышал магнитные поля организма. Для того чтобы выделить интересующие нас сигналы из преобладающего фона помех, мы использовали пространственную селекцию — градиентометрию. Градиент характеризующий изменение магнитного поля в пространстве, максимален вблизи источников магнитного поля (это используется в георазведке) и быстро (обратно пропорционально расстоянию) уменьшается при удалении от него. Так что, например, подключая ко входу сквида не одну приемную катушку, а две встречно включенные и отдаленные друг от друга на расстояние (база градиометра), приблизительно равное расстоянию до источника в глубине тела, можно «с запасом» отстроиться от геомагнитного шума. Это магнитоградиометр первого порядка. Действительно, в такой схеме градиометра с базой в несколько сантиметров, по существу, будет измеряться магнитное поле биомагнитных источников внутри тела, так как «вкладом» второй отдаленной катушки практически можно пренебречь. Разница магнитных полей в обеих катушках от удаленных на тысячи километров относительно сильных геомагнитных источников уменьшится в миллионы раз (в меру незначительности сантиметрового порядка базы градиометра по отношению к тысячекилометровому расстоянию до источника). Можно сказать, что магнитные поля отдаленных источников (как магнитное поле Земли) являются однородными: практически не меняются на расстояниях в несколько сантиметров и потому магнитоградиометр, измеряющий разницу магнитных полей в разнесенных на такое расстояние точках, их не замечает. Для отстройки от индустриальных помех, источники которых расположены много ближе, и потому их градиенты первого порядка слишком велики, использовались градиометры второго порядка. В них встречно включались два градиометра первого порядка, т. е. использовалось четыре приемные катушки.
Но и этого не хватало для проведения биомагнитных
|
|
|
