【关键词】 脉冲磁场
关键词: 脉冲磁场;血管;受力分析
摘 要: 根据电磁场理论，提出了大、中动脉在脉冲电磁场作用下受力振荡的假说，并结合心血管病理，讨论了这一假说对防治动脉粥样硬化的意义;还对脉冲信号进行了傅里叶分析，指出应注意谐波振幅与生物效应强弱的关系.
Keywords:pulsed magnetic fields;blood vessel;stressed
Abstract:A hypothesis of artery stressed vibration on the ef-fects of pulsed magnetic fields，based on the theory of elec-tromagnetic fields is presented and its significance on preven-tion against atherosclerosis is discussed.By using FFT tech-nology，to analyse pulsed signal，the relationship between amplitude of harmonic waves and strength of bioeffects is presented.
0 引言
人类的血液由血浆和悬浮于血浆中的血细胞组成.正常生理状态下，1L血浆中含有900～910g水，65～85g蛋白质和20g低分子物质.低分子物质中有多种电解质和小分子有机化合物，如代谢产物和某些其他激素等.这些物质均带有一定量的电荷.因此血管内的血液是一种导电体，其电阻率只有150Ω・cm左右［1］ .当血液在血管内流动时，若受到磁场的作用，就会发生某些电磁学现象.但血液对外加电磁场的反应是敏感而又复杂的，场型、强度或频率的不同均会对效应结果产生影响.因此从这一领域的研究现状来看，大多仍处于定性的现象观察阶段，定量研究仍存在大量困难.我们拟从外加磁场对电流的作用力分析入手，定量分析血管―血液器官在磁场作用下可能发生的受力振荡问题.
1 基本原理
脉冲电磁场（pulsed electrimagnetic fields，PEMFs）的基本物理原理［2］ ，在于可变电磁场能诱发导体中的电压和电流，金属和组织都是电的导体，某些方面甚至较其他物质更好，同样，血液相对比它周围的组织电阻小.当一移动的导体在穿经静止磁场时（即该场处于永久性磁铁的南北极之间），将在导体中诱发一电流;反之，当一活动磁场穿经静止的导体时，将在导体中产生电流，同时导体受到力的作用，即血管受到力的作用，大小和方向与磁感应强度有关.以上分析可用于血管在脉冲磁场作用下受力振荡的研究.
2 脉冲磁场分析
磁场对于引入其中的运动电荷有力相作用，这一点往往被用来研究磁场的特性.带电量为q的电荷以速度v在磁场中运动，则它所受磁场对它作用的洛仑兹力为 f=q ［v×B］在大小为f的安培力作用下，导线Idl将沿着垂直于自身及磁场B的方向移动.当前的电磁技术多以电流产生磁场;f的量值为 f=∫l0 Idl μ0 IR22（R2 +χ2 ）3/2 sin（Idl，B）由上式可看出，f的量值与I成平方关系;若I以某种规律变化，则f将以与I成平方关系变化.目前，国际上所采用的电磁刺激形式主要有恒定直流电（constant direct current，CDC），脉冲直流电（pulse direct current，PDC），脉冲电磁场.脉冲电磁场可激发出相应频率的感生电场，作用于生物组织. 而脉冲磁场是由脉冲电流激发出的，后者以矩形脉冲形式变化.因此，在矩形脉冲的上升沿及下降沿，电流的幅值变化相当大，所用时间却相当短，形成一个冲击量δ.f的变化将更为剧烈，作用于生物组织后，会产生较为显著的生物效应.脉冲磁场可由脉冲电流激发产生.周期性矩形脉冲电流信号在一个周期内的表示式为Ι（t）=A 当-τ2（Ω=2π/T） 因此，振幅数值与τΤ之比有关.而且随着n值的增大，An 值减小.与该次谐波对应的磁场对血管的效应是否也相应减弱，或者说低次谐波的生物效应由于振幅An 数值较大而高于高次谐波，目前尚无定论［3］ .而且，脉冲电磁场的频谱很宽，大约从直流延伸到数千兆赫，是一个超宽频带系统［4］ .在这么宽的频带里，如何确定其对生物系统的最适频率.这些都需要进一步在理论和实验两方面深入研究.
3 讨论
在大动脉和中动脉中，血管内径比血细胞的直径大许多，可将血液作为均质流体，应用连续介质的理论来描述.同时，将血流比作电流的工程近似也是合理的.如果将大动脉和中动脉置于磁场的作用之下，则血管将受到安培力的作用.而且，如果磁场为时变电流产生的时变磁场，则时变电流以一定规律随时间变化，血管所受到的安培力将以与时变电流成平方关系变化.在一定情况下，这种变化量是很大的.若这个力足以克服血管周围组织对血管的束缚力，则血管就有可能以某种相应于时变电流的规律振荡，其频率和幅值显然与时变电流相关.例如，外加磁场为由脉冲电流产生的脉冲磁场，在矩形脉冲的上升沿及下降沿，电流的幅值在相当短的时间内发生较大的变化，形成一个冲击量δ，安培力的变化将更为剧烈，作用于血管后，会产生较为显著的生物效应.
健康成年人的心率平均为每分钟75次，每个心动周期为0.8s，频率为1.25Hz.若安培力的变化频率与此一致，就可能与心室、心房的射血与充血，血管的收缩与扩张变化过程一致而发生“谐振”，产生较大的谐振能量;此机械力量可能用以阻碍粥样斑块的形成，起到防治动脉粥样硬化的作用.
参考文献
［1］杨文修，李正明.生物医学物理概论［M］.天津:天津科技翻译出版社，1993:85-86.
［2］罗二平，张 峰，张 宏.GHY型骨愈合仪的研制［J］.第四军医大学学报，1995;16（6）:443-445.
［3］McLeod KJ，Rubin CT，Donahue HJ.Electromagnetic fields in bone repair and adaptation ［J］.Radiol Sci，1995;30（1）:233-244.
［4］王保义，时振栋.电磁场在目标识别中的应用［M］.北京:电子工业出版社，1995:56-59.转贴于