Однако всевидящее око тепловизора подметило и нетривиальные детали. Отчего вдруг в момент выдоха кожные покровы лица приобретают голубоватый оттенок, остывают? Оказалось, это регистрируется спад давления крови в капиллярной сети в момент выдоха, характеризующий «качество» работы системы кровообращения.
Каким же образом расшифровываются заповедные тайны нашего организма? Записываются последовательно несколько сот термоизображений, отражающих один период дыхания. Далее с помощью специальных алгоритмов ЭВМ оконтуривает или выделяет разным цветом области, где сосуды характеризуются «однотипным» поведением. Таким образом и был впервые получен функциональный «портрет» системы, позволивший весьма детально оценить, где сосуды бодро откликаются на ритм дыхания, а где вяло, с опозданием. Его информационная значимость, как считают медики, может быть выше, чем у традиционной термограммы. Самое же главное заключается в том, что отклонения организма от нормы можно обнаружить до того, как в системе кровообращения возникают патологические изменения.
Но, строя динамичные ИК-термоизображения, удается зарегистрировать лишь те процессы, что происходят на поверхности тела, или, говоря точнее, в миллиметровом слое эпидермиса. А вот как оценить состояние внутренних органов? Ведь они в ИК-диапазоне «молчат», поскольку человеческое тело для инфракрасных волн непрозрачно.
Докладывает СВЧ-излучение
Быстро узнать температуру человека и в считанные секунды дать ответ — здоров он или заболел? — можно по каналу радиотеплового диапазона. Мозг, сердце, печень с глубины 5-10 см активно «сигналят» своим радиотепловым излучением о температурных и других жизненно важных ритмах организма. Характерная деталь: чем длиннее волны, тем с большей глубины приходит излучение. И наоборот, чем короче излучаемая волна, тем ближе к поверхности находится сигнализирующий орган.
Учтя эту тонкость и работая на более коротких волнах, исследователи прицельнее определяли параметры органа «излучателя», соответственно и его радиотепловой «портрет» получался более четким. Зато переходя на более длинные волны, удается, как уже говорилось, увеличить глубину зондирования. Компьютерная обработка приходящих с разных глубин сигналов уже сейчас позволяет воссоздать пространственную картину температурных полей организма.
Вдумаемся в этот факт, сулящий в самом недалеком будущем переворот в медицинской практике. Еще сегодня, ставя градусник под мышку больному, терапевт констатирует лишь «среднее» повышение температуры тела у своего пациента. А тут благодаря чувствительным радиометрам можно абсолютно точно указать температурящий орган.
Разумеется, чтобы уловить весьма слабый «огонек» сигнала, биообъект приходится ограждать от мощных «прожекторов» помех как природного, так и техногенного происхождения с помощью специальных экранированных камер. Для построения полной картины поля на входе измерительно-вычислительного комплекса устанавливается матричная система антенн-датчиков. Четыре чувствительных радиометра, каждый настроенный на одну из волн в диапазоне от 3 до 30 см, уверенно регистрируют температуру любой точки тела — от поверхности до четырехсантиметровой глубины.
Гак впервые в мире были получены динамические радиотепловые карты, скажем, брюшной полости, карты радиояркостной температуры головного мозга и т. д.
В волнах электрического и магнитного полей
«Человек — это хрупкий сосуд, наполненный драгоценной влагой жизни», — говорили встарь. «Наше тело — это сосуд с влагой электрохимической», — перефразировали поэтичное утверждение древних радиоэлектронщики, имея в виду, что в человеке, как в батарейке, постоянно циркулируют электрические токи. Растекаясь по всему телу, они выходят на его поверхность, содержат в себе ценную информацию о глубинных, происходящих в органах физиологических процессах. Стоит, скажем, «забарахлить мотору» — и, записывая электрокардиограмму, специалисты без особого труда определят по ее стесанным зубцам или растянутым пикам не в унисон «стучащий узел».
Впрочем, сколь бы ни было информативно электрическое поле, наружу оно выносит весьма огрубленную из-за неоднородности среды информацию о породивших их источниках.
Дело в том, что, изучая электрические поля, можно судить о физиологическом состоянии биообъекта лишь опосредованно — по измененным токам. При этом высокопроводящие ткани организма, частично экранируя низкочастотные электрические поля, искажают содержащуюся в них полезную информацию.
Однако поставив один заслон — электрический — на пути исследователей, природа в то же время сама позаботилась об обходном — магнитном — варианте. Человеческое тело, будучи диамагнитным по природе, абсолютно прозрачно (кстати, одежда тоже) для магнитных полей. Поэтому, регистрируя картину магнитных полей около человека, можно с высокой точностью определять, скажем, область патологии в миокарде или в мозге.
Факт этот удивителен хотя бы уже тем, что если б кто-нибудь лет 15–20 назад сказал, что удается «регистрировать» магнитные поля человека, физики отнеслись бы к подобному сообщению скептически. Еще бы, ведь для этого нужна аппаратура, способная реагировать на миллиардную долю эрстеда. Это в миллиарды раз меньше напряженности магнитного поля Земли.
Тем не менее сегодня в лаборатории эта сложнейшая научно-техническая задача решена с помощью магнитометрической системы, включающей сверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД) и трехкомпонентную систему Гельмгольца, служащую для подавления внешних магнитных помех; исследователям удалось снять динамические магнитные карты сердца и мозга. Детально воспроизводится процесс распространения по миокарду электрического возбуждения.
Магнитокардиограмма гораздо полнее электрической рассказывает о мельчайших подробностях работы сердечной мышцы, с высокой точностью указывает пораженную область.
Сейсмичны ли недра биообъекта?
Обычная электрокардиограмма снимается с помощью электродов, прикрепляемых к телу пациента. А можно ли записать электросигналы сердца, органов дыхания, мышц, не увешивая человека присосками электрических «пиявок»? Оказывается, для этого достаточно пациента поместить в экранированную от внешних полей клетку Фарадея, а антенны-зонды направить на исследуемый орган.
Детальные электрометрические измерения выявили, что вокруг человека возникают в сотни раз более мощные поля, чем те, что создаются его внутренними электрохимическими «генераторами». Весьма интенсивным источником излучения оказалась кожа. Точнее сказать, электрические заряды, накапливающиеся в роговом слое ее эпидермиса (РСЭ). Природу появления кожного заряда мы обсудим ниже, а пока отметим, что биение сердечной мышцы, перемещение диафрагмы при дыхании, толчки крови при движении по крупным сосудам — все эти механические сотрясения организма заставляют колебаться заряженную поверхность РСЭ. В этой сейсмической активности биообъекта проявляется действие его многочисленных физиологических механизмов.
Расшифровывая, как на баллистограмме изменяется электрическое поле, промодулированное ритмами сердца, легких и других органов, можно уверенно судить о наиболее характерных для организма временных ритмах. На этом принципе создан стенд для исследования дыхания маленьких детей — его чувствительные датчики, не тревожа малышей, чутко реагируют на сейсмичность их грудной клетки при дыхании.
Записывая частотные спектры мышечных вибраций — микротремор мышц — скажем, у операторов, работающих на конвейерных линиях, специалисты подметили, что, когда в нем появляются «всплески» высоких частот, это служит предвестником назревающего эмоционального стресса. Отсюда рекомендации производственникам: перевести оператора на другое рабочее место, изменить психологический климат в коллективе и т. д.
Теперь вернемся к причинам появления заряда на коже человека. Измерив электрическое сопротивление рогового слоя эпидермиса, физики получили невероятные на первый взгляд величины — каждый квадратный сантиметр кожи имеет сопротивление от нескольких миллиардов до сотен миллиардов ом! Правда, и получить эти результаты удалось далеко не сразу. Для этого молодой ученый, недавний выпускник Московского физико-технического института (МФТИ), а ныне один из ведущих сотрудников лаборатории, Рамиль Мусин провел фундаментальные исследования электрических свойств кожи (кстати, недавно он блестяще защитил кандидатскую диссертацию с непривычным не только для МФТИ названием «Электрические свойства эпидермиса»). Он и его коллеги разгадали и тайну огромного сопротивления РСЭ, и принцип возникновения мощных квазистатических полей человека.
