Несмотря на то, что почти вся статья будет посвящена электромагнитным полям, начнем мы издалека, с такого явления, как температура.
Температура играет ключевую роль в биологических процессах, определяя как скорость их протекания, так и саму возможность их существования.
Это то, что врач будет измерять, чтобы быстро оценить ваше здоровье.
Ведь повышенная температура тела является естественной защитной реакцией организма на болезнь, и результаты ее измерения могут служить простейшим бинарным индикатором болен/не болен.
На самом деле диагностические возможности этим не ограничиваются, и температура может рассказать гораздо больше о состоянии здоровья человека.
Например, собрав достаточно данных с поверхности тела, можно выявить даже конкретные заболевания, такие как рак молочной железы.
[1] : 
Тепловизионные изображения левой и правой груди пациентки с раком молочной железы.
Обнаружить опухоль можно по локальному повышению температуры кожи в области опухоли.
Однако стоит отметить, что этот метод не очень точен и поэтому не заменяет широко используемую сегодня процедуру маммографии.
Понимание того, что температура действует и в обратную сторону, к людям, лечившимся, пришло уже давно, поскольку сам организм человека побуждал нас копать в этом направлении.
Арабский ученый и врач Абул-Касим аз-Захрави заслуженно считается одним из пионеров в области лечения путем манипулирования температурой.
Около тысячи лет назад он одним из первых решил, что неплохо было бы попробовать использовать повышенную температуру в медицине, и, чтобы не мелочиться, сразу взялся за раскаленный металл: 
Абу аль-Касим аль-Захрави (справа) целится в опухоль на шее пациента.
Сегодня такие методы лечения кажутся варварскими, но в то время именно самые верхние методы медицины могли иногда помочь в самых безнадежных случаях.
Абул-Касим, будучи учёным, не просто тыкал людей горячей кочергой, но и проводил исследования влияния типа металла, температуры, формы прижигающих элементов, а также погодных условий на результаты лечения, при этом пытаясь выявить наиболее важные факторы повышения эффективности терапии.
Но прогресс не стоял на месте, и теперь Луиджи Гальвани и его жена показывают изумленным зрителям, как дергаются лапки мертвой лягушки под воздействием протекающего через них электрического тока: 
Жена Луиджи Люсия была его помощницей во время научных демонстраций.
На первый взгляд кажется, что температура тут ни при чем.
Но после открытия такого живительного действия электричества его не преминули использовать везде, где только можно, и в первую очередь, конечно, в медицине.
Со времен аз-Захрави они не сильно изменились по формату методов и вместо прижигания( Прижигание ) изобрел гальванокаустику ( Гальванокаутерия ).
Суть процедуры можно описать точно такой же картинкой: 
Сам Гальвани, конечно, этого не сделал.
Его жена тоже.
Да-да, постоянный электрический ток использовался для проведения той же самой процедуры резкого местного повышения температуры, иначе говоря, прижигания.
Несмотря на, казалось бы, очевидное сходство этих двух способов прижигания язв, электричество все же оказалось более гибким инструментом с точки зрения контроля процедуры и ее безопасности.
Если раскаленная кочерга обжигает лишь поверхностные участки, то ток уже способен проникать глубоко в ткани, объемно нагревать их и, кроме того, легко регулировать или быстро отключать при необходимости.
Гальванокаустика оказалась весьма успешной, хотя и весьма болезненной, при лечении новообразований, аневризм и даже грибков.
Постепенно она переросла в то, что сегодня известно как электрохирургия, но мы пока пропустим эту ветку развития техники, потому что всевозможные области гораздо интереснее.
Как только появились первые генераторы, способные производить переменный ток, был обнаружен интересный факт: те же эксперименты с частями лягушки показали, что при достижении определенной частоты генератора или выше (порог определялся в районе 10 кГц) ноги перестал дергаться, хотя ток еще как-то течет по цепи.
И тут в нашей истории появляется такая противоречивая личность, как Арсен Д’Арсонваль.
2 ].
Арсен Д'Арсонваль и некоторые его изобретения.
Д’Арсонваль исследовал влияние токов низкой частоты на организм человека, в том числе пропускание их через близкого человека.
Он заметил, что, несмотря на то, что течение тока совсем не ощущается, через некоторое время кожа начинает потеть, а кровяное давление повышается, как будто повышается температура тела.
Он пошел дальше и построил ряд устройств для воспроизведения этого эффекта, наиболее интересными из которых были катушки и кушетки для людей и животных.
Они примечательны тем, что взаимодействие с пациентом в этих установках впервые происходило без непосредственной связи и только через поля.
Это вызвало трепет у широкой публики, которая уже тогда была неравнодушна ко всему беспроводному и непонятному.
Однако Арсен был не единственным, кого интересовали такие интересные вещи.
Ведь все мы знаем, что как только мы говорим об электричестве, оно всегда там появляется.
«Ну, потомки, как поживает ваша планетарная система беспроводной передачи энергииЭ» Как и его зарубежный коллега, Никола Тесла также экспериментировал с использованием электричества в медицине.
И так же, как и Д'Арсонваль, он несет прямую ответственность за то, что в газетах того времени низкочастотным токам и полям приписывались свойства новой панацеи, способной вылечить все, включая туберкулез.
Основание для этого Тесла почерпнул из своих экспериментов, когда обнаружил, что микробы (например, туберкулезные палочки) умирают, когда через них пропускают ток (ну кто бы не умер).
Такая мелочь, как невозможность повторения одного и того же внутри легких пациентов, даже не рассматривалась и, естественно, короткие клинические испытания полностью провалились [ 2 ].
Тесла вообще был отличным конферансье, и кроме электричества он еще предлагал лечение вибраторами (нет, не так) и даже испытывал их на Марке Твене[ 3 ].
Стоит отметить, что интересной особенностью, которая, как нить, связывает страницы истории любого вида терапии, является стремление людей получить на основе некоторых физических явлений простой в использовании механизм изготовления прибыль для улучшения или исцеления человеческого тела.
Или аппликатор Кузнецова, какой-нибудь «Алмаг» или укус радиоактивного паука, люди определенно ждут, что это непременно будет полезно для здоровья.
И особенно, когда речь идет о вещах, интуитивно непонятных, например, об электромагнитных полях.
Поэтому, с поправкой на время и психологию человека, надо учитывать, что никто из пионеров электротерапии толком не вникал в механизм действия предлагаемых ими лечебных процедур.
Суть исследований в то время заключалась в том, чтобы найти желающих, усадить их на какую-то «конденсаторную кушетку», вставить в руку электрод, включить генератор и посмотреть, что произойдет. При желании потом можно собрать небольшую статистику и сделать на ее основе весьма далеко идущие выводы.
Эта методика, конечно, не вызывает ни малейших вопросов у любого здравомыслящего человека, а потому даже сегодня практически в любой аптеке можно купить так называемые «приборы Д’Арсонваля», с таким же сомнительным функционалом, как и много лет назад. Короче говоря, в итоге так получилось, что если Тесла стал кумиром некоторых эфиропоклонников, то Д'Арсонваль превратился в ярлык для медицинских шарлатанов.
Но вернемся в прошлое.
вжжжж Поколения ученых, движимые жаждой открытий и воспитанные на стремлении к громкой славе своих предшественников, еще глубже впились зубами в гранит науки в поисках влияния электромагнитных полей на смертный человеческий организм.
Но все, что можно было наблюдать в экспериментах, раз за разом оказывалось либо прямым, либо косвенным результатом действия повышающейся температуры.
А к 1930-м годам всем уже изрядно надоели громкие заявления людей, утверждавших, что они открыли новые неизвестные механизмы, и научный мир стал требовать веских доказательств, прежде чем начать понимать очередное последствие безграмотности авторов.
В результате оказалось, что в электрическом отношении корпус мало чем отличается от резистора, и, как и положено этому электронному компоненту, он выделяет тепло при протекании через него токов различной природы, в том числе наведенных внешними низкочастотными полями.
.
Именно нагревание приводило к повышению артериального давления и потливости у пациентов Д’Арсонваля, поскольку таким образом их организм просто пытался охладиться.
Но учёные — ребята любознательные, и их просто так не остановить.
Продолжались (и продолжаются, конечно, и по сей день) многочисленные попытки найти хоть какое-то существенное нетепловое или долговременное воздействие на организмы живых существ.
Причем даже не столь важно, будут ли последствия отрицательными или положительными – в любом случае автору открытия были бы полезны не врачи, а даже военные.
Однако никаких чудесных лекарств от болезней, контроля над сознанием, лучей смертельного поноса или других фантастических вкусностей обнаружить не удалось.
Реальность, как обычно, оказалась серой и унылой, как панельная девятиэтажка на окраине провинциального городка.
Однако то, что выяснилось в процессе изучения, все же пошло в дело: в результате работы Д’Арсонваля и Теслы переросли в направление терапевтической медицины, называемое диатермией, где тело пациента целенаправленно нагревали радиоизлучением.
Установка для диатермии в стиле Fallout и вырезка из статьи, посвященной этому методу лечения.
Фразы «Никто не знает, как это работает» и «Что происходит в организме пациента — до сих пор загадка» выделены оранжевым цветом.
Что ж, давайте будем честными.
Большой скачок развитию диатермии дало появление дешевых и доступных источников высокочастотного излучения — радиоламп и магнетронов.
Микротерм Raytheon, изображенный на рисунке выше, был первым, одобренным для клинического использования.
Внутри металлического корпуса поместили магнетрон с рабочей частотой 2,45 ГГц (почти как в микроволновке на вашей кухне, но слабее по мощности).
Микроволновая энергия от магнетрона подавалась по гибкому волноводу в параболический отражатель, который фокусировал поля в теле пациента для локального нагрева.
И обычно таким образом разминали суставы.
Несмотря на то, что со времен Д’Арсонваля и Теслы техника стала намного лучше, дух беспечности еще не полностью покинул сознание медицинских экспериментаторов.
Интересный момент касается того, что рабочая частота первых устройств, подобных представленному выше, была выбрана практически произвольно.
Первая причина в том, что магнетрон на частоту 2,45 ГГц не будет слишком большим по размерам, а вторая в том, что действующая на тот момент Федеральная комиссия по связи США (FCC) выделила для медицинского использования только этот диапазон (и еще один примерно в 27 МГц), основываясь на каких-то собственных странных предположениях.
То есть самый ключевой параметр, который необходимо учитывать при обогреве полями живого человека – рабочая частота была выбрана буквально пальцем в небо, просто потому что.
Кстати, с кухонными микроволновками та же история.
Значение рабочей частоты там тоже, скорее всего, сложилось исторически, а не было выведено в результате кропотливых исследований в секретных лабораториях и поиска пиков водопоглощения, как ошибочно полагают некоторые.
Конечно, тепловое действие полей уже было для всех установленным фактом, но данных о том, как именно электромагнитные поля фокусируются внутри тела, каков размер нагреваемой области и где она на самом деле будет располагаться, было мало.
И все же это никого не остановило; процедура была популярна.
Конечно, когда армия, бюрократия и технический прогресс предоставили такую возможность, исследователи начали тестировать различные частоты и уровни мощности электромагнитного излучения, а также того, что происходит с ними внутри человека, для дальнейшего применения этих знаний в медицине.
И на этом месте давайте на время приостановим урок истории и поговорим немного о физике – убийце чудес.
Давайте посмотрим глубже на процессы взаимодействия электромагнитных полей и человеческого организма с высоты наших сегодняшних знаний.
Поскольку частота электромагнитной волны обратно пропорциональна ее физическим размерам, а точнее ее длине, то совершенно очевидно, что волны с частотами, например 27 МГц и 5 ГГц, будут взаимодействовать с тканями и органами человека совершенно по-разному: 
Радиоволны разных частот по сравнению с человеческим телом.
Их амплитуды могут быть совершенно одинаковыми, поэтому не обращайте внимания на разницу в вертикальном масштабе и жирности линий, это, как говорится, взгляд художника.
В общих чертах, если говорить о радиодиапазоне (а он огромен: от 0,03 Гц до 3 ТГц, так что обобщение очень смелое), то чем выше частоты, тем меньше тело человека напоминает упомянутый резистор и больше похоже на конденсатор.
Все дело в том, что наше тело состоит в основном из диэлектриков.
А диэлектрики – это материалы, которые плохо проводят ток в обычном понимании, например металлы, но способны накапливать энергию электрического поля за счет смещения зарядов в своих молекулярных структурах.
Процесс смещения зарядов под действием внешнего поля, по сути, тоже является током, хотя и другой природы (его называют током смещения).
Именно благодаря смещению зарядов через конденсатор может протекать переменный ток, хотя этот элемент как бы представляет собой разрыв электрической цепи: кусок воздуха или какая-то непроводящая керамика.
В организме человека внешнее переменное электрическое поле заставляет всевозможные ионы и полярные молекулы двигаться, вращаться и перемещаться, а также растягивает электронные оболочки.
Это приводит к возникновению вторичных полей, перераспределению и диссипации энергии, иначе говоря, к нагреву.
Таким образом, для высокочастотных полей мы представляем собой не простой конденсатор, как в электронике, а скорее комбинацию его с резистором – он хоть и хранит энергию, но еще и кипит. Но конденсатор обычно представляет собой небольшой элемент, а человек по сравнению с ним довольно крупный.
Это означает, что некоторые волны, подходящие по размеру, легко могут поместиться внутри тела или его части целиком.
Причем очень высокочастотные и не один раз, а много раз.
Когда это происходит, и электромагнитная волна находится внутри среды, она все равно распространяется, но при этом уменьшает свою скорость (а также физический размер).
На анимации ниже показан примерный механизм того, как это работает на простой модели с шариками и пружинами: 
Пружины иллюстрируют молекулярное взаимодействие диэлектрика с электромагнитной волной, распространяющейся слева направо.
Синие и красные шарики могут быть как атомами, так и молекулами какого-то вещества.
Для вакуума или воздуха мы легко можем вычислить длину волны, зная скорость света, но в диэлектриках все становится сложнее, так как нужно вводить специальную поправку на то же уменьшение скорости и длины волны.
Эту поправку назвали относительной диэлектрической проницаемостью материала и измерять ее научились разными способами.
Например, просуньте кусок исследуемого материала между обкладками конденсатора и проверьте, насколько изменилась его емкость.
Соответственно, проницаемость относительна проницаемости вакуума, что вполне логично, ведь разных материалов много, а вакуум один.
Если примерить это значение для умозрительной модели с шариками с картинки выше, то оно будет отвечать за жесткость и длину пружин: чем больше способность гипотетических пружин растягиваться и сжиматься, тем выше диэлектрическая проницаемость пружины.
материала и тем дольше волна будет проходить через него.
Но как уже говорилось, прохождение волны через диэлектрик связано с потерями энергии и, соответственно, сопровождается нагревом последнего.
Пружинная модель весьма показательна даже в этом плане, поскольку те же пружины при колебании тоже нагреваются, пусть и незначительно.
Зная это, логично было бы предположить, что чем медленнее распространяется волна, тем больше энергии она успеет потерять по пути и тем самым быстрее нагреть среду.
Но это так! Волны более высоких частот и более коротких длин волн внезапно тратят свою энергию и нагревают поверхностные слои, а не глубокие зоны.
Да, пюре из микроволновки, вот почему у тебя всегда так холодно внутри! Относительная диэлектрическая проницаемость – это не одна цифра для конкретного вида материала, как любят рисовать в табличках школьных учебников физики.
Это сильно зависит от частоты (и от температуры, кстати, тоже, но не будем пока усложнять).
То есть один раз измерить это значение для какого-то подкожного жира или мышцы на частоте 80 МГц и использовать его на 5 ГГц не получится.
Необходимо будет позаботиться о построении полноценного графика или продвинутой аналитической прогнозирующей модели, чтобы мы могли знать, какой размер волны будет внутри тела пациента, если мы хотим полноценно использовать электромагнитные поля в качестве терапевтического инструмента.
Давайте, наконец, подкрепим сухой, непонятный текст насыщенными картинками.
Это простое двухмерное электромагнитное моделирование, предназначенное для демонстрации поведения волн разных частот внутри материала.
Возьмем цилиндр диаметром 160 мм, ну почти как человеческую голову (смотрим на цилиндр сверху), состоящий из самого распространенного в нашем мире диэлектрика – воды.
Он стоит на пути падающего на него электромагнитного излучения слева: 
Моделирование показывает, что электрическая составляющая падающей электромагнитной волны является наиболее ответственной за нагрев.
Пусть вас не смущает разная скорость движения волновых фронтов разной частоты — все примеры не синхронизированы во времени.
Более высокие частоты необходимо ускорять по сравнению с более низкими частотами.
Амплитуда цветовых шкал везде одинакова.
Как видите, даже на простом примере с примитивным предметом электромагнитные волны разной частоты внутри диэлектрика ведут себя по-разному.
Основная причина, конечно же, в различии физических размеров волны и объекта — волны частотой от 27 до 500 МГц не могут поместиться внутри небольшого водного цилиндра, а значит, нагревают его практически равномерно.
Ситуация кардинально меняется, когда длины волн становятся сравнимыми по размерам с нашим водным другом, которого хорошо видно на частоте 2 ГГц.
Там уже что-то жареное! Дело в том, что длина волны на частоте 2 ГГц очень близка к размеру самого объекта, а значит, в дело вступает Его Величество резонанс с образованием стоячей волны внутри цилиндра.
Как и ожидалось, с увеличением частоты до 5 ГГц потери в материале становятся больше и волны уже не могут полностью проникнуть в центр объекта, который становится похожим на аналог черной дыры.
На самом деле параметры воды в представленной модели ближе к кристально чистому дистилляту, чем к реальной жидкости, с которой мы имеем дело в повседневной жизни.
Радиоволны совершенно не дружат с реальной водой, особенно с морской водой с высокой проводимостью, и распространяются в ней очень неохотно и, как правило, недалеко.
Именно поэтому при организации подводной связи стараются использовать такие костыли, как очень длинный волны, где потери еще терпимы или пытаются прибегнуть к помощи совсем других технологий типа УЗИ .
Но не будем отходить от темы.
При наличии соответствующих знаний и времени для объектов примитивных форм можно вывести формулы, полностью описывающие поведение электромагнитных волн внутри них.
Это даст вам знания о том, как ими управлять, например, фокусировать энергию в нужном месте.
В этом случае можно будет даже учесть такие эффекты, как затухание или всевозможные резонансы.
Но наш мир сложен и вообще его трудно описать аналитически, особенно если речь идет о такой сложной структуре, как человеческое тело.
Конечно, голову человека условно можно представить в виде показанного цилиндра.
Но такая модель будет адекватно работать только для очень длинных волн, превышающих ее размеры, где, как мы уже поняли, нагрев будет практически равномерным.
Если взять частоту 2,45 ГГц, которая использовалась на заре развития диатермии, такие упрощения уже не становятся приемлемыми.
И дело здесь даже не в сложности формы головы, а в том, что состав и структура тканей тела весьма неоднородны.
Параметры любого жирового слоя сильно отличаются от параметров мышц, костей или кожи.
Но есть и всевозможные полости с воздухом и жидкостью.
Так что же там будет происходить внутри? Со времен диатермии никто долгое время не мог ответить на этот вопрос, пока наконец этот человек не приоткрыл завесу тайны: 
Что значит, ты его не знаешь? Фактически, это первый человек, который смог достичь цифрового бессмертия.
Не об этом ли здесь все мечтают? Вот Джозеф Пол Джерниган, простой парень, осужденный убийца из Техаса, волею судьбы оказавшийся после казни в Университете Колорадо.
С ним сделали то же самое, что и с лошадью в фильме.
Клетка .
Тело Джозефа было заморожено в синем желатине и на станке с ЧПУ слой за слоем с шагом в 1 мм сошлифовано: 
ЧПУ (человек пила) за работой Таким образом, Джозеф, даже не будучи учёным, открыл огромную веху в истории науки и медицины в частности – компьютерное трёхмерное моделирование человеческого тела.
Каждый его слой был снят в хорошем по тем временам разрешении и оцифрован, умещаясь в 15 ГБ данных.
Кроме того, перед тем как его тело было уничтожено, его также просканировали с помощью КТ и МРТ, чтобы собрать как можно больше данных.
Полученный набор данных Так проект «Видимый Человек» вошел в историю.
Помимо Джернигана, подобным операциям впоследствии подверглись еще несколько тел.
Полученные данные использовались везде, где только можно: в фильме «Пятый элемент», компьютерных симуляторах для врачей, численном моделировании, анатомических атласах и литературе.
Но они нас интересуют, конечно, с электромагнитной точки зрения.
Поскольку в наборе данных четко различим тип тканей (к счастью, они различаются по цвету), им уже не составляет труда присвоить необходимые значения диэлектрической проницаемости и проводимости, чтобы объединить их в реалистичную электромагнитную 3D-модель.
Даже беглый анализ пространственного распределения этих параметров выявил интересные вещи.
Давайте посмотрим на голову и что внутри [ 4 ]: 
Относительный диэлект
Теги: #Популярная наука #здоровье #физика #мозг #антенны #МРТ #излучение #ВЧ #история медицины #электромагнитные поля #Диатермия #Гипертермия
-
Установка Ос Parrot Security
19 Oct, 24 -
Разделение Профилей Клиентов И Фрилансеров
19 Oct, 24 -
P2P-Медиа
19 Oct, 24 -
Ванадий: Семантическая Проверка На Клиенте
19 Oct, 24 -
Как Мы Делаем Лендинги
19 Oct, 24
