6.基本原理
6.1 激勵的閾值：強度－持續(xù)時間和強度－頻率的法則
引起電刺激過程的參數(shù)是可激勵細胞膜（神經(jīng)或肌肉）（Reilly [B75 ]）的去極化。細胞靜止電位被一個外施電刺激的改變，取決于環(huán)繞可激勵組織的媒質(zhì)中的電場（并行于細胞長軸的場分量），或是等值地取決于細胞外部電位的改變。評價電刺激需要電場或電場空間梯度的知識。當(dāng)然，電場能夠從電流密度中利用比例J∕σ予以導(dǎo)出，這里σ是媒質(zhì)的導(dǎo)電率。但是根據(jù)電流密度的標準而不是生物組織內(nèi)的電場引進了一個額外的參數(shù)，*會在導(dǎo)出電場時本身已經(jīng)存在的不確定性以外，引進一個不確定性，因此本文采用生物組織內(nèi)的電場作為本標準的基本量度。
規(guī)定單相刺激波形閾值所對應(yīng)的生物組織內(nèi)的電場強度－持續(xù)時間曲線，是由兩個參數(shù)所規(guī)定：*?。ɑ鶑姸龋┘铋撝礒o以及強度－持續(xù)時間的時間常數(shù)τe。Eo和τe的數(shù)值對神經(jīng)激勵、肌肉激勵和突觸活動的改變都是相當(dāng)?shù)夭煌?。?列出構(gòu)成這些標準基礎(chǔ)的Eo和τe中值閾值的取值。峰值電場的閾值可從表6和方程式（3a）與方程式（3b）得出確定如下：
表6 已確認的作用閾值的模型：在生物組織內(nèi)電場的中值閾值a,b
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作用
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Eopk（V∕m）c
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τe（ms）
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fe（Hz）
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突觸活動的改變，腦
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0.075
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25.0
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20
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腦，10μm神經(jīng)激勵
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12.3
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0.149
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3350
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軀體，20μm神經(jīng)激勵
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6.15
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0.149
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3350
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心臟激勵
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12.0
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3.00
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167
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a. 表的解釋如下：對tp≥τe， Ei＝E0；對tp≤τe，Ei＝E0（τe∕tp）；
又，對f≤fe，Ei＝E0；對f≥fe，Ei＝E0 （f∕fe）。
b. 從Reilly [B75]中采用。
c. （V∕m－pk）指電場的短時峰值。
Ei＝E0 對tp≥τe （3a）
Ei＝E0（τe∕tp） 對tp≤τe （3b）
這里 tp 是Ei 波形的相持續(xù)時間。
作為替代，限值也要按正弦形頻率來確定，如式（4a）、式（4b）、式（4c）所示：
Ei＝E0 對f≤fe （4a）
Ei＝E0 （f∕fe） 對f≥fe （4b）
fe＝1∕（2τe） （4c）
關(guān)系式（4c）已使用有髓鞘神經(jīng)的理論模型 [B75]來確定。因為易激勵組織的非線性電動力學(xué)，方程式（4c）與從線性系統(tǒng)所得的關(guān)系式τ＝1∕（2πf）有所不同。
神經(jīng)激勵的閾值遵循一條U形曲線，在約10Hz處具有一個低頻上拐點，以及在頻率fe處具有一個高頻的上拐點。在較高和較低轉(zhuǎn)折頻率之間的平穩(wěn)段是基強度。理論的模型提出場強度－持續(xù)時間的時間常數(shù)和高轉(zhuǎn)折頻率存在關(guān)聯(lián)fe＝1∕（2τe）（Reilly [B75],[B77]；Reilly和Diamant [B79]）。低頻上拐出現(xiàn)在生物組織內(nèi)正弦波形下，該波形從零交叉點處始動，因為正弦形的緩慢上升率允許神經(jīng)適應(yīng)刺激，該特征在正方形波的刺激中、或是在峰值處始動的正弦形波所沒有的?？紤]到*壞的情況，感應(yīng)場的波形假設(shè)在峰值時始動。由于在影響到本標準的頻率上，感應(yīng)場正比于環(huán)境場的導(dǎo)數(shù)（微分）這個假設(shè)等同于假設(shè)一個環(huán)境場始動在零交叉點上。在fe之上，閾值具有到一個正比例于頻率的坡度。
對一個給定的刺激持續(xù)時間，單相的正方形波電流提供電刺激的*低閾值。短暫的雙相電流波形一般具有較高的激勵閾值。由于雙相電流的反向，在相持續(xù)時間變得較短時（也即是，事件的頻率含量較高時），閾值的增加變得較大。然而，對重復(fù)的雙相波（舉例，一個重復(fù)的正弦波），閾值變?yōu)榻朴谙嗤喑掷m(xù)時間的單個單相方形波的數(shù)值（Reilly [B75]）。結(jié)果是，適合于單相方波刺激的閾值建立的較低限值，已經(jīng)應(yīng)用到相同相持續(xù)時間的雙相波上。對于單個雙相短暫時間的事件，激勵的閾值可能高于單相刺激的閾值，因此這個方法是保守的。然而，在本標準的頻率范圍內(nèi)，保守的程度是很小的。
6.1.1 神經(jīng)的激勵
神經(jīng)和肌肉的激勵需要膜靜止電位約為10－20mV的去極化─確切的量取決于刺激的波形和其他的因素。在一個局部恒定的電場區(qū)域中，激勵在神經(jīng)末端，或在經(jīng)歷一個快速彎曲處始發(fā)，例如可能發(fā)生在運動神經(jīng)元的端板處，或是感覺的感受器處（Reilly [R71]，[75]）。在這些情況下，激勵的閾值與神經(jīng)軸突的直徑成反比例。
在本標準中，已經(jīng)作出假設(shè)：纖維直徑是在人體內(nèi)所發(fā)現(xiàn)纖維尺寸分布的外部界限上。相應(yīng)地，對周邊的神經(jīng)假設(shè)*大的直徑是20μm，而對CNS神經(jīng)元為10μm。對20μm和10μm神經(jīng)纖維的刺激，理論的模型各別地預(yù)示為E0＝6.15V∕m 和12.3 V∕m，以及對每種纖維尺寸τe＝128μs（Reilly [B75]）。
這些數(shù)值很好地符合于實驗的數(shù)據(jù)。對磁場刺激報告的τe 中值實驗數(shù)值在 146－152μs的范圍內(nèi)（Barker及其同事[B4]；Bourland及其同事[B13]；Mansfield和Harvey[B59]）；雖然較大的數(shù)值也已經(jīng)有所報告（Bourland及其同事[B16]；Havel[B39]；Nyenhuis及其同事{B66}）。接觸電流刺激的τe數(shù)值包括相當(dāng)寬的范圍，其中包含磁場刺激所觀察到的數(shù)值。
為確定基本限值，保守地假設(shè)一個小的τe而不是一個大的τe。所以，表6采用τe＝149μs的數(shù)值，是上述較低實驗數(shù)值的平均值。理論數(shù)值E0＝6.15 V∕m是考慮健康成人閾值分布的中值。雖然缺少適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計數(shù)據(jù)，但E0已有充分數(shù)據(jù)表明，提出這個假設(shè)是合理的。在感應(yīng)的電場可確定的場合下，前臂脈沖磁場刺激的基強度被發(fā)現(xiàn)是5.9 V∕m（Havel及其同事 [B39]）。此外，采用假設(shè)的基礎(chǔ)的神經(jīng)激勵6.15 V∕m，正確地復(fù)制出成人釋放電流閾值的分布（Sweeney [B94]）。而且，用E0＝6.15 V∕m計算出的脈沖磁場刺激的激勵閾值，合理地與實驗室所確定的閾值相一致（第6.3節(jié)）。
激勵骨絡(luò)肌肉*敏感的方法是通過（刺激它的）運動神經(jīng)元的電刺激。所以，肌肉刺激的閾值遵循對神經(jīng)激勵的閾值。對此的例外發(fā)生在心臟的刺激上，如下列所述。
6.1.2 心臟的激勵
心臟激勵，是指涉及心臟收縮的電刺激。與神經(jīng)激勵的法則一樣，遵循強度－持續(xù)時間和強度－頻率法則，除非是很大的τe數(shù)值（較小的 fe數(shù)值）。實驗的數(shù)據(jù)指出τe取決于刺激的聚集度（限制于小的部位）。對小部位刺激，如靠近易激勵組織的一個小的電極，時間常數(shù)可能比刺激是更分散時小得多，例如磁感應(yīng)在生物組織內(nèi)的電場。已經(jīng)假設(shè)S－D（強度－持續(xù)時間）時間常數(shù)τe＝3 ms，它應(yīng)用到大型接觸電極或是心臟組織的分散刺激；已經(jīng)假設(shè)E0＝12 V∕m 是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)提出的激勵中值基強度（Reilly [B73],[B75]）。
心臟的激勵并不必然地是有害的，雖然心室纖維性顫動（VF）是一種嚴重威脅生命的狀況。對VF的*低閾值典型地超出那些帶有50倍或更高安全因子的激勵閾值。然而，如果心臟反復(fù)地受到激勵，VF的閾值下降，如果在心博周期內(nèi)易損時段上施加了刺激，可能會使VF與激勵閾值之間的安全因子降低到為2。
心臟的激勵在大多數(shù)情況下將不是一個曝露的問題，因為隨著軀干的曝露，周邊神經(jīng)激勵將成為優(yōu)先限制。然而，在造成心臟周圍強感應(yīng)場的非均勻曝露的特殊情況下，可想象到的會需要應(yīng)用心臟激勵準則。
6.1.3 突觸活動的改變
有鑒于神經(jīng)細胞需要約15－20mV的膜去極化、來起動一個動作電位；突觸前膜電位變化小于1mV或可能小到60μV時可能影響到突觸過程，如同在視網(wǎng)膜中突觸的電激勵（Knighton[B53]、[B54]）——低于*小神經(jīng)激勵閾值的250倍。因此，對神經(jīng)與施加電刺激的相互作用、突觸是一個潛在性的敏感部位。突觸的一個重要性質(zhì)是：在突觸前電位中的一個相對很小的改變能夠在突觸后電位上具有非常大百分比的變化（Katz和Miledi[B50]）。因為突觸后的細胞會相加從幾個細胞來的突觸前的輸入，突觸前電位的很小變化能夠具有顯著的突觸后影響，而且可以或是抑止性的、或是激勵性的，即是，可能造成一個神經(jīng)元的激勵（否則是不會激勵的），或是可能抑止一個神經(jīng)元的激勵（否則是會激勵的）。
突觸極化影響的一個例子是歸屬到（起因于）電的和磁的光幻視現(xiàn)象，這些是施加于頭部的電流或磁場而造成的視覺影響（Adrian[B2]；Barlow[B5]、[B6]；Baumgart[B7]；Bergeron及其同事[B10]；Budinger及其同事[B19]；Carstensen[B21]；Clausen[B24]；Loevsund及其同事[B57]、[B58]；Silny[B92]）。實驗室的證據(jù)提出光幻視是在視網(wǎng)膜的接受器和神經(jīng)元中突觸電位的改變所造成（Knighton[B53]、[B54]； Loevsund及其同事[B57]），而不是光神經(jīng)或視覺皮質(zhì)的激勵，雖然視覺皮質(zhì)刺激產(chǎn)生的視力感覺已經(jīng)被證實具有足夠強的刺激（Brindley和Lewin[B17]；Brindley和Rushton[B18]；Ronner[B83]）。
使用從磁光幻視而來的數(shù)據(jù)（Loevsund及其同事[B57]、[B58]），用頭部的橢圓模型計算（見附錄B），在頭部相應(yīng)的感應(yīng)電場在*敏感的試驗頻率（20Hz）上是0.079V∕m-rms。在電的相互作用認為是發(fā)生的視網(wǎng)膜上，其計算的場是0.053V∕m-rms。假設(shè)腦的導(dǎo)電率是0.15 S∕m時，這與在視網(wǎng)膜上由電光幻視所決定的電流密度閾值0.008A∕m2是一致的（Loevsund及其同事[B58]）。相應(yīng)于光幻視感覺的內(nèi)部電場，在*優(yōu)化的頻率上比神經(jīng)元刺激的基強度閾值低約100倍。
實驗室的強度－持續(xù)時間數(shù)據(jù)顯示出：對在顳颥（鬢角）上使用電極的光幻視的τe大約是14 ms（Baumgart[B7]；Bergeron及其同事[B10]），以及對在蛙眼中電氣誘發(fā)電位的τe是在14－36 ms范圍之內(nèi)（Knighton[B53]、[B54]）。這些數(shù)值與上述的光幻視數(shù)據(jù)相當(dāng)一致，但卻比周邊神經(jīng)的相應(yīng)數(shù)值大約100倍。
在外施電場對突觸極化的影響方面，只存在相對較少的數(shù)據(jù)?？紤]數(shù)據(jù)供應(yīng)的不足，根據(jù)可得到的突觸影響實驗室數(shù)據(jù)，并假設(shè)其與神經(jīng)激勵特性相似，作出了合理的假設(shè)。這些特性的一個分類涉及到強度－持續(xù)時間和強度－頻率的特性。平均的強度－持續(xù)時間的時間常數(shù)對突觸影響是τe＝25 ms。使用對神經(jīng)激勵所指明的關(guān)系曲線，fe＝20 Hz的強度－頻率常數(shù)預(yù)期超出在生物組織內(nèi)電場閾值應(yīng)當(dāng)上升的數(shù)值。當(dāng)然這個上升在電光幻視閾值的情況下可觀察到，雖然上升率是大于用神經(jīng)激勵所觀察到的上升率（Adrian[B2]；Clausen[B24]）。由Loevsund及其同事（[B57]、[B58]）所報告的磁－光幻視強度－頻率曲線在20 Hz上顯示出*低值，在較低頻時的閾值上升，與電光幻視的數(shù)值相一致。超出20 Hz的閾值稍許隨著實驗室參數(shù)（背景照度和波長，物體的視敏銳性）而變化?？紤]到電－和磁－光幻視的強度－持續(xù)時間與強度－頻率曲線在一起，可合理地采用一條相似于在神經(jīng)和肌肉的電刺激中所發(fā)現(xiàn)的閾值曲線，但是具有一個低得多的強度－頻率常數(shù)（或等效于，一個較大的強度－持續(xù)時間的時間常數(shù)），和具有較低的基強度。為了闡明這些假設(shè)，CNS（中樞神經(jīng)系統(tǒng)）突觸相互作用影響的另外研究是必要的。
對光幻視的頻率敏感閾值已經(jīng)在實驗室進行了試驗，*大頻率只到約75 Hz。分委員會作出保守的假設(shè)，即從20 Hz以上到至少為760 Hz的頻率，突觸極化的閾值遵循與頻率成比例的法則（高于這個頻率，周邊神經(jīng)激勵的限值支配著磁場的*大許可曝露）。
關(guān)于光幻視閾值的實驗，Loevsund及其同事（[B57]，第330頁）陳述說：“事實上，所有的志愿者在實驗后提到感受疲勞，而有些則報告說有頭痛。有些經(jīng)歷到視覺的余象，這種余象一般只是隨著曝露到磁場后的短時間上發(fā)生的。然而在一個案例中，他們堅稱長達實驗后的10分鐘。個別的志愿者報告說有眼睛肌肉的痙攣，可能是由場的刺激所引起”。這些發(fā)現(xiàn)相似于Silny[B92]的發(fā)現(xiàn)，Silny報告說，在超出光幻視閾值的磁通密度水平上，有頭痛、不舒適、以及持久視誘發(fā)電位（VEP）的改變，但這磁通密度水平仍然低于神經(jīng)激勵的閾值（一個為23的因子）。
顯然，可歸因到CNS反應(yīng)的有害作用（疲勞、頭痛、肌肉痙攣、持久的視覺余象）已經(jīng)在關(guān)聯(lián)到光幻視閾值的實驗中得到報告。光幻視本身會引起所報告的有害作用是不可能的。似乎可能的解釋是：有害影響是由于腦神經(jīng)元的電刺激，這與先前討論的突觸機制是一致的。
亞激勵場改變神經(jīng)元反應(yīng)的能力也已經(jīng)得到報告，在從老鼠腦中來的海馬（腦內(nèi)海馬狀的突起）切片曝露到磁場之后（Bawin及其同事[B8， B9]），其中感應(yīng)的電場強度低到0.75 V∕m峰值，比10 μm神經(jīng)元激勵的12.3 V∕m閾值低16倍。曝露到50 Hz、≤0.75 mT的磁通密度，活小鼠的迷宮認知率（測動物的記憶能力者）顯著地降低（Sienkeiwicz及其同事[B90]，[B91]）。雖然，所引用的研究并未建立一個突觸的機制，他們的確支持這種觀點，即在腦神經(jīng)元激勵閾值以下很多的曝露水平下，CNS的影響、包括有害的影響，也是可能的。
脊髓也包含有突觸。脊柱的功能對生物機體（例如姿勢控制、反射行為）是重要的。對人體已經(jīng)進行了試驗，人體軀干經(jīng)受到實驗MRI（核磁共振成像）系統(tǒng)（見第6.1.1和6.3.2節(jié)）的強力驟變梯度場。腰背部在相當(dāng)于神經(jīng)刺激閾值的刺激水平上有時會優(yōu)先報告有感覺，和從一個橢圓感應(yīng)模型的預(yù)期相一致（見第6.3.2節(jié)和附錄B）。這些試驗在低于神經(jīng)元感覺閾值之下，沒有可觀察到的影響。在電氣感覺閾值以下沒有可觀察到的影響，提示三個可能解釋中的一個。*個是：脊柱突觸的相互作用的確發(fā)生，但它們對人體是不能覺察的。另一個是：在脊柱中的感應(yīng)場低于突觸相互作用的閾值，即使在脊柱外部的水平粗略地是高于突觸閾值的2個數(shù)量級。第3個是：刺激的閾值顯著地大于在腦神經(jīng)元內(nèi)為突觸影響所假設(shè)的數(shù)值（表6）。
考慮到分委員會不能從脊髓的刺激在歸屬于突觸閾值的水平上找到數(shù)據(jù)，來提示可觀察到的影響，故本標準的保護集中于腦子上，而不是脊髓。
6.1.4 平均時間
在表1、表2、表3、表4和表5中所規(guī)定的均方根值（rms）量度需要一個平均時間的規(guī)定。對正弦形刺激波形，在半波增量上評估的神經(jīng)激勵的閾值，在奇數(shù)半波逐漸下降的*大值、和偶數(shù)半波的*小值之間振動，并收斂于約1.3 ms刺激持續(xù)時間的單個*小的閾值（Reilly[B75]）。激勵閾值的時間常數(shù)相對于肌肉與神經(jīng)突觸刺激持續(xù)時間，超出對神經(jīng)刺激的持續(xù)時間20和168的因子（表7）。因此，平均持續(xù)時間200 ms（≌168×1.3）的測量，將包含對*小神經(jīng)、肌肉與突觸的激勵閾值給出特性所需要的*大積分的持續(xù)時間。對充分低的頻率來說，閾值的變化在周波數(shù)高于1時是不重要的，而幾個周波的平均測量時間看來是合適的。對低于0.1 Hz的頻率來說，*大的平均時間10秒（一個周波）被考慮是合適的。
6.1.5 空間的平均
在確定是否符合基本限值時（表1），重要的參數(shù)是用于測量生物組織內(nèi)電場的平均距離da。一個相關(guān)的問題是在所需要的距離上產(chǎn)生有效電刺激的電場必須存在。對實際關(guān)心的案例包括非有意識的電氣曝露來說，激勵一個神經(jīng)纖維的*敏感方法，是通過定向在神經(jīng)纖維長軸、并作用在其末端的生物組織內(nèi)的電場（Reilly[B75]）。只有在一個小的刺激電極置于靠近神經(jīng)的地方時，才可能出現(xiàn)與上述情況例外的情況，但是這些情況通常只在學(xué)應(yīng)用中才能找到，而不是偶然的電氣遭遇。
激勵的閾值和場存在的距離（de）間的關(guān)系，已通過使用一個非線性有髓鞘的神經(jīng)模型得到確定（Reilly和Diamant[B80]）。使用這個模型得到*小的閾值是在de為7個或更多結(jié)間距離時。當(dāng)de是1個結(jié)間距離時，閾值是*小值的2倍。當(dāng)de是2、3、4和5個結(jié)間距時，閾值超出*小值各別為34%、14%、7%、和3%。對一個神經(jīng)軸索直徑為20μm（這尺寸在本標準中是為周邊神經(jīng)而假設(shè)的）時，結(jié)間的距離是2 mm。如果使用了5 mm的平均距離（da），并假設(shè)場正好等于相當(dāng)于de的激勵閾值時，測量的平均場在de≤2個結(jié)間距離時，將在基本限值（表1）的19%之內(nèi)。對較大的de并具有一個相應(yīng)的閾值場，在5 mm上所測量的平均場接近于基本限值在百分之幾之內(nèi)。這表明5 mm代表一個合理的平均距離，它既不是過度地保守的、也不是隨意的。因此，分委員會規(guī)定：在生物組織內(nèi)的電場被確定為距離da＝5 mm上的平均值，它能夠從5 mm范圍內(nèi)的電位差很容易地得到確定。
6.2 有害作用的準則
基本限值和*大許可曝露（MPE）限值的作用是避免有害的反應(yīng)，而不僅是可感覺到的反應(yīng)。厭惡的或痛苦的電刺激被考慮是一個有害的影響。由周邊神經(jīng)的磁刺激產(chǎn)生的痛苦感覺高于感覺閾值的倍數(shù)，各研究報告分別為：1.3倍（Budinger及其同事[B20]）、1.6倍（Bourland[B15]）和1.48倍（Nyenhuis及其同事[B67]；Schaefer及其同事[B88]）。平均倍數(shù)是1.45。觀察到的不能忍受的痛苦的平均閾值為感覺閾值的2.05倍（Schaefer及其同事[B88]）。對痛苦感覺的中值基強度閾值取為E0＝6.15×1.45 ＝8.92 V∕m（峰值）。根據(jù)電刺激人體感覺閾值的對數(shù)－正態(tài)概率模型（見第6.8節(jié)），對健康成人百分之一痛苦反應(yīng)閾值的保守估計，是低于中值的3倍，導(dǎo)致基強度為2.97 V∕m。
在接觸電流刺激的情況下，不愉快和痛苦的感覺在超出磁刺激感覺的較大乘數(shù)（倍率）上發(fā)生。根據(jù)幾個來源的實驗數(shù)據(jù)（Reilly[B75]，表7.3），痛苦的刺激估計發(fā)生在高于感覺閾值的2.4倍上；不愉快的感覺發(fā)生在1.7的倍數(shù)上；而痛苦閾值對不愉快閾值的比值約是1.4。
已發(fā)現(xiàn)磁刺激比接觸電流刺激有較小的痛苦―感覺值比率，這可由以下事實來解釋：在磁刺激中，感應(yīng)電流的分布只逐漸地隨著軀體的尺寸而變化。因此，在一些神經(jīng)元首先開始被激勵的場水平上，場的很小增加可以激勵很大范圍的神經(jīng)元。如果痛苦在軀體的某部位是磁性感應(yīng)的，這可能是在一個廣大的范圍。相反，皮膚的刺激是更加地集中的。在較大范圍的超閾值刺激可能比之于在較小的范圍更加痛苦，這可能解釋了磁感應(yīng)和小范圍接觸電流之間痛苦—感覺比的差別。
心臟的激勵考慮是有害的。雖然心臟刺激本身并不必然地有生命的威脅；但如果刺激很近地接連重復(fù)，是有潛在的危險的，諸如心臟受正弦形或重復(fù)脈沖刺激的這類情況（見第6.1.2節(jié)）。
*突觸的影響，分委員會把腦神經(jīng)元電刺激通過在生物組織內(nèi)感應(yīng)的電場所引起的任何腦活動的改變，作為潛在性的有害后果。這種保守主義的做法是被實驗室實驗所報告的有害作用（疲勞、頭痛、肌肉痙攣、持久的視覺余象）所促動的，這種實驗使用了接近突觸效應(yīng)閾值的磁場曝露。
關(guān)于人體在強靜止場和準－靜止場中快速運動而產(chǎn)生的磁流體動力效應(yīng)和電荷上的作用力，已經(jīng)觀察到多樣化的生物效應(yīng)（見第6.4節(jié)）。*這些觀察來看，對50%的人體對象，在頻率低于 1 Hz時，有害作用可取為1.06 T-rms（峰值1.5 T），這可能包括關(guān)聯(lián)到頭部運動的惡心、眩暈、和味的感覺。
6.3磁場曝露的閾值限值
從允許的生物組織內(nèi)電場數(shù)值來導(dǎo)出環(huán)境磁場，必須使用一個感應(yīng)模型。用來預(yù)測在磁場曝露期間整個軀體能量吸收的傳統(tǒng)方法包括使用模擬動物或人的橢圓形模型（Reilly[B72]）。在過去的幾年中，高－分辨率的解剖學(xué)模型已經(jīng)發(fā)展到增強其預(yù)測局部能量吸收的能力，諸如在單個器官之內(nèi)或是器官的一部分。
6.3.1 具體的解剖學(xué)感應(yīng)模型
高－分辨率模型的發(fā)展已經(jīng)驚人地增強了對電磁場曝露期間能量吸收的理解。然而，這種發(fā)展也已經(jīng)顯露出有關(guān)劑量學(xué)現(xiàn)有知識的若干不足。Hurt及其同事[B41]驗證了已公布的介電常數(shù)值的變化如何影響比吸收率（SAR）的計算。雖然SAR數(shù)值只與較高頻率有關(guān)，介電常數(shù)值對較低曝露頻率所產(chǎn)生的預(yù)期感應(yīng)內(nèi)部場的影響，也是應(yīng)確定的。Mason和其同事[B60]在電磁場曝露時，評估了體素尺寸對預(yù)計能量吸收的影響。體素尺寸的增加可能增加也可能減少體素內(nèi)吸收的預(yù)計能量值。通常吸收的能量有一個降低，但并不是始終遵循這種規(guī)則?？磥磔^好的解決辦法是使用可取得的*高分辨率模型，然后將體素中所吸收的能量進行平均。然而，即使模型具有較小的體素尺寸，這并不必然地意指高－分辨率解剖學(xué)或解剖部件的分離已經(jīng)被合適地結(jié)合起來了。
由多個研究者使用相似的具體解剖學(xué)模型和相似的數(shù)字技術(shù)（Dawson和Stuchly[B28]；Dimblylow[B30]；Gandhi[B37]）所取得的感應(yīng)電場計算的比較表明，在重要器官內(nèi)*大場的差別超過5：1；器官的平均值通常是合理地一致的，雖然注意到差別可達到2：1。因為本標準的基本限值取決于特定器官中的*大場，所報告的*大值的很大變化，使得把現(xiàn)有的具體模型應(yīng)用到標準之中發(fā)生困難。
高分辨率模型的重要不足是確實性。簡單地產(chǎn)生一個模型，對宣布使用這個模型所產(chǎn)生的結(jié)果是正確的而言是不夠的。對生物組織的實際實驗室試驗，應(yīng)當(dāng)結(jié)合到任何模型的發(fā)展上去。理論與經(jīng)驗結(jié)果的比較，以及模型的隨后精煉，對使用這些模型來確認或修訂曝露標準時，以取得實質(zhì)的置信度是很重要的。
6.3.2 橢圓感應(yīng)模型
本標準中環(huán)境磁場的限值是根據(jù)較大個體的頭部和軀干具有均勻?qū)щ娐实臋E圓模型，和在軀體尺寸上具有不變數(shù)值和相對相位的場，如附錄B中所述。在所有的計算中，*場相對于軀體的方向而言，作出了*壞情況的假設(shè)。
使用這個模型已計算出，感應(yīng)在軀干的周邊、具有整個軀體曝露到dB∕dt ＝37.5 T∕s（參見附錄B與表B.1），生物組織中的場為6.15 V∕m（人體中假設(shè)的中值神經(jīng)激勵的閾值）。該理論數(shù)值適用于使激勵閾值*小化的曝露情況：也*是，一個很大的成人；在其軀體的尺寸上，有一個數(shù)值、方向、相對相位不變的關(guān)聯(lián)場；一個單相方波形的生物組織內(nèi)電場。在大多數(shù)的情況下，實驗條件與理想?yún)?shù)有偏離，從而會產(chǎn)生比*小值更大的閾值。
對感應(yīng)電場設(shè)定的理想條件之一是單相、方波形狀。注意到：在生物組織內(nèi)的場取決于磁通密度的時間導(dǎo)數(shù)（即微分）dB∕dt的波形，對磁脈沖這必然地是雙相的；如果磁通密度的上升值和下降值是相等的，雖然上升和下降時間不是必須相等，其平均值為0。如果感應(yīng)波形是的相反轉(zhuǎn)或是延遲的、或是漸進的，則閾值可以是有效地與應(yīng)用到單相波形的相同。
導(dǎo)出的保守理論數(shù)值37.5 T∕s，可以與MRI（核磁共振成像系統(tǒng)）研究中人體軀干脈沖磁場曝露所得出的實驗閾值相比較（Bourland及其同事[B12]，[B13]，[B14]，[B15]；Budinger及其同事[B20]；Cohen及其同事[B24]；Mouchawar及其同事[B61]；Nycnhuis及其同事[B66]；Schaefer及其同事[B86]，[B87]；Yamagata及其同事[B98]），如同過去所復(fù)核的一樣（Reilly[B75]，第9.7節(jié)）。兩位研究者（Budinger及其同事[B20]；Cohen及其同事[B25]）報告的平均感覺閾值是60 T∕s，而另一位研究者（Bourland及其同事[B12]）報告的*小閾值是45 T∕s。更高的閾值由其他的研究者作出報告，但是像上述所引述的研究一樣，這些牽涉到非*理想的波形，或?qū)е虏坏贸?小基強度數(shù)值的（其它）情況。
上述討論的、在實驗中使用的模擬MRI場，在人體軀干尺寸范圍內(nèi)，幅度和相對相位都有相當(dāng)大的變化。當(dāng)這種非均勻性存在時，對電刺激*適當(dāng)?shù)牧慷仁遣磺逦摹?近的研究報告中，感覺的閾值系根據(jù)空間平均的曝露，而不是如同上述大多數(shù)研究提及的空間的峰值。使用一個空間平均的量度，感覺閾值的平均基強度值，在包括65個人體對象的一個研究中（Hebrank[B40]）報告為25 T∕s，而另一個包括84個人體對象的研究中（Nyenhuis及其同事[B66]）報告為28.8 T∕s。
使用磁刺激的心臟激勵閾值，已經(jīng)在狗（的實驗）中得到確定。早期的結(jié)果（Mouchawar及其同事[B62]；Yamaguchi及其同事[B99]）指出dB∕dt的閾值，超出從這里使用的模型所預(yù)告的數(shù)值（表7和表B.1）,雖然這可以由所引述的研究（Reilly[B73]）中使用了非*理想曝露條件來解釋。更近期的用狗做試驗的實驗結(jié)果（Schaefer及其同事[B88]），在按動物到人體的尺寸比例衡量時，很好地與使用于本標準中的模型相符合。以下這點也已得到確認：在時變刺激場上增加1.5 T的靜止場，并不改變心臟激勵的閾值（Bouland及其同事[B16]）。
考慮到理論和實驗的數(shù)據(jù)，分委員會采納表7中所列出的峰值dB∕dt（ ）為中值閾值。附錄B敘述了如何從表6的生物組織內(nèi)的參數(shù)來導(dǎo)出表7的外部場閾值的方法。
表7 已確認的磁dB∕dt 作用閾值的模型：整個軀體的曝露；中值閾值a
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反 應(yīng)
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0-pk（T∕s）b
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τe（ms）
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fe（Hz）
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腦，突觸活動的改變
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1.45
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25.0
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20
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腦，10μm神經(jīng)激勵
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237
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0.149
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3350
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軀體，20μm神經(jīng)激勵
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37.5
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0.149
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3350
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心臟激勵
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88.7
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3.00
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167
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a.表的解釋如下：對tp≥τe， ＝ 0；對tp≤τe， ＝ 0（τe∕tp）；
又，對f≤fe， ＝ 0；對f≥fe， ＝ 0 （f∕fe）。
b.（T∕s-pk）是指磁通密度的短時峰值。
閾值按表7的參數(shù)進行計算，并示出于方程式（5a）和方程式（5b）中，如：
＝ 0 對tp≥τe （5a）
＝ 0（τe∕tp） 對tp≤τe （5b）
這里 tp 是 0 波形的相持續(xù)時間。
另外，限值可以按方程式（6a）和方程式（6b）進行確定：
＝ 0 對f≤fe （6a）
＝ 0 （f∕fe） 對f≥fe （6b）
表8中列出的B可以從表7的準則中使用正弦形場的關(guān)系來計算，示于方程式（7）和方程式（8）：
＝ 0∕（2πfe） （7）
B0（rms）＝B0（峰值）∕（ ） （8）
這里 0 是dB∕dt的*小（基強度）閾值
B0 是B的*小閾值
中值的磁通密度閾值按表8進行計算，方程式（9a）和方程式（9b）如下：
B＝B0 對f≥fe （9a）
B＝B0 （fe∕f） 對f≤fe （9b）
表8 中值磁通密度的閾值；整個軀體的曝露a
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反 應(yīng)
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B0-rms（mT）
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H0-rms（A∕m）
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fe（Hz）
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腦，突觸活動的改變
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8.14
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6.48×103
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20
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腦，10μm神經(jīng)激勵
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7.97
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6.34×103
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3350
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軀體，20μm神經(jīng)激勵
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1.27
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1.00×103
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3350
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心臟激勵
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59.8
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4.76×103
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167
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a. 對f≥fe，B＝B0；對f≤fe，B＝B0 （fe∕f）。
考慮到上述討論的方法，顯然表8中的磁通密度限值是根據(jù)表6相關(guān)作用部位評價所設(shè)定的生物組織內(nèi)的限值而得出的。舉例，腦的曝露限值是根據(jù)在大腦皮質(zhì)外部周界中所感應(yīng)的估計場；心臟激勵適用于心臟*中所感應(yīng)的場；而周邊神經(jīng)的限值系根據(jù)軀干周邊中的*大感應(yīng)場。
6.4 靜止或準靜止的磁場曝露
從方程式（9b）可見，當(dāng)頻率接近零時，磁通密度的閾值將增加到無窮大；磁通密度的一個上限是需要的，以避免由磁流體動力學(xué)作用到磁場內(nèi)移動電荷上的力的有害影響。這種移動典型地關(guān)聯(lián)到血管系統(tǒng)，雖然觀察到的影響也能夠因軀體或眼睛在強靜止場內(nèi)的快速運動來形成。這些的物理效應(yīng)是Hall（霍爾）電壓或Lorentz（勞倫斯）力。
關(guān)于靜止磁場，在實驗室條件下的反應(yīng)包括2 T靜止磁場下，人體心臟周期長度（心臟循環(huán)時間）增加17%（Jehesen及其同事[B49]）。作者們提出其見解：所觀察到的效應(yīng)對健康的人體對象可能是無害的。但是對不良節(jié)律的病人的安全性尚不肯定。其他的觀察包括血液的速度在1－10 T之間有0.2－3%的變化（Dorfman[B31]；Keltner[B52]）。在1.5 T時注意到很多有害效應(yīng)，包括：眩暈、平衡困難、惡心、頭痛、麻木和麻刺感、光幻視、和不正常味的感覺。在4 T時注意到更多的明顯作用（Schenck及其同事）。其他的影響包括在4 T時老鼠心臟 T－波的良性增強（Gaffey和Tenforde[B35]，Tenforde及其同事[B95]）。
Schenck及其同事的研究，報告在1.5 T時在許多人體對象中有有害影響，分委員會采用1.5 T作為有害影響的中值閾值。1.5 T的峰值關(guān)聯(lián)到慢速變動的正弦形場1.06 T-rms。對閾值的分布已經(jīng)設(shè)定了一個與其他電閾值相同的對數(shù)正態(tài)分布的統(tǒng)計學(xué)模型（見第6.8節(jié)）。因此，在低于中值3倍的因子上，也*是353 mT上（在表2中所列出的這個數(shù)值是對*低頻率的），受影響的敏感個人總數(shù)估計小于曝露個人總數(shù)的1%。對公眾，分委員會應(yīng)用一個3倍的額外安全因子，這*導(dǎo)出了118 mT的這個數(shù)值（如在表2中所列出的）。
6.5 非正弦形場或脈沖場
在表1、表2、表3、表4、和表5中的基本限值和MPE（*大許可曝露）水平，是假設(shè)為正弦形曝露的波形，表達為頻率的函數(shù)。然而在許多實際情況下，可應(yīng)用的波形可能不是正弦形的，例如具有諧波干擾的波形，或是具有脈沖的波形。分節(jié)5.2.4表述了基于過去的研究（Reilly[B74]，Reilly和Diamant[B79]），用于確定非正弦形波形（脈沖或混合頻率）符合性的幾組試驗。除了滿足表1和表2的均方根（rms）限值之外，還要求滿足這些試驗中的一個。
5.2.4.1分節(jié)中的準則系根據(jù)生物組織內(nèi)的場（或接觸電流）、或是環(huán)境場的導(dǎo)數(shù)（微分）的短時峰值和相持續(xù)時間。作為另一種選擇，在5.2.4.2分節(jié)中的方程式（2）使用試驗波形的Fourier（傅立葉）分量。因為在任何一個分節(jié)中的準則都是保守的，每個分節(jié)都可用來作符合性的測驗?？砂慈〉猛瓿蓽y驗所需數(shù)據(jù)的相對方便性來確定作何選擇（傅立葉分量或短時峰值和相持續(xù)時間）。
在有些情況下，符合性試驗可能是過分地保守的。這些情況當(dāng)著波形表現(xiàn)為一個低頻的波形、在其上疊加一個短持續(xù)時間的脈沖時，可能會發(fā)生。當(dāng)著這種脈沖在持續(xù)時間上較短而幅度則較大時，保守的程度會增加。一項更*的試驗，例如用于部位研究（Reilly和Diamant[B79]）的一個試驗，需要用一個神經(jīng)激勵的模型對特定波形的閾值作出評價。
使用在方程式（2）中的*大頻率是5 MHz，這是在本標準限值之外的。然而，對特定波形不遵守本標準與針對較高頻率的IEEE C95.1標準之間的頻率劃分的也是可能的。由于截去方程式（2）在3 kHz上的和數(shù)是沒有意義的，故該和數(shù)被應(yīng)用到可驗證的電刺激的*高頻率上。
