6.基本原理
6.1 激勵的閾值：強度－持續時(shí)間和強度－頻率的法則
引起電刺激過(guò)程的參數是可激勵細胞膜（神經(jīng)或肌肉）（Reilly [B75 ]）的去極化。細胞靜止電位被一個(gè)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(chǎng)（并行于細胞長(cháng)軸的場(chǎng)分量），或是等值地取決于細胞外部電位的改變。評價(jià)電刺激需要電場(chǎng)或電場(chǎng)空間梯度的知識。當然，電場(chǎng)能夠從電流密度中利用比例J∕σ予以導出，這里σ是媒質(zhì)的導電率。但是根據電流密度的標準而不是生物組織內的電場(chǎng)引進(jìn)了一個(gè)額外的參數，*會(huì )在導出電場(chǎng)時(shí)本身已經(jīng)存在的不確定性以外，引進(jìn)一個(gè)不確定性，因此本文采用生物組織內的電場(chǎng)作為本標準的基本量度。
規定單相刺激波形閾值所對應的生物組織內的電場(chǎng)強度－持續時(shí)間曲線(xiàn)，是由兩個(gè)參數所規定：*?。ɑ鶑姸龋┘铋撝礒o以及強度－持續時(shí)間的時(shí)間常數τe。Eo和τe的數值對神經(jīng)激勵、肌肉激勵和突觸活動(dòng)的改變都是相當地不同。表6列出構成這些標準基礎的Eo和τe中值閾值的取值。峰值電場(chǎng)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：在生物組織內電場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)的短時(shí)峰值。
Ei＝E0 對tp≥τe （3a）
Ei＝E0（τe∕tp） 對tp≤τe （3b）
這里 tp 是Ei 波形的相持續時(shí)間。
作為替代，限值也要按正弦形頻率來(lái)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(lái)確定。因為易激勵組織的非線(xiàn)性電動(dòng)力學(xué)，方程式（4c）與從線(xiàn)性系統所得的關(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(xiàn)，在約10Hz處具有一個(gè)低頻上拐點(diǎn)，以及在頻率fe處具有一個(gè)高頻的上拐點(diǎn)。在較高和較低轉折頻率之間的平穩段是基強度。理論的模型提出場(chǎng)強度－持續時(shí)間的時(shí)間常數和高轉折頻率存在關(guān)聯(lián)fe＝1∕（2τe）（Reilly [B75],[B77]；Reilly和Diamant [B79]）。低頻上拐出現在生物組織內正弦波形下，該波形從零交叉點(diǎn)處始動(dòng)，因為正弦形的緩慢上升率允許神經(jīng)適應刺激，該特征在正方形波的刺激中、或是在峰值處始動(dòng)的正弦形波所沒(méi)有的?？紤]到*壞的情況，感應場(chǎng)的波形假設在峰值時(shí)始動(dòng)。由于在影響到本標準的頻率上，感應場(chǎng)正比于環(huán)境場(chǎng)的導數（微分）這個(gè)假設等同于假設一個(gè)環(huán)境場(chǎng)始動(dòng)在零交叉點(diǎn)上。在fe之上，閾值具有到一個(gè)正比例于頻率的坡度。
對一個(gè)給定的刺激持續時(shí)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，在相持續時(shí)間變得較短時(shí)（也即是，事件的頻率含量較高時(shí)），閾值的增加變得較大。然而，對重復的雙相波（舉例，一個(gè)重復的正弦波），閾值變?yōu)榻朴谙嗤喑掷m時(shí)間的單個(gè)單相方形波的數值（Reilly [B75]）。結果是，適合于單相方波刺激的閾值建立的較低限值，已經(jīng)應用到相同相持續時(shí)間的雙相波上。對于單個(gè)雙相短暫時(shí)間的事件，激勵的閾值可能高于單相刺激的閾值，因此這個(gè)方法是保守的。然而，在本標準的頻率范圍內，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(gè)局部恒定的電場(chǎng)區域中，激勵在神經(jīng)末端，或在經(jīng)歷一個(gè)快速彎曲處始發(fā)，例如可能發(fā)生在運動(dòng)神經(jīng)元的端板處，或是感覺(jué)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：纖維直徑是在人體內所發(fā)現纖維尺寸分布的外部界限上。相應地，對周邊的神經(jīng)假設*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]）。
這些數值很好地符合于實(shí)驗的數據。對磁場(chǎng)刺激報告的τe 中值實(shí)驗數值在 146－152μs的范圍內（Barker及其同事[B4]；Bourland及其同事[B13]；Mansfield和Harvey[B59]）；雖然較大的數值也已經(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數值包括相當寬的范圍，其中包含磁場(chǎng)刺激所觀(guān)察到的數值。
為確定基本限值，保守地假設一個(gè)小的τe而不是一個(gè)大的τe。所以，表6采用τe＝149μs的數值，是上述較低實(shí)驗數值的平均值。理論數值E0＝6.15 V∕m是考慮健康成人閾值分布的中值。雖然缺少適當的統計數據，但E0已有充分數據表明，提出這個(gè)假設是合理的。在感應的電場(chǎng)可確定的場(chǎng)合下，前臂脈沖磁場(chǎng)刺激的基強度被發(fā)現是5.9 V∕m（Havel及其同事 [B39]）。此外，采用假設的基礎的神經(jīng)激勵6.15 V∕m，正確地復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(chǎng)刺激的激勵閾值，合理地與實(shí)驗室所確定的閾值相一致（第6.3節）。
激勵骨絡(luò )肌肉*敏感的方法是通過(guò)（刺激它的）運動(dòng)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－持續時(shí)間和強度－頻率法則，除非是很大的τe數值（較小的 fe數值）。實(shí)驗的數據指出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(gè)小的電極，時(shí)間常數可能比刺激是更分散時(shí)小得多，例如磁感應在生物組織內的電場(chǎng)。已經(jīng)假設S－D（強度－持續時(shí)間）時(shí)間常數τe＝3 ms，它應用到大型接觸電極或是心臟組織的分散刺激；已經(jīng)假設E0＝12 V∕m 是根據實(shí)驗數據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(dòng)（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，如果心臟反復地受到激勵，VF的閾值下降，如果在心博周期內易損時(shí)段上施加了刺激，可能會(huì )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情況下將不是一個(gè)曝露的問(wèn)題，因為隨著(zhù)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?chē)鷱姼袘獔?chǎng)的非均勻曝露的特殊情況下，可想象到的會(huì )需要應用心臟激勵準則。
6.1.3 突觸活動(dòng)的改變
有鑒于神經(jīng)細胞需要約15－20mV的膜去極化、來(lái)起動(dòng)一個(gè)動(dòng)作電位；突觸前膜電位變化小于1mV或可能小到60μV時(shí)可能影響到突觸過(guò)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(gè)潛在性的敏感部位。突觸的一個(gè)重要性質(zhì)是：在突觸前電位中的一個(gè)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(huì )相加從幾個(gè)細胞來(lái)的突觸前的輸入，突觸前電位的很小變化能夠具有顯著(zhù)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(gè)神經(jīng)元的激勵（否則是不會(huì )激勵的），或是可能抑止一個(gè)神經(jīng)元的激勵（否則是會(huì )激勵的）。
突觸極化影響的一個(gè)例子是歸屬到（起因于）電的和磁的光幻視現象，這些是施加于頭部的電流或磁場(chǎng)而造成的視覺(jué)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(shí)驗室的證據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(jué)皮質(zhì)的激勵，雖然視覺(jué)皮質(zhì)刺激產(chǎn)生的視力感覺(jué)已經(jīng)被證實(shí)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(lái)的數據（Loevsund及其同事[B57]、[B58]），用頭部的橢圓模型計算（見(jiàn)附錄B），在頭部相應的感應電場(chǎng)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(chǎng)是0.053V∕m-rms。假設腦的導電率是0.15 S∕m時(shí)，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]）。相應于光幻視感覺(jué)的內部電場(chǎng)，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(shí)驗室的強度－持續時(shí)間數據顯示出：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（Knighton[B53]、[B54]）。這些數值與上述的光幻視數據相當一致，但卻比周邊神經(jīng)的相應數值大約100倍。
在外施電場(chǎng)對突觸極化的影響方面，只存在相對較少的數據?？紤]數據供應的不足，根據可得到的突觸影響實(shí)驗室數據，并假設其與神經(jīng)激勵特性相似，作出了合理的假設。這些特性的一個(gè)分類(lèi)涉及到強度－持續時(shí)間和強度－頻率的特性。平均的強度－持續時(shí)間的時(shí)間常數對突觸影響是τe＝25 ms。使用對神經(jīng)激勵所指明的關(guān)系曲線(xiàn)，fe＝20 Hz的強度－頻率常數預期超出在生物組織內電場(chǎng)閾值應當上升的數值。當然這個(gè)上升在電光幻視閾值的情況下可觀(guān)察到，雖然上升率是大于用神經(jīng)激勵所觀(guān)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(xiàn)在20 Hz上顯示出*低值，在較低頻時(shí)的閾值上升，與電光幻視的數值相一致。超出20 Hz的閾值稍許隨著(zhù)實(shí)驗室參數（背景照度和波長(cháng)，物體的視敏銳性）而變化?？紤]到電－和磁－光幻視的強度－持續時(shí)間與強度－頻率曲線(xiàn)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)現的閾值曲線(xiàn)，但是具有一個(gè)低得多的強度－頻率常數（或等效于，一個(gè)較大的強度－持續時(shí)間的時(shí)間常數），和具有較低的基強度。為了闡明這些假設，CNS（中樞神經(jīng)系統）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(shí)驗室進(jìn)行了試驗，*大頻率只到約75 Hz。分委員會(huì )作出保守的假設，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(gè)頻率，周邊神經(jīng)激勵的限值支配著(zhù)磁場(chǎng)的*大許可曝露）。
關(guān)于光幻視閾值的實(shí)驗，Loevsund及其同事（[B57]，第330頁(yè)）陳述說(shuō)：“事實(shí)上，所有的志愿者在實(shí)驗后提到感受疲勞，而有些則報告說(shuō)有頭痛。有些經(jīng)歷到視覺(jué)的余象，這種余象一般只是隨著(zhù)曝露到磁場(chǎng)后的短時(shí)間上發(fā)生的。然而在一個(gè)案例中，他們堅稱(chēng)長(cháng)達實(shí)驗后的10分鐘。個(gè)別的志愿者報告說(shuō)有眼睛肌肉的痙攣，可能是由場(chǎng)的刺激所引起”。這些發(fā)現相似于Silny[B92]的發(fā)現，Silny報告說(shuō)，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(gè)為23的因子）。
顯然，可歸因到CNS反應的有害作用（疲勞、頭痛、肌肉痙攣、持久的視覺(jué)余象）已經(jīng)在關(guān)聯(lián)到光幻視閾值的實(shí)驗中得到報告。光幻視本身會(huì )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(chǎng)改變神經(jīng)元反應的能力也已經(jīng)得到報告，在從老鼠腦中來(lái)的海馬（腦內海馬狀的突起）切片曝露到磁場(chǎng)之后（Bawin及其同事[B8， B9]），其中感應的電場(chǎng)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(dòng)物的記憶能力者）顯著(zhù)地降低（Sienkeiwicz及其同事[B90]，[B91]）。雖然，所引用的研究并未建立一個(gè)突觸的機制，他們的確支持這種觀(guān)點(diǎn)，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(jìn)行了試驗，人體軀干經(jīng)受到實(shí)驗MRI（核磁共振成像）系統（見(jiàn)第6.1.1和6.3.2節）的強力驟變梯度場(chǎng)。腰背部在相當于神經(jīng)刺激閾值的刺激水平上有時(shí)會(huì )優(yōu)先報告有感覺(jué)，和從一個(gè)橢圓感應模型的預期相一致（見(jiàn)第6.3.2節和附錄B）。這些試驗在低于神經(jīng)元感覺(jué)閾值之下，沒(méi)有可觀(guān)察到的影響。在電氣感覺(jué)閾值以下沒(méi)有可觀(guān)察到的影響，提示三個(gè)可能解釋中的一個(gè)。*個(gè)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(jué)察的。另一個(gè)是：在脊柱中的感應場(chǎng)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(gè)數量級。第3個(gè)是：刺激的閾值顯著(zhù)地大于在腦神經(jīng)元內為突觸影響所假設的數值（表6）。
考慮到分委員會(huì )不能從脊髓的刺激在歸屬于突觸閾值的水平上找到數據，來(lái)提示可觀(guān)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(shí)間
在表1、表2、表3、表4和表5中所規定的均方根值（rms）量度需要一個(gè)平均時(shí)間的規定。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，在奇數半波逐漸下降的*大值、和偶數半波的*小值之間振動(dòng)，并收斂于約1.3 ms刺激持續時(shí)間的單個(gè)*小的閾值（Reilly[B75]）。激勵閾值的時(shí)間常數相對于肌肉與神經(jīng)突觸刺激持續時(shí)間，超出對神經(jīng)刺激的持續時(shí)間20和168的因子（表7）。因此，平均持續時(shí)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*大積分的持續時(shí)間。對充分低的頻率來(lái)說(shuō)，閾值的變化在周波數高于1時(shí)是不重要的，而幾個(gè)周波的平均測量時(shí)間看來(lái)是合適的。對低于0.1 Hz的頻率來(lái)說(shuō)，*大的平均時(shí)間10秒（一個(gè)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(shí)（表1），重要的參數是用于測量生物組織內電場(chǎng)的平均距離da。一個(gè)相關(guān)的問(wèn)題是在所需要的距離上產(chǎn)生有效電刺激的電場(chǎng)必須存在。對實(shí)際關(guān)心的案例包括非有意識的電氣曝露來(lái)說(shuō)，激勵一個(gè)神經(jīng)纖維的*敏感方法，是通過(guò)定向在神經(jīng)纖維長(cháng)軸、并作用在其末端的生物組織內的電場(chǎng)（Reilly[B75]）。只有在一個(gè)小的刺激電極置于靠近神經(jīng)的地方時(shí)，才可能出現與上述情況例外的情況，但是這些情況通常只在學(xué)應用中才能找到，而不是偶然的電氣遭遇。
激勵的閾值和場(chǎng)存在的距離（de）間的關(guān)系，已通過(guò)使用一個(gè)非線(xiàn)性有髓鞘的神經(jīng)模型得到確定（Reilly和Diamant[B80]）。使用這個(gè)模型得到*小的閾值是在de為7個(gè)或更多結間距離時(shí)。當de是1個(gè)結間距離時(shí)，閾值是*小值的2倍。當de是2、3、4和5個(gè)結間距時(shí)，閾值超出*小值各別為34%、14%、7%、和3%。對一個(gè)神經(jīng)軸索直徑為20μm（這尺寸在本標準中是為周邊神經(jīng)而假設的）時(shí)，結間的距離是2 mm。如果使用了5 mm的平均距離（da），并假設場(chǎng)正好等于相當于de的激勵閾值時(shí)，測量的平均場(chǎng)在de≤2個(gè)結間距離時(shí)，將在基本限值（表1）的19%之內。對較大的de并具有一個(gè)相應的閾值場(chǎng)，在5 mm上所測量的平均場(chǎng)接近于基本限值在百分之幾之內。這表明5 mm代表一個(gè)合理的平均距離，它既不是過(guò)度地保守的、也不是隨意的。因此，分委員會(huì )規定：在生物組織內的電場(chǎng)被確定為距離da＝5 mm上的平均值，它能夠從5 mm范圍內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，而不僅是可感覺(jué)到的反應。厭惡的或痛苦的電刺激被考慮是一個(gè)有害的影響。由周邊神經(jīng)的磁刺激產(chǎn)生的痛苦感覺(jué)高于感覺(jué)閾值的倍數，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]）。平均倍數是1.45。觀(guān)察到的不能忍受的痛苦的平均閾值為感覺(jué)閾值的2.05倍（Schaefer及其同事[B88]）。對痛苦感覺(jué)的中值基強度閾值取為E0＝6.15×1.45 ＝8.92 V∕m（峰值）。根據電刺激人體感覺(jué)閾值的對數－正態(tài)概率模型（見(jiàn)第6.8節），對健康成人百分之一痛苦反應閾值的保守估計，是低于中值的3倍，導致基強度為2.97 V∕m。
在接觸電流刺激的情況下，不愉快和痛苦的感覺(jué)在超出磁刺激感覺(jué)的較大乘數（倍率）上發(fā)生。根據幾個(gè)來(lái)源的實(shí)驗數據（Reilly[B75]，表7.3），痛苦的刺激估計發(fā)生在高于感覺(jué)閾值的2.4倍上；不愉快的感覺(jué)發(fā)生在1.7的倍數上；而痛苦閾值對不愉快閾值的比值約是1.4。
已發(fā)現磁刺激比接觸電流刺激有較小的痛苦―感覺(jué)值比率，這可由以下事實(shí)來(lái)解釋?zhuān)涸诖糯碳ぶ?，感應電流的分布只逐漸地隨著(zhù)軀體的尺寸而變化。因此，在一些神經(jīng)元首先開(kāi)始被激勵的場(chǎng)水平上，場(chǎng)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的，這可能是在一個(gè)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和小范圍接觸電流之間痛苦—感覺(jué)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，是有潛在的危險的，諸如心臟受正弦形或重復脈沖刺激的這類(lèi)情況（見(jiàn)第6.1.2節）。
*突觸的影響，分委員會(huì )把腦神經(jīng)元電刺激通過(guò)在生物組織內感應的電場(chǎng)所引起的任何腦活動(dòng)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(shí)驗室實(shí)驗所報告的有害作用（疲勞、頭痛、肌肉痙攣、持久的視覺(jué)余象）所促動(dòng)的，這種實(shí)驗使用了接近突觸效應閾值的磁場(chǎng)曝露。
關(guān)于人體在強靜止場(chǎng)和準－靜止場(chǎng)中快速運動(dòng)而產(chǎn)生的磁流體動(dòng)力效應和電荷上的作用力，已經(jīng)觀(guān)察到多樣化的生物效應（見(jiàn)第6.4節）。*這些觀(guān)察來(lái)看，對50%的人體對象，在頻率低于 1 Hz時(shí)，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(dòng)的惡心、眩暈、和味的感覺(jué)。
6.3磁場(chǎng)曝露的閾值限值
從允許的生物組織內電場(chǎng)數值來(lái)導出環(huán)境磁場(chǎng)，必須使用一個(gè)感應模型。用來(lái)預測在磁場(chǎng)曝露期間整個(gè)軀體能量吸收的傳統方法包括使用模擬動(dòng)物或人的橢圓形模型（Reilly[B72]）。在過(guò)去的幾年中，高－分辨率的解剖學(xué)模型已經(jīng)發(fā)展到增強其預測局部能量吸收的能力，諸如在單個(gè)器官之內或是器官的一部分。
6.3.1 具體的解剖學(xué)感應模型
高－分辨率模型的發(fā)展已經(jīng)驚人地增強了對電磁場(chǎng)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值的變化如何影響比吸收率（SAR）的計算。雖然SAR數值只與較高頻率有關(guān)，介電常數值對較低曝露頻率所產(chǎn)生的預期感應內部場(chǎng)的影響，也是應確定的。Mason和其同事[B60]在電磁場(chǎng)曝露時(shí)，評估了體素尺寸對預計能量吸收的影響。體素尺寸的增加可能增加也可能減少體素內吸收的預計能量值。通常吸收的能量有一個(gè)降低，但并不是始終遵循這種規則?？磥?lái)較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(jìn)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)被合適地結合起來(lái)了。
由多個(gè)研究者使用相似的具體解剖學(xué)模型和相似的數字技術(shù)（Dawson和Stuchly[B28]；Dimblylow[B30]；Gandhi[B37]）所取得的感應電場(chǎng)計算的比較表明，在重要器官內*大場(chǎng)的差別超過(guò)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(chǎng)，所報告的*大值的很大變化，使得把現有的具體模型應用到標準之中發(fā)生困難。
高分辨率模型的重要不足是確實(shí)性。簡(jiǎn)單地產(chǎn)生一個(gè)模型，對宣布使用這個(gè)模型所產(chǎn)生的結果是正確的而言是不夠的。對生物組織的實(shí)際實(shí)驗室試驗，應當結合到任何模型的發(fā)展上去。理論與經(jīng)驗結果的比較，以及模型的隨后精煉，對使用這些模型來(lái)確認或修訂曝露標準時(shí)，以取得實(shí)質(zhì)的置信度是很重要的。
6.3.2 橢圓感應模型
本標準中環(huán)境磁場(chǎng)的限值是根據較大個(gè)體的頭部和軀干具有均勻導電率的橢圓模型，和在軀體尺寸上具有不變數值和相對相位的場(chǎng)，如附錄B中所述。在所有的計算中，*場(chǎng)相對于軀體的方向而言，作出了*壞情況的假設。
使用這個(gè)模型已計算出，感應在軀干的周邊、具有整個(gè)軀體曝露到dB∕dt ＝37.5 T∕s（參見(jiàn)附錄B與表B.1），生物組織中的場(chǎng)為6.15 V∕m（人體中假設的中值神經(jīng)激勵的閾值）。該理論數值適用于使激勵閾值*小化的曝露情況：也*是，一個(gè)很大的成人；在其軀體的尺寸上，有一個(gè)數值、方向、相對相位不變的關(guān)聯(lián)場(chǎng)；一個(gè)單相方波形的生物組織內電場(chǎng)。在大多數的情況下，實(shí)驗條件與理想參數有偏離，從而會(huì )產(chǎn)生比*小值更大的閾值。
對感應電場(chǎng)設定的理想條件之一是單相、方波形狀。注意到：在生物組織內的場(chǎng)取決于磁通密度的時(shí)間導數（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(shí)間不是必須相等，其平均值為0。如果感應波形是的相反轉或是延遲的、或是漸進(jìn)的，則閾值可以是有效地與應用到單相波形的相同。
導出的保守理論數值37.5 T∕s，可以與MRI（核磁共振成像系統）研究中人體軀干脈沖磁場(chǎng)曝露所得出的實(shí)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(guò)去所復核的一樣（Reilly[B75]，第9.7節）。兩位研究者（Budinger及其同事[B20]；Cohen及其同事[B25]）報告的平均感覺(jué)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，或導致不得出*小基強度數值的（其它）情況。
上述討論的、在實(shí)驗中使用的模擬MRI場(chǎng)，在人體軀干尺寸范圍內，幅度和相對相位都有相當大的變化。當這種非均勻性存在時(shí)，對電刺激*適當的量度是不清晰的。*近的研究報告中，感覺(jué)的閾值系根據空間平均的曝露，而不是如同上述大多數研究提及的空間的峰值。使用一個(gè)空間平均的量度，感覺(jué)閾值的平均基強度值，在包括65個(gè)人體對象的一個(gè)研究中（Hebrank[B40]）報告為25 T∕s，而另一個(gè)包括84個(gè)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(shí)驗）中得到確定。早期的結果（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告的數值（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(lái)解釋。更近期的用狗做試驗的實(shí)驗結果（Schaefer及其同事[B88]），在按動(dòng)物到人體的尺寸比例衡量時(shí)，很好地與使用于本標準中的模型相符合。以下這點(diǎn)也已得到確認：在時(shí)變刺激場(chǎng)上增加1.5 T的靜止場(chǎng)，并不改變心臟激勵的閾值（Bouland及其同事[B16]）。
考慮到理論和實(shí)驗的數據，分委員會(huì )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的生物組織內的參數來(lái)導出表7的外部場(chǎng)閾值的方法。
表7 已確認的磁dB∕dt 作用閾值的模型：整個(gè)軀體的曝露；中值閾值a
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反 應
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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(dòng)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(shí)峰值。
閾值按表7的參數進(jìn)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 波形的相持續時(shí)間。
另外，限值可以按方程式（6a）和方程式（6b）進(jìn)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(chǎng)的關(guān)系來(lái)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*?。ɑ鶑姸龋╅撝?/span>
B0 是B的*小閾值
中值的磁通密度閾值按表8進(jìn)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(gè)軀體的曝露a
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反 應
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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(dòng)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表6相關(guān)作用部位評價(jià)所設定的生物組織內的限值而得出的。舉例，腦的曝露限值是根據在大腦皮質(zhì)外部周界中所感應的估計場(chǎng)；心臟激勵適用于心臟*中所感應的場(chǎng)；而周邊神經(jīng)的限值系根據軀干周邊中的*大感應場(chǎng)。
6.4 靜止或準靜止的磁場(chǎng)曝露
從方程式（9b）可見(jiàn)，當頻率接近零時(shí)，磁通密度的閾值將增加到無(wú)窮大；磁通密度的一個(gè)上限是需要的，以避免由磁流體動(dòng)力學(xué)作用到磁場(chǎng)內移動(dòng)電荷上的力的有害影響。這種移動(dòng)典型地關(guān)聯(lián)到血管系統，雖然觀(guān)察到的影響也能夠因軀體或眼睛在強靜止場(chǎng)內的快速運動(dòng)來(lái)形成。這些的物理效應是Hall（霍爾）電壓或Lorentz（勞倫斯）力。
關(guān)于靜止磁場(chǎng)，在實(shí)驗室條件下的反應包括2 T靜止磁場(chǎng)下，人體心臟周期長(cháng)度（心臟循環(huán)時(shí)間）增加17%（Jehesen及其同事[B49]）。作者們提出其見(jiàn)解：所觀(guān)察到的效應對健康的人體對象可能是無(wú)害的。但是對不良節律的病人的安全性尚不肯定。其他的觀(guān)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(shí)注意到很多有害效應，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(jué)。在4 T時(shí)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(shí)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(shí)在許多人體對象中有有害影響，分委員會(huì )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(dòng)的正弦形場(chǎng)1.06 T-rms。對閾值的分布已經(jīng)設定了一個(gè)與其他電閾值相同的對數正態(tài)分布的統計學(xué)模型（見(jiàn)第6.8節）。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(gè)數值是對*低頻率的），受影響的敏感個(gè)人總數估計小于曝露個(gè)人總數的1%。對公眾，分委員會(huì )應用一個(gè)3倍的額外安全因子，這*導出了118 mT的這個(gè)數值（如在表2中所列出的）。
6.5 非正弦形場(chǎng)或脈沖場(chǎng)
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，是假設為正弦形曝露的波形，表達為頻率的函數。然而在許多實(shí)際情況下，可應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5.2.4表述了基于過(guò)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(mǎn)足表1和表2的均方根（rms）限值之外，還要求滿(mǎn)足這些試驗中的一個(gè)。
5.2.4.1分節中的準則系根據生物組織內的場(chǎng)（或接觸電流）、或是環(huán)境場(chǎng)的導數（微分）的短時(shí)峰值和相持續時(shí)間。作為另一種選擇，在5.2.4.2分節中的方程式（2）使用試驗波形的Fourier（傅立葉）分量。因為在任何一個(gè)分節中的準則都是保守的，每個(gè)分節都可用來(lái)作符合性的測驗?？砂慈〉猛瓿蓽y驗所需數據的相對方便性來(lái)確定作何選擇（傅立葉分量或短時(shí)峰值和相持續時(shí)間）。
在有些情況下，符合性試驗可能是過(guò)分地保守的。這些情況當著(zhù)波形表現為一個(gè)低頻的波形、在其上疊加一個(gè)短持續時(shí)間的脈沖時(shí)，可能會(huì )發(fā)生。當著(zhù)這種脈沖在持續時(shí)間上較短而幅度則較大時(shí)，保守的程度會(huì )增加。一項更*的試驗，例如用于部位研究（Reilly和Diamant[B79]）的一個(gè)試驗，需要用一個(gè)神經(jīng)激勵的模型對特定波形的閾值作出評價(jià)。
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上的和數是沒(méi)有意義的，故該和數被應用到可驗證的電刺激的*高頻率上。
