脉冲电磁场防治骨质疏松的动物实验装置研制及实验观察

目的根据脉冲电磁场治疗骨质疏松的原理，设计用于动物实验的脉冲电磁场治疗装置．并用该装置观察在脉冲电磁场作用下实验动物力学特性和骨组织形态的变化。方法设计了强度为11MT．频率12Hz／8Hz自动跳变的脉冲电磁场发生装置和专用的动物实验装置，并将磁场作用于去势大鼠的骨质疏松模型。结果实验装置运行时．对各参数检测表明，实验装置满足设计的要求：经脉冲电磁场装置治疗的大鼠骨形态和力学特性与未经治疗的模型组都有明显改善。结论实验装置满足设计要求，脉冲电磁场可以改善骨的形态和骨骼的力学特性。     

用于细胞培养的均匀电磁场模型

目的对自行设计的亥姆霍兹线圈空间内产生的均匀电磁场区域进行数学运算模拟，并进行可视化描述。方法在柱坐标下，建立空间内任一点的磁场数学模型，利用MATLAB数值方法对自行设计的脉冲电磁场发生装置和可以产生均匀磁场的亥姆霍兹线圈所产生的磁场分布进行可视化模拟。结果空间磁场分布的验证结果表明：线圈空间内轴向磁场Bz主要分布在0．015m≤z≤0．045m、0．03m≤y≤0．03m的圆柱内，磁场强度为0．06T。结论磁场的均匀区域符合设计的要求，可以为细胞培养提供所需要的一定强度并在一定空间范围内均匀的电磁场。空间磁场的可视化描述可以为随后的实验研究具有指导作用，特别对培养板（或培养皿）在磁场中的放置位置可提供直观的指导，以排除因磁场误差引入的实验结果的差异。     

可调空间聚焦低频脉冲电磁场发生装置研制

目的:研制空间聚焦和频率强度可调的低频脉冲电磁场(Pulsed Electromagnetic Fields,PEMF)发生装置。方法:采用以单片机STC89C52为基础的智能可调低频脉冲信号发生器产生不同频率占空比的低频脉冲信号;该信号经预放大滤波后,由PA19构成的功率放大电路进行放大,驱动后级可调空间聚焦电磁场发射架;PEMF强度和空间分布通过特斯拉计HT108进行测量。结果:PEMF发生装置能够产生频率0~2 k Hz、占空比10%~80%和强度0~400 m T可调的PEMF,且空间聚焦效果明显。结论:PEMF发生装置具有输出PEMF各参数可调范围大、电磁场聚焦范围空间可调等优点,适合用于电磁场非热生物效应研究。     

CXLY-Ⅲ型低频脉冲磁场发生仪的研制

介绍了我们研制的低频脉冲磁场发生仪。该磁场发生仪可输出频率０～１００ Ｈｚ,磁感应强度１５０～８００ ｍ Ｔ 连续可调的脉冲磁场,频率和强度值均采用数码显示。使用表明,该仪器操作方便、性能可靠,可长时间稳定运行,已在本教研室电磁场生物效应的科研实验中得到广泛应用。     

CXLY-Ⅱ型低频脉冲磁场发生仪的研制

介绍了我们研制的低频脉冲磁场发生仪。该磁场发生仪可输出频率０～１００Ｈｚ,磁感应强度１５０～８００ｍＴ连续可调的脉冲磁场,频率和强度值均采用数码显示。使用表明,该仪器操作方便、性能可靠,可长时间稳定运行,已在本教研室电磁场生物效应的科研实验中得到了广泛应用。     

CXLY-I型低频脉冲磁场发生仪的研制

本文介绍了我们研制的低频脉冲磁场发生仪。该仪器可输出频率０～３０Ｈｚ，磁场强度５０～２００ｍＴ连续可调的脉冲磁场。使用表明：该仪器操作方便性能可靠，可长时间稳定运行，已在本科室电磁场生物效应的科研实验中得到应用     

频率可调型磁颗粒靶向热疗实验平台的研制

针对磁颗粒靶向热疗研究,本文设计了一种频率可调型磁颗粒靶向热疗实验平台.首先分析了磁颗粒靶向热疗系统的总体结构,提出了通过串联不同补偿电容来实现频率可调的方案,搭建了频率和幅值可调的高频电源.通过自制探头测量各工作点的磁场强度及其分布情况,表明该实验平台的磁场强度最大可达16 kA/m,磁场分布较为均匀,输出频率可在30~80kHz之间自由调节,基本满足磁颗粒靶向热疗的要求,为进一步的实验研究打下了基础.     

高频脉冲弱磁场检测技术的研究

生物医学领域中通常涉及高频瞬态弱磁场的应用,目前通用的磁感应强度探头无法满足MHz脉冲磁场的测量需求,为了准确测量MHz脉冲弱磁场,研究设计了对0.1~1 MHz脉冲磁场进行测量及标定的技术。设计一套由非铁磁性材料制成的脉冲磁场测量与标定装置,通过装置将磁场发生线圈与磁场检测线圈的相对位置精确固定。选用正弦脉冲施加于磁场发生线圈,采集检测线圈产生的感应电动势,根据法拉第电磁感应定律在Matlab平台编写算法,仿真计算得到MHz脉冲磁场强度并标定。实现了频率分别为0.5、1.0、1.5 MHz强度为μT量级磁场的准确测量,测量结果通过标定,与真实值的相对误差约为2.5%,保持较好的稳定性和一致性。     

基于ANSYS的磁声耦合效应声源的分布建模与仿真

感应式磁声成像(MAT-MI)是一种近年来提出的新型生物电阻抗成像方法,在理论与实验方面仍有很多问题值得研究和探讨,本研究设计仿真实验分析磁声耦合效应产生声源的分布及特点。结合电磁场理论分析MAT-MI声源与电导率分布、激励磁场、静态磁场和感应电场的关系,基于有限元方法构建了三维霍姆赫兹线圈和双层导体立方体的仿真模型,借助有限元分析软件ANSYS进行时变电磁场有限元分析,得到不同电导率导体内部的感应电流分布及声源分布。并应用电磁场分析的结果得到感应涡电流分布及声源分布。仿真结果表明,均匀介质内部和两种不同电导率介质分界面上都存在MAT-MI声源,但感应涡电流密度和声源在电导率边界处变化较大。     

低频脉冲磁场对兔膝关节软骨缺损修复作用的实验研究

目的研究低频脉冲磁场在间充质干细胞和双层PLGA支架构建复合体修复兔骨软骨缺损过程的作用.方法用密度梯度离心法和贴壁培养法获得5月龄兔骨髓来源间充质干细胞,在体外培养并进行分化诱导后作为种子细胞复合双层PLGA构建成复合体植入兔膝股骨髁间设计骨软骨缺损模型,全过程施加低频脉冲磁场干预,于第24周取材,进行大体观察、组织学检查和病理评分.结果诱导MSCs+支架+2.0A·m-1脉冲电磁场刺激组在术后又继续进行脉冲电磁场照射后,兔膝关节骨软骨创伤修复明显加快,统计学分析各组单项评价指标得分差异有显著性(p＜0.05),与自体骨软骨移植组相当.结论在适当低频脉冲磁场作用下,诱导MSCs+双层PLGA支架能较好地修复兔膝关节骨软骨创伤.     

Short-term effects of pulsed electromagnetic fields after physical exercise are dependent on autonomic tone before exposure

The therapeutic application of pulsed electromagnetic fields (PEMFs) can accelerate healing after bone fractures and also alleviate pain according to several studies. However, no objective criteria have been available to ensure appropriate magnetic field strength or type of electromagnetic field. Moreover, few studies so far have investigated the physical principles responsible for the impact of electromagnetic fields on the human body. Existing studies have shown that PEMFs influence cell activity, the autonomic nervous system and the blood flow. The aim of this study is to examine the instantaneous and short-term effects of a PEMF therapy and to measure the impact of different electromagnetic field strengths on a range of physiological parameters, especially the autonomic nervous systems, determined by heart rate variability (HRV) as well as their influence on subjects' general feeling of well-being. The study comprised experimental, double-blind laboratory tests during which 32 healthy male adults (age: 38.4+/-6.5 years) underwent four physical stress tests at standardised times followed by exposure to pulsed magnetic fields of varying intensity [HPM, High Performance magnetic field; Leotec; pulsed signal; mean intensity increase: zero (placebo), 0.005, 0.03 and 0.09 T/s]. Exposure to electromagnetic fields after standardised physical effort significantly affected the very low frequency power spectral components of HRV (VLF; an indicator for sympathetically controlled blood flow rhythms). Compared to placebo treatment, exposure to 0.005 T/s resulted in accelerated recovery after physical strain. Subjects with lower baseline VLF power recovered more quickly than subjects with higher VLF when exposed to higher magnetic field strengths. The application of electromagnetic fields had no effect on subjects' general feeling of well-being. Once the magnetic field exposure was stopped, the described effects quickly subsided. PEMF exposure has a short-term dosage-dependent impact on healthy subjects. Exposure to PEMF for 20 min resulted in more rapid recovery of heart rate variability, especially in the very low frequency range after physical strain. The study also showed the moderating influence of the subjects' constitutional VLF power on their response to PEMF treatment. These findings have since been replicated in a clinical study and should be taken into consideration when PEMF treatment is chosen.     

MC-Ⅲ型低频脉冲强磁场发生仪的研制

介绍了我们研制的强脉冲磁场发生仪。该发生仪可输出磁感应强度为 0 .1～ 2 .5 T,周期可调的脉冲磁场。使用表明 ,该仪器操作方便、性能可靠 ,可长时间稳定运行 ,已在磁场生物效应的科学实验中得到广泛应用     

流式细胞仪观察脉冲电磁场干预骨髓间充质干细胞的生长

背景：应用流式细胞仪检测细胞表型、存活或凋亡细胞计数及细胞周期,较形态学观察、DNA电泳等检测方法更具优势。 目的：采用流式细胞仪分选检测特定脉冲电磁场干预对大鼠骨髓间充质干细胞生长周期及其增殖效率的影响。 方法：使用振荡频率1 kHz,磁感应强度0.05 mT、功率密度5 mW/cm2的脉冲电磁场照射大鼠骨髓间充质干细胞,以未经磁场干预的细胞为对照。采用流式细胞仪检测未经磁场干预细胞表面抗原CD29、CD31、CD44、CD45和CD105表达率;于传第3代后第3,6,9,12天测定不同干预细胞增殖率及生长周期。 结果与结论：未经磁场干预的第3代大鼠骨髓间充质干细胞表面抗原CD29、CD44和CD45为阳性表达,CD31和CD105为阴性表达,较未经磁场干预的第2代细胞更纯化(P < 0.05);经磁场干预后第3代细胞存活率及细胞周期S期百分比较未经磁场干预的第3代细胞高(P < 0.05)。流式细胞仪检测证实特定频率和场强的脉冲电磁场能在一定程度上促进骨髓间充质干细胞的生长与增殖。     

脉冲电磁场对成骨和破骨代谢的影响*

背景：脉冲电磁场对成骨细胞、破骨细胞、骨基质合成均有明显作用。 目的：旨在探究脉冲电磁场在成骨和破骨代谢中的作用以及治疗骨质疏松的机制,以促进其临床应用。 方法：由第一作者应用计算机检索PubMed、中国期刊全文数据库(CNKI)、维普数据库和万方数据库1997-05/2011-08相关文献。在标题、摘要、关键词中以“pulsed electromagnetic field(PEMFs),bone metabolism,osteoporosis,osteoblast,osteoclast ,bone marrow mesenchymal stem cells(BMMSCs)”或“脉冲电磁场,骨代谢,骨质疏松,成骨细胞,破骨细胞,骨髓间充质干细胞”为检索词进行检索。选择文章内容与脉冲电磁场有关者,同一领域文献则选择近期发表在权威杂志文章进行分析。 结果与结论：初检得到389篇文献,根据纳入标准选择关于假体无菌性松动分析及处理的46篇文献进行综述。脉冲电磁场可促进成骨代谢,抑制破骨代谢,参与调节转化生长因子β,白细胞介素6等骨代谢相关的细胞因子,促进骨基质形成,改善骨生长微环境,对骨髓间充质干细胞的增殖分化亦有促进作用。推测脉冲电磁场治疗骨质疏松及其并发症有重要的临床价值。     

低频脉冲电磁场治疗骨质疏松的机制及临床应用

BACKGROUND: The most commonly used physiotherapies for osteoporosis include low-frequency pulsed electromagnetic field, ultrashort wave therapy, and extracorporeal shock wave therapy. Because of the uncertain intensity of extracorporeal shock wave and uncertain efficacy of ultrasound therapy, low-frequency pulsed electromagnetic fields have become the most widely used treatment for osteoporosis in clinic. OBJECTIVE: To review the mechanism and clinical application of low-frequency pulsed electromagnetic fields in the treatment of osteoporosis. METHODS: A computer search by the first author of PubMed and CNKI databases was performed for relevant articles using the keywords of “pulsed electromagnetic fields and osteoporosis” or “osteoblast or osteoclast” in English and “osteoporosis; pulsed pulsed electromagnetic fields; osteoblasts; osteoclasts” in Chinese, respectively. After initial search, there were 169 articles, and according to the inclusion criteria, 29 highly relevant articles that are authentic and have clear views were analyzed. RESULTS AND CONCLUSION: The pulsed electromagnetic field as a non-drug therapy is characterized by no trauma, no infection, simple operation, low cost, long-term use, and good safety. Its efficacy has been increasingly affirmed by researchers and clinicians. Pulsed electromagnetic fields can promote the synthesis of DNA, influence the proliferation and differentiation of osteoblasts, increase the apoptosis of osteoclasts, and have a certain window effect. Pulsed electromagnetic fields can effectively relieve pain and increase bone density level in patients with osteoporosis, which can increase its efficacy in combination with other drugs and have a wide range of clinical applications.        

脉冲电磁场与软骨代谢

背景：目前研究已证实外周脉冲电磁场可以促进软骨代谢,但其分子水平机制仍不甚清楚。 目的：探讨脉冲电磁场的物理特性及其在软骨形成方面的作用与机制。 方法：由第一作者应用计算机检索PubMed、中国期刊全文数据库(CNKI)、维普数据库和万方数据库1997年5月至2012年8月有关脉冲电磁场对软骨代谢影响的文献。在标题、摘要、关键词中以“pulsed electromagnetic field(PEMFs),cartilage,bone marrow mesenchymal stem cells(BMSCs)”或“脉冲电磁场,软骨代谢,软骨细胞,骨基质,骨髓间充质干细胞”为检索词进行检索。排除重复研究或内容较陈旧的文献。 结果与结论：初检得到145篇文献,排除99篇重复研究或内容较陈旧的文献,保留46篇文献进一步分析。结果显示,脉冲电磁场通过诱导骨髓间充质干细胞分化为软骨细胞,促进软骨特异性基质如Ⅱ型胶原及蛋白多糖的合成,从而发挥软骨诱导作用;脉冲电磁场通过促进转化生长因子β2与其他因子的表达,调节软骨细胞生长分化,使临床上永久性修复软骨组织缺损变为可能。     

低频电磁场促进骨髓间充质干细胞移植修复大鼠脊髓损伤的实验研究

背景：骨髓间充质干细胞移植治疗脊髓损伤被视为一种有前途的治疗方法,如何更有效地促进骨髓间充质干细胞在脊髓损伤区存活,加速脊髓损伤肢体运动功能的恢复是目前研究的重点。前期研究发现,低频电磁场能够促进骨髓间充质干细胞的增殖分化,低频电磁场是否可应用于骨髓间充质干细胞移植治疗脊髓损伤还需进一步研究。 目的：探讨低频电磁场对移植骨髓间充质干细胞脊髓损伤大鼠后肢运动功能恢复的影响。 方法：采用脊髓压迫法制备64只T10不完全性脊髓损伤大鼠模型,随机等分为对照组、骨髓间充质干细胞组、电磁场组和电磁场+骨髓间充质干细胞组。造模成功后,骨髓间充质干细胞组和电磁场+骨髓间充质干细胞组大鼠脊髓损伤原部位注射大鼠全贴壁法分离培养BrdU标记的骨髓间充质干细胞,对照组和电磁场组注射a-MEM培养液。造模术后24 h,电磁场组和电磁场+骨髓间充质干细胞组予60 min/d的低频电磁场刺激(频率50 Hz、强度5 mT)。 结果与结论：骨髓间充质干细胞移植后第21天,电磁场+骨髓间充质干细胞组BBB评分与其他组相比,差异有显著性意义(P < 0.05),与其他各组比较,电磁场+骨髓间充质干细胞组移植细胞后,大鼠BrdU阳性细胞在脊髓损伤区域生长并与脊髓组织融合,存活细胞数量较其他组多;空洞面积小;损伤区胶质纤维酸性蛋白表达更少,而基质金属蛋白2表达更多;脊髓损伤大鼠下肢运动功能恢复最快(P < 0.05)。提示低频电磁场促进了移植骨髓间充质干细胞脊髓损伤大鼠后肢运动功能的恢复,可能与低频电磁场有利于损伤区移植骨髓间充质干细胞的存活,上调基质金属蛋白2的表达并减少胶质瘢痕的形成有关。