磁疗用圆片永磁磁源空间磁场有限元分析

目的：研究圆片磁源空间磁场不同参数的量值和分布,为定量使用圆片磁源提供多参数计算依据。方法：采用有限元数值法计算得出的圆片磁源空间磁场的矢量磁位、磁感强度、磁场能量密度量值和空间分布图,并计算绘出磁感强度等值线和磁力线。结果：圆片磁源空间磁场的矢量磁位、磁感强度和磁场能量密度在磁源轴向（X轴）单调下降,在磁源极面径向（Y轴）由中心到半径处单调增加、过半径后单调下降,总体趋势随距磁源距离的增加而下降。磁感强度等值线和磁力线更直观地描述了磁场的变化。结论：多参数磁源空间磁场的计算,对于更准确地进行磁疗定量研究是非常必要的。     

磁疗用圆片永磁磁源空间磁感强度理论值与实测值分析

目的：在磁疗研究中。磁源空间磁感强度的量值可以通过相关的理论计算来完成,但由于各种原因磁源空间磁感强度的实际值会与理论值存在一定的差别。本文以磁疗用圆片永磁磁源为研究对象,探讨了磁源空间磁感强度理论值与实测值的关系,为磁疗的准确磁场定量提供了依据。方法：取极面中心磁感强度名义值为100mT磁源30片（沿磁源轴线方向充磁）,筛选出N、S两极面中心磁感强度差别较小的磁源,依据其极面中心磁感强度数值,采用有限元数值计算方法进行磁源空间磁场理论分析与计算,得出磁感强度的理论计算值;同时设计测量装置进行磁源空间磁场测量,得出与理论计算位置对应点的实测值,分析理论值与测量值的差别。结果：所选磁源空间磁感强度理论值与测量值总体变化趋势一致,在磁源N、S极面中心连线（轴线）上数值吻合情况最好,其它大部分位置点误差率低于30％;磁源倒角所对方向误差较大．误差率可超过100％。结论：由于磁场空间磁感强度理论计算值与实测值之间的差别是系统误差,因此磁源空间磁感强度理论值可用于初步指导磁疗定量研究。但要准确掌握磁源各空间位置的磁感强度必须进行实际测量或对理论计算结果进行修正。     

磁生物效应研究中圆片永磁磁源空间磁感强度的计算方法

本文根据电磁学中的比奥－－沙伐－－拉普拉斯定律，推倒出了圆片永磁磁源空间磁感强度的计算公式；并使用数值积分和计算机程序，建立了该公式的计算方法；最后通过实例计算，得出了圆片永磁磁源空间磁感强度的量值分布。为磁生物效应研究中磁源的使用提供了理论依据。     

在缺氧条件下永磁磁场对胎鼠皮质神经元细胞生长、凋亡以及形态的影响

目的：在缺氧培养条件下,研究不同强度永磁磁场对胎鼠皮质神经元细胞生长、凋亡以及形态的影响。方法：将极面中心实测磁感强度为44．8mT、90．6mT、182．1mT的3组圆片磁源（简称为A组、B组、C组）,用有限元数值法计算出实际作用在细胞上的磁感强度范围,将以上3组不同强度磁场作用在胎鼠皮质神经元上,在缺氧条件下对细胞进行体外培养,实验分为对照组和加磁组,72h后分别检测细胞活性、细胞凋亡和细胞形态。结果：与对照组相比较,实验用各磁感强度加磁组细胞活性差异均无统计学意义;各磁感强度加磁组细胞凋亡率均低于对照组;在磁场作用下会降低细胞形态和细胞溶解。结论：在缺氧培养条件下,实验用各磁感强度组磁场对胎鼠皮质神经元细胞生长无显著影响,但会对细胞凋亡和细胞形态产生一定的影响。     

不同强度永磁磁场对成纤维细胞的生物学活性影响研究

目的以磁源空间磁场定量计算为依据,研究正常培养条件下与缺氧培养条件下不同强度永磁磁场对人皮肤成纤维细胞的影响。方法选用人皮肤成纤维细胞,以5×104/mL密度每孔100μL种于96孔板。磁源N面中心实测磁感应强度分别为3.4、5.6、13.8、27.8、52.6、107.0、178.9、292.2 mT的8组磁源,前6组(钐钴合金)尺寸分别为Φ8.0 mm×2.0 mm,后两组(钕铁硼)尺寸分别为Φ8.0 mm×1.5 mm、Φ8.0 mm×2.5 mm,均轴向充磁,即为A、B、C、D、E、F、G、H组。将8组磁场分别作用于正常培养条件下与缺氧培养条件下的人皮肤成纤维细胞,并设对照组(加磁组与非加磁组),3 d后用四甲基偶氮唑盐(MTT)法分别检测细胞活力,做统计学分析。结果两种培养条件下8组不同强度的加磁组人皮肤成纤维细胞的MTT数值与非加磁组的对照组相比较均有升高,正常培养中磁场强度为B、C、D、E、F、G、H组与对照组相比较,差异有统计学意义(P<0.05),且随着磁场强度的增加活性值越高;缺氧培养中磁场强度为G、H组与对照组相比较,差异有统计学意义(P<0.05)。结论实验中选取的永磁磁场对于人皮肤成纤维细胞有增殖和降低损伤的作用。     

不同强度永磁磁场对小鼠氧化损伤的影响

目的在对磁场准确定量的基础上,检测经一定量磁场作用后,小鼠血清及脑组织匀浆内丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和过氧化氢酶(CAT)活性,探讨永磁磁场对小鼠氧化损伤的影响。方法选用72只4周龄KM小鼠(体质量18～22 g)及高强度永磁磁源(磁源中心磁场强度分别为153.0 mT、233.5 mT)。对定制加磁装置内部空间磁场强度进行定量计算,得到空间磁场强度分别为122 mT及177 mT;将小鼠分加磁7 d组和加磁14 d组,每组内分对照组、122 mT组及177 mT组3个亚组,每个亚组12只;对小鼠头部进行每天1 h连续加磁后,提取小鼠血清及脑组织匀浆,分别测量MDA、SOD、GSH-Px及CAT活性。结果加磁7 d后,122 mT组小鼠血清中GSH-Px活性与对照组相比有明显降低,差异有统计学意义(P 0.05);177 mT组小鼠血清中CAT活性、GSH-Px活性与对照组相比较明显降低,差异有统计学意义(P 0.05);从脑组织匀浆中GSH-Px活性来看,对照组活性最高,其次是122 mT组、177 mT组,且与对照组相比,差异有统计学意义(P 0.05)。加磁14 d后,122 mT组小鼠血清GSH-Px活性与对照组相比明显增加,差异有显著统计学意义(P 0.01);177 mT组小鼠血清中GSH-Px活性增加更明显(P 0.01),177 mT组小鼠脑组织匀浆中CAT活性最低,且与对照组比较,差异有统计学意义(P 0.05)。无论加磁7 d或14 d,两个不同强度加磁组小鼠血清及脑组织中SOD水平、MDA水平与对照组相比,差异均无统计学意义。结论研究结果表明,高强度永磁磁场作用于小鼠头部一定时间后,对小鼠血清及脑内GSH-Px有较明显的影响,且磁场强度相同,作用时间不同得到了不同的结果;177 mT磁场作用,降低小鼠血清及脑组织内CAT活性;研究中所选择磁场强度并未对小鼠血清及脑组织MDA、SOD水平产生影响。     

利用梯度算法估计脑磁源参数

脑磁技术是生物电磁研究的一个重要领域。通过对脑磁图的反演可以获得脑神经的功能信息，进而为认知研究及脑神经疾病的诊断提供一种无损探测手段。这里利用模拟计算机的方法对梯主算法在推断磁源参数中的应用进行了讨论。在假设已知磁源数目的条件下，对具有两种不同噪声水平（ＳＮＲ＝２０，２００）的磁场分别进行了计算。结果表明在反演一个磁源的磁场时，两种信噪比下均可以得到理想的结果，而反演两个磁源的磁场时必须有较高的     

三目标最优化结合磁场信号SVD正交分解用于脑磁源的定位计算(MEG)

脑磁源的定位是脑磁图（ｍａｇｎｅｔｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ简称ＭＥＧ）研究的一个基本问题。该问题属不定问题，即根据探头测量的微小磁场所建立的方程组求得的未知脑磁源有无穷组解。因此需要通过建立合理的数学模型补充适当信息。脑磁场测量信号ＳＶＤ正交分解且进行单偶极子搜索方法（ｍｕｓｉｃ）已被广泛采用。该方法假定脑磁源是许多孤立的偶极子源，且偶极子源之间在统计上是互相独立的。若脑磁源不满足上述假定，一般讲该方法失效。三目标最优化法是最近推出的一方法，若偶极子源分布在脑空间内任意深度平行于探头表面的一层附近，该方法可给出正确的解。三目标最优化法与脑磁场测量信号的ＳＶＤ正交分解方法相结合可得一新方法，它将脑空间划分成几个子区域，每一区域在平行探头表面不同深度的一层附近。新方法仅要求每一区域内的脑磁源与其它区域内的源在统计上互相独立。而区域内的源是允许互相相关的。与前两种方法相比，新方法进一步放松了对脑磁源的要求，因此有更广泛的适用性。本文详细推导并论证该新方法并讨论它对磁场的源的独立性的要求。本文所述新方法也适用对脑电图ＥＥＧ源的定位计算。     

基于信号子空间主特征向量的心磁源重构

利用人体表面测量的磁场数据无创成像心脏电活动中,在信噪比较低时,使用最小方差波束形成（MVB）方法对心磁信号进行源重构,该方法的降噪能力有限。本研究提出基于信号子空间主特征向量的波束形成（ISPEB）方法,该方法在SPEB方法的基础上增加了约束矩阵,采用基于主特征向量的信号子空间投影和噪声空间谱强度归一化的策略,约束空间滤波器输出的噪声功率及其增益,并补偿信号主特征向量对噪声空间谱强度分布均匀性的影响。通过实验比较SPEB、ISPEB、MVB方法的性能,结果表明ISPEB方法的源重构结果优于SPEB方法和MVB方法。最后,采用SPEB、ISPEB和MVB分别对两名健康受试的61通道R波峰时刻心脏磁场数据进行源重构成像,结果表明SPEB方法和ISPEB方法都有较好的源重构效果,源重构的精度较高。     

永磁磁场对胎鼠大脑皮质神经元细胞的影响

目的以磁源空间磁场定量计算为依据,研究不同强度永磁磁场对胎鼠大脑皮质神经元细胞的影响。方法选取极面中心磁感应强度为3.9、8.0、12.1、20.5、27.0、80.0、170.0、400.0 mT的8组圆片磁源(即A、B、C、D、E、F、G、H组),采用有限元数值法计算其空间磁场,得出磁感应强度。取孕17d胎鼠大脑,分离皮质神经元细胞;将8种不同磁感应强度的磁源分别作用于大鼠脑皮质神经元细胞进行体外培养,6 d后分别用四甲基偶氮唑盐(MTT)法和乳酸脱氢酶(LDH)法检测细胞活力。设非加磁培养大鼠脑皮质神经元细胞为空白对照组。对各组大鼠脑皮质神经元细胞做统计学分析。结果各加磁组皮质神经元细胞光密度(OD)(A组1.204±0.003,B组1.210±0.003,C组1.202±0.004,D组1.220±0.001,E组1.172±0.002,F组1.223±0.012,G组1.235±0.010,H组1.028±0.060)均比空白对照组OD(1.275±0.002)低,其中A、B、C、D、E、H组与空白对照组比较,差异具有统计学意义(P<0.05或0.01),F、G组与空白对照组差异无统计学意义(P>0.05);各加磁组皮质神经元细胞上清液中LDH水平(A组13.33±0.33,B组12.33±0.33,C组8.33±2.33,D组10.67±2.33,E组11.33±4.33,F组10.00±1.00,G组9.00±0.30,H组9.67±0.33)均比空白对照组LDH水平(8.330±0.003)高,其中A、B、D、E、F、H组与空白对照组比较,差异具有统计学意义(P<0.05或0.01),C、G组与空白对照组差异无统计学意义(P>0.05)。结论实验所使用各磁感应强度组磁场对胎鼠大脑皮质神经元细胞代谢有一定抑制作用。     

Behavioral effects on rats of high strength magnetic fields generated by a resistive electromagnet

It has been reported previously that exposure to static high magnetic fields of 7 T or above in superconducting magnets has behavioral effects on rats. In particular, magnetic field exposure acutely but transiently suppressed rearing and induced walking in tight circles; the direction of circular locomotion was dependent on the rats' orientation within the magnet. Furthermore, when magnet exposure was paired with consumption of a palatable, novel solution, rats acquired a persistent taste aversion. In order to confirm these results under more controlled conditions, we exposed rats to static magnetic fields of 4 to 19.4 T in a 189 mm bore, 20 T resistive magnet. By using a resistive magnet, field strengths could be arbitrary varied from -19.4 to 19.4 T within the same bore. Rearing was suppressed after exposure to 4 T and above; circling was observed after 7 T and above. Conditioned taste aversion was acquired after 14 T and above. The effects of the magnetic fields were dependent on orientation. Exposure to +14 T induced counter-clockwise circling, while exposure to -14 T induced clockwise circling. Exposure with the rostral-caudal axis of the rat perpendicular to the magnetic field produced an attenuated behavioral response compared to exposure with the rostral-caudal axis parallel to the field. These results in a single resistive magnet confirm and extend our earlier findings using multiple superconducting magnets. They demonstrate that the behavioral effects of exposure within large magnets are dependent on the magnetic field, and not on non-magnetic properties of the machinery. Finally, the effects of exposure to 4 T are clinically relevant, as 4 T magnetic fields are commonly used in functional MRI assays.     

磁场对微循环的影响

为了探讨磁场对微循环的作用，利用直径０．７ｃｍ、表面磁感强度０．３Ｔ的磁片及磁感强度０．１Ｔ、转速２５００ｒ／ｍｉｎ的旋磁机分别作用于受试者左手无名指３０ｍｉｎ，并记录作用前后微循环改变。结果表明，动、静磁场均可使微血管清晰度、血流速及管径有明显改变，而对管袢数与红细胞聚集没有影响。这一结果提示，微血管扩张、血流速加快是磁场改善微循环的基础。     

基于磁感应技术的新型非接触心肺信号检测系统的研究

目的：本文旨在研究一种基于磁感应技术的非接触心肺信号检测系统,通过实验对其可靠性和稳定性进行验证。方法：深入研究磁感应技术生理信号检测的原理和发展现状。在研究小组前期工作经验基础之上,设计更高灵敏度的新型传感器和更精确的软件鉴相平台,对线圈磁场分布和感应电动势行理论推导,设计实施人体实验并利用频谱分析等方法对结果进行分析。结果：建立了基于磁感应技术的新型非接触心肺信号检测系统。根据要求筛选20名健康受试者参与人体实验,经实验,新系统在心肺信号检测上效果较理想,MIPS呼吸信号幅值变化约为0.15（±0.05）°,心率信号幅值变化约为0.05（±0.03）°,信号幅值与受试者体征相关,频谱分析结果与监护仪检测结果基本一致。结论：本系统的检测结果准确,性能可靠,为该技术临床应用奠定了理论和实践基础。磁感应技术作为一种新的心肺信号检测手段,具有非接触,连续测量,操作简便,适用范围广等特点,具有应用于临床监护、保健和个性化医疗等领域的潜力。     

磁感应断层成像磁力线反投影算法研究

磁感应断层成像利用涡流原理,在成像区域边界对内部磁场变化进行测量,再经过重建,获得内部电导率分布图像。其中,反投影作为一种快速重建算法,经常被应用于断层成像技术。但是,由于成像区域内磁场分布的非线性,大大降低了反投影成像的定位精度。研究检测线圈测得的相位差与成像区域磁场分布之间的关系,根据测量相位差即为成像区域内电导率分布沿磁力线路径投影的集合这一结论,设计一套适用于磁感应断层成像的反投影算法,利用成像区域磁力线的分布,构建反投影路径和区域,改善直线反投影应用于非线性场定位不准的问题。重建实验结果表明,在直径为200 mm的成像区域内,所提出算法的最小定位误差为1 mm,相对直线反投影算法提高了2～26 mm,同时重建图像在视觉质量上也有很大提高,为磁感应断层成像技术提供一种有效的重建算法。     

A hybrid, inverse approach to the design of magnetic resonance imaging magnets

This paper describes a hybrid numerical method of an inverse approach to the design of compact magnetic resonance imaging magnets. The problem is formulated as a field synthesis and the desired current density on the surface of a cylinder is first calculated by solving a Fredholm equation of the first kind. Nonlinear optimization methods are then invoked to fit practical magnet coils to the desired current density. The field calculations are performed using a semi-analytical method. The emphasis of this work is on the optimal design of short MRI magnets. Details of the hybrid numerical model are presented, and the model is used to investigate compact, symmetric MRI magnets as well as asymmetric magnets. The results highlight that the method can be used to obtain a compact MRI magnet structure and a very homogeneous magnetic field over the central imaging volume in clinical systems of approximately 1 m in length, significantly shorter than current designs. Viable asymmetric magnet designs, in which the edge of the homogeneous region is very close to one end of the magnet system are also presented. Unshielded designs are the focus of this work. This method is flexible and may be applied to magnets of other geometries.     

Asymmetric zonal shim coils for magnetic resonance applications

A method is presented for the systematic design of asymmetric zonal shim coils for magnetic resonance applications. Fourier-series methods are used to represent the magnetic field inside and outside a circular cylinder of length 2L and radius a. The current density on the cylinder is also represented using Fourier series. Any desired field can be specified in advance on the cylinder's radius, over some nonsymmetric portion pL相似文献