频域磁声耦合成像实验系统研究

目的:研究设计频域磁声耦合成像系统,以实现组织样本的电导率成像.方法:采用连续波正弦信号激励产生磁声信号,利用锁相放大器进行磁声信号的频域幅值和相位的检测,设计基于虚拟仪器的磁声成像实验系统控制程序,进行金属模型的磁声信号实验验证.结果:设计的频域磁声成像实验系统信号幅值检测精度明显提高,达到10-7 Pa,实现了磁声信号声源的空间定位,定位精度达到mm级.结论:设计的频域磁声耦合成像系统实现了低频激励下高分辨率声源定位,对于磁声耦合声源理论的研究以及提高磁声成像的精度具有重要意义.     

高频脉冲磁场动态检测技术研究

目的：为解决目前通用的经颅磁刺激设备不具有对磁场实时动态检测功能这一问题,基于法拉第电磁感应法,开展对10 kHz～1 MHz脉冲磁场动态检测技术的研究.方法：设计一种磁场动态测量与标定装置,选用正弦脉冲施加于磁场发生线圈,采集检测装置线圈上的感应电动势,通过信号处理电路完成所采集信号的求差、放大、滤波和积分处理,从而得到脉冲磁场参数.结果：该技术实现了对频率在10 kHz～1 MHz之间、强度为μΤ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小于2.5％,显示出较好的稳定性和一致性.结论：该技术能够对脉冲磁场进行较准确的测量和标定,可通过进一步的研究投入实际应用.     

磁致热疗肿瘤用磁场发生装置的研制

目的:设计一种磁感应致热疗肿瘤用的正弦波形磁场发生装置。方法:电路采用555时基芯片为核心,利用单运放与RC组成的电路,将脉冲波形信号转换为正弦波形信号,然后通过放大电路进行电流放大,加负载线圈后产生所需磁场。结果:所研制的磁场发生装置可调节产生频率范围为50～150 kHz的正弦波形磁场,加入微量纳米磁性粒子集合体后发生磁致产热现象。结论:所研制的磁场发生装置具有成本低,精度高,性能稳定,参数调整方便等优点,为研究磁致热疗肿瘤提供必要的手段。     

改进型BMIT激励源设计及磁场分析

目的：设计一种符合人体电磁暴露安全标准要求的脑磁感应成像激励源,以满足临床应用中人体安全性的需要。方法：在该课题组前期工作的基础上,采用有源晶体振荡器作为振荡源,参照IEEEStdC95.1人体电磁暴露安全标准,计算、设计和实现3种激励线圈和激励电路,以产生符合安全标准的激励磁场,并对所产生的激励磁场进行初步测量和评估。结果：平面矩形聚焦线圈在线圈中心处10MHz、1MHz、200kHz最大磁感应强度分别为0.005、0.057、0.189T,沿着轴线方向磁场逐步衰减,且磁场由轴线方向两侧也逐步衰减,斜率分别约为0.0002、0.002、0.007T/cm。结论：测量区域内的场强均满足安全性要求。安全性激励源的实现为临床安全应用打下了良好的基础。     

新型功率可调MIT激励源设计及其磁场分析

目的：设计输出功率可调的MIT激励源和3种类型的激励线圈,以提高MIT相位检测的精度。方法：通过选取PA19放大器芯片,设计200 kHz工作频率下可调输出的功率放大电路;通过计算,设计制作了螺线管线圈和2种聚焦线圈;最终测试比较各激励线圈的磁场分布,并在不同激励线圈的磁场下对圆柱形铁块进行相位测试。结果：激励源输出峰值电流大于1 A,圆形螺旋聚焦线圈的磁场由线圈轴线向两边衰减斜率最大,约为0.06 T/cm,且在该激励线圈磁场中,对铁块的相位检测结果最大。结论：该激励源输出功率可调范围大,采用圆形螺旋聚焦线圈磁场聚焦效果最佳、相位检测效果最好。     

经颅磁刺激器的设计及磁场分布的测量

提出了设计磁刺激器一般原则,包括基本理论、硬件及其构成,分析磁刺激器的RLC模型,给出模型参数的计算方法,讨论了决定磁场强度的各种因素;设计制作了一套磁刺激系统,绕制了圆形线圈和8字形线圈,并用这2种线圈进行实验,用特斯拉计检测线圈产生的磁场;实验数据显示,这2种线圈的磁场分布和目前已有的研究方法所作的理论计算对照,是相吻合的。在此基础上,进行了一个测量头部磁场的模拟实验。     

基于DDS芯片的多频阻抗激励源的设计

目的：设计一个采用直接数字合成技术的电流模式多频阻抗激励源。方法：作者设计了基于DDS芯片AD9850的波形发生单元和基于AD844的电压电流转换单元的阻抗激励源系统。并对其各项性能进行了测试。结果：激励源的频率分辨率高，频率设置方便，VI电压电流转换性能较好，信号质量较高。结论：基于AD9850芯片的激励源适用于阻抗测量的实验系统和扫频模式的多频阻抗系统。     

生物阻抗谱多频激励信号设计方法研究

目的:设计一种人体生物阻抗谱多频同步激励信号,解决传统多频正弦信号波峰因数高、激励能量低、测量精度低等问题。方法:基于生物阻抗谱测量原理与激励信号设计原则,设计离散二值多频激励信号代替传统多频正弦信号。结合人体生物阻抗频响特性,研究信号幅频参数设计方法,并设计基于双边函数的频率点分布和高频段激励信号幅值补偿方案。利用MATLAB软件对信号频谱特性、激励能量、波峰因数、信噪比进行计算分析,并仿真测试在不同测量条件下信号的测量误差与信噪比。最后搭建测试平台,使用Cole模型进行实测分析,并与多频正弦信号测试结果进行对比。结果:该激励信号频谱特征符合预期设计,波峰因数为1.25,主谐波功率占比达到63.71%,激励能量约为多频正弦信号的2倍。仿真测试中,该激励信号在-55～-15 dB噪声环境下,平均测量误差最大不超过4.89%,在不同采样精度条件下信噪比均高于多频正弦信号约10 d B。Cole模型实测中,该激励信号测量阻抗模值误差最大不超过1.09%,相位误差最大不超过0.46°,拟合后Cole模型参数平均误差仅为6.12%,均低于多频正弦信号测量结果。结论:相较于传统多频正弦信号,该激...     

基于单片机的交变磁治疗床的设计与实现

本文介绍了一种新型交变磁治疗床的设计与实现。该系统采用飞利浦单片机LPC2214为核心控制芯片，控制安装于床体上的线圈产生脉冲磁场，利用磁场的主要物理性质以及磁场与器官组织发生交互作用治疗疾病，控制脉冲磁场频率产生不同的磁场强度，使得不同的患者、不同的病情可以选择最佳的交变磁强度治疗方案，同时具备穿透力强的特点。本仪器包括床体以及安装于床体上用于产生脉冲磁场的线圈、用于控制线圈输出的控制装置、为控制装置供电的电源电路等。本文以如何设计交变磁治疗床的控制系统为切入点，阐述整个控制系统的设计过程和调试过程。该仪器已在生物医学领域成功应用。     

M序列编码激励磁声信号处理方法研究

目的:对M序列编码激励提高磁声信号信噪比的处理方法进行研究,进一步解决目前磁声成像单脉冲激励方法信噪比低、磁声成像质量受到限制以及叠加平均改善磁声信号信噪比方法限制成像速率的问题。方法:通过仿真计算和磁声信号的实验测量,对不同码长下M序列编码的磁声信号的信噪比、峰值旁瓣水平、采集处理时间进行研究,并采用单层石墨纸模型进行信号检测实验。结果:对于单层石墨纸实验模型,在未进行波形叠加平均条件下,相比于单脉冲激励方式,7、31和127 bit M序列编码处理方法可提高磁声信号信噪比19.4、29.6和40.4 d B;3种码长的M序列编码激励磁声信号平均距离旁瓣水平分别为14.1、10.0和7.6 d B,峰值距离旁瓣水平分别为26.3、24.3和21.3 d B;将信噪比提升40 d B,采用127 bit M序列编码激励,相比于单脉冲激励结合波形平均处理方法,其采集处理时间由53.1 s缩短为0.520 s。结论:M序列编码激励的磁声成像信号处理方法对于提高磁声信号信噪比、改善成像质量、提高整体成像速率具有重要意义。     

脉冲磁场刺激仪的研制

研制的脉冲磁场刺激仪主要指标是：最大磁感应强度0．01-2T，频率0．2-100Hz，脉冲宽度0．01～1ms。仪器的工作方式分为手控、脚控和自控，可显示刺激强度和刺激次数，并可输出不同波形的触发信号，使检测仪器同步工作。     

多导时空可变磁刺激系统的设计

目的:旨在设计一个多导靶位可配置的磁刺激系统,用来克服现有脑部磁刺激仪只能对一个靶位置进行刺激的缺点。方法:利用有限元法对众多线圈进行排布,以实现最优的结构设计;利用可控硅实现线圈的驱动电路设计;并利用144通道采集卡实现对119导刺激线圈的独立控制;在软件上利用VC语言实现对接口卡的IO控制,并实现良好的人机操作界面。结果:成功设计开发了一套多导时空可变磁刺激系统,实现了磁场的频率、脉冲数、占空比均可自由定制。结论:经过实际测试,所设计的多导磁刺激系统能够实现不同靶位的组合控制,同时在磁场空间分布、磁场强度等方面均取得了良好的性能,是对现有磁刺激仪的一次重大改进。     

MRI射频场环境下植入物佩戴者的安全性研究

磁共振成像(MRI)中复杂的电磁场环境会对携带植入物的受试者造成重大影响,其中射频场下的组织发热问题尤为明显。为了确保受试者的安全,需要了解MRI环境下组织温度的分布及其随时间的变化。该研究在分析MRI环境下组织温升原理的基础上,构建了MRI系统中产生射频场的鸟笼线圈、ASTM标准/改进仿体和单腔心脏起搏器有限元模型,采用时域有限差分(FDTD)的方法进行仿真。首先按照国际标准化组织提出的标准验证了模型构建及仿真方法的正确性,之后在64 MHz,2 W/kg的环境下计算组织电场、SAR和温度场的分布及随时间的变化。特别比较了有血液热交换和无血液热交换(标准/改进仿体)时的组织温度差异。仿真结果表明:在电极头,导线尾端和机壳附近存在电场和SAR的热点区域;在仿体两侧处存在SAR值较高的区域,并且离线圈距离越近,SAR越高。温度场分布与SAR分布相似;在导线尾端和机壳之间的区域热量堆积严重,温度最高。同时血液热交换可一定程度减小温升。     

脉冲磁场对肝癌细胞株HepG2细胞增殖和分化的影响

目的　研究低频脉冲磁场对肝癌细胞株HepG2细胞增殖和分化的影响。方法　 2种频率不同场强相同的低频脉冲磁场处理HepG2细胞 ,以 2 对磺酸基苯基 3 ( 4 ,5 二甲基噻唑 ) 5 ( 3 羧甲氧基苯基 ) 二氢四唑嗡盐 (MTS)方法检测细胞的增殖情况 ,酶联免疫法测定HepG2细胞甲胎蛋白的分泌量。结果　 80Hz、1.5 5mT磁场分别处理HepG2细胞 1、4、8、12和 2 4h ,对HepG2细胞的增殖均无明显影响 ,差异无显著性 (P >0 .0 5 )。 16Hz脉冲磁场分别处理HepG2细胞 1、4、8和 2 4h ,对HepG2细胞的增殖和甲胎蛋白 (AFP)的分泌量均无明显影响 ,差异无显著性 (P >0 .0 5 )。结论　本研究没有观察到 16、80Hz脉冲磁场对肝癌细胞株HepG2的增殖和特征蛋白 (AFP)分泌存在“窗口”效应     

Assessment of complex EMF exposure situations including inhomogeneous field distribution

Assessment of exposure to time varying electric and magnetic fields is difficult when the fields are non-uniform or very localized. Restriction of the local spatial peak value below the reference level may be too restrictive. Additional problems arise when the fields are not sinusoidal. The objective of this review is to present practical measurement procedures for realistic and not too conservative exposure assessment for verification of compliance with the exposure guidelines of ICNIRP. In most exposure situations above 10 MHz the electric field (E) is more important than the magnetic field (B). At frequencies above 500 MHz the equivalent electric field power density averaged over the body is the most relevant indicator of exposure. Assessment of specific absorption rate (SAR) is not needed when the spatial peak value does not exceed by 6 dB the average value. Below 50 MHz down to 50 Hz, the electric field induces currents flowing along the limbs and torso. The current is roughly directly proportional to the electric field strength averaged over the body. A convenient way to restrict current concentration and hot spots in the neck, ankle and wrist, is to measure the current induced in the body. This is not possible for magnetic fields. Instead, for a non-uniform magnetic field below 100 kHz the average magnetic flux density over the whole body and head are valid exposure indicators to protect the central nervous system. The first alternative to analyze exposure to non-sinusoidal magnetic fields below 100 kHz is based on the spectral comparison of each component to the corresponding reference level. In the second alternative the waveform of B or dB/dt is filtered in the time domain with a simple filter, where the attenuation varies proportionally to the reference level as a function of frequency, and the filtered peak value is compared to the peak reference level derived from the ICNIRP reference levels.     

Characterization of the magnetic fields around walk-through and hand-held metal detectors

Magnetic field strength measurements were made around eight hand-held and 10 walk-through metal detectors. The method was similar to that used in previous research for Electronic Article Surveillance units except a Cartesian rather than cylindrical coordinate system was used. Special magnetic field probes specifically designed for metal detector measurements were used. A non-metallic positioning apparatus was designed and fabricated. Magnetic field strength measurements were collected on one hand-held metal detector in the laboratory. The remaining data were collected at airport terminals, federal and state government buildings, and a local high school. Walk-through metal detectors had considerably higher magnetic field strengths [up to 299 Am(-1) p-p (3,741 mG)] than hand-held metal detectors [up to 6 Am(-1) p-p (76 mG)]. The frequencies of the magnetic field signal for walk-through detectors were between 0.1 kHz and 3.5 kHz while those for hand-held detectors were between 89 kHz and 133 kHz. Waveforms for all hand-held metal detectors were sinusoidal; those for walk-through metal detectors varied with most being saw-toothed or pulsed. Due to their higher field strengths and the pulsed nature of their magnetic fields, walk-through metal detectors likely pose a higher risk for medical device electromagnetic interference than do hand-held units. Root mean squared magnetic field strengths were calculated from the peak-to-peak values and compared to occupational and general public exposure limits. None of these limits were exceeded. Measurement repeatability was examined for one hand-held and two walk-through metal detectors. For the hand-held metal detector measurements at the location of the maximum magnetic field strength, measurements by three individuals had a repeatability (percent standard deviation) of 5.9%. Limited repeatability data were collected for on-site measurements of walk-through detectors. One unit showed repeatability of 0.1 to 4.5%; a multi-zone unit showed repeatability of 2.7 to 67.5%.     

浅析磁疗法治疗颈椎病的临床应用进展

本文简要介绍磁疗法治疗颈椎病的基本原理以及磁疗法治疗颈椎病的临床应用,包括恒磁场和脉冲磁场治疗颈椎病的临床应用以及磁疗法结合其他方法治疗颈椎病的临床应用,对磁疗法在临床应用上存在的问题作了简单讨论。