低频脉冲磁场（精选7篇）
低频脉冲磁场 篇1
膝关节骨性关节炎是指由于膝关节软骨变性、骨质增生而引起的一种慢性骨关节疾病,又称为膝关节增生性关节炎、退行性关节炎及骨性关节病等[1]。其发病一般认为可能和年龄、性别、体重、饮食、气候、关节损伤以及过度使用、骨密度、基因突变等因素有关[2]。越来越多的研究证实,其病变是由于机械性外伤或炎症等多种因素造成关节软骨损伤,而使软骨成分产生自身免疫反应,造成继发性的关节软骨破坏。低强度脉冲磁场最早应用于促进骨折的愈合[3]。研究发现,低强度脉冲磁场不仅能够促进骨折愈合,而且可以保证骨折愈合后的效果,但机制尚不明确[4]。本研究旨在通过研究低强度脉冲磁场对骨性关节炎软骨损伤中软骨细胞人白介素1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)表达与分泌的影响,进一步阐明低强度脉冲磁场促进软骨损伤修复的作用机制,为低强度脉冲磁场临床应用于骨性关节炎等软骨损伤提供理论基础,现报道如下:
1 材料与方法
1.1 实验动物与试剂
实验动物:40只成熟的健康成年新西兰白兔,雌雄均半,体重2.5～3.5 kg,由我院实验动物学部提供。实验主要药品:羊抗兔IL-1β、TNF-α单克隆抗体免疫组化试剂盒(武汉博士德生物工程有限公司),单克隆抗体IL-1β、TNF-α抗体(R&D Systems)。
1.2 动物模型的制备
将新西兰白兔后膝关节局部脱毛,氯丙嗪1 mg/kg肌内注射,氯胺酮5 mg/kg肌内注射全身麻醉。麻醉成功后,仰卧固定于操作台,常规消毒、铺巾。取膝前内侧切口,依次切开皮肤、皮下筋膜组织,暴露膝关节。按改良Hulth模型法切断膝前交叉韧带、内侧副韧带,切除内侧半月板。冲洗关节腔,缝合皮下筋膜和皮肤。术后饲养于实验动物中心,单笼单只饲养,环境温度20～25℃,湿度50%～60%。青霉素20万U/kg肌内注射,每日1次,连续5 d,每日检查石膏固定情况,并及时进行修复。
1.3 动物分组与治疗方法
造模后2周,把右膝关节设为磁场治疗组(n=20),每日给予低频脉冲磁场治疗,磁场强度30 mW/cm2,频率1.0 MHz,频宽200μs,重复频率1.0 KHz,每次15 min。左膝关节为对照组(n=20),给予假磁场治疗(治疗过程同低频脉冲磁场组,磁场治疗仪不开机,探头无能量输出,为假治疗)。
1.4 膝关节活动度评价
处死动物后用量角器测量每只兔子的实验侧膝关节的被动活动度。
1.5 IL-1β和TNF-α表达检测
分别于动物模型制备治疗后1、4周深麻醉处死兔。制软骨细胞匀浆,留取上清后用ELISA试剂盒检测IL-1β、TNF-α含量。
1.6 Outerbridge评分
处死实验动物后大体观察关节液的变化,根据手术显微镜观察所见,采用Outerbridge软骨损伤评分方法进行评分。
1.7 统计学方法
应用SPSS 19.0统计学软件进行数据统计学处理,计量资料以均数±标准差表示,重复测量的计量资料采用方差分析,两两比较采用LSD-t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组IL-1β和TNF-α表达变化比较
在同一观察时间点,两组的IL-1β和TNF-α表达量均有差异,治疗组均明显少于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。
2.2 两组Outerbridge积分比较
在同一观察时间点,治疗组软骨损伤程度较对照组轻微,Outerbridge积分也少于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。见表2。
2.3 两组关节活动度比较
在同一观察时间点,治疗组的关节活动度均明显大于对照组,差异均有统计学意义(均P<0.05)。见表3。
3 讨论
骨关节炎是一种多发于中老年人的慢性进行性骨关节病,属增龄性疾病,其主要病变是关节软骨的破坏及关节边缘的骨赘形成,其致病因素多种多样,除年龄外,肥胖、超负荷运动、遗传、环境、饮食、性别等都可能是发病因素[5]。现代生物医学研究则表明细胞因子、生长因子、免疫因素等都与膝骨关节炎的发生有关[6]。骨性关节炎动物模型较多,分为自发性模型和实验性或诱发性模型,笔者采用改良Hulth骨性关节炎模型,手术切断膝关节前交叉韧带、内侧副韧带并切除内侧半月板,通过改变关节正常的力学轴线促发关节软骨变性,能很好模拟软骨损伤的终末环节,更适用于晚期骨性关节炎的研究[7]。
目前,对于骨关节炎的治疗方法较多,大体可分为手术治疗和非手术治疗。非手术治疗包括合理的休息与功能锻炼、药物治疗、物理治疗、运动疗法、注射疗法以及中医治疗等。物理治疗是指应用各种物理因子来预防和治疗疾病[8]。已有研究证实,低频脉冲在一定频率和电流下,可促进组织重排,细胞软化,激发细胞分化,促进组织新生。脉冲微波同时还有杀菌作用,对局部细菌和真菌性炎症由于吸收的浓度不同,产生不同的杀伤作用,协助抗生素的抗感染作用。同时磁场的振动产生涡电流进入组织,这些电流会产生神经轴突的去极化,并向近端和远端方向输送传递性的神经冲动。而当磁场作用于生物体时,可影响体内电子运动方向和带电离子的分布及浓度、细胞膜电位、神经的兴奋和抑制,并可使细胞膜通透性增强,加速细胞内外物质交换。磁场作用于人体,可以扩张局部血管,促进血液循环和营养物质供应,同时降低了血液黏度,改善血液流变学特性,减弱致痛物质活性和瘀滞,从而缓解疼痛。
本研究通过对各组动物关节活动度与Outerbridge积分检测结果的分析,发现随着时间的延长,治疗组的关节活动度都在不同程度的增大,主效应都是比较明显的,直接提高了受损膝关节的关节活动范围,使得关节腔内炎性积液得以较快吸收消散,使其在关节局部的含量减低。同时Outerbridge积分也逐渐降低,从而加快关节软骨的新陈代谢,间接地提高了关节局部的抗氧化能力[9]。
IL-1β、TNF-α是一种重要的促炎症因子,具有广泛的生物学效应。研究表明,膝关节损伤缺血后IL-1β、TNF-α的释放可促进骨关节实质内白细胞的浸润,进而加重炎症反应;同时,IL-1β、TNF-α能促进IL-2、IL-6、IL-8等细胞因子的合成;此外,IL-1β还可以激活释放细胞因子、自由基等参与炎症反应[10]。本文结果显示,在同一观察时间点,两组的IL-1β和TNF-α表达量都有所差异,治疗组均明显少于对照组(均P<0.05),表明低频脉冲磁场对能有效缓解IL-1β、TNF-α的刺激释放。不过动物模型不能完全模拟人体骨性关节炎的自然病理过程,低频脉冲磁场对人体骨性关节炎的治疗效果仍需进一步的临床试验验证。
总之,低频脉冲磁场治疗骨性关节炎具有简便易行,安全无创等优点,可有效遏制IL-1β、TNF-α的释放,调节分泌作用,从而对骨性关节炎软骨损伤修复具有促进作用。
参考文献
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低频脉冲电用于产后催乳效果观察 篇2
1 资料与方法
1.1 对象与分组
201 3年5月至2014年5月在本院住院分娩的产妇326例, 年龄20~41岁, 营养状况良好, 均为单胎足月活产, 无妊娠合并症。产前未发现乳腺疾病, 无乳腺手术史, 无心脏病、甲状腺功能亢进症、植入式心脏起搏器、精神病史等禁忌证。按随机数字表法分为观察组与对照组, 各163例。观察组经阴道分娩115例 (70.6%) , 剖宫产48例 (29.4%) 。对照组经阴道分娩117例 (71.8%) , 剖宫产46例 (28.2%) 。两组产妇年龄、营养状况大体一致。
1.2催乳方法
两组产妇均给传统产后饮食。观察组产后1小时, 根据医嘱予SOKO 900Ⅰ型治疗仪 (北京海龙马科技有限公司生产) 低频脉冲电治疗。产妇取平卧位, 操作者将乳腺形状电极片的黑色电极面涂以导电膏, 避开乳头, 分别置于产妇两侧乳房, 予束腹带固定电极片, 打开电源, 选择催乳处方, 逐渐调节左右通道的能量至产妇能耐受为度, 每次60分钟, 每日1次, 连续3天。嘱两组产妇纯母乳喂养, 按需哺乳。
1.3 观察指标
(1) 泌乳始动:乳房充盈, 乳胀明显, 乳腺管通畅, 挤压乳晕见较多乳汁顺利排出。 (2) 在不添加其他食物和饮料的情况下, 新生儿出生后第1个24小时有1次小便, 第2个24小时有2次小便, 第3天以后每日排尿达6次以上, 即为乳汁充足;否则为乳汁不足。
1.4 统计学方法
计数资料以百分率 (%) 表示, 行χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组产后泌乳始动情况比较 (表1)
观察组产后泌乳始动时间较早, 两组差异有统计学意义 (χ2=4 8.5 3, P<0.01) 。
2.2 两组产后泌乳量比较 (表2)
观察组产后3天内泌乳量充足率均明显高于对照组, 差异有统计学意义。
3 讨论
研究发现, 新生儿胃容量在出生后第1天约6ml, 第2天约12ml, 所以生后前两天不需要过多的乳量即可满足身体需要。过量添加代乳品, 增大新生儿胃容积, 需乳量增多, 导致新生儿胃肠功能紊乱、体重增长过快, 甚至肥胖, 长大后易发生2型糖尿病。纯母乳喂养对产妇及新生儿均有益。产妇早期泌乳和足够的乳量是保障母乳喂养成功的关键[1]。
由于孕期乳汁储备不足、分娩期体力消耗、产后缺乏有效刺激等, 常造成产妇产后乳汁分泌不足, 甚至无乳。“产后三日无奶”的错误传统思想, 影响产妇及其家属, 导致母乳喂养的主观能动性差, 哺乳稍有困难或婴儿哭闹, 即放弃母乳喂养而选择人工喂养, 导致新生儿对母乳的需求降低, 吸吮乳头的次数及时间明显减少。乳头缺乏有效的吸吮刺激, 使腺垂体催乳素的释放减少, 乳汁分泌延迟, 乳汁分泌量少。部分新生儿因习惯奶瓶奶嘴喂养, 而不认可产妇乳房, 甚至造成产妇乳腺管阻塞, 严重影响纯母乳喂养的有效率及成功率。
近年来我院为达到“爱婴医院”标准, 制订了有关母乳喂养的具体规定, 针对住院分娩纯母乳喂养率不高的问题, 积极寻找原因, 探讨促进纯母乳喂养成功的措施, 其中把促进乳汁分泌作为一项重要工作。为了保证新生儿安全, 在纯母乳喂养3天后乳汁不能满足婴儿需要的情况下, 可添加适量配方乳。观察一年来运用低频脉冲电治疗催乳效果, 低频脉冲电按摩乳房及提拉乳头的运动, 像婴儿的吸吮动作, 刺激乳房引起乳房神经肌肉的兴奋。来自乳头的感觉信号传导至下丘脑, 通过抑制下丘脑分泌的多巴胺及其他催乳激素抑制因子, 使腺垂体催乳激素成脉冲式释放, 促进乳汁分泌[2]。同时, 低频脉冲电治疗可促进局部血液循环, 使乳腺管通畅, 顺利排出乳汁。低频脉冲电治疗解决了婴儿吸吮不够的难题, 可达到“早刺激, 早开奶”, 使泌乳时间提前, 促进乳汁分泌, 为纯母乳喂养提供了必要的物质条件。本文结果显示, 在常规饮食基础上应用低频脉冲电进行产后催乳可提早泌乳始动时间、增加乳汁分泌量。
摘要：目的 了解低频脉冲电用于产后催乳的效果。方法 本院住院分娩的产妇326例随机分为观察组与对照组, 各136例。两组产妇均给传统产后饮食。观察组产后1小时应用低频脉冲电治疗仪催乳治疗, 每次60分钟, 每日1次, 连续3天。产后第一、第二、第三个24小时评定催乳效果。结果 与对照组比较, 观察组泌乳始动时间早、乳汁分泌量多, 差异有统计学意义。结论 低频脉冲电治疗用于产后催乳效果好, 安全、方便。
关键词：低频脉冲电治疗,产后催乳,泌乳始动时间,乳汁分泌量
参考文献
[1]周霞.缩宫素滴鼻联合葱水湿热敷乳房促进产后早泌乳[J].护理学杂志 (外科版) , 2006, 21 (16) :7.
低频脉冲负压按摩治疗仪的研制 篇3
关键词：低频脉冲,负压,治疗仪
1 问题的提出及研究的意义
1.1 低频脉冲电流使用及按摩治疗仪的现状
(1) 低频脉冲电流对人体的疾病有多种治疗作用, 目前在医疗界, 众多基于电刺激的疗法的治疗仪已被广泛应用。由于其操作简单, 并且安全可靠而被广大患者所接受。
(2) 近几年来, 我国中医医疗器械的整体运作情况比较稳定, 对于中医医疗器械的研发也处于稳步上升的状态。并且随着人们生活观念的转变, 预防医学和预防保健越来越受到人们的重视。目前, 部分中医医疗保健器械外观较小、使用方便、操作安全, 如:简易吸气罐、多功能拔罐器等, 这类医疗器械为慢性病患者在家就能提供持续方便的治疗, 因此被很多家庭选择用作家用保健医疗器械。
1.2 研究的意义
近几年来, 世界人口急速增长, 我国人口结构正呈老龄化的发展趋势, 并且随着工作压力的增加, 出现了大量亚健康人群和各种职业病。例如腰、椎、肩、颈痛等。面对这些疾病的出现, 越来越多人选择购买物理治疗的器械进行保健、治疗和康复。从上述我们可以看出, 老年疾病的监护已经变得十分重要, 大量亚健康人群以及职业病的出现已经影响了患者的正常生活。鉴于低频电流对人体有着多种的生理作用和治疗作用, 并且低频脉冲负压按摩治疗仪可在罐体内部提供持续恒定负压或提供脉动负压, 负压大小均可调节, 用户可根据医疗保健的需要自行选择负压的模式和压力的大小, 进行负压按摩。因此我们利用低频脉冲并结合负压, 开发一种新型的低频脉冲负压按摩治疗仪。
低频脉冲负压按摩治疗仪是利用低频率、低电压、小电流以及可调节的负压将现代科技与中医传统按摩、针灸和拔罐疗法结合在一起, 首次实现了集负压按摩与电针灸疗法于一体的新疗法。目前, 穴位疗法在继承发扬、推陈出新的基础上, 已经赋予了新的内容, 成为一种独特的医疗方法—现代穴位疗法, 它包括在传统针刺疗法的基础上创新出来的许多新的施术疗法, 如穴位激光照顾疗法、穴位电离子透入疗法、穴位声波电针疗法、穴位磁疗法等。在现代生活中治疗仪与中医穴位疗法紧密相连, 被广为应用。拔罐疗法是中医学的一个重要组成部分, 用来拔罐的产品种类很多, 如简易吸气罐是用空玻璃瓶制成, 用明火制造负压, 使用麻烦、不安全;减压治疗器是在罐底部钻孔加入轮胎气嘴, 用手拧螺幅产生负压;多功能拔罐器是使用真空枪手动抽气产生负压, 以上这些用于拔罐疗法的产品都有功能单一、操作参数模糊等缺点。低频电流应用于医学领域已有一百余年历史。随着低频电流生理学、临床医学和治疗技术研究领域的进展, 低频电疗技术有了突飞猛进的发展。国内外应用低频电治疗疾病达八十余种, 涉及到神经、肌肉、骨关节、外周血管、呼吸、泌尿、睡眠等各系统疾病。如今, 临床上经常使用电针灸和拔罐疗法相结合的方式进行治疗, 适用病症包括:哮喘、腰椎间盘突出颈椎病、肩周炎、肢体扭挫伤、软组织劳损、失眠等, 此种疗法对于以上病症的治疗具有显著疗效, 但由于医疗设置的限制, 这些治疗都是电针灸和拔罐疗法分开进行的。因此, 低频脉冲负压按摩治疗仪的研究有着重要的意义。
2 低频脉冲负压按摩治疗仪研制的技术路线
控制电路要进行以单片机为核心的控制系统硬件和软件设计并制作出硬件, 要求完成单片机外部存储器、键盘电路、显示电路及相应软件设计, 从而实现仪器对治疗电路输出刺激波形的控制和显示。单片机控制单元主要是用于控制波形的选择控制, 它包括显示单元和键盘控制单元。
负压控制上, 采用真空泵产生负压, 开始工作时, 对真空泵通电启动, 单片机通过压力传感器对压力进行检测, 然后对真空阀进行控制, 使压力维持在预先设定的范围内, 当负压达到设定值时, 程序启动电磁阀工作, 此时, 加压力的作用, 就起到了按摩的作用。为了加大强度和疗效, 我们在系统中增加了气压机, 电磁换向阀, 对作用力进行检测。设备运行中, 当单片机控制系统检测的力大于设定力时, 换向阀换向, 当达到设定时间时, 换向阀再换向, 进行下一次的循环操作。对电针灸功能的设计上, 根据功能的不同可以分为两部分:治疗电路和控制电路。治疗电路要求以时基集成电路555为主要器件, 设计多种针灸刺激波形的发生电路, 脉冲序列具备四种模式:等间隔连续脉冲、断续波脉冲、疏密波脉冲、幅度调制脉冲。罐体内部的压力使用传感器进行检测, 总体上利用单片机进行控制, 对参数进行检测, 自动调节和控制, 实现了仪器的参量数字化、自动化。首先进行电针灸功能的研制, 进行罐体的设计和仿真模拟, 再进行负压按摩功能的修正。
3 低频脉冲负压按摩治疗仪的特点
1) 负压按摩时, 可提供持续恒定负压;可提供脉动负压, 多种按摩手法适用不同症状, 用户可根据医疗保健的需要自行选择负压的模式和压力的大小, 方法多样。
2) 可进行拔罐疗法, 除了可以轻松完成传统拔罐疗法中的闪罐、走罐、留罐等疗法完, 还可以创新疗法。
3) 负压可用传感器进行检测, 用单片机进行控制, 根据设定自动调节, 所有参数数字显示, 操作简单, 使用安全。
4) 全自动设计了低频治疗仪中适用于中医拔罐机理的低频处方, 其脉冲频率由1-500Hz, 即时融入了连续波、间断波、三角波、直角波、正弦波和按揉波等幅度变化, 其频率变化精度达到1 Hz, 其幅度变化0-100%, 调幅度特别设计了适合负压按摩的专用变化规律, 使传统的按摩疗法, 注入了国际上最先进的微电子数字技术。
5) 可同时进行负压按摩疗法与电针灸疗法, 两种疗法同时进行, 疗效更佳。
参考文献
[1]裴跃生.基于FPGA的便携式低频脉冲治疗仪的研制[Z].
[2]王显安, 陆尧胜, 沈以鸿.一种新型低频脉冲治疗仪的研制[Z].
脉冲强磁场的发展及应用 篇4
强磁场的价值在于对物理学知识的重要贡献, 将其应用到科学研究后发现了很多的新现象和新效应。强磁场的一个重要进展是量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的发现, 这是在强磁场下研究二维电子的输运现象时发现的, 分别于1985和1998年获得诺贝尔物理奖, 由此激起物理学家探索其应用价值的热情。但是稳态磁场有其局限性不能达到很高的数值, 这时脉冲强磁场技术受到格外重视, 它可以达到数倍于稳态磁场的数值, 具有更高的使用价值。
1 脉冲强磁场概况
1.1 国内外脉冲强磁场的发展状况。
脉冲强磁场技术是集磁体设计与制造、强制冷系统和大功率电源等技术为一体的综合性技术, 在我国由于受到诸多因素的影响, 仅在稳态磁场上可以达到20特斯拉, 而在脉冲强磁场技术上与世界先进水平的差距很大, 基本不具备开放实验能力。而对于发达的西方国家在这方面具有较高的水平, 在美国、俄罗斯和日本等一些国家已经建立起大型实验室, 可以产生百特斯拉以上的磁场。
1.2 脉冲强磁场的产生技术。
脉冲强磁场的产生要依赖脉冲强磁体的使用, 脉冲磁体主要包括螺线形导体绕组、绝缘层和加固层几大部分, 在结构上与我们熟悉的螺线管电磁铁相同, 就是脉冲磁体中铁心对磁场的贡献很小, 所以就没有继续使用铁心, 而是使用了中空结构。对螺线管通入大的电流就可以得到几十甚至上百特斯拉的强磁场, 由于这个过程产生的热量很大, 所以在通入电流的时候采取间断的方法, 每次通入持续时间很短, 通常只有几毫秒甚至几微秒, 就可以得到脉冲强磁场。
根据脉冲强磁体是否可以被重复利用, 又将它分为两类。第一类是产生的磁场强度低于100特斯拉的脉冲磁体, 这类磁体在使用过程中不被破坏, 所以可以重复使用, 称为非破坏性脉冲磁体;另一类是产生100特斯拉以上强磁场的脉冲磁体, 由于磁体内的磁通量在瞬间发生急剧变化而产生超强磁场, 磁体遭到了破坏, 称为破坏性脉冲磁体。目前在破坏性脉冲磁场的实现方法上还没有重大突破, 主要还是采用单匝线圈法、电磁压缩法和爆炸压缩磁通法。单匝线圈法是利用电容器对单匝线圈进行快速放电来产生强磁场, 目前使用这种方法最高可以产生300特斯拉的脉冲磁场;电磁压缩法是在直径为几个毫米的磁体内产生脉宽为1毫秒的脉冲磁场, 采取这种方法东京大学实现了606特斯拉的脉冲磁场;爆炸压缩磁通法的实现有一定的难度, 只有在装备特殊仪器的实验室中才能完成前苏联采用这种方法创造了1600特斯拉的超强磁场。
1.3 脉冲强磁场的测量方法。
在许多研究中都需要知道磁场强度及其随时间、空间的变化情况因此建立脉冲强磁场的测量技术十分有意义, 目前主要的测量方法有三种:磁探针法、法拉第磁光效应法和塞曼效应法。
磁探针法是测量脉冲强磁场的一种最常用的方法, 它由一个小线圈和积分器组成, 它的基本原理是法拉第电磁感应定律, 如果一个小线圈放在变化的磁场中, 线圈两端的感应电压与磁通量的变化率成正比, 再把线圈感应电压经电子学积分输入示波器, 即可根据示波器上测得的电压直接计算出磁场强度。使用磁探针法时要注意一些问题, 探针的截面积要尽可能的小, 尤其在测量高梯度的磁场时, 为了防止静电耦合, 探针通常采用不锈钢作静电屏蔽, 并封装在石英或氧化铝管内, 为了确保测量信号的真实性, 要求测量探针在较宽的频率范围内具有线性响应。
法拉第磁光效应法是用与磁场平行的光束通过处于磁场中各向同性介质 (如石英、玻璃等) 探针时, 光束的偏振面发生旋转, 根据旋转角与磁场强度的成正比的关系计算出磁场强度。使用这种方法时由于所用介质的成分和含杂质的多少不同所以计算时所用的参数会不够准确, 需要用其它方法进行校正。
塞曼效应法是使用特殊光源例如低压水银灯, 让光平行地通过磁场, 谱线发生分裂, 用摄谱仪观察记录谱线分裂的距离, 利用两谱线的裂距和磁场强度的关系计算出磁场强度的大小。但是此方法不宜测量弱磁场, 由于电子之间的相互作用, 电子轨道角动量和自旋角动量的电磁相互作用, 出现谱线自然多重性裂距。
1.4 目前所遇到的一些问题。
在脉冲强磁场设计中, 一旦强度达到100特斯拉以上, 要想再提高磁场强度就会遇到难以解决的问题。首先是温升为了产生更高的磁场, 往往在磁体绕组上加载数千安的电流, 而脉冲磁体的体积通常仅仅只有数百立方厘米, 于是在这样小的体积内聚集了很高的能量, 使得磁体温度急剧上升, 导致电阻率上升、功耗增加、电流分布不均匀、甚至磁体遭到烧坏;其次是应力, 在励磁工程中产生巨大磁应力, 例如100特斯拉的磁场将在线圈绕组上产生4G帕斯卡的应力, 这几乎是目前任何材料都难以承受的, 必须想办法提高磁体材料的抗拉强度或采用磁体增强技术。
2 脉冲强磁场的应用
相对于其它极端条件, 脉冲强磁场有其自身的特色。脉冲强磁场的作用是改变一个系统的物理状态, 即改变角动量 (自旋) 和带电粒子的轨道运动, 因此, 也就改变了物理系统的状态。正是在这点上, 脉冲强磁场不同于物理学的其他一些比较昂贵的手段, 如中子源和同步加速器, 它们没有改变所研究系统的物理状态。磁场可以产生新的物理环境, 并导致新的特性, 而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。低温也能导致新的物理状态, 如超导电性和相变, 但脉冲强磁场极不同于低温, 它比低温更有效, 这是因为磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量量子化, 并破坏时间反演对称性, 使它们具有更独特的性质, 如今所做的研究有如下几个方面:
2.1 超导机理研究
侧重于研究正常态在脉冲强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及温度低于居里温度时用脉冲强磁场破坏超导体达到正常态时的输运性质等;另外, 对有望表现出高温超导电性的体系和在强电方面具有广阔应用前景的低温超导体等也将开展其在脉冲强磁场下的性质研究。
2.2 低维凝聚态特性研究
低维性使得低维体系表现出三维体系所没有的特性, 低维不稳定性导致了多种序相。主要研究内容包括:有机铁磁性的结构和来源;有机超导体的机理和磁性;脉冲强磁场下二维电子气中非线性元激发的特异属性;低维磁性材料的相变和磁相互作用等等。
2.3 极细尺度中的物理问题
极微细尺度体系中出现许多常规材料不具备的新现象和奇异特征, 这与这类材料的微结构特别是电子结构密切相关。脉冲强磁场为研究极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强有力的手段, 不但能进一步揭示这类材料在常规条件下难以出现的奇异现象, 而且为在更深层下认识其物理特性提供丰富的科学信息。主要研究脉冲强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性;量子尺寸效应、界面效应;极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙精细结构等。
2.4 生物学、生物-医学研究
脉冲强磁场还存在生物医学效应, 对小鼠的杀伤实验研究表明, 交变脉冲强磁场对肿瘤组织细胞具有选择性杀伤作用和抑制肿瘤生长作用, 并且对生物体的免疫功能有一定的调节作用, 使得脉冲强磁场可能成为治疗癌症的一个新的物理疗法。
由此我们看到, 脉冲强磁场技术在得到快速发展的同时也进行了相关的研究, 对我们认知世界的能力、生产力科学的发展以及医学应用都有着举足轻重的作用, 在以后的科研中脉冲强磁场技术和研究还将作为优先发展目标。
摘要：叙述了国内外脉冲强磁场的发展状况, 给出了脉冲强磁场的几种产生方法和目前使用的设备中所存在的一些问题, 并介绍了脉冲强磁场的应用前景。
关键词：脉冲强磁场,产生方法,应用
参考文献
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高频脉冲磁场动态检测技术研究 篇5
磁刺激技术是近30 a发展起来的一种用于脑科学研究和脑神经疾病诊断与治疗的新技术。该技术通过对磁性线圈通以瞬时、高强度的脉冲电流, 在垂直于线圈平面的方向会产生时变的磁场, 该磁场通过空间耦合进入人体组织内部, 形成的感应电流刺激可兴奋组织并影响生物体内的诸多代谢过程及电活动[1]。经颅磁刺激 (transcranial magnetic stimulation, TMS) 是一种无痛、无创的绿色治疗方法, 磁信号可以无衰减地透过颅骨而刺激到大脑神经, 已被广泛应用于脑认知功能研究和神经疾病的临床应用中, 并取得了丰富的研究成果和良好的诊断与治疗效果[2,3]。
目前, 经颅磁刺激设备只是对线圈输出的磁场强度、脉宽等特性进行理论计算并输出, 并不具备对脉冲刺激线圈产生的磁场实时动态检测功能, 而商品化的磁场检测设备很少能同时满足高频医用磁刺激磁场动态测量的要求[3,4]。本文采用法拉第电磁感应原理, 研究设计了高频脉冲磁场动态检测装置, 该装置能够测量变化的磁场, 测量范围宽、灵敏度高、频响范围大, 可以达到对经颅磁刺激中使用的磁场实时检测的目的[5,6]。
1 方法与设计
1.1 测量原理
基于法拉第电磁感应定律, 将磁场探测线圈 (匝数为N、截面积为S) 置于磁感应强度为B的被测磁场中, 使磁场方向垂直于探测线圈平面, 当垂直穿过探测线圈的磁通量ψ发生变化时, 在探测线圈两端会检测到感应电动势ξ[7,8]:
当探测线圈半径很小时, 则可以认为探测线圈内的磁场强度基本不变, 感应磁场强度可按下式计算:
由此可以求得感应磁场强度。实验中, 探测线圈匝数N与截面积S是定值。因此, 只要对采集到的感应电动势ξ信号进行积分就可测得磁感应强度。
1.2 检测方法
本文设计的高频脉冲磁场动态检测装置原理框图如图1所示。该装置由定标信号、功率放大、磁场检测、信号处理、结果显示5个部分构成。
1.3 磁场检测与定标装置
磁场检测与定标装置由磁场定标发生线圈和磁场探测线圈组成。
测量使用的定标信号为MHz级单周期正弦电压信号, 由AFG3252型函数发生器产生, 通过功放施加于磁场定标发生线圈从而产生高频脉冲磁场[9,10]。磁场探测线圈呈螺旋形, 匝数为9匝, 外径D=15.00 mm, 线圈连接信号处理电路, 用于对测量的感应电动势进行信号处理。
实验过程中, 将磁场探测线圈放置在磁场定标发生线圈中心, 使2个线圈的中心轴线重合, 将2个线圈的相对位置固定。磁场垂直穿过探测线圈平面并在线圈中产生相应的感应电动势, 通过信号处理电路对感应电动势信号进行求差、放大、滤波和积分变换, 从而得到磁场相关参数, 通过与理论计算值比较对该装置进行定标。
1.4 信号处理电路与流程
1.4.1 信号处理电路
信号处理电路用于对微弱感应电动势信号的放大, 去除信号中的高频干扰, 对信号进行积分, 还原磁场信号波形, 完成对感应磁场参数的检测。其主要流程如图2所示。
(1) 差动放大电路。首先对磁场探测线圈两端产生的感应电动势信号求差并进行放大后用于测量。本文中差动放大电路设计如图3所示, 采用三运放结构, 选用放大器芯片为AD8011, 在25 MHz以内增益平坦度为0.1 d B, 差分增益误差只有0.02%, 电路放大倍数为10~100倍可调。
(2) 滤波电路。考虑到使用环境中的高频干扰, 本设计中的滤波电路主要用于滤除电路中的高频噪声成分。如图4所示, 滤波电路采用有源低通滤波电路的基本形式, 选取巴特沃斯逼近, 滤波器阶数为2阶, 通带增益为1, 截止频率设为10 MHz, 从而滤除高频噪声干扰[11]。
(3) 积分电路。信号积分采用积分电路的基本形式, 电路的输出电压与输入电压随时间的不定积分成正比, 放大器工作在反相结构, 输出电压为。加入反馈电阻Rf与电容C并联, 电路图如图5所示。电容的阻抗远小于Rf, 形成积分电路形式, 达到交流信号积分的效果[12,13]。
由于积分电路的输出信号与输入信号幅值之比, f为信号频Vi率。这里取电容C为10 n F, 电阻R为160Ω, 在100 k Hz频率下, 输出信号与输入信号幅值之比为0.995, 接近1∶1。随着频率的变化, 比值呈反比变化, 通过施加幅值适当的输入信号, 使得频率在1 k Hz~1 MHz之间的输入信号经积分后的输出信号在可测量范围内;反馈电阻Rf为160 kΩ, 使得, 能够阻止直流输入参与积分, 同时又减小了100 Hz以下的低频信号参与积分的程度。
1.4.2 测量信号处理
在脉冲磁刺激线圈中产生连续的正弦形式的高频磁场信号B (t) , 对B (t) 用公式表示为:
其中, Bmax为磁场强度的最大值, f为磁场信号的频率。
通过磁场探测线圈对磁场信号进行测量, 磁场探测线圈的截面积为S, 匝数为N, 磁场探测线圈会得到感应电动势Vcoil:
对信号进行求差、放大 (放大倍数为G) 、滤波和积分, 从而输出经电路还原后的磁场信号Vout, 结合积分电路的积分公式, R、C分别为积分电路中的电阻、电容, 则
积分电路输出的连续正弦电压信号与磁刺激磁场的连续正弦磁场信号线性相关, 整体增益为。对信号处理电路的输出信号通过高采样率的全波记录, 系统输出的电压幅度对应脉冲磁刺激线圈产生的感应磁场强度增益为, 感应电信号脉宽与感应磁场脉宽相同。参考数字示波器显示的波形参数, 可以反求原脉冲磁场的强度、脉宽等参数。
1.5 脉冲磁场真实值估计
根据IEEE标准[9], 本文设计了磁场真值的估计与标定方法, 即使用磁场探测线圈测量能准确计算的参考磁场, 并将结果进行比对。实验中的磁场定标发生装置可产生准确计算的参考场, 通过此参考场的计算值对磁场检测装置得到的测量值进行标定。
根据毕奥-萨伐尔定律, 载流导线产生的磁场强度可由如下公式计算:
其中, μ0为真空磁导率, I为载流体中的电流强度, r0是指从电流源位置到磁场测量位置的矢径, 可以推导出载流圆线圈中心处的磁场强度为。线圈电流I可以精确测量, 磁感应强度真值即可精确计算出。
2 测量结果
2.1 电路测试
为了测试电路各部分工作的频率响应、精度等性能是否满足设计指标, 本文设计实验对磁场进行实际测量。
首先测试差动放大电路的幅频响应及准确性。采用函数发生器AFG3252发生200 m Vpp的正弦脉冲信号作为差动放大电路的输入, 电路的放大倍数设为11倍, 在0.1~10.0 MHz之间改变输入信号频率, 通过数字示波器MSO4014对电路的输出信号进行全波记录, 绘得差动放大电路的幅频响应曲线 (如图6所示) 。通过对数据的分析发现, 差动放大电路在增益倍数为11倍的情况下, 电路的截止频率为57 MHz, 可以对频率在4 MHz以内的信号准确放大。在4 MHz范围内, 电路的平均增益为11.15, 最大相对误差仅为1.06%, 可以用作对信号的精确放大。
测试滤波电路幅频响应, 滤波器通带增益为1, 截止频率设为10 MHz。采用函数发生器输入200 m Vpp的正弦脉冲信号, 在0.1~50.0 MHz之间改变输入信号频率, 通过数字示波器对电路的输出信号进行全波记录, 得到滤波电路的幅频响应曲线 (如图7所示) 。通过对数据分析发现, 滤波电路频率在3.0 MHz以下时通带增益平坦, 不会对感应电压信号造成缺失, 电路截止频率为10.1 MHz, 与设计的滤波截止频率一致, 能够对高频噪声进行有效减弱。
由于积分电路的特性, 在输入信号幅值不变的情况下, 输出信号幅值与输入信号的频率成反比, 这里对频率为10 k Hz~1.0 MHz之间的特征频率点进行测试, 实际积分效果均达到理论值。以输入频率50 k Hz的正弦脉冲信号为例, 对电路的实际工作性能测试, 记录电路积分后的信号 (如图8所示) 。电路的输入信号为154.4 m Vpp, 经积分后输出信号波形达到积分并反相的效果, 幅值为302.4 m Vpp, 而电路在50 k Hz下输出的理论值为:
与实际值接近, 达到预期要求。
经测试, 信号处理电路各部分的实际工作性能均达到设计要求, 可以完成对MHz级信号求差、放大、滤波和积分变换的信号处理要求。
2.2 测量结果与误差
通过示波器记录磁场发生线圈的限流电阻上的电压信号, 用于脉冲磁场真值计算。
以频率为50 k Hz的正弦信号输入为例, 图9中的通道1~4分别为频率50 k Hz下1/100的功率放大后的输出信号、限流电阻上的电压信号、探测线圈中的感应电动势信号以及积分后的输出信号。
检测不同频率的感应磁场强度, 改变激励频率, 分别对10、50、100、500 k Hz和1 MHz等5个频率点的磁场强度进行10次重复测量取平均值Bd。将Bd与真值Br (标定值) 相比, 得出相对误差η, 计算结果见表1。
从表中可知, 在10 k Hz~1 MHz频率范围内, 磁场检测结果保持很好的准确性和真实性, 相对误差在可接受范围内, 实测结果能够反映真实磁场的动态特性。
3 讨论
本文研究了高频脉冲磁场动态检测技术, 自主设计了磁场动态检测与标定装置和信号处理电路, 可有效采集高频脉冲磁感应信号, 通过高质量的放大、滤波、避免直流累加的积分等处理, 完成磁场信号还原显示, 实现了MHz脉冲磁场的动态检测。实验结果表明, 动态特性测量值与真值保持良好的一致。
下一步工作是对信号处理电路及磁场检测系统的进一步的误差分析及调试, 在保证测量结果准确性的前提下缩小探测线圈尺寸, 提高整体电路的信噪比, 增大系统的适用范围, 完成系统的集成化以及数字化, 并投入实际应用。
摘要：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 kHz1 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 kHz1 MHz之间、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。
低频脉冲磁场 篇6
(1) 可以手动设置频率的大小, 其设置范围在1—999HZ之间, 以达到频率在一定范围内可调这一特点。
(2) 可以手动设置占空比的大小, 控制脉宽, 即实现占空比可调这一特点。
(3) 通过放大电路使输出脉冲电压在3.6V—27V之间可调, 从而达到输出脉冲幅值电压可调这一特点。
根据以上情况, 我们尝试用SPACE061A小系统板及低频脉冲信号发生器的硬件控制电路构成整个系统, 通过编程来控制脉冲的产生。下面主要从硬件方面来描述本系统。
一、系统设计方案
本系统采用凌阳单片机作为控制核心, 将SPACE061A小系统板与低频脉冲信号发生器的硬件控制电路板用排线相连, 即用SPACE061A的输入/输出口来控制低频脉冲信号发生器的硬件电路板上的数码管显示和1*5小键盘, 产生矩形波信号, 再经过硬件电路板上的74LS74D触发器和由555定时器构成的单稳态触发器, 最后通过放大电路输出频率、幅值、占空比均在一定范围内可调的低频脉冲信号发生器。充分利用凌阳单片机的实时定时、多功能输入/输出口等优势, 使得整个系统更加具有实用性。
二、系统相关硬件说明
凌阳单片机SPACE061A已为大家所熟知, 这里不再详述, 下面主要对低频脉冲信号发生器硬件控制电路板作一具体介绍。
硬件电路整体框图如下图2-1所示。
下面就分别介绍一下显示模块、键盘输入模块、74LS74D触发器、单稳态触发器模块和放大电路模块。
(1) 显示模块和键盘输入模块
显示模块:
采用三个八段共阴数码管, 动态显示脉冲的频率值, 如图2-2所示, 通过IOB0—IOB7端口控制字型输出。通过IOA8—IOA10作为数码管的片选引脚, 来控制点亮数码管。
自行焊接了一个1*5小键盘, 作为频率、占空比的输入控制。其中Key1为占空比控制键, Key2、Key3、Key4为频率控制位, 分别控制频率值的百位、十位、个位。
利用SPCE061A的定时器/计数器Timer A的特殊功能, 通过设置P_Timer A_Ctrl单元的B6-B9位, 将占空比设置为在十四种情况下可选, 其占空比分别为1/16、2/16、3/16、4/16、5/16、6/16、7/16、8/16、9/16、10/16、11/16、12/16、13/16、14/16、14/16。
通过以上介绍, 我们可知单片机输出了频率、占空比在一定范围内可控的、幅值电压为3.6V左右的矩形波信号, 再经过74LS74D触发器和单稳态触发器、放大电路整形输出最终我们所需的脉冲信号。下面详细介绍74LS74D触发器和单稳态触发器模块。
(2) 74LS74D触发器和单稳态触发器模块
D触发器:
将单片机输出的矩形波信号通过上升沿触发的74LS74D触发器变为频率为原来1/2、占空比固定为50%的方波信号。
单稳态触发器:
将通过74LS74D触发器的输出的方波再通过555定时器构成的单稳态触发器就形成输出频率不变占空比可调的脉冲信号。
此触发器主要由555定时器组成, 555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。它由三个阻值为5K的电阻组成的分压器、两个比较器、基本Rs触发器、放电BJT T以及缓冲器G组成。
三、系统联调结果
本系统以凌阳单片机 (“61板”) 为控制器, 通过排线与脉冲信号发生器的硬件控制电路板相连, 利用程序加以控制, 最终实现占空比、幅值、频率可调的低频脉冲信号发生器, 联调结果良好。
参考文献
[1]康光华.电子技术基础 (模拟部分) [M].北京:高等教育出版社, 2001.第四版.[1]康光华.电子技术基础 (模拟部分) [M].北京:高等教育出版社, 2001.第四版.
低频脉冲磁场 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
本次研究共选择120例产妇, 均为我院在2012年12月至2013年122月这1年时间内收治。将这120例产妇随机分为对照组及观察组, 每组60例。各组信息如下:对照组产妇年龄在21~41岁, 平均年龄29.77岁。组中自然分娩人数为45例, 另15例为剖宫产。观察组产妇年龄在22~43岁, 平均年龄31.4岁。组中自然分娩人数为43例, 另17例为剖宫产。所有产妇均顺利生产, 不存在产后大出血等高危影响因素。两组产妇在年龄、生产方式上无显著性差异 (P>0.05) , 具有可比性。对照组产妇实施术后饮食与生活习惯干预, 观察组产妇在此基础上实施低频脉冲电疗法, 具体实施方式如下:
1.2 一般方法
在产妇产后6 h即可开始低频脉冲电治疗治疗。将两片电极放于左侧胸部乳根穴、通乳穴, 将左罩杯放于左侧乳房上, 覆盖两个电极, 露出乳头和乳晕。治疗时间选为半小时, 选择全功能治疗。按照个人耐受程度选择电疗强度, 选择热磁疗强度即可。
具体操作上, 让产妇保持平卧, 将两个乳房专用治疗片的黑色面垫上湿毛巾, 紧贴到产妇双乳上, 并使用固定带有效固定。开机调节程序, 开始后分别调整治疗通道的治疗强度, 由0逐步增大强度, 多数产妇在60以上开始有效, 强度越大效果越好。
胃肠蠕动方面, 将两片治疗片分别贴在脐耻与骶尾部;恶露改善则要将治疗片贴于产妇骶尾两侧。治疗方式与通乳治疗相似。
1.3 统计学方法
根据上述方式将得出的数据进行汇总, 在软件使用方面本次研究采用的是SPSS19.0版本统计学软件, 对结果数据展开处理与分析, 了解其差异程度。
2 结果
2.1 催乳效果研究
产妇生产后泌乳时间越早, 说明术后恢复状况越好, 对新生儿健康越有利。因此本次研究将乳汁分泌作为对比项目之一, 分别于产后12、24、48 h对泌乳人数展开统计并进行比例计算, 了解不同治疗方式下产妇泌乳情况。具体对比结果如表1。
根据上表可以看出两组产妇在72 h仍未分泌乳汁的人数上具有显著对比差异性 (P<0.05) 。对照组中有41例在72 h内成功泌乳, 占该组总人数68.33%;而观察组有56例在72 h内成功泌乳, 占该组总人数93.33%。且观察组产妇在生产半天后泌乳人数已经达到了16例, 说明低频脉冲电下产妇乳腺疏通状况更优, 这一治疗方式能够让产妇尽早分泌乳汁, 促进产后恢复。
2.2 排气状况研究
产妇在生产之后, 无论是自然分娩还是剖宫分娩, 术后均会存在不同程度胃肠胀气状况。术后排气是护理人员的重要观察指标之一, 排气越早, 说明产妇肠胃蠕动状况越好。本次研究以12、24 h为观察时间点, 了解两个时间点产妇已经排气人数并计算比例。具体研究结果如表2。
通过上表可以发现, 两组产妇在排气时间上具有显著性差异 (P<0.05) , 尤其是24 h内有效排气方面, 在低频脉冲电治疗下, 观察组产妇均在产后24 h内顺利排气, 而对照组产妇在24 h内成功排气人数仅为46例, 占该组总人数76.67%。且在排气时间上, 观察组产妇多数在12 h内就能够成功排气, 说明肠胃蠕动状况相对于对照组产妇而言更优。由此可见, 低频脉冲能够缩短产妇产后排气时间, 优化肠胃蠕动状态, 为产后恢复起到促进作用。
2.3 恶露状况研究
产妇在生产之后会将子宫中存在的恶露排出体外, 恶露排出越少说明产后恢复状况越佳。通常而言, 产妇在生产后24 h内便可开始排恶露, 之后恶露量逐渐减少。本次研究以24、48以及72 h为观察点, 了解产妇产后在各时间段恶露量。具体研究结果见表3。
由上表不难看出, 两组产妇在恶露量上存在显著性差异 (P<0.05) 。虽然两组产妇在生产后恶露量均在不断减少, 但明显可以看出观察组产妇在恶露量方面多于月经量的人数偏少, 说明其体内恶露本身存在量较少。可见低频脉冲电能够帮助产妇尽快调养好身体, 减少恶露生成量并促使其尽快排出。
3 讨论
本次研究结果表明, 采用低频脉冲进行产后治疗的产妇在泌乳、排气以及恶露方面效果更好, 且两组患者在三项对比上均存在显著性差异。由此可见, 低频脉冲电能够对产后恢复起到促进作用。
低频脉冲电治疗能够兴奋神经肌肉组织, 因为电刺激可以破坏膜极化状态, 因而有可能引起神经肌肉的兴奋。而产妇运动神经的绝对不应期多在1 ms左右, 因此频率在1000 Hz以下的低频脉冲电每个脉冲都可能引起一次运动反应。在对神经肌肉组织的刺激下, 产妇乳腺能够更快达到疏通状态, 让其更早分泌乳汁[2]。在胃肠治疗时, 低频脉冲让产妇肠道受到刺激, 从而达到自主蠕动状态, 相对于传统产后护理而言, 这种方式相当于将产妇产后下床活动时间提前了。同时, 这种治疗方法还可以促进局部血液循环, 让其生产后的子宫与引导尽快恢复到健康状态, 减少恶露量。
由于孕期及产时体力消耗, 加上心里、精神紧张, 更易出现产后肌肉酸痛、疲劳, 影响产妇产后排气及机体康复。术后肛门排气的早晚可影响产妇进食、营养和乳汁的分泌。生产过程中, 胎先露压迫时间过长, 导致骨盆神经麻痹及膀胱三角区与尿道内口处黏膜水肿、出血, 肌张力下降, 影响术后恢复[3]。低频脉冲治疗下, 产妇恶露量会在短时间内流出并减少产生量。
综上所述, 在产妇产后使用低频脉冲电治疗能够有效改善泌乳、排气及恶露情况, 达到促进产后恢复效果。本院在今后还会加大研究力度, 通过更多因素的对比分析了解这一治疗方式的优越性, 帮助产妇在产后尽快恢复健康。
参考文献
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