實驗名稱：磁納米溫度測量系統(tǒng)對激勵磁場的均勻性研究

研究方向：聲磁納米溫度測量方法有望解決腫瘤熱療中無法實現(xiàn)實時準(zhǔn)確的溫度測量問題。針對磁納米溫度測量方法在實際應(yīng)用過程中存在的交變磁場均勻性低、信噪比低、負載阻抗較大的問題展開分析。首先通過分析交變磁場激勵系統(tǒng)信號鏈，提出采用亥姆霍茲線圈作為交變磁場發(fā)生裝置并從理論分析、模擬仿真和實際測量等層面分析并驗證其磁場均勻性;其次針對信噪比低的問題提出采用九階橢圓無源濾波器，分別通過理論分析、數(shù)字模擬仿真和實際測量等方面驗證信噪比達到100dB;最后依據(jù)阻抗匹配理論，提出利用串聯(lián)諧振電路解決負載阻抗較大的問題，通過實際測量發(fā)現(xiàn)激勵磁場強度達到20Gs;同時為了解決交變磁場激勵系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，提出采用串聯(lián)大功率電阻的方式實時監(jiān)測激勵電流以保證激勵磁場的穩(wěn)定性。

相對于現(xiàn)有的腫瘤癌癥治療手段，如手術(shù)切除和放化療法，腫瘤癌癥熱療法不僅減少患者治療中的痛苦，而且治愈率較高，因此，腫瘤癌癥熱療被譽為一種“綠色”療法。然而溫度測量問題是阻礙該療法應(yīng)用推廣的最大瓶頸，其原因是目前現(xiàn)有的溫度測量方法無法準(zhǔn)確安全的實現(xiàn)人體機體組織細胞溫度測量。磁納米溫度測量是一種全新的、非侵入式溫度測量方法，可以實時準(zhǔn)確的測量人體內(nèi)部細胞溫度的同時解決傳統(tǒng)溫度測量方法需要開腔帶來的安全性問題。因此基于磁納米溫度測量的熱療方法有望解決人類面臨的最大健康難題—腫瘤癌癥，為當(dāng)今腫瘤癌癥根治提供一種全新的治療手段。然而基于磁納米溫度測量的腫瘤癌癥熱療方法中交變激勵磁場對于磁納米測溫起著決定性作用，在實際應(yīng)用中還存在若干問題，如交變磁場均勻性低、信噪比低、負載阻抗較大等問題，可行性還得需要實驗去不斷驗證。

實驗?zāi)康模?/strong>驗證選擇亥姆霍茲線圈作為交變磁場發(fā)生裝置，能否解決磁納米溫度測量系統(tǒng)對激勵磁場的均勻性低的問題。

測試設(shè)備：功率放大器、信號發(fā)生器、示波器、亥姆霍茲線圈、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機等。

實驗過程：交變磁場激勵系統(tǒng)工作原理是首先由計算機控制交流信號源產(chǎn)生一個頻率單一、幅值穩(wěn)定的正弦信號，然后經(jīng)過ATA-4014C高壓功率放大器進行功率放大，通過功率濾波器進行信號調(diào)理，最后驅(qū)動亥姆霍茲線圈產(chǎn)生激勵磁場。同時為了實現(xiàn)交變磁場激勵系統(tǒng)的實時的監(jiān)測，使用示波器觀察線圈兩端的電壓，電流監(jiān)測回路中的電流，利用反饋控制方法實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由系統(tǒng)工作原理可知系統(tǒng)工作流程如圖1-1所示。

圖1-1磁場激勵系統(tǒng)原理示意圖

實驗結(jié)果：亥姆霍茲線圈是電感元件，其感抗值與信號頻率有極強的相關(guān)性，這將帶來負載驅(qū)動問題。通過實際測量，當(dāng)頻率為375Hz時亥姆霍茲線圈的阻抗值為680Ω，產(chǎn)生20Gs磁場強度的交變磁場難度巨大。“串聯(lián)諧振”解決亥姆霍茲線圈驅(qū)動困難的問題,串聯(lián)諧振的電路原理圖，如圖1-2所示，其原理是當(dāng)頻率為諧振頻率點時，其電容的容抗與電感的感抗相等，從二端口網(wǎng)絡(luò)看其呈純電阻特征。同時考慮到本交變磁場激勵系統(tǒng)的激勵信號頻率為375Hz，把該頻率設(shè)置成串聯(lián)電路的諧振頻率，通過實際匹配測量發(fā)現(xiàn)當(dāng)匹配電容值為616.52nF時電路處于諧振狀態(tài)，此時阻抗值為20.719Ω，匹配電容原理圖為圖1-3。

圖1-2串聯(lián)諧振電路圖；圖1-3匹配電容連接原理圖

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圖：ATA-4014C高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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