實(shí)驗(yàn)名稱：磁納米溫度測量系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的溫度測量問題。針對(duì)磁納米溫度測量方法在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的交變磁場均勻性低、信噪比低、負(fù)載阻抗較大的問題展開分析。首先通過分析交變磁場激勵(lì)系統(tǒng)信號(hào)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(shí)際測量等層面分析并驗(yàn)證其磁場均勻性;其次針對(duì)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(shí)際測量等方面驗(yàn)證信噪比達(dá)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(fù)載阻抗較大的問題，通過實(shí)際測量發(fā)現(xiàn)激勵(lì)磁場強(qiáng)度達(dá)到20Gs;同時(shí)為了解決交變磁場激勵(lì)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(shí)時(shí)監(jiān)測激勵(lì)電流以保證激勵(lì)磁場的穩(wěn)定性。

相對(duì)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(yù)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(shí)現(xiàn)人體機(jī)體組織細(xì)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(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量人體內(nèi)部細(xì)胞溫度的同時(shí)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(lì)磁場對(duì)于磁納米測溫起著決定性作用，在實(shí)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(fù)載阻抗較大等問題，可行性還得需要實(shí)驗(yàn)去不斷驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>驗(yàn)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(duì)激勵(lì)磁場的均勻性低的問題。

測試設(shè)備：功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、亥姆霍茲線圈、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過程：交變磁場激勵(lì)系統(tǒng)工作原理是首先由計(jì)算機(jī)控制交流信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)頻率單一、幅值穩(wěn)定的正弦信號(hào)，然后經(jīng)過ATA-4014C高壓功率放大器進(jìn)行功率放大，通過功率濾波器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，最后驅(qū)動(dòng)亥姆霍茲線圈產(chǎn)生激勵(lì)磁場。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)交變磁場激勵(lì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(shí)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(lì)系統(tǒng)原理示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：亥姆霍茲線圈是電感元件，其感抗值與信號(hào)頻率有極強(qiáng)的相關(guān)性，這將帶來負(fù)載驅(qū)動(dòng)問題。通過實(shí)際測量，當(dāng)頻率為375Hz時(shí)亥姆霍茲線圈的阻抗值為680Ω，產(chǎn)生20Gs磁場強(qiáng)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(dòng)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(diǎn)時(shí)，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(shí)考慮到本交變磁場激勵(lì)系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)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(shí)際匹配測量發(fā)現(xiàn)當(dāng)匹配電容值為616.52nF時(shí)電路處于諧振狀態(tài)，此時(shí)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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