雙脈沖磁敏增效儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)用電磁增敏技術(shù)，更加具體地說，具體涉及一種新的雙脈沖磁場發(fā)生器，以利用脈沖磁場增強腫瘤放療和化療的效果。
【背景技術(shù)】
[0002]腫瘤是危害人類健康的常見和多發(fā)的疾病，其中惡性腫瘤亦即癌癥是目前危害人類健康的最嚴重疾病之一。目前，放、化療仍是腫瘤治療的主要手段之一。但由于缺乏選擇性和針對性，放化療時射線、化療藥不僅殺滅癌細胞，也同樣殺死人體的正常細胞，放化療的毒副反應(yīng)嚴重限制了其治療作用的發(fā)揮，使患者生活質(zhì)量明顯下降，許多病人因而放棄放、化療。實際上，不少腫瘤病人并不是死于腫瘤本身，而是死于放化療引起的并發(fā)癥。針對放化療的毒副反應(yīng)問題，放化療增效減毒的理念被認為是短期內(nèi)提高腫瘤治愈率的一個有效途徑，要求放化療增效方法具有安全、無毒、減輕癥狀和不影響原有治療方案的特點，利用磁場非熱生物效應(yīng)(即頻率較低的磁場生物效應(yīng))增強治療效果正符合此特點。有多方面的研究磁場非熱生物效應(yīng)對腫瘤和癌癥治療作用，指出了磁場對癌細胞具有選擇性殺傷或生長抑制作用。由于特定磁場的作用導(dǎo)致細胞內(nèi)帶電粒子或基因發(fā)生變化，使細胞內(nèi)分子與電子之間的作用與傳遞受到干擾，甚至被破壞，從而影響癌細胞的生長繁殖，使其生長緩慢或停滯。磁場的非熱生物效應(yīng)具有非線性的特點，存在明顯的“頻率窗效應(yīng)”和“功率窗效應(yīng)”，磁場對癌細胞具有選擇性殺傷或生長抑制作用。低頻磁場非熱生物效應(yīng)存在“門檻”值、“頻率或調(diào)制窗口”以及“強度窗口”。
[0003]目前國內(nèi)也有用低頻或直流磁場進行增敏效應(yīng)研究，但效果遠不如脈沖磁場好。關(guān)于脈沖磁場的增敏作用，研究指出，脈沖磁場的增效機理是依據(jù)癌細胞膜負電荷密度大于正常細胞的特性，利用脈沖磁場作用于癌細胞，電磁輻射在細胞中磁通量的瞬變，使癌細胞中的微電流較正常細胞產(chǎn)生更大變化，尤其對Ca + +、K+離子通道的影響更大，進而改變其生物學(xué)特性，達到物理增敏效果的。此外，脈沖磁場對Gtl期腫瘤細胞有誘導(dǎo)分化作用，因此在防止腫瘤復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移方面能夠發(fā)揮更大的作用。也有研究指出，脈沖磁場能誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡、增強腫瘤細胞對放化療敏感性及逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥等效應(yīng)。
[0004]目前常用的脈沖磁敏增效儀器一般是單脈沖磁場和單向脈沖序列(連續(xù)脈沖)磁場，前者產(chǎn)生的磁場強度過大，后者采用單向電流，強度下降。產(chǎn)生磁場的線圈可以是空心線圈，無剩磁問題，磁感應(yīng)強度較??；也可以利用磁性材料(如硅鋼、鐵氧體等)增強磁場，但有剩磁問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于磁場參數(shù)要求，提供新的磁場發(fā)生器亦即磁敏增效儀。本發(fā)明的技術(shù)方案利用正負雙脈沖解決剩磁問題，大大增強磁通量的變化量，并保證磁場變化率的連續(xù)可調(diào)。同時，也可保留單向脈沖磁場的選擇，以利根據(jù)需要靈活選擇。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]雙脈沖磁敏增效儀，包括磁頭和控制電路，其中:
[0008]磁頭利用磁性材料做為磁心，產(chǎn)生較強磁場；控制電路控制設(shè)置在磁頭中的線圈的脈沖電流，通過控制脈沖電流的大小、方向和變化頻率達到控制磁場的強度和脈沖磁場頻率的目的。
[0009]所述磁頭由激磁線圈和磁心組成，所述磁心呈現(xiàn)C形磁性材料，由第一豎直部件、第二豎直部件、第三豎直部件、第一水平部件和第二水平部件組成，第一水平部件的兩端分別設(shè)置第一豎直部件和第三豎直部件，第二水平部件的兩端分別設(shè)置第二豎直部件和第三豎直部件，第三豎直部件的兩端分別設(shè)置第一水平部件和第二水平部件，第一豎直部件和第二豎直部件之間形成C形的開口，以保證磁力線在由磁性材料組成的C形磁心中分布均勻；所述激磁線圈纏繞在磁心上，即均勻纏繞在第一豎直部件、第二豎直部件、第三豎直部件、第一水平部件和第二水平部件之上，其數(shù)量為2—8組，每組線圈選擇10?200匝；在進行繞線時，組成線圈的繞線采用截面直徑在0.8?2mm之間，例如漆包線，根據(jù)可能的電流大小單股繞制或多股并繞成線圈；上述磁頭結(jié)構(gòu)中，各個激磁線圈之間可選擇串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合的方式進行連接，然后將連接后的整體激磁線圈接入控制電路。
[0010]在上述磁頭結(jié)構(gòu)中，激磁線圈優(yōu)選設(shè)置在靠近C形開口處的第一豎直部件和第二豎直部件上。
[0011 ] 在上述磁頭結(jié)構(gòu)中，所述磁心采用軟磁材料，選用的材料如硅鋼片、鐵氧體、非晶態(tài)磁性材料等；磁心的形成可根據(jù)所選用的磁性材料特點制作，如選用硅鋼片，可采用迭片插裝的方式制作，具體來說:
[0012]第一豎直部件的長度(b)為100— 400mm ；
[0013]第二豎直部件的長度(a)為100— 400mm ；
[0014]第三豎直部件的長度(e)為600— 1200mm;
[0015]第一水平部件的長度(c)為200— 600mm ；
[0016]第二水平部件的長度(c)為200— 600mm ；
[0017]第一水平部件和第二水平部件的間距(d)為500— 100mm ；
[0018]第一豎直部件和第二豎直部件之間形成的C形開口的長度(f)為400— 600_ ；
[0019]第一豎直部件和第二豎直部件之間形成的C形開口的截面積(A)為50?1600cm2 ；
[0020]其余位置上的橫截面積為C形開口的截面積的I一0.3倍。
[0021]在上述磁頭結(jié)構(gòu)中，選擇單股繞制或多股并繞的原則是工作在最大額定電流時發(fā)熱量很小，在室內(nèi)自然環(huán)境下長時間工作(4小時以上)的溫度升高不超過30°C。
[0022]所述控制電路，包括脈沖發(fā)生器、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路、第一電子功率開關(guān)、第二電子功率開關(guān)、第三電子功率開關(guān)、第四電子功率開關(guān)、電阻:
[0023]所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路、第一電子功率開關(guān)、第二電子功率開關(guān)、第三電子功率開關(guān)和第四電子功率開關(guān)組成全橋逆變電路；所述第一驅(qū)動電路、第一電子功率開關(guān)、第四驅(qū)動電路和第四電子功率開關(guān)組成一組，所述第一驅(qū)動電路與第一電子功率開關(guān)相連，所述第四驅(qū)動電路與第四電子功率開關(guān)相連；所述第二驅(qū)動電路、第二電子功率開關(guān)、第三驅(qū)動電路和第三電子功率開關(guān)組成另一組，所述第二驅(qū)動電路與第二電子功率開關(guān)相連，所述第三驅(qū)動電路與第三電子功率開關(guān)相連；所述脈沖發(fā)生器的第一相脈沖與第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路相連，脈沖發(fā)生器的第二相脈沖與第一驅(qū)動電路、第四驅(qū)動電路相連；所述脈沖發(fā)生器的第一相脈沖與第二相脈沖的脈沖相位相差180° ;激磁線圈(即磁頭結(jié)構(gòu)中的諸個激磁線圈經(jīng)過串聯(lián)或者并聯(lián)后的整體激磁線圈)的一端與第一電子功率開關(guān)、第二電子功率開關(guān)相連，另一端與電阻串聯(lián)后，與第三電子功率開關(guān)、第四電子功率開關(guān)相連。
[0024]采用的外接電源選用220伏電網(wǎng)電壓經(jīng)整流濾波得到(即在整個電路上并聯(lián)電容C，以實現(xiàn)濾波作用)，也可以直接采用可調(diào)開關(guān)電源供電(可多個低壓電源串聯(lián)達到要求的外接電源)。
[0025]第一、第二相脈沖由脈沖發(fā)生器電路產(chǎn)生和控制，并由脈沖發(fā)生器決定脈沖頻率的大小，并控制兩者；脈沖電流的大小通過外接電源和電阻來確定，從而確定脈沖磁場的強度。
[0026]所述第一電子功率開關(guān)、第二電子功率開關(guān)、第三電子功率開關(guān)和第四電子功率開關(guān)分別為IGBT，也可以更換為合適的場效應(yīng)管；無論哪種，要求其內(nèi)部包含具有鉗位作用的體二極管。
[0027]所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路和第四驅(qū)動電路采用光電耦合驅(qū)動電路，如EXB841。
[0028]所述脈沖發(fā)生器可以采用PWM (脈沖寬度調(diào)制)控制芯片，固定其輸出脈沖寬度，產(chǎn)生所要求的脈沖。
[0029]脈沖磁場周期性的磁通量瞬變是影響腫瘤細胞的重要因素，這樣對產(chǎn)生脈沖磁場的設(shè)備或稱為磁敏增效儀的磁場參數(shù)要求至少應(yīng)包含兩個方面:一是磁通量的變化頻率，一是磁通量的變化量?，F(xiàn)有技術(shù)中采用單脈沖磁場和單向脈沖序列(連續(xù)脈沖)磁場。
[0030]一般磁性材料在單向激磁后都會有剩磁，通過反向激磁可以消除剩磁，使得磁場磁通量變化量增大。如附圖1所示本發(fā)明技術(shù)方案的原理示意圖，當(dāng)一個方向脈沖電流停止后，由于磁性材料剩磁作用，仍有一定的磁場存在；當(dāng)反向電流通過時，剩磁消失產(chǎn)生反向磁場。電流的大小決定所產(chǎn)生磁場的強度，脈沖，電流頻率決定脈沖磁場的頻率，所選擇的磁性材料決定剩磁的大小，正負電流脈沖之間的時間間隔t。即為每次剩磁持續(xù)的時間；通過選擇高性能的電流變換器件，如場效應(yīng)管、IGBT等，可將t?？s短至微秒級，從而得到頻率為O?1000Hz的近似方波的雙脈沖電流波形。磁場的磁感應(yīng)強度絕對值應(yīng)在O?0.1T(特斯拉)的范圍內(nèi)，這樣的雙脈沖磁場變化率比同等條件下的單向脈沖磁場提高至少I倍。
[0031]本發(fā)明提出一種新的雙脈沖磁敏增效的裝置和方法，可獲得頻率為O?100Hz的雙脈沖磁場波形，磁場的磁感應(yīng)強度絕對值應(yīng)可達到0.1T(特斯拉)，其變化量可達0.2Τ(特斯拉);同樣條件下可比單向脈沖磁場的強度的變化量大I倍；同時，如果只允許單向脈沖電流通過并選擇剩磁較小的磁性材料，則可以獲得單向脈沖磁場。這樣該裝置既可以獲得正負雙向脈沖磁場，也可以獲得單向脈沖磁場，可根據(jù)需要靈活選擇，為腫瘤治療的磁場增敏研究提供了新的手段和方法，拓寬了磁場作用的范圍，為進一步的研究奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明技術(shù)方案的原理示意圖。
[0033]圖2是本發(fā)明技術(shù)方案中磁頭結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為第一豎直部件、2為第二豎直部件、3為第三豎直部件、4為第一水平部件、5為第二水平部件、6為激磁線圈、a為第二豎直部件的長度、b為第一豎直部件的長度、c為第一水平部件的長度、c為第二水平部件的長度、d為第一水平部件和第二水平部件的間距、e為第三豎直部件的長度、f為第一豎直部件和第二豎直部件之間形成的C形開口的長度、A為第一豎直部件和第二豎直部件之間形成的C形開口的截面積。
[0034]圖3是本發(fā)明技術(shù)方案中控制電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中驅(qū)動電路I一4、脈沖發(fā)生器(A相脈沖、B相脈沖)、電子功率開關(guān)VTl?VT4、C為電容、R為電阻、Ud為電源、N1為設(shè)置在磁頭上的線圈。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0036]如附圖2所示本發(fā)明技術(shù)方案中磁頭結(jié)構(gòu)示意圖(截面示意圖)，其中I為第