一種基于阿基米德螺旋線圈的高強(qiáng)度均勻感應(yīng)電場(chǎng)發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物電磁技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于阿基米德螺旋線圈的高強(qiáng)度均勻感應(yīng)電場(chǎng)發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]惡性腫瘤已成為威脅人類生命健康的最主要疾病，然而目前腫瘤的主要治療手段還停留在傳統(tǒng)的外科手術(shù)治療、放射治療和化學(xué)治療，傳統(tǒng)的治療方法都存在較大的副作用。脈沖電場(chǎng)治療腫瘤需要將電極針插入體內(nèi)，對(duì)人體構(gòu)成創(chuàng)傷和生物相容性等問(wèn)題。然而，脈沖磁場(chǎng)治療腫瘤具有無(wú)接觸、無(wú)疼痛、無(wú)傷害等優(yōu)點(diǎn)。脈沖磁場(chǎng)在生物組織內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)和感應(yīng)電流是其產(chǎn)生生物效應(yīng)的主要機(jī)理，脈沖磁場(chǎng)在細(xì)胞內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流與磁場(chǎng)相互作用的力密度將細(xì)胞破壞，感應(yīng)電流會(huì)直接作用于細(xì)胞膜，電流對(duì)細(xì)胞表面有電化效應(yīng)，該效應(yīng)會(huì)影響激素-受體的相互作用、腺苷酸酶活性、鈣離子濃度和膜的離子運(yùn)輸能力，甚至使細(xì)胞膜破裂，從而影響細(xì)胞的生理功能，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一是提供一種基于阿基米德螺旋線圈的高強(qiáng)度均勻感應(yīng)電場(chǎng)發(fā)生器，該裝置通過(guò)LRC放電電路產(chǎn)生脈沖電流，產(chǎn)生的脈沖電流通入阿基米德螺旋線圈產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，在線圈的表面區(qū)域產(chǎn)生平行于線圈平面的感應(yīng)電場(chǎng)。該感應(yīng)電場(chǎng)幅值高、分布均勻、覆蓋范圍僅為線圈所在區(qū)域。該線圈貼近于體表的腫瘤組織時(shí)，感應(yīng)電場(chǎng)集中于線圈所覆蓋范圍的組織，而不會(huì)對(duì)周圍正常組織產(chǎn)生影響，這樣可以達(dá)到無(wú)接觸、無(wú)創(chuàng)、精確治療腫瘤的目的。
[0004]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種基于阿基米德螺旋線圈的高強(qiáng)度均勻感應(yīng)電場(chǎng)發(fā)生器，實(shí)質(zhì)上是一種基于變化率高達(dá)4.3X 11Vs的脈沖電流發(fā)生器和阿基米德螺旋線圈構(gòu)成的脈沖磁場(chǎng)發(fā)生器，該發(fā)生器能夠在線圈表面區(qū)域產(chǎn)生高強(qiáng)度均勻感應(yīng)電場(chǎng)，該發(fā)生器包括高壓電源系統(tǒng)、脈沖電流形成系統(tǒng)、放電開(kāi)關(guān)、散熱系統(tǒng)、磁場(chǎng)線圈。
[0005]所述電源系統(tǒng)，包括高壓電源模塊、充電電感和充電電阻。所述高壓電源模塊的正極通過(guò)導(dǎo)線與充電電感一端連接，充電電感的另一端通過(guò)導(dǎo)線與充電電阻的一端連接，充電電阻的另一端通過(guò)導(dǎo)線與脈沖電流形成系統(tǒng)的儲(chǔ)能電容的正極連接，儲(chǔ)能電容的負(fù)極利用導(dǎo)線與高壓電源模塊的負(fù)極連接并接地。
[0006]所述脈沖電流形成系統(tǒng)包括儲(chǔ)能電容、放電開(kāi)關(guān)和放電電阻。所述儲(chǔ)能電容的正極與放電開(kāi)關(guān)的正電極連接，放電開(kāi)關(guān)的負(fù)電極與放電電阻的一端連接，放電電阻的另一端與磁場(chǎng)線圈中的阿基米德螺旋線圈圓心端連接，阿基米德螺旋線圈的圓周端與儲(chǔ)能電容的負(fù)極利用導(dǎo)線連接并接地，脈沖電流形成系統(tǒng)與阿基米德螺旋線圈構(gòu)成一個(gè)電流通路。
[0007]所述散熱系統(tǒng)包括散熱風(fēng)扇和氣流導(dǎo)向裝置，散熱風(fēng)扇和氣流導(dǎo)向裝置的電源線均與市電電源線連接，由市電直接供電工作。所述散熱裝置使用風(fēng)冷的方式給充電電阻和放電電阻散熱。
[0008]所述磁場(chǎng)線圈為阿基米德螺旋線圈，阿基米德螺旋線圈有圓周端和圓心端兩個(gè)端口，圓心端與放電電阻的一端連接，圓周端與儲(chǔ)能電容的負(fù)極連接并接地。
[0009]進(jìn)一步的，所述高壓電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)換為最高電壓30kV的直流電，最大直流電流為24mA。
[0010]進(jìn)一步的，所述放電開(kāi)關(guān)是自行研制的自擊穿空氣開(kāi)關(guān)，所述放電開(kāi)關(guān)包括放電電極、充氣裝置、氣壓測(cè)量?jī)x。所述放電電極密封在氣腔內(nèi)，通過(guò)充氣裝置對(duì)氣腔的氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)氣壓測(cè)量?jī)x所顯示的氣壓可計(jì)算出放電開(kāi)關(guān)的擊穿電壓。所述放電正負(fù)電極之間的介質(zhì)為空氣，通過(guò)充氣裝置和氣壓測(cè)量?jī)x調(diào)節(jié)正負(fù)電極之間空氣的氣壓來(lái)調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的擊穿電壓。當(dāng)開(kāi)關(guān)電極之前的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到擊穿電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)立刻導(dǎo)通。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)正負(fù)電極之間空氣介質(zhì)的壓強(qiáng)來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的擊穿電壓，放電電極上的電壓上升速度是由充電電源的充電速度來(lái)決定，由此來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的放電頻率。
[0011]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案后，主要具有如下的有益效果:
[0012]1、本發(fā)明采取充電電感和充電電阻進(jìn)行充電，能夠有效的抑制充電電流的突變和充電電流的幅值，使高壓電源模塊穩(wěn)定持續(xù)的對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，提高了電源的充電速度和儀器輸出的重復(fù)頻率。
[0013]2、本發(fā)明中脈沖電流形成系統(tǒng)采取緊湊型的布局結(jié)構(gòu)方式，使充電電容與開(kāi)關(guān)的長(zhǎng)度之和等于放電電阻的長(zhǎng)度，兩者平行緊密排列，該布局方式使電路的雜散電感達(dá)到最小，提尚感應(yīng)電場(chǎng)的幅值。
[0014]3、本發(fā)明中充電電容的正極與放電開(kāi)關(guān)正極連接，放置在底層，使操作人員難以觸碰到高壓，提高了儀器的安全性。
[0015]4、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種平面型阿基米德螺旋線圈，線圈一共7匝、外徑為21_，線圈通過(guò)PCB電路板的方式制作，覆銅厚度為70 μ m、寬度為10mm，在線圈的兩個(gè)端點(diǎn)處設(shè)計(jì)過(guò)孔，該過(guò)孔用于將線圈串聯(lián)到儲(chǔ)能電容和放電電阻之間。在線圈表面Imm處產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)55.9kV/m，感應(yīng)電場(chǎng)的均勻度達(dá)84%。
[0016]5、該裝置采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便拆卸與組裝。整機(jī)體積小，集成化程度高，操作簡(jiǎn)便，對(duì)于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地要求極低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]本發(fā)明的裝置可以通過(guò)附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的電路原理圖
[0020]圖3為實(shí)例I的脈沖電流形成系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)圖的正視圖；
[0021]圖4為實(shí)例I的脈沖電流形成系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)圖的側(cè)視圖；
[0022]圖5為實(shí)例I的阿基米德螺旋線圈不意圖；
[0023]圖6為實(shí)施例1的感應(yīng)電場(chǎng)的分布圖(線圈表面Imm處)。
[0024]圖中:101為高壓電源模塊，102為充電電感，103為充電電阻，202為儲(chǔ)能電容，202為放電電阻，3為放電開(kāi)關(guān)，301為放電電極，302為充氣裝置，303為氣壓測(cè)量?jī)x，4為散熱系統(tǒng)，5為磁場(chǎng)線圈。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0027]如圖1?6所示，一種基于阿基米德螺旋線圈的高強(qiáng)度均勻感應(yīng)電場(chǎng)發(fā)生器，主要包括電源系統(tǒng)1、脈沖電流形成系統(tǒng)2、放電開(kāi)關(guān)3、散熱系統(tǒng)4、磁場(chǎng)線圈5。
[0028]所述的電源系統(tǒng)，包括高壓電源模塊101、充電電感102、充電電阻103。所述的高壓電源模塊101為市購(gòu)模塊，其輸出的最高電壓幅值30kV、最大電流幅值24mA直流電。所述的充電電感102由導(dǎo)線纏繞環(huán)形納米晶磁芯繞制，電感數(shù)值為5.2mH，用于限制高壓電源模塊101在儲(chǔ)能電容放電瞬間的電流突變。所述充電電阻103為市購(gòu)元件，其阻值為300k Ω，