不可逆电穿孔多因素动态电导率模型的研究与分析

不可逆电穿孔肿瘤治疗技术以其独特的非热、可控及微创等特点引起学者的广泛关注.运用准确的术前仿真模型预估消融疗效是实现精准治疗的重要手段,其中组织电导率动态变化的数值表达是准确描述组织内部电场分布的关键.该文在传统电导率模型仅考虑脉冲电场强度及温度影响的基础上,以马铃薯组织为研究对象,运用平行板电极对该组织的电导率进行测量,表征不可逆电穿孔多脉冲累积作用下组织电导率的动态发展规律,并建立随脉冲电场强度、脉冲数目及温度变化的多因素电导率模型.基于建立的数值模型,在针电极施加500V、700V及1000V电压下,流经组织的电流模拟值与实验实测值相对误差平均值低于4％,远小于传统电导率模型与实验电流的误差,验证了模型的准确性.因此,该文提出的电导率多因素模型能够更加准确地描述多脉冲作用下的组织状态变化,为不可逆电穿孔肿瘤术前精准治疗计划的制定奠定理论基础.     

纳秒快脉冲下气体开关的过电压击穿

纳秒快脉冲过电压击穿方式适合应用于长寿命高同步两电极气体开关.基于过电压击穿型气体开关的工作机制,建立了气体间隙在脉冲过电压击穿模式下击穿电压和时延的统计数学模型,该模型证明电极表面微观场强、间隙气压、初始电流大小、触发电压上升陡度等关键电气参数对间隙击穿分散性有重要影响.提出了纳秒快脉冲下气体开关过电压击穿参数的等效计算方法.实验证明,对于一般工况条件下的石墨电极气体开关,随着气压间距乘积值的增大和脉冲变化梯度超过一定门限值,纳秒快脉冲过电压击穿过程会逐渐由经典流注理论向快电子击穿修正理论过渡.快电子效应导致的电场增强系数在1.2～2.4之间变化.     

不同电极间距下纳秒脉冲表面介质阻挡放电分布特性

电极间距是表面介质阻挡放电(SDBD)的一个重要结构参数。通过实验研究和仿真计算,研究电极间距对纳秒脉冲SDBD等离子体分布特性的影响,并从理论上分析类弥散和离散通道两种等离子体分布的形成机制。实验研究表明,电极间距是造成两种典型特性及不同等离子体分布的关键结构参数。通过对放电区域外电场的仿真计算发现,不同电极间距下外电场分布形态和数值的差异,是形成两种不同等离子体分布模式的直接原因。结合气体放电基本理论,分析认为:等离子体类弥散分布是由于流注前向发展和横向激发电离同时在起作用,而离散通道分布是因为流注通道以前向发展为主、横向电离作用较弱;两种等离子体分布模式形成的根本原因在于电场随时间的增大率和随空间的减小率以及流注通道的发展速度之间的匹配。     

靶向金纳米棒联合纳秒脉冲电场对体外A375黑色素瘤2D模拟组织的消融效果研究

为改善纳秒脉冲电场(nsPEF)治疗肿瘤的电气安全性,在证实靶向金纳米棒联合低强度nsPEF可有效杀伤离体肿瘤细胞的基础上,该文进一步研究该联合治疗方法对体外黑色素瘤2D模拟组织的消融效果.首先,使用叶酸修饰后的靶向金纳米棒结合A375黑色素瘤细胞,并通过暗场显微观察验证了其靶向结合效果.然后,对靶向修饰的A375黑色素瘤2D模拟组织施加不同参数(电压、脉冲宽度和脉冲个数)的nsPEF,通过钙黄绿素试剂进行活细胞染色,在荧光显微镜观察下得到肿瘤细胞的消融图像和消融面积.将Comsol有限元仿真得到的电极附近的电场强度分布结果与消融图像的边界进行拟合,得到不同参数下的阈值电场强度大小.结果表明,在不同脉冲参数下,靶向金纳米棒的加入较单独施加nsPEF时的消融面积增加约11.9％～74.9％,阈值电场强度降低约18.2％～25.0％.该文的研究为靶向金纳米棒联合低强度nsPEF更安全、高效治疗肿瘤的进一步动物实验奠定了基础.     

电脉冲破岩实验高压脉冲电源设计

为满足电脉冲破碎红砂岩实验对高压脉冲电源要求,采用模块化思想设计了基于Marx发生器的高压脉冲电源.设计输出峰值电压为10 kV的单电路板并进行仿真分析,然后由3个单电路板串联设计红砂岩破岩用高压脉冲电源.实验结果表明,高压脉冲电源输出电压约26 kV、脉宽约28.5μs、上升沿小于500 ns;采用25 mm间距电极...     

基于遗传算法的不可逆电穿孔肿瘤消融治疗计划的优化

不可逆电穿孔作为一种新型微创肿瘤治疗方案,经过近10 a的发展已进入临床实验阶段。临床实验发现不可逆电穿孔肿瘤治疗效果在很大程度上取决于治疗计划是否完善。然而目前缺乏对于不可逆电穿孔临床治疗计划的优化,仅借助于简单的电场分布计算以及实验经验来确定方案。为解决这一问题,运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics建立了不同尺寸的球形、椭球形肿瘤模型及其周边正常组织数值模型;基于遗传算法对电极布置以及脉冲参数进行了优化,实现肿瘤组织完全消融而正常组织损伤最小的优化目标。考虑到实际硬件条件以及安全情况,脉冲电压幅值不可能无限增大,所以限制脉冲电压幅值在3 000 V以内。当肿瘤体积较小时,2针足以完全消融肿瘤,但是随着肿瘤体积的增大,所需电压以及对正常组织的损伤也随之增大,2针下正常组织损伤体积与肿瘤体积之比最大达到0.986 2。随着肿瘤体积进一步增加,需要增加电极针数,此时完全消融肿瘤所需电压有所降低,减少了对正常组织的损伤。借助遗传算法实现了对不同尺寸、不同形状肿瘤的完全消融,得出了最佳的电极布置以及脉冲参数的最优选择,为不可逆电穿孔临床应用推广奠定坚实的基础。     

大气压辉光放电向弧光放电的转化特性研究

实现稳定的大气压空气辉光放电一直是一个难题,放电极易转换成电弧,且转换时间非常短。基于针-针,针-板两种电极结构,利用MAXWELL 2D仿真软件,分析电极间的电场分布;计算了氮气、氧气所需要的击穿场强,采用脉冲电源驱动,测量放电过程的转换时间。研究显示:两种电极的电场分布和场强最大值不同;放电转化时间为几十纳秒。相同外界条件下的针-板电极比针-针电极具有更大的场强最大值,空间平均场强也比针-针电极大;1 mm间距下的针-针电极击穿时间为25 ns,针-板电极为20 ns。为研究大气压脉冲放电,以及研制纳秒级脉冲功率电源提供了一个时间参数。     

面向临床多针消融肿瘤的不可逆电穿孔量效关系模型

在不可逆电穿孔肿瘤治疗临床应用中,由于电场脉冲产生的消融区域较小,因此对于肿瘤尺寸较大的病患,需采用多电极治疗以实现肿瘤组织的完全消融。然而,目前多针治疗仍延用两针治疗效果的叠加进行预测,不利于制定精确的治疗计划。针对此问题,该文基于多电极作用下不可逆电穿孔肿瘤消融的电场分布与消融效果,建立适用于多电极治疗方式的数值模型。基于电导率模型分析,建立考虑多针治疗情况下累积效应的量效关系模型,并通过电压为500V、600V、700V、800V及1 000V的脉冲作用下马铃薯组织消融实验,比较不考虑多针累积效应的传统模型、叠加模型及量效关系模型的预测结果。结果表明量效关系模型的准确性和可行性(平均误差低于5.04%),能够用于多针治疗方式的术前治疗方案指导,为不可逆电穿孔临床应用中治疗方案的制定提供理论与数据支撑。     

协同纳微秒的全固态脉冲发生器研制

高压窄脉冲与低压宽脉冲的协同方式可显著增强不可逆电穿孔(irreversible electroporation,IRE)的杀伤效果,扩大消融体积。为了深入研究协同脉冲增强不可逆电穿孔杀伤机制,设计了一种能灵活产生高压纳秒–低压微秒的协同脉冲序列的全固态脉冲发生器拓扑结构;基于现场可编程门阵列,搭建了满足控制时序要求的固态开关控制平台;最终研制了一套灵活产生协同脉冲的全固态脉冲发生器,并进行了样机的性能测试与实验验证。结果表明:该脉冲发生器能有效产生协同脉冲序列并增强细胞杀伤效果;该脉冲源可输出的纳秒脉冲参数为:电压幅值0～10 kV可调、脉宽100 ns～1μs可调、在100Ω负载下电流幅值可达100 A,微秒脉冲参数为:电压幅值0～3 kV可调、脉宽5～100μs可调、在100Ω负载下电流幅值可达30 A,且纳秒与微秒脉冲间隔时间任意可调。经过实验验证,全固态协同脉冲发生器的输出参数、样机性能满足协同脉冲诱导IRE相关生物实验需求,对于进一步研究协同脉冲的生物电学效应奠定了硬件基础。     

基于静态与动态电导率的组织不可逆电穿孔电-热耦合场及消融效果分析

不可逆电穿孔肿瘤消融治疗前对组织内部电-热耦合场的分析计算是实现肿瘤组织有效消融的关键所在,但目前对于多针系统下考虑组织电导率动态变化的真实组织内部电–热耦合场分布还缺乏系统研究。为此,首先通过二维有限元模型,量化分析了静态电导率与动态电导率模型下组织电场分布与电导率分布的差异。随后,根据患者肿瘤医学影像,重建了包含肿瘤的肾脏组织三维模型,研究了多脉冲下电–热耦合场分布及消融效果。研究结果表明,相同脉冲参数下,动态电导率模型得到的消融尺寸在垂直于电场方向上始终大于静态电导率模型;平行于电场方向上,随着场强的增大,动态电导率模型的消融尺寸出现先小于后大于静态电导率模型的现象,且动态电导率模型计算得到的消融面积(或体积)均更大;动态电导率模型下的组织温度分布同样显著区别于静态电导率模型。因此,采用动态电导率模型进行术前的治疗参数确定有利于达到最佳的肿瘤消融效果,并最大限度地降低对正常组织的损伤。     

小功率金卤灯再启动特性机理的探讨

利用专门设计的金卤灯再启动特性测试仪记录了金卤灯再启动特性的若干典型曲线，对某些异常特性的发生机理进行了分析，找到了它们与金卤灯内在质量的联系，研究表明通过测量金卤灯的再启动特性可以方便地诊断金卤灯的内在质量。     

Some aspects of technology of use of electrical objects on the basis of methods of short-term forecasting of technical condition

Some aspects of the technology of using electrical equipment on the basis of statistical (stochastic) methods for short-term forecasting are considered. The experimental (calculating) part includes construction and testing of specific forecasting models in order to ground their further application.     

用相似理论设计确定系列电机的主要性能参数

以系列电冰箱（柜）用压缩机的电动机为例,详细介绍利用基本相似理论设计,确定系列电动机主要性能参数及尺寸的方法和步骤,并介绍优先数及其在设计中的应用,解决如何将基本相似理论运用到系列电机设计中的难题,为工程技术人员指明了一条简便,快捷的设计途径,亦为推广应用基本相似理论提供了一个范例。     

加快黄河北干流梯级开发的思考

根据规划在黄河北干流上布置万家寨、龙口、天桥、碛口、古贤、甘泽坡6座水利枢纽工程。北干梯级开发可有效控制和管理黄河的水沙关系、洪水;改善生态环境,使水资源得到合理利用;向华北电网提供大量电力,对秦晋2省工农业、通航和旅游等具有促进作用,并带动地方经济的发展。     

重庆城市照明发展问题研究

城市夜间形象塑造是全国许多城市建设的一个热点,文章结合重庆城市照明发展现状,对重庆城市夜间形象效果、存在的问题,建议等方面作了介绍。     

水口水电厂机组顶盖排水控制系统改造

简述了水口水电厂机组顶盖排水控制系统改造的必要性,介绍了系统改造方案,指出了系统调试的注意事项,提出了系统改进建议。     

一种考虑了负荷特性的企业电网潮流算法

大型企业电网的负荷特性主要表现为感应电动机群特性,为了改进现在常用的电力系统潮流算法中用恒功率模型来表征节点负荷,不能满足工程精度要求的问题,提出了在对企业电网负荷节点电动机群进行等效变换后,引入负荷特性的潮流计算的思路,在此基础上进行了理论推导,并经过现场实测数据,进行了仿真。仿真结果表明,负荷特性的潮流计算方法符合企业工程精度要求,可以达到提升业电网潮流计算结果在精确度、实用度等方面的要求,具有一定的理论和工程意义。     

变电站隔离闸刀触头的检修方法

电网运行中GW4、GW5、GW7等型隔离闸刀触头容易发热,影响变电设备的操作和安全运行;通过分析闸刀触头发热的原因,找出处理发热的办法,以解决触头发热的问题,促进电网安全生产和稳定运行。     

动态信号分析仪示值误差测量结果的不确定度评定

介绍了用直接测量法评价动态信号分析仪的频谱幅值和频率指标时,测量结果的不确定度分析和评定过程.讨论了影响频谱幅值示值误差和频率示值误差的测量不确定度的几个主要来源.通过实例,给出了频谱幅值示值误差和频率示值误差的不确定度分析和评定结果.