基于测量脉冲反馈信号的组织电穿孔动态过程分析

为深入研究脉冲电场与生物组织的相互作用机制,通过在脉冲处理全过程施加低压测量脉冲的方式,探究了组织电穿孔过程的动态变化,分析了组织的电容效应、电穿孔过程中的形成与释放。研究结果表明：生物组织作为电阻电容性负载,在脉冲电场作用下发生复杂电穿孔形式（可逆电穿孔、不可逆电穿孔）,脉冲参数大小可调控所诱导发生的电穿孔形式,在传统脉冲（脉冲宽度为100μs,重复频率为1 Hz,电场强度为100~1 000 V/cm）作用下,随着脉冲个数增加,电穿孔程度增加,组织由可逆电穿孔向不可逆电穿孔形式转变;同时,脉冲期间电穿孔的释放主要发生在ms级时间内,1 s时间后以不可逆电穿孔占主导形式。综上所述,通过测量脉冲反馈信号的分析进一步了解了脉冲与生物组织或细胞的相互作用机制,建议通过此反馈信号来建立电穿孔效果实时评估体系,结合实际的电场分布、热场分布以及电穿孔消融阈值,从而更加准确地模拟脉冲电场作用下的处理效果,为进一步深入了解脉冲电场作用下组织的生物电效应,推进脉冲电场的应用提供理论依据。     

皮秒脉冲电场调控大鼠运动皮层神经元spike发放的初步研究

近年来,皮秒脉冲电场诱导的生物电效应逐渐引起了国内外研究学者的关注。现有细胞实验已经初步证实,皮秒脉冲电场对神经元细胞及其动作电位有一定影响。然而,目前国内外尚未见皮秒脉冲对神经元spike发放影响的相关研究报道,皮秒脉冲对动物神经元spike发放的调控效果仍为一个未知数。为此,基于可调式皮秒脉冲发生器（最大峰值电压–1 000 V,半高宽550 ps,上升时间150 ps,重复频率0~10 k Hz可调）,以大鼠运动皮层神经元为实验对象,有效开展了皮秒脉冲对大鼠运动皮层电生理活动影响的研究,初步探讨了皮秒脉冲幅值、重复频率及作用时间等对大鼠运动皮层神经元spike发放的影响。实验发现：大鼠运动皮层神经元spike发放的改变与皮秒脉冲幅值、重复频率及作用时间密切相关。当皮秒脉冲电压幅值绝对值大于1 k V时,神经元spike发放开始出现变化。随着皮秒脉冲重复频率的增大,神经元spike发放有先增强后抑制的趋势。随着皮秒脉冲作用时间的增加,神经元spike发放出现增强或抑制效果的频率响应窗口均提前。     

高频双极性脉冲诱导SKOV–3细胞生物电效应的实验研究

不可逆电穿孔技术以其非热、微创的独特优势而广泛应用于肿瘤治疗领域,但在治疗过程中会出现消融不彻底与肌肉收缩这2个问题;高频双极性脉冲作为新式脉冲形式可在肿瘤组织中产生均匀电场来解决肌肉收缩难题,同时与传统脉冲相比能有效缓解肌肉收缩。为此,以SKOV–3细胞为研究对象,采用CCK–8检测细胞活性,采用JC–1荧光探针分子观察线粒体膜电位变化,采用免疫组化技术检测凋亡蛋白表达。研究发现：传统单极性脉冲对肿瘤细胞的杀伤机理主要是对细胞膜的不可逆破坏,继而导致细胞坏死;ns高频双极性脉冲虽然与传统脉冲具有相同的电场强度与高电平时间,但却不能有效杀死肿瘤细胞;而μs高频双极性脉冲不仅能有效诱导细胞坏死,而且通过活性检测发现也可能诱导细胞凋亡;进一步研究发现,μs高频双极性脉冲能作用于线粒体使线粒体膜电位崩溃;同时也检测出BAX、BCL–2、Caspase–3和Caspase–9凋亡蛋白的表达。该研究结果表明μs高频双极性脉冲不仅可诱导细胞坏死,而且可启动线粒体凋亡程序来杀死细胞。     

基于有限元法的色散球形细胞在纳秒脉冲下的跨膜电位仿真

为研究频率色散效应对细胞跨膜电位的影响,采用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics建立球形细胞5层介电模型,分别从频域和时域角度研究纳秒脉冲作用时色散效应对细胞膜跨膜电位的影响规律。结果表明,引入色散效应后细胞膜跨膜电位在107 Hz开始显著大于未包含该效应的结果,且随着频率的增加二者差距不断增大;107 Hz时,引入色散效应的跨膜电位在细胞膜半圆弧长上几乎处处高于未包含该效应的结果;脉宽为600 ns和60ns的时域纳秒脉冲作用时,引入色散效应的跨膜电位在时间和空间分布上都高于未包含该效应的结果,且随着脉宽的降低,二者差距不断加大。研究结果从理论上证明了只有引入频率色散效应才能正确预测纳秒脉冲的生物电效应以及更好地制定治疗计划。     

局部放电混合信号的盲分离

气体绝缘组合电器(GIS)内部结构的复杂性和绝缘缺陷类型的多态性导致可能同时存在多种绝缘缺陷。为此对两种组合绝缘缺陷产生的局部放电(PD)混合信号进行了分离研究,针对PD混合信号的特点,提出采用非平稳源分离(SONS)算法,对由两种单一实测绝缘缺陷产生的PD信号构造的人工PD混合信号和实测的两组PD混合信号进行了分离,并用分离评价参数性能指标(PI)和信号干扰比(SIR)对分离效果进行了评价,结果表明,该分离方法能可靠地进行分离,有效恢复各单一PD源信号。同时,该分离算法可推广应用到两种以上PD混合信号的分离,为后续对组合绝缘缺陷的缺陷辨识提供方便。     

绝缘子污秽预测新特征量的泄漏电流时频特性分析

泄漏电流时域和频域成分中含有丰富的体现绝缘子污秽程度的信息量,为此,通过实验室反复试验,利用快速傅立叶变换(FFT)研究在不同污秽度下泄漏电流的频谱特性,从泄漏电流有效值和泄漏电流频谱两方面入手,提取出安全区泄漏电流的4个特征量:泄漏电流有效值的均值I-、最大值Imax和标准差σ及3次谐波与基波幅值比k,分析得出这4个特征量与污秽度分别呈指数拟合关系,并且泄漏电流有效值的3个特征量对污秽预测结果的影响各不相同。试验证明这4个特征量可以有效预测绝缘子污秽度水平,为污闪预警提供新特征量。     

脉冲电磁场促进骨折愈合的研究进展与展望

上世纪70年代,美国哥伦比亚大学Bassett率先将脉冲电磁场用于骨折治疗,证实了脉冲电磁场可以促进骨折愈合。经过30多年的发展,脉冲电磁场已作为一种非侵入的疗法成功运用于临床,并取得了非常好的效果。通过细胞实验研究、动物实验研究、临床应用研究、作用机理4方面综述了脉冲电磁场促进骨折愈合的研究进展,分析了影响脉冲电磁场作用效果的各种因素,并在此基础上介绍了此方面研究中还需进一步探讨的问题,以及脉冲电磁场用于治疗骨折的广阔应用前景。     

肿瘤治疗用陡脉冲磁场发生器的研制

为研究应用陡脉冲磁场治疗肿瘤,结合脉冲功率技术和现代电力电子控制技术研制了一套双指数衰减陡脉冲磁场发生器。在概述陡脉冲磁场发生器的基本原理的基础上,详细阐述了其两个主要组成部分陡脉冲形成电路和单匝Helmholtz线圈的具体设计要点和关键研制技术,其磁场磁感应强度幅值(0～1mT)、脉宽(160ns～55μs)、重复频率(1Hz～1kHz)大范围独立可调,通过选用快速开关器件、减小回路电感等措施提高陡度(上升时间为70～220ns),通过合理设计Helmholtz线圈结构与尺寸增大磁场均匀区域,该发生器的研制为陡脉冲磁场治疗肿瘤的进一步实验和机理研究奠定了基础。     

直击雷故障类型下雷电流分流系数仿真研究

雷电参数反演研究对采取有效防雷措施具有十分重要的意义。不同雷击故障类型的输电线路雷电流分布情况相差较大,给雷电流幅值反演带来极大困难,有必要对直击雷下的雷电流分布进行研究。以110 k V输电线路典型直击雷故障电流波为研究对象,首先介绍基于微分环的输电线路雷电流在线监测系统监测原理以明确杆塔分流系数相关量;其次,结合某110 k V输电线路实际参数,建立ATP-EMTP电磁暂态仿真模型;最后,分析不同波形及幅值的雷电流源在直击雷故障下的雷电流分布情况以统计分流系数变化规律。ATP-EMTP结果表明,不同波形的雷电流源下绕击闪络分流系数及其随幅值变化的变化规律相近,而不同波形雷电流源下反击的分流系数相差较大,其随幅值变化的变化规律均较为平稳。因此,雷电流参数反演计算时可根据不同直击雷故障类型采用相应的选择方案。