生物医用冲激脉冲辐射聚焦天线的设计与优化

ps级电场脉冲的宽度远小于生物组织的细胞核膜与细胞膜的充电时间常数(几十纳秒和几百纳秒),且具有丰富的超宽带频谱(几乎从直流到GHz),因而具有很高的时间分辨率和空间分辨率.文章提出一种由同轴TEM馈电的圆锥结构与椭球面反射器组成的超宽带冲激脉冲辐射天线,通过冲激脉冲辐射天线将高强度皮秒电场脉冲传输至生物组织浅层靶点位...     

染污绝缘子安全区泄漏电流检测中去除信号干扰方法

针对染污绝缘子安全区泄漏电流信号包含大量噪声干扰、很难准确提取其有效特征量的问题，利用4种小波阈值去噪方法对不同信噪比的实测安全区泄漏电流信号进行去噪，提取去噪前后的泄漏电流波形、有效值以及3次谐波与基波幅值比这3个特征量，对比分析了其去噪效果，优选出最适合安全区泄漏电流特征量提取的小波去噪方法。通过分析得出在信噪比大于1.0时，对于安全区泄漏电流波形和有效值，自适应阈值是最佳的去噪方法;对于3次谐波与基波的幅值比， 4种阈值去噪法获得的比值对真实比值的逼近效果基本一样。综合比较实测信号提取的各个特征量去噪前后的效果可知，自适应阈值法是提取安全区泄漏电流特征量的最佳去噪方法。     

皮秒脉冲细胞实验装置的设计与仿真优化

为在相同ps脉冲源输出电压下获得更高的电场强度以进行细胞实验,基于已有研究成果,设计了ps脉冲细胞实验装置,给出了信号不失真传输措施;并采用有限元法和CST建立了细胞实验装置的3维模型,综合考虑ps脉冲信号不失真传输、电场强度足够大以及电场均匀度良好3个重要指标后,对托针和电极池的相关参数进行了仿真优化。结果表明:采用所设计的实验装置传输电磁波时,其反射波幅值较小,并能产生强度较大的电场;托针直径对电极池中的电场分布具有影响,宽托针产生的电场更加均匀、反射波幅值更小;电极池中电场均匀度随极板厚度的减小先增大后减小。根据仿真结果,当托针直径取5 mm、极板厚度在0.66~0.70 mm之间时,电极池中的电场强度足够大且均匀度较好。     

毫秒脉冲磁场作用下细胞内带电粒子的受力分析

为从微观角度研究脉冲磁场生物效应的基础机理,通过构建细胞模型从理论上分析了细胞中带电粒子的力学环境,借助Comsol Multiphysics仿真软件分析了这些带电粒子的受力,并根据带电粒子的运动速度和运动轨迹研究了脉冲磁场参数对不同属性带电粒子受力的影响规律。结果表明:在带电粒子的各个受力因素中,感应电场力起主导作用,黏滞力限制了粒子的运动速度,Lorentz力的作用较小,且粒子整体受力小于感应电场力。脉冲磁场强度的变化率直接决定了感应电场力大小,是对粒子受力影响最大的波形参数,且变化率由脉冲波形幅值、上升沿时间和下降沿时间共同决定。电场力的方向会随着脉冲磁场的上升沿和下降沿发生交替改变,使带电粒子来回摆动;若上升沿和下降沿时间不相等,则粒子摆动距离不相等,此时带电粒子偏离原点的距离增大,呈进动式运动。     

不可逆电穿孔微创消融肿瘤技术的研究进展

肿瘤愈发成为人类健康的主要威胁。传统的手术切除、化学治疗存在一定的禁忌症,且易对患者身心造成巨大的伤害,物理消融治疗就是在这种背景下提出的。为此,在简要介绍目前临床应用较广的几种物理消融技术的基础上,由电穿孔现象及其应用出发,着重介绍了率先由我国研究人员提出的不可逆电穿孔消融肿瘤技术的发展历程及研究进展。尽管不可逆电穿孔治疗肿瘤技术的机理尚未完全探明,但该技术由于具有治疗时间短、病人术后恢复快、对正常组织损伤小等优势,且可避免热消融损伤的缺憾,所以已展现出广阔的应用前景。然而,相对于国外的成果迅速转化的优势以及临床快速推进,国内的临床推进相对缓慢,但不可逆电穿孔消融肿瘤方法逐渐为我国工程专家和临床医生所接受,目前亟需汇集技术、临床及资金等各方面力量,将该技术尽快实现成果转化进而推广到临床以造福患者。     

10 kV配网内外过电压在线监测系统及波形分析

在研制成功响应速度快、分压比准确的高压分压器以及采样速率可调的高速数据采集卡的基础上 ,过电压在线监测系统可通过计算机自动捕获电网中出现的内外过电压波形。该系统可实时判断过电压的有无 ,完整记录过电压发生前后的实际变化过程 ,并能缩放波形。根据现场采集到的部分过电压波形样本 ,结合运行记录 ,分析了过电压的类别和发生的原因。监测结果可为电力系统的事故分析、电网规划及安全防范等提供科学依据     

基于网格传输网络模型的高频纳秒脉冲串作用下单细胞穿孔特性仿真

为研究高频纳秒脉冲串作用下细胞的穿孔特性,采用Matlab仿真软件对含核膜的典型二维单细胞空间区域进行离散,建立其网格传输网络模型,并对模型中的单元节点赋予电传输与孔传输双向耦合特性,以空间每个节点的电位及内外膜上每对节点不同孔半径下的孔密度为未知量,建立常微分方程组并进行求解。仿真模拟单细胞在电场强度为5k V/cm、脉宽250ns、上升沿30ns、仿真总时长为10s的10串高频纳秒脉冲作用下的电穿孔动态变化过程,并研究了串内脉冲个数及频率对内外膜穿孔规律的影响。结果表明:多脉冲作用时,穿孔数量基本不变,穿孔半径有一定的累积效应;重复脉冲串可以在一定程度上延缓孔数量衰减的幅度;增加串内脉冲个数可少量增加外膜孔数量,不会影响核膜孔数量;增加串内脉冲频率基本不会影响外膜孔数量,但可大幅度增加核膜孔数量。本文的仿真结果进一步丰富了脉冲电场作用于生物细胞的穿孔机制。     

铁磁元件铁心损耗的低频测量方法

变压器出厂实验需要测量其空载励磁特性、空载损耗和负载损耗。空载损耗主要是铁损耗,测量空载损耗时往往要施加一个容量较大的工频电源。为了减小实验电源容量,使测量设备便携化,提出一种采用低频电源代替工频电源测量铁磁元件铁心损耗的低频测量法。该方法通过施加几个频率的低频电压,测量低频下的铁损耗PFe,得到不同频率的E/f(电动势/频率)-PFe曲线,再通过样条插值法计算频率不同、E/f相等时的铁损耗,根据最小二乘原理计算折算至工频下的铁损耗。并在单相变压器和电流互感器中开展实验,采用15,20,25 Hz的折算结果与工频50 Hz实测结果的相对误差ε5%,相对误差标准差σε0.9。结果表明,该方法折算准确度高、稳定性好,并减小了实验电源容量。     

基于场-路复合模型的细胞内外膜跨膜电位时频特性

为研究脉冲电场的生物医学效应机理,基于多层介质电场模型建立了球形单细胞的场-路复合模型,提出了内外膜跨膜电位与外加电场之间传递函数的计算方法,分别分析了脉冲电场作用下内外膜跨膜电位的时域特性与频率特性.时域分析表明,不同的脉宽导致外加电场对内外膜具有不同的选择性作用.频域分析表明,细胞内外膜分别具有带通和低通滤波性能,...     

ns脉冲电场诱导细胞脂双层膜电穿孔的仿真分析

为探讨ns脉冲电场诱导细胞器膜产生电穿孔的机理,采用分子动力学软件从原子水平上分析了ns脉冲电场作用下细胞脂双层膜电穿孔形成及其孔径随时间变化的过程,研究了电穿孔形成的机理。结果表明,脂质分子的偶极子在脉冲电场作用下的振动和转动导致脂双层膜出现初始缺损并诱导脂双层膜电穿孔;电穿孔初期的多微孔间存在耦合关系;在4～5 ns内电穿孔形成并达到动态稳定。结果与细胞脂双层膜的粗粒化模型计算吻合较好,为电穿孔技术在生物医学等方面的应用提供了理论指导。