[发明专利]一种基于阿基米德螺旋线圈的高强度均匀感应电场发生器

说明书

技术领域

本发明涉及生物电磁技术领域，具体涉及一种基于阿基米德螺旋线圈的高强度均匀感应电场发生器。

背景技术

恶性肿瘤已成为威胁人类生命健康的最主要疾病，然而目前肿瘤的主要治疗手段还停留在传统的外科手术治疗、放射治疗和化学治疗，传统的治疗方法都存在较大的副作用。脉冲电场治疗肿瘤需要将电极针插入体内，对人体构成创伤和生物相容性等问题。然而，脉冲磁场治疗肿瘤具有无接触、无疼痛、无伤害等优点。脉冲磁场在生物组织内产生感应电场和感应电流是其产生生物效应的主要机理，脉冲磁场在细胞内所产生的感应电流与磁场相互作用的力密度将细胞破坏，感应电流会直接作用于细胞膜，电流对细胞表面有电化效应，该效应会影响激素-受体的相互作用、腺苷酸酶活性、钙离子浓度和膜的离子运输能力，甚至使细胞膜破裂，从而影响细胞的生理功能，抑制细胞生长。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种基于阿基米德螺旋线圈的高强度均匀感应电场发生器，该装置通过LRC放电电路产生脉冲电流，产生的脉冲电流通入阿基米德螺旋线圈产生脉冲磁场，在线圈的表面区域产生平行于线圈平面的感应电场。该感应电场幅值高、分布均匀、覆盖范围仅为线圈所在区域。该线圈贴近于体表的肿瘤组织时，感应电场集中于线圈所覆盖范围的组织，而不会对周围正常组织产生影响，这样可以达到无接触、无创、精确治疗肿瘤的目的。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于阿基米德螺旋线圈的高强度均匀感应电场发生器，实质上是一种基于变化率高达4.3×10¹⁰A/s的脉冲电流发生器和阿基米德螺旋线圈构成的脉冲磁场发生器，该发生器能够在线圈表面区域产生高强度均匀感应电场，该发生器包括高压电源系统、脉冲电流形成系统、放电开关、散热系统、磁场线圈。

所述电源系统，包括高压电源模块、充电电感和充电电阻。所述高压电源模块的正极通过导线与充电电感一端连接，充电电感的另一端通过导线与充电电阻的一端连接，充电电阻的另一端通过导线与脉冲电流形成系统的储能电容的正极连接，储能电容的负极利用导线与高压电源模块的负极连接并接地。

所述脉冲电流形成系统包括储能电容、放电开关和放电电阻。所述储能电容的正极与放电开关的正电极连接，放电开关的负电极与放电电阻的一端连接，放电电阻的另一端与磁场线圈中的阿基米德螺旋线圈圆心端连接，阿基米德螺旋线圈的圆周端与储能电容的负极利用导线连接并接地，脉冲电流形成系统与阿基米德螺旋线圈构成一个电流通路。

所述散热系统包括散热风扇和气流导向装置，散热风扇和气流导向装置的电源线均与市电电源线连接，由市电直接供电工作。所述散热装置使用风冷的方式给充电电阻和放电电阻散热。

所述磁场线圈为阿基米德螺旋线圈，阿基米德螺旋线圈有圆周端和圆心端两个端口，圆心端与放电电阻的一端连接，圆周端与储能电容的负极连接并接地。

进一步的，所述高压电源模块将220V交流电转换为最高电压30kV的直流电，最大直流电流为24mA。

进一步的，所述放电开关是自行研制的自击穿空气开关，所述放电开关包括放电电极、充气装置、气压测量仪。所述放电电极密封在气腔内，通过充气装置对气腔的气压进行调节，通过气压测量仪所显示的气压可计算出放电开关的击穿电压。所述放电正负电极之间的介质为空气，通过充气装置和气压测量仪调节正负电极之间空气的气压来调节该系统的击穿电压。当开关电极之前的场强达到击穿电压时，开关立刻导通。通过调节开关正负电极之间空气介质的压强来调节开关的击穿电压，放电电极上的电压上升速度是由充电电源的充电速度来决定，由此来调节开关的放电频率。

本发明采用以上技术方案后，主要具有如下的有益效果：

1、本发明采取充电电感和充电电阻进行充电，能够有效的抑制充电电流的突变和充电电流的幅值，使高压电源模块稳定持续的对储能电容进行充电，提高了电源的充电速度和仪器输出的重复频率。

2、本发明中脉冲电流形成系统采取紧凑型的布局结构方式，使充电电容与开关的长度之和等于放电电阻的长度，两者平行紧密排列，该布局方式使电路的杂散电感达到最小，提高感应电场的幅值。

3、本发明中充电电容的正极与放电开关正极连接，放置在底层，使操作人员难以触碰到高压，提高了仪器的安全性。