導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物醫(yī)學(xué)電磁技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞： 生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè) 醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與儀器 產(chǎn)學(xué)研人才培養(yǎng)模式 課程群

在美國(guó)及歐洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，早在上世紀(jì)50年代就指出生物醫(yī)學(xué)工程的重要性，目前海外知名高校均設(shè)有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，本專業(yè)世界排名前三位的高校分別是美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)、哈佛大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)招生分?jǐn)?shù)在這幾所學(xué)校中也往往遠(yuǎn)高于其他專業(yè)，其畢業(yè)生也受到其他各大高校研究室、大型生物醫(yī)學(xué)研發(fā)企業(yè)和各大醫(yī)院青睞，畢業(yè)后發(fā)展前景良好。

目前，全國(guó)設(shè)置生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高校達(dá)140所左右，在天津市開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的高校僅有天津大學(xué)、天津醫(yī)科大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)和天津工業(yè)大學(xué)，其他天津市市屬高校均未開設(shè)該專業(yè)。其中天津大學(xué)以光學(xué)儀器為專業(yè)特色，天津醫(yī)科大學(xué)以醫(yī)學(xué)背景為主解決一些臨床存在的工程問題，河北工業(yè)大學(xué)以電磁計(jì)算為專業(yè)特色。

天津市把醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)作為調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中重點(diǎn)培育的新興產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)醫(yī)藥器械研發(fā)的產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合，支持醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)走“專、精、特、新”道路，著力培育醫(yī)療器械特色產(chǎn)業(yè)。天津市人才的需求情況：2013年，天津市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值突破1000億元。生物醫(yī)藥企業(yè)2000余家。2012年，主營(yíng)業(yè)務(wù)收入超過百億元企業(yè)3家，50～100億元企業(yè)3家，10～50億元企業(yè)6家，1～10億元企業(yè)58家。天津市醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)284家（2013年底統(tǒng)計(jì)），其中規(guī)模以上企業(yè)共36家，醫(yī)療器械注冊(cè)企業(yè)2500余個(gè)。技術(shù)服務(wù)企業(yè)：行業(yè)產(chǎn)值近億元。因此天津市急需這方面的高端專業(yè)人才。

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的專業(yè)之一，為適應(yīng)我國(guó)和天津市“十三五”經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技發(fā)展的需要，推動(dòng)“天津市醫(yī)療儀器產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展，天津工業(yè)大學(xué)設(shè)置了天津市首個(gè)專門以培養(yǎng)醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)及儀器方向高端專業(yè)人才為主的“生物醫(yī)學(xué)工程”本科專業(yè)。本專業(yè)在與學(xué)校辦學(xué)定位和專業(yè)結(jié)構(gòu)布局相統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)復(fù)合型人才，增強(qiáng)學(xué)生工程技術(shù)和工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，逐步形成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式。為了適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，天津工業(yè)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)2012年本成為“天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)”理事單位；2013年成為“天津?yàn)I海新區(qū)轉(zhuǎn)換醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟”理事單位；2014年與中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所共同組建“天津市醫(yī)學(xué)電子診療技術(shù)工程中心”；2015年成為“中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)健康工程分會(huì)”成員，這些發(fā)展都是為了加快發(fā)展產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式。

課程建設(shè)總體思路是按照目前的專業(yè)定位進(jìn)行課程的建設(shè)，形成以《生理學(xué)》、《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》、《傳感器與醫(yī)學(xué)工程》、《醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)》、《嵌入式系統(tǒng)》、《醫(yī)學(xué)成像新技術(shù)》、《醫(yī)學(xué)儀器概論與標(biāo)準(zhǔn)》等為核心課程，構(gòu)建醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)及儀器為方向的課程群，帶動(dòng)整個(gè)生物醫(yī)學(xué)工程課程體系的建設(shè)和發(fā)展。

本專業(yè)開設(shè)的主要理論課程有：高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)（C）、大學(xué)物理、電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、高頻電子、生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)、人體解剖、生理學(xué)、工程光學(xué)、傳感器與醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)成像新技術(shù)、醫(yī)學(xué)儀器概論與標(biāo)準(zhǔn)、嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理及DSP技術(shù)、EDA原理及應(yīng)用、電磁場(chǎng)與電磁波、通信原理、虛擬儀器技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)、電磁兼容、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、生命科學(xué)導(dǎo)論等。

主要實(shí)踐課程有：電路理論實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)、生理學(xué)實(shí)驗(yàn)、傳感器與醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)成像新技術(shù)實(shí)驗(yàn)、電工實(shí)踐、電子實(shí)踐、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐（1，2）、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)專題實(shí)踐、生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)踐1（偏重醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)原理與方法）、生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)踐2（偏重醫(yī)學(xué)電子儀器的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)）、畢業(yè)實(shí)踐、畢業(yè)設(shè)計(jì)。

本專業(yè)畢業(yè)生可以在培養(yǎng)具有生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)理論與方法、醫(yī)學(xué)電子儀器設(shè)計(jì)等方面知識(shí)和能力，德智體全面發(fā)展，能在生命科學(xué)研究領(lǐng)域、醫(yī)療儀器及器械領(lǐng)域、健康產(chǎn)品領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)單位等從事研究、設(shè)計(jì)、市場(chǎng)、銷售、教學(xué)、管理和服務(wù)等方面工作，具有醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)及儀器方向的創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才，適應(yīng)國(guó)家和天津市“十三五”的醫(yī)療儀器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。本專業(yè)學(xué)制四年，學(xué)生畢業(yè)后可獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位。

篇2

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子、電氣設(shè)備進(jìn)入了人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。其中在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：滅菌（食品、流動(dòng)票劵、飼料等）、診斷（CT等）、理療（高頻、微波）、手術(shù)（激光手術(shù)刀、微波手術(shù)刀）等。但這些設(shè)備在正常運(yùn)行的同時(shí)也向外輻射電磁能量，可能對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生不良的影響，甚至造成嚴(yán)重的危害，這就是電磁干擾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界空間電磁能量平均每年增長(zhǎng)7%～14%，在有限的空間和有限的頻率資源條件下，由于各種電子、電氣設(shè)備的數(shù)量與日俱增，使用的密集程度越來越大，電磁干擾的嚴(yán)重性也就越來越突出。

采用一定的技術(shù)手段，使同一電磁環(huán)境中的各種電子、電氣設(shè)備都能正常工作，并且不干擾其他設(shè)備的正常工作，這就是電磁兼容（Electromagnetic Compatibility ，EMC）。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-1995中對(duì)電磁兼容嚴(yán)格的定義是：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

就目前醫(yī)療設(shè)備小型、高靈敏度和智能化的實(shí)現(xiàn)，使它們更易受電磁干擾的影響，特別是那些電磁兼容性差的診斷儀器，為醫(yī)生提供了失真的數(shù)據(jù)、波形及圖像等信息，使得醫(yī)生不能做出正確診斷，從而影響有效的治療，甚至危及人的生命。

醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁兼容性主要包括2個(gè)方面 ：發(fā)射和抗擾度。（1）發(fā)射：醫(yī)用電氣設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境 (例如：醫(yī)院、家用環(huán)境、手術(shù)室、病房、救護(hù)車等 ) 產(chǎn)生的電磁干擾；（2）抗擾度 ：醫(yī)用電氣設(shè)備抵抗環(huán)境電磁干擾的能力。醫(yī)用電氣設(shè)備適用的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是IEC60601-1-2。IEC60601-1-2 的第一版于1993年，規(guī)定輻射發(fā)射、傳導(dǎo)發(fā)射2項(xiàng)發(fā)射試驗(yàn)和靜電放電、輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群、浪涌4項(xiàng)抗擾度試驗(yàn)。

IEC60601-1-2 的第二版于 2001年，對(duì)第一版做較大的改動(dòng)，增加2項(xiàng)發(fā)射試驗(yàn)（諧波發(fā)射，電壓波動(dòng)和閃爍），增加 3 項(xiàng)抗擾度試驗(yàn)（傳導(dǎo)抗擾度、工頻磁場(chǎng)、電壓跌落和中斷），在實(shí)驗(yàn)方法上也有更細(xì)致的描述。

隨著醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容問題日益突顯，國(guó)際上許多國(guó)家從法規(guī)上采取了措施對(duì)醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)品的電磁兼容性進(jìn)行控制，我國(guó)政府也非常重視這個(gè)問題，已于2005年4月1日，由國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)發(fā)了：“YY05 05-2005 醫(yī)用電氣設(shè)備電磁兼容性要求和試驗(yàn)” 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過兩年執(zhí)行過渡期，已于2007年4月1日起正式執(zhí)行。這就需要我們?cè)卺t(yī)療實(shí)踐中貫徹這個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，努力提高醫(yī)療設(shè)備的電磁兼容性，提升設(shè)備的抗干擾能力，將潛在的電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)降到最低。此外，我國(guó)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際上類似，分為四大類：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（Basic Standards）、通用標(biāo)準(zhǔn)（Generic Standards）、產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)(Product Family Standards)和系統(tǒng)間電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)（Standards of Intersystem Compatibility）。

提高敏感設(shè)備的抗擾度是實(shí)現(xiàn)電磁兼容的有效手段，解決電磁兼容問題只需從以下3個(gè)要求來著手，控制干擾源的電磁輻射，抑制電磁干擾的傳播途徑，增加敏感設(shè)備的抗干擾能力。作為一個(gè)醫(yī)用設(shè)備的用戶，我們更多的是考慮系統(tǒng)間的電磁兼容性的問題，系統(tǒng)間的兼容性技術(shù)也是通過屏蔽，接地和濾波等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，只不過實(shí)施方法不同。

系統(tǒng)間的屏蔽是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域進(jìn)行金屬隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粎^(qū)域感應(yīng)和輻射，其目的是隔斷電磁場(chǎng)的r合途徑。它有兩個(gè)方面：一是將敏感設(shè)備或系統(tǒng)用屏蔽體包圍起來，防止受外界磁場(chǎng)的干擾。另一方面是將干擾源屏蔽起來，防止干擾磁場(chǎng)向外擴(kuò)散，影響其它的無線設(shè)備或人體。

接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或電子等設(shè)備遭雷擊而采取的保護(hù)性措施。隨著電子通信和其它數(shù)字領(lǐng)域的發(fā)展，在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求了。而且隨著電子設(shè)備的復(fù)雜化，信號(hào)頻率越來越高，因此，在接地設(shè)計(jì)中，信號(hào)之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關(guān)注，否則，接地不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。電路和用電設(shè)備的接地按功能分為安全接地或信號(hào)接地兩方面。安全接地就是采用低阻抗的導(dǎo)體將用電設(shè)備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設(shè)備外殼漏電或故障放電而發(fā)生觸電危險(xiǎn)；信號(hào)接地是在系統(tǒng)和設(shè)備中采用低阻抗的導(dǎo) 線或地平面為各種電路提供具有共同參考電位的信號(hào)返回通路，使流經(jīng)該地線的各電路信號(hào)電流互不影響，信號(hào)接地的主要目的是為了抑制電磁干擾，是以電磁兼容性為目標(biāo)的接地方式。

對(duì)于醫(yī)院這個(gè)醫(yī)療設(shè)備的主要使用方，其對(duì)于設(shè)備的抗電磁干擾有更高的要求。對(duì)于X線診斷系統(tǒng)、CT系統(tǒng)、磁共振成像系統(tǒng)及超生診斷系統(tǒng)，不能因?yàn)殡姶鸥蓴_而影響診斷的圖像質(zhì)量或出現(xiàn)與患者病灶部位不相符的圖像。超生治療設(shè)備、體外碎石設(shè)備和伽瑪?shù)叮@類設(shè)備不能由于干擾而影響或改變其治療參數(shù)或影響治療部位，否則對(duì)患者的正常部位就會(huì)造成傷害。因此，對(duì)醫(yī)護(hù)人員和采購人員甚至維修人員的電磁兼容知識(shí)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)就顯得尤為重要。按照使用現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境選購符合電磁兼容要求的產(chǎn)品并正確的使用操作。減少醫(yī)療場(chǎng)所的電磁干擾，是對(duì)患者的尊重，也是對(duì)生命的敬畏。

參考文獻(xiàn)：

[1]電磁兼容-原理、技術(shù)和應(yīng)用

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1.1可生物降解雜化膜

嘗試用原料皮修邊廢棄物牛膠原結(jié)合天然聚合物如淀粉、大豆和2-羥乙基纖維素制作可生物降解雜化膜。與純的膠原膜相比，研發(fā)的雜化膜表現(xiàn)出超強(qiáng)的力學(xué)、結(jié)沒有使用有毒性的交聯(lián)劑。盡管膠原來源于制革下腳料的牛皮，細(xì)胞相互作用研究表明，雜化膜具有良好的生物相容性，且隨生物聚合物濃度的增加，細(xì)胞生長(zhǎng)能力增強(qiáng)。這樣，來源于原料皮下腳料的膠原表現(xiàn)出是純凈的，無細(xì)胞毒性，因此適合于各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

1.2雜化生物纖維

從廢棄動(dòng)物皮中提取膠原與羥乙基纖維素（HEC）和牛血清蛋白（A）混合，濕紡成生物可降解雜化纖維（C/HEC/A），用戊二醛氣體進(jìn)一步交聯(lián)，并進(jìn)行分析。用X-射線衍射和紅外光譜研究雜化纖維，其顯示的峰與膠原、纖維素、血清相對(duì)應(yīng)。生物聚合基質(zhì)中摻入纖維素合理改進(jìn)了雜化纖維的力學(xué)性能、膨脹性和熱性能。在顯微鏡下觀察到，血清蛋白的加入可改進(jìn)纖維表面的規(guī)整性，而不改變孔隙率。因此，這種雜化生物纖維可潛在用于縫合材料以及不同的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

1.3自摻雜的碳納米材料

我們?cè)鴪?bào)道過用膠原廢棄物通過簡(jiǎn)單的高溫處理合成多功能碳納米材料。我們的研究顯示，來源于生物廢棄物的碳納米材料具有部分石墨化結(jié)構(gòu)，為洋蔥狀形貌，合理地?fù)诫s有氮和氧。由于在石墨碳晶格鏈接有豐富的化學(xué)官能團(tuán)，因此納米碳材料具有多功能性。我們還證明了它能潛在用于高容量的鋰離子電池。結(jié)果表明，生物廢棄物可潛在轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的碳納米材料產(chǎn)品，預(yù)示著可用綠色、簡(jiǎn)單和可持續(xù)的方法生產(chǎn)新一代自摻雜碳納米材料。

1.4導(dǎo)電納米生物復(fù)合材料有人報(bào)道了用修邊廢棄山

羊皮膠原制備多功能生物復(fù)合膜的簡(jiǎn)單方法。方法之一，是將廢棄物洗凈，于750℃碳化4h，合成導(dǎo)電和磁性石墨納米材料(GrC)。將修邊廢棄物中提取的膠原和殼聚糖及GrC結(jié)合形成柔韌的、半透明的、導(dǎo)電導(dǎo)磁的微米厚的生物復(fù)合膜(GrC/Col–Ch)。隨著殼聚糖和GrC濃度的增加，該生物復(fù)合膜的導(dǎo)電性逐漸增加。GrC/Col–Ch薄膜的抗張強(qiáng)度在GrC用量10%以下增加時(shí)，隨之增強(qiáng)，用量再增加，則降低，從掃描電鏡斷口可觀察到這一情況。這種合成的生物復(fù)合膜的小磁鐵性已被用于磁跟蹤和刺激。另一種方法是我們報(bào)道的用指甲花葉提取物作為還原劑大規(guī)模合成銅納米粒子。由于煅燒的銅納米粒子的導(dǎo)電性，我們利用膠原廢棄物與之結(jié)合制備導(dǎo)電納米復(fù)合膜。當(dāng)插入電池之間，二極燈管發(fā)出光亮，我們證明了這一點(diǎn)。

1.5鉻碳核殼納米材料

當(dāng)皮變成革的過程中就產(chǎn)生了鉻絡(luò)合膠原廢棄物。我們報(bào)道的一種簡(jiǎn)單的熱處理方法，將危險(xiǎn)工業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化成鉻碳核殼納米材料，這種材料通過具有自摻雜氧和氮功能的部分石墨化納米碳層包裹著鉻基納米粒子，如圖7所示。由于具有巨大的導(dǎo)電率、發(fā)冷光和室溫鐵磁性，這種新的核殼材料具有多功能。我們證明這種核殼材料能用于電磁干擾（E-MI）屏蔽，或在aza-Michael反應(yīng)中作為催化劑。因此我們認(rèn)為皮革廢棄物可以瞬間變成高價(jià)值的鉻碳納米材料，方法綠色、簡(jiǎn)單、可規(guī)模化，且可持續(xù)，在各種應(yīng)用中具有巨大的潛力。

1.6磁納米生物復(fù)合材料

通過一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，利用皮革工業(yè)的廢棄蛋白膠原和超順磁性氧化鐵納米粒子制備了一種穩(wěn)定的磁性納米復(fù)合材料（SPIONs）。通過量熱法、顯微法和光譜技術(shù)證明了螺旋結(jié)構(gòu)膠原纖維和球型SPIONs分子間的相互作用。這種納米復(fù)合材料具有選擇吸油性和磁跟蹤能力，可用于去除油污。通過熱處理轉(zhuǎn)化成了一個(gè)雙功能石墨化納米碳材料，吸油后納米復(fù)合材料的環(huán)境可持續(xù)性在這里也得到了證實(shí)，如圖8所示。該方法為將生物廢棄物規(guī)?；D(zhuǎn)化成有用納米材料提供了一條的新途徑，且廉價(jià)、易于規(guī)?；?。

篇4

摘要：

目的設(shè)計(jì)用于經(jīng)顱磁刺激的線圈，要求能夠?qū)Υ竽X皮質(zhì)進(jìn)行多點(diǎn)刺激，且具有聚焦性好、制作簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。方法利用電磁仿真方法，以圓形線圈和8字形線圈為基礎(chǔ)，計(jì)算線圈在均勻人體模型中感應(yīng)電場(chǎng)的分布情況，比較尺寸、繞法對(duì)經(jīng)顱磁刺激線圈的聚焦性和刺激深度的影響。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種多圓相切線圈，并計(jì)算該線圈在均勻人體和真實(shí)頭部模型中的電場(chǎng)分布。結(jié)果感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度隨刺激深度的增加呈指數(shù)式衰減。減小圓形線圈的尺寸，會(huì)提高聚焦性，同時(shí)可減弱感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度。8字形線圈比圓形線圈具有更好的聚焦性，多層繞法綜合效果較好。多圓相切線圈具有8字形線圈的優(yōu)點(diǎn)，且可以進(jìn)行多點(diǎn)刺激。結(jié)論尺寸、繞法等因素對(duì)線圈的聚焦性和刺激深度具有重要影響，多圓相切線圈在經(jīng)顱磁刺激中具有很好的應(yīng)用前景。真實(shí)頭部模型仿真，對(duì)于線圈的設(shè)計(jì)和靶區(qū)定位具有重要意義。

關(guān)鍵詞：

經(jīng)顱磁刺激；線圈；電場(chǎng)分布；真實(shí)頭部模型；SEMCADX

0引言

經(jīng)顱磁刺激作為一種非侵入式、無痛的磁刺激技術(shù)，自1985年Baker等［1］首次成功應(yīng)用于人體后，受到人們的廣泛關(guān)注。TMS的工作原理是將簡(jiǎn)短強(qiáng)烈的電流脈沖送至位于被試頭頂處的線圈中，激勵(lì)線圈產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，繼而通過電磁感應(yīng)在大腦內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)。感應(yīng)電場(chǎng)調(diào)節(jié)神經(jīng)的跨膜電位從而影響神經(jīng)活動(dòng)，產(chǎn)生興奮或者抑制作用［2］。磁刺激技術(shù)是通過空間耦合進(jìn)入人體的，因此相較于電刺激技術(shù)，具有無創(chuàng)、無痛、深入、不接觸皮膚等優(yōu)點(diǎn)。其在臨床上主要應(yīng)用于大腦皮質(zhì)興奮性的研究、正常和病理的人腦功能映射的研究以及對(duì)各類精神疾病的治療。研究表明，TMS尤其是重復(fù)經(jīng)顱磁刺激在腦基礎(chǔ)研究及對(duì)抑郁癥、帕金森、腦卒中等疾病的治療上發(fā)揮著重要的作用［3－6］。在磁刺激技術(shù)的各種應(yīng)用中，一般感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度最大的地方為大腦的激活區(qū)域［7］，要對(duì)目標(biāo)區(qū)域（靶區(qū)）進(jìn)行準(zhǔn)確而有效的刺激則對(duì)線圈磁場(chǎng)的聚焦性和刺激深度具有很高的要求。由于靶區(qū)內(nèi)部并沒有實(shí)質(zhì)的電流源，所以無法真正將磁感生電流聚焦。然而，改變穿過靶區(qū)組織的電流密度的聚焦性卻是可行的，這主要取決于線圈的形狀、大小、繞法和位置等因素，故線圈的設(shè)計(jì)成為磁刺激系統(tǒng)研制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。人們主要借助理論計(jì)算［8］、數(shù)值仿真［9－10］以及感應(yīng)電流檢測(cè)［11］等方式對(duì)線圈的電磁場(chǎng)分布進(jìn)行研究。通過仿真研究線圈設(shè)計(jì)中的各種因素與磁場(chǎng)聚焦性、刺激深度之間的關(guān)系，可以為線圈的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，結(jié)合真實(shí)頭部模型的仿真可以對(duì)刺激部位進(jìn)行定位，確保磁場(chǎng)作用于靶區(qū)的準(zhǔn)確性與有效性。圓形線圈最早應(yīng)用于TMS系統(tǒng)［1］，它產(chǎn)生的是非聚焦的環(huán)形電場(chǎng)，刺激的大腦區(qū)域?yàn)閷?duì)應(yīng)線圈邊緣的環(huán)形區(qū)域。針對(duì)圓形線圈，人們做了各種嘗試，包括將線圈的一側(cè)按一定角度進(jìn)行彎折［12］，或者改變圓形線圈邊緣的繞線密度［13］和凹凸性［14］，但是這些方法只是略微提高了圓形線圈的聚焦能力。1988年，Ueno和他的同事提出的8字形線圈顯著提高了TMS的聚焦性［15］。8字形線圈由一對(duì)相鄰且內(nèi)部電流方向相反的環(huán)形線圈組成，產(chǎn)生的聚焦電場(chǎng)位于兩翼線圈相切處的下方。以8字形線圈為基礎(chǔ)的變形包括固定兩翼線圈為一定角度，將兩個(gè)環(huán)形線圈的外側(cè)均折起，增加中心相切處的繞線密度以及優(yōu)化兩翼線圈的形狀［16］等。為了提高線圈的性能，人們還提出了許多其他的線圈以及變形，包括Slinky線圈、四葉形線圈、線圈陣列和雙錐形線圈、H線圈、皇冠線圈等，其中線圈陣列可以提供多個(gè)聚焦點(diǎn)，四葉形線圈被證明在刺激長(zhǎng)纖維組織上的效果優(yōu)于8字形線圈［17］，而H線圈則在深度TMS上存在巨大的優(yōu)勢(shì)［10，18］。對(duì)于任何線圈，刺激到大腦深部的能力均是以電磁場(chǎng)擴(kuò)散為代價(jià)的。這些線圈以及變形均在一定程度上提高了TMS的聚焦性或者刺激深度，但同時(shí)也存在諸如制作工藝復(fù)雜、磁漏大、效率低等缺點(diǎn)。使用輔助手段，例如高磁導(dǎo)率的鐵芯［19］和屏蔽板［20］等也對(duì)線圈的電磁場(chǎng)優(yōu)化具有一定的作用。目前，TMS系統(tǒng)中應(yīng)用最多的還是8字形線圈，這主要是由于8字形線圈的刺激深度為1～2cm，可以進(jìn)行大腦皮質(zhì)的刺激，具有較好的聚焦性，最重要的是制作簡(jiǎn)單，使用方便。人類的很多活動(dòng)都是有大腦協(xié)同作用的結(jié)果，而且很多神經(jīng)或者精神類疾病也都涉及多個(gè)腦區(qū)，在進(jìn)行大腦功能研究和相關(guān)疾病的治療中單點(diǎn)刺激往往具有一定的局限性，所以設(shè)計(jì)一款可以進(jìn)行多點(diǎn)刺激的線圈是十分必要的。理論上線圈的大小、繞法、形狀和位置等因素直接影響靶區(qū)的感應(yīng)電流密度，影響治療效果，所以本文利用電磁場(chǎng)仿真技術(shù)，首先分析了線圈半徑和繞法對(duì)感應(yīng)電場(chǎng)分布的影響以及8字形線圈的性能，并設(shè)計(jì)一種多圓相切線圈，這種線圈繼承了8字形線圈的諸多特點(diǎn)，具有制作簡(jiǎn)單使用方便，聚焦性好、旁瓣刺激小、可進(jìn)行多點(diǎn)刺激等優(yōu)點(diǎn)。最后，利用真實(shí)人體頭部模型揭示了多圓相切線圈的顱內(nèi)電場(chǎng)分布情況，對(duì)于磁刺激的靶區(qū)定位和后續(xù)的線圈改進(jìn)具有重要意義。

1方法

1.1電磁場(chǎng)仿真本文所用的電磁場(chǎng)仿真的工具為SEMCADX，這是一款基于時(shí)域有限差分方法和有限元法的三維全波段仿真軟件。FDTD是Yee等于1966年提出的，是將空間離散為若干立方體，分別計(jì)算小立方體上的場(chǎng)強(qiáng)，從而獲得整個(gè)空間的場(chǎng)分布，基礎(chǔ)為麥克斯韋方程組［21］。麥克斯韋方程組的微分形式如下所示：×H＝J＋Dt×E＝J＋BT•B＝0•D＝ρ式中：×為旋度算符；•為散度算子；H為磁場(chǎng)強(qiáng)度；J為傳導(dǎo)電流密度；D為電位移；E為電場(chǎng)強(qiáng)度；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；ρ為電荷密度。式（1）～式（4）分別為全電流定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、磁通連續(xù)性原理以及靜電場(chǎng)高斯定律的微分形式。電磁場(chǎng)仿真需要進(jìn)行以下幾個(gè)步驟：建模，施加激勵(lì)源，給定材料，劃分網(wǎng)格，求解設(shè)置，查看結(jié)果和后處理。其中，建模、給定材料并設(shè)定參數(shù)和劃分網(wǎng)格較為重要，可以自己創(chuàng)建模型也可以導(dǎo)入現(xiàn)有模型，給定材料并設(shè)定參數(shù)決定了介質(zhì)以及激勵(lì)情況，剖分網(wǎng)格的好壞則直接影響仿真的精細(xì)程度以及對(duì)硬件資源的要求。本文建模采用的均是內(nèi)徑為25mm的漆包銅線，激勵(lì)源為電流源，采用正弦波，最大電流為3000A，頻率為03Hz［22］。由于感應(yīng)電磁場(chǎng)與功率成正比，所以采用總功率歸一化的處理方法，這樣可以消除在相同電流激勵(lì)下因線圈匝數(shù)不同導(dǎo)致的總功率不同對(duì)電磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在進(jìn)行線圈分析和設(shè)計(jì)時(shí)，將人體組織看作是均勻介質(zhì)，可以獲得規(guī)則的電場(chǎng)分布，易于比較分析，將均勻人體模型的電導(dǎo)率設(shè)置為033S／m［10］。

1.2線圈尺寸、繞法對(duì)感應(yīng)電場(chǎng)的影響

為了研究線圈半徑對(duì)于感應(yīng)電場(chǎng)分布的影響，本文采用單匝圓形線圈，內(nèi)部半徑依次為15mm、20mm、25mm。為了研究線圈繞法對(duì)于感應(yīng)電場(chǎng)分布的影響，本文采用8字形線圈，匝數(shù)為4，組成8字形線圈的兩個(gè)圓形線圈內(nèi)的電流方法相反，采用螺線管形、多層繞法和蚊香形三種繞法，如圖1所示。雖然TMS是通過磁場(chǎng)耦合進(jìn)入人體的，但作用于人體的是感應(yīng)電場(chǎng)，故提取線圈下方5mm處直徑方向上以及線圈下方1～50mm主軸方向上均勻人體組織內(nèi)的感應(yīng)電場(chǎng)進(jìn)行分析。

1.38字形線圈和多圓相切線圈

考慮到8字形線圈是TMS系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的，本文將通過對(duì)比圓形線圈和8字形線圈的電場(chǎng)分布，分析8字形線圈的優(yōu)點(diǎn)。采用的圓形線圈和8字形線圈均為單匝，單個(gè)圓的內(nèi)部半徑為20mm，提取線圈下方5mm處徑向上的均勻人體組織內(nèi)的感應(yīng)電場(chǎng)進(jìn)行分析。結(jié)合8字形線圈的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)一種新型的多圓相切線圈，如圖2所示，其中箭頭表示電流方向。該線圈由5個(gè)內(nèi)半徑為20mm內(nèi)圈圓和1個(gè)內(nèi)半徑為65mm外圈圓組成，中心圓分別與內(nèi)圈4個(gè)圓外部相切，通反向電流時(shí)可以將其看作4個(gè)8字形線圈，切點(diǎn)下方會(huì)形成聚焦電場(chǎng)；外圈大圓內(nèi)的電流方向與中心圓相同，與內(nèi)圈4個(gè)圓的相反，這樣就會(huì)在增強(qiáng)中心圓電磁場(chǎng)強(qiáng)度的同時(shí)減弱旁瓣的電磁場(chǎng)強(qiáng)度；圓形線圈制作工藝簡(jiǎn)單。

1.4真實(shí)頭部模型仿真

為了使線圈的電場(chǎng)能準(zhǔn)確作用于靶區(qū)，并觀察線圈在人體內(nèi)部的電場(chǎng)分布，本文采用由IT’IS基金會(huì)提供的26歲女性Ella的人體真實(shí)頭部模型［23］。該人體模型是基于高分辨率的核磁圖像得到的，將人體精確分割成了80多種不同的組織，其中頭部組織約16種。在電磁仿真中，對(duì)于不同頻率的激勵(lì)源，人體組織的屬性值不同，故將模型導(dǎo)入SEMCADX后，需要根據(jù)設(shè)定的頻率，調(diào)用模型自帶的生物組織電磁仿真材料參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對(duì)相應(yīng)的組織屬性值進(jìn)行設(shè)置，本研究中頭皮的電導(dǎo)率為00002S／m，頭蓋骨、灰質(zhì)和白質(zhì)的電導(dǎo)率為002S／m，腦髓液的電導(dǎo)率為2S／m。本文設(shè)計(jì)的多圓相切線圈置于頭頂上方，與頭皮的最小距離為5mm。激勵(lì)源為電流源，采用正弦波，最大電流為3000A，頻率為03Hz，計(jì)算時(shí)將總功率進(jìn)行歸一化處理。在計(jì)算完成后處理時(shí)，可以顯示感應(yīng)電場(chǎng)在任一組織中的分布情況，例如灰質(zhì)或者頭皮等，也可以根據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)的大腦區(qū)域。

2仿真結(jié)果

不同半徑圓形線圈的徑向感應(yīng)電場(chǎng)分布如圖3（a）所示，從中可以看出圓形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)的最大值對(duì)應(yīng)于線圈的邊緣；半徑為15mm的圓形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度最小，約為14×10－3V／m，但是聚焦性較好；半徑為25mm的圓形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度最大，約為20×10－3V／m，但是聚焦性最差。圖3（b）為不同半徑圓形線圈的軸向感應(yīng)電場(chǎng)分布，可以看出軸向上的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度隨軸向深度的增大呈指數(shù)式的衰減；在相同的軸向深度下，半徑越大，感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度越高。圓形線圈的刺激范圍為環(huán)形，聚焦性差，在總功率一致的情況下，減小線圈的尺寸可以提高聚焦性，但是其感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)隨之減弱。圖4為不同繞法的8字形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)分布圖，從中可以看出通反向電流的8字形線圈，在其兩翼相切處的電場(chǎng)強(qiáng)度最大；同一軸向深度下，螺線管形的感應(yīng)電場(chǎng)最小，蚊香形的感應(yīng)電場(chǎng)最大，但是多層繞法的聚焦性更好，且旁瓣強(qiáng)度相對(duì)較小。8字形線圈的刺激范圍為一點(diǎn)，聚焦性好，在總功率一致的情況下，多層繞法的綜合效果較好。單匝圓形線圈和8字形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)比情況如圖5所示，從中可以看出，8字形線圈對(duì)于感應(yīng)電場(chǎng)具有聚焦增強(qiáng)效應(yīng)，當(dāng)功率相同時(shí)，同一軸向深度下，8字形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)最大值大約為圓形線圈的2倍；8字形線圈的峰值出現(xiàn)在兩翼相切處，刺激范圍為一點(diǎn)，相較于圓形線圈的環(huán)形刺激范圍，其聚焦性更好。圖6是本文設(shè)計(jì)的多圓相切線圈和8字形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)分布圖，為了更加直觀地比較兩線圈感應(yīng)電場(chǎng)的峰值情況，將8字形線圈的電場(chǎng)向右平移了20mm，即一個(gè)半徑的長(zhǎng)度，使得兩線圈的電場(chǎng)峰值在同一橫坐標(biāo)上。由圖可知，兩線圈的聚焦性基本相同，多圓相切線圈旁瓣強(qiáng)度較小，對(duì)非靶區(qū)刺激較弱；當(dāng)刺激深度大于10mm時(shí)，多圓相切線圈的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度高于8字形線圈，深度刺激時(shí)更有優(yōu)勢(shì)；8字形線圈在兩翼相切處形成一個(gè)刺激點(diǎn)，而本文提出的多圓相切線圈會(huì)形成4個(gè)刺激點(diǎn)，可進(jìn)行多點(diǎn)刺激；在制作工藝上，該新型線圈由6個(gè)圓形線圈組合而成，制作簡(jiǎn)單，使用方便。將本文的多圓相切線圈平行于XY平面置于頭頂上方，距離頭皮的最近距離為5mm，得到的感應(yīng)電場(chǎng)在大腦灰質(zhì)上的分布情況如圖7所示。從圖中可以看出雖然多圓相切線圈具有4個(gè)刺激點(diǎn)，但是4個(gè)刺激點(diǎn)下方灰質(zhì)上的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度并不一致。這主要是由于人頭的橢球形狀和線圈的平面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致線圈的4個(gè)刺激點(diǎn)與灰質(zhì)的最近距離不一致。由于人腦后側(cè)的灰質(zhì)距離最近，從而最高電場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)在后側(cè)刺激點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰質(zhì)區(qū)域。也正是由于人體結(jié)構(gòu)的不規(guī)則，從而突出了真實(shí)頭部模型仿真在靶區(qū)定位和線圈設(shè)計(jì)上的重要性。

3討論與結(jié)論

經(jīng)顱磁刺激在人腦功能的研究和各類精神疾病的治療上應(yīng)用廣泛，且潛力巨大。為了有效刺激目標(biāo)區(qū)域即靶區(qū)，實(shí)現(xiàn)研究或者治療目的，人們不斷進(jìn)行刺激線圈的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，以求達(dá)到更好的聚焦性和刺激深度，其中數(shù)值仿真是一種重要手段。在線圈的設(shè)計(jì)中，尺寸、繞法、形狀和位置等因素直接影響靶區(qū)的感應(yīng)電流密度，影響治療效果。針對(duì)圓形線圈的尺寸問題，半徑越大刺激深度越深，但是聚焦性會(huì)變?nèi)?。線圈的感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度隨深度呈指數(shù)式衰減。在線圈的設(shè)計(jì)上，刺激深度和聚焦性遵循著此消彼長(zhǎng)的規(guī)律：刺激較深的線圈聚焦性差，這從DengZhiDi等［10］提出的對(duì)線圈深度－聚焦性的量化方法可以看出。設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體情況來權(quán)衡，制定合適的尺寸。對(duì)于繞法問題，多層繞法的綜合情況要優(yōu)于螺線管形和蚊香形，但是螺線管形聚焦性偏好，旁瓣強(qiáng)度低，蚊香形線圈的刺激深度更深。針對(duì)多層繞法，當(dāng)匝數(shù)較多時(shí)，優(yōu)化組合方式以達(dá)到更好的綜合效果是設(shè)計(jì)人員需要考慮的問題。所謂的綜合效果不僅僅指聚焦性和刺激深度，還要考慮發(fā)熱、噪聲［24］和效率［25］等因素。雖然，TMS的線圈設(shè)計(jì)已歷經(jīng)多年，也研制出了針對(duì)聚焦性或者刺激深度的各種線圈，但是8字形線圈仍是目前應(yīng)用最廣泛的。通過8字形線圈和圓形線圈的感應(yīng)電場(chǎng)的比較，可以看出8字形線圈在兩翼相切處具有電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，雖然刺激深度與圓形線圈相似，但卻大幅度提高了聚焦性，再加上其制作工藝簡(jiǎn)單、功耗低、使用方便的有利因素，使得8字形線圈到現(xiàn)在仍然被廣泛使用?；?字形線圈的優(yōu)點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)一種多圓相切線圈，與傳統(tǒng)的8字形線圈相比，在不降低聚焦性的同時(shí)提高了刺激強(qiáng)度，而且具有4個(gè)刺激點(diǎn)，可以進(jìn)行多點(diǎn)刺激。使用真實(shí)頭部模型分析線圈的電場(chǎng)分布情況，可以有效地定位靶區(qū)，確定線圈與頭皮間的距離以及方位等，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，并為線圈進(jìn)一步改進(jìn)提供依據(jù)。本文僅分析了多圓相切線圈在單匝時(shí)的感應(yīng)電場(chǎng)情況，也就是說只考慮了形狀這個(gè)單一因素，在今后的研究中還需考慮尺寸和繞法等因素的影響。研究表明，8字形線圈具有較好的聚焦性，且制作工藝簡(jiǎn)單。本文提出的多圓相切線圈，繼承了8字形線圈的優(yōu)點(diǎn)，而且還可以進(jìn)行多點(diǎn)刺激，真實(shí)頭部模型的仿真揭示了感應(yīng)電場(chǎng)的顱內(nèi)分布，并為靶區(qū)的定位和線圈的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［12］魏孔炳，董緒偉，逯邁，等．經(jīng)顱磁刺激圓形線圈變形對(duì)空間磁場(chǎng)分布的影響［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2014，（3）：12－15．

篇5

關(guān)鍵詞：固體核磁；各向異性；魔力轉(zhuǎn)角；微觀結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TB324 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）09-0174-02

1 產(chǎn)生背景

①起源。核磁共振（NMR）現(xiàn)象源于核自旋和磁場(chǎng)的相互作用，最先在1945年由哈佛大學(xué)的Edward Mills Purcell和斯坦福大學(xué)的Felix Bloch分別獨(dú)立觀測(cè)到。為此他們獲得1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在核磁共振中，有許多核自旋的相互作用，每一種都可能包含著豐富的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)信息，加上能夠定量分析且對(duì)樣品無損傷以及可針對(duì)特定原子的特點(diǎn)，使核磁共振成為一種十分理想、強(qiáng)大的分析手段。

②發(fā)展（從液體核磁到固體核磁）。1946年美國(guó)Varian公司研制出世界上第一臺(tái)超導(dǎo)磁場(chǎng)的核磁共振譜儀（HR-200型，200MHZ，場(chǎng)強(qiáng)4.74T）。1964年后，核磁共振譜儀經(jīng)歷兩次重大的技術(shù)革命：其一是磁場(chǎng)超導(dǎo)化；其二是脈沖傅立葉變換技術(shù)。從根本上提高了核磁共振波譜儀的靈敏度，譜儀的結(jié)構(gòu)也有了很大的變化。2004年布魯克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振領(lǐng)域的900 MHz主動(dòng)屏蔽式超導(dǎo)核磁共振磁體產(chǎn)品900US2TMmagnet，是當(dāng)時(shí)最高場(chǎng)強(qiáng)的主動(dòng)屏蔽式磁體產(chǎn)品。從20世紀(jì)70年代開始，在磁共振頻譜學(xué)和計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)等基礎(chǔ)上，又發(fā)展起一項(xiàng)嶄新的核磁共振成像技術(shù)，在醫(yī)學(xué)臨床上獲得巨大成功。普通核磁共振波譜儀所測(cè)樣品多為液體，物質(zhì)的許多性質(zhì)在液態(tài)時(shí)是無法觀察到的，為此固體核磁技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)在利用固體核磁共振技術(shù)研究高分子化合物可以表征材料的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)而監(jiān)視反應(yīng)的進(jìn)度，在礦物分析、表面吸附和表面化學(xué)反應(yīng)方面也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

2 基本原理

由于聚集態(tài)的差異使得固體和液體的物理性質(zhì)不盡相同，為固體核磁技術(shù)的實(shí)現(xiàn)增加了難度。下面從兩個(gè)方面來簡(jiǎn)單介紹固體核磁技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

如果我們將樣品分子視為一個(gè)整體，則可將固體核磁中探測(cè)到的相互作用分為樣品內(nèi)部的相互作用和外加環(huán)境對(duì)樣品的作用。

樣品內(nèi)部的相互作用。主要是樣品內(nèi)在的電磁場(chǎng)在與外加電磁場(chǎng)相互作用時(shí)產(chǎn)生的多種相互作用力，這主要包括：化學(xué)環(huán)境（分子中由于內(nèi)在電磁場(chǎng)屏蔽外磁場(chǎng)的強(qiáng)度、方向等）；分子內(nèi)與分子間偶極自旋偶合相互作用，對(duì)于自旋量子數(shù)I>1/2的四極核尚存在四極作用。

外部環(huán)境對(duì)樣品的作用有。由處于縱向豎直方向的外加靜磁場(chǎng)作用于特定的核磁活性的核上產(chǎn)生的塞曼相互作用，核子相對(duì)映的頻率為拉莫爾頻率；由處于X-Y平面的振蕩射頻場(chǎng)產(chǎn)生的作用與待測(cè)樣品的擾動(dòng)磁場(chǎng)。

在固體核磁共振實(shí)驗(yàn)中首先用強(qiáng)的靜磁場(chǎng)使樣品中核子的能級(jí)發(fā)生分裂，能級(jí)分裂后，處于高能級(jí)與低能級(jí)的核子數(shù)目分布改變，符合波爾茲曼分布原理：處于低能級(jí)的核子數(shù)目較多而高能級(jí)的數(shù)目較少，最終產(chǎn)生一個(gè)沿豎直向上的凈磁化矢量。

此磁化矢量在受到沿x-y平面的振蕩射頻磁場(chǎng)作用后產(chǎn)生扭矩最終將沿豎直方向的磁化矢量轉(zhuǎn)動(dòng)特定的角度。在固體核磁共振實(shí)驗(yàn)中，由于分子處于固體狀態(tài)從而難以使體系中的偶極自旋偶合作用通過分子熱運(yùn)動(dòng)而平均化。同時(shí)，分子間偶極自旋偶合作用相對(duì)很強(qiáng)，通常靜態(tài)條件下觀察到的核磁共振譜往往是信息被偶極自旋偶合作用掩蓋下的寬線譜。在固體核磁測(cè)試中，雖然質(zhì)子的自然豐度與旋磁比都比較高，但是由于體系中質(zhì)子數(shù)目多，相互偶極自旋耦合強(qiáng)度遠(yuǎn)高于稀核，例如13C和15N等，因此在大多數(shù)情況下固體核磁采用魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)（MAS）與交叉極化技術(shù)（CP）可得到高分辨的雜核固體核磁譜。對(duì)于1H 必須采用魔角旋轉(zhuǎn)與多脈沖結(jié)合方式（CRAMPS）將質(zhì)子的磁化矢量轉(zhuǎn)至魔角方向方能得到高分辨質(zhì)子譜。

①魔角旋轉(zhuǎn)。在靜態(tài)固體NMR譜中主要展現(xiàn)的是化學(xué)位移各向異性、偶極自旋耦合和四極相互作用的信息，這些物理作用往往展現(xiàn)出的是寬線譜。如果在研究中對(duì)這些信息不感興趣，而更多關(guān)注于化學(xué)位移與J-耦合時(shí)，可通過將樣品填充入轉(zhuǎn)子，并使轉(zhuǎn)子沿魔角方向高速旋轉(zhuǎn)，即可實(shí)現(xiàn)譜線窄化的目的。這是因?yàn)樯鲜鲎饔冒磿r(shí)間平均的哈密頓量均含有因子（1-3cos2θ），因此如果將樣品沿θ=54.7°（即正方體的體對(duì)角線方向）旋轉(zhuǎn)時(shí)，上述強(qiáng)的化學(xué)位移各向異性、偶極自旋偶合和四極相互作用被平均化，而其他相對(duì)較弱的相互作用便成為主要因素，因此有利于得到高分辨固體核磁共振譜。

②交叉極化。對(duì)于13C、15N等體系雖然通過魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)有效地壓制了同核偶極相互作用，但是這些核的旋磁比很小，自然豐度比較低，如果采用直接檢測(cè)這些核的實(shí)驗(yàn)方法將導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的靈敏度非常低。為進(jìn)一步提高這些核的實(shí)驗(yàn)靈敏度，又發(fā)展了交叉極化技術(shù)。通過該技術(shù)可將1H核的磁化矢量轉(zhuǎn)移到13C或15N等雜核上，從而提高實(shí)驗(yàn)靈敏度。交叉極化過程的詳細(xì)物理解釋需要采用平均哈密頓理論，在此不做描述。

③核去偶。固體核磁共振實(shí)驗(yàn)中采用高功率去偶技術(shù)是為了進(jìn)一步提高圖譜的分辨率與靈敏度。經(jīng)過高功率照射后使原來存在偶極作用的氫與雜原子之間的作用消失，這樣原來所呈現(xiàn)的多峰就合并為一個(gè)，使得譜線的強(qiáng)度增加，并且使譜圖的重疊減弱，有利于識(shí)譜。但是不可避免的是在此過程中由于去偶技術(shù)的采用也使得反映有關(guān)原子周圍的化學(xué)環(huán)境、原子間相對(duì)距離等信息被消除。

3 應(yīng)用

固體核磁技術(shù)和液體核磁技術(shù)皆脫胎自核磁共振之基礎(chǔ)，其本質(zhì)是通過分析核磁共振譜線的特征，以達(dá)到測(cè)知物質(zhì)結(jié)構(gòu)之目的，謂之核磁共振波譜分析。更進(jìn)一步的，固體核磁于生物大分子、材料學(xué)、有機(jī)合成領(lǐng)域，乃至更前沿的地質(zhì)勘測(cè)和人腦研究，無非是把目前高度發(fā)展的電子信息處理技術(shù)加諸核磁共振波譜的結(jié)果之上，以得出更深層次的結(jié)論。以下是固體核磁技術(shù)幾個(gè)具體的應(yīng)用方向。

3.1 探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和理化機(jī)制

核磁共振譜技術(shù)是將核磁共振現(xiàn)象應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的一項(xiàng)技術(shù)。對(duì)于有機(jī)分子結(jié)構(gòu)測(cè)定來說，核磁共振譜扮演了非常重要的角色，核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質(zhì)譜一起被有機(jī)化學(xué)家們稱為“四大名譜”。核磁共振技術(shù)發(fā)展得最成熟、應(yīng)用最廣泛的是氫核共振。除此之外C、P等核磁共振譜亦擁有各自的優(yōu)勢(shì)。目前利用高分辨核磁共振譜儀測(cè)定的有機(jī)化合物的核磁共振譜圖早已逾十萬種，許多實(shí)驗(yàn)室都出版了譜圖集。

利用這些已有的技術(shù)條件，對(duì)反應(yīng)物或產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析和構(gòu)型確定成為可能。更深層次地，合成反應(yīng)中的電荷分布及其定位效應(yīng)、探討反應(yīng)機(jī)理等也可更加方便的得到探討，并從微觀上解釋大分子的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系。最終根據(jù)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)給出較確切的反應(yīng)機(jī)理。

此外，利用固體核磁共振方法也可解決某些凝聚態(tài)物理范疇的晶體結(jié)構(gòu)的問題，研究固體中分子的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)。例如，利用固體核磁共振方法研究硅酸鹽材料（如水泥、玻璃）的形成過程。

3.2 人類日常生活息息相關(guān)的方面

人類生活密切依賴于高分子材料，從睜開雙眼開始，幾乎所有的活動(dòng)無可避免的涉及高分子材料。合成樹脂、塑料、橡膠、纖維，乃至于必不可少的藥物等，這些必需品的生產(chǎn)或多或少需要利用到固體核磁技術(shù)。

固體核磁共振技術(shù)在高分子聚合物和合成橡膠中的應(yīng)用包括多元共聚物的定性和定量分析、異構(gòu)體的鑒別、基團(tuán)鑒別和規(guī)整性的分析等。

在藥學(xué)中，固體核磁共振技術(shù)在活性藥物化合物的篩選方面，憑借它極高的效率和準(zhǔn)確性有著很大的應(yīng)用前景。其中以分子為基礎(chǔ)對(duì)活性藥物的篩選是其它方法不可取代的。依靠固體核磁技術(shù)簡(jiǎn)便性、無損傷性和連續(xù)性，可以對(duì)人體之中的藥物反應(yīng)進(jìn)行直接的觀測(cè)，這對(duì)與藥理學(xué)的研究有著極大的價(jià)值。

3.3 醫(yī)學(xué)

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是固體核磁最具價(jià)值的應(yīng)用領(lǐng)域之一。由于人體中的大量碳水化合物，成熟的氫核磁共振成像技術(shù)以其在區(qū)分病變與正常組織的差異時(shí)表現(xiàn)的卓越能力格外引人注目。

核磁共振成像技術(shù)是核磁共振在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。人體內(nèi)含有非常豐富的水，不同的組織，水的含量也各不相同，如果能夠探測(cè)到這些水的分布信息，就能夠繪制出一幅比較完整的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像。

作為少有的精確快速而又對(duì)人體無害的醫(yī)學(xué)檢測(cè)手段，有數(shù)據(jù)顯示：全球每年有接近一億的病例利用核磁共振成像技術(shù)進(jìn)行檢查。值得矚目地，固體核磁技術(shù)在對(duì)大腦等軟組織的有很強(qiáng)的分辨力，不僅僅能夠顯示有形的實(shí)體病變，而且還能夠?qū)δX、心、肝等的功能性反應(yīng)進(jìn)行精確的判定。

然而，固體核磁技術(shù)也面臨自身的局限。作為解剖性影像診斷，固體核磁技術(shù)在一些病變方面顯得捉襟見肘。同時(shí)核磁儀器的昂貴成本亦限制其應(yīng)用。此外，固體核磁儀器的發(fā)熱問題也是其在生物醫(yī)學(xué)方面面臨的挑戰(zhàn)之一。概言之，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域固體核磁技術(shù)已初顯成效，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

4 前景

固體核磁技術(shù)在材料學(xué)和生化機(jī)理等領(lǐng)域的研究為人類的生活提供了大量實(shí)際的便利，它甚至還有更具歷史意義一面：人類從未停止探索生命的起源和去向，隨著固體核磁技術(shù)對(duì)于人腦的研究，或許人類即將獲得“智慧從何而來”的答案。利用固體核磁共振研究生物體的細(xì)微理化機(jī)制或許就是人類打開生命奧秘的鑰匙。

參考文獻(xiàn)：

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篇6

論文摘要：介紹了納米磁性材料的用途,闡述了納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類納米磁性材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

1引言

磁性材料一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)的重要支柱與基礎(chǔ)，廣泛地應(yīng)用于電信、自動(dòng)控制、通訊、家用電器等領(lǐng)域，在微機(jī)、大型計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用具有重要地位。信息化發(fā)展的總趨勢(shì)是向小、輕、薄以及多功能方向進(jìn)展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發(fā)展。納米磁性材料是指材料尺寸限度在納米級(jí)，通常在1～100nm的準(zhǔn)零維超細(xì)微粉，一維超薄膜或二維超細(xì)纖維（絲）或由它們組成的固態(tài)或液態(tài)磁性材料。當(dāng)傳統(tǒng)固體材料經(jīng)過科技手段被細(xì)化到納米級(jí)時(shí)，其表面和量子隧道等效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)和能態(tài)的變化，產(chǎn)生了許多獨(dú)特的光、電、磁、力學(xué)等物理化學(xué)特能，有著極高的活性，潛在極大的原能能量，這就是“量變到質(zhì)變”。

納米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效應(yīng)、超順磁性、宏觀量子隧道效應(yīng)、磁有序顆粒的小尺寸效應(yīng)、特異的表觀磁性等。

2納米磁性材料的研究概況

納米磁性材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可以分為納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類。

2.1納米顆粒型

磁存儲(chǔ)介質(zhì)材料：近年來隨著信息量飛速增加，要求記錄介質(zhì)材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質(zhì)材料與超微粒有密切的關(guān)系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。

納米磁記錄介質(zhì)：如合金磁粉的尺寸在80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm，今后進(jìn)一步提高密度向“量子磁盤”化發(fā)展，利用磁納米線的存儲(chǔ)特性，記錄密度達(dá)400Gbit/in2，相當(dāng)于每平方英寸可存儲(chǔ)20萬部紅樓夢(mèng)小說。

磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構(gòu)成。利用磁性液體可以被磁場(chǎng)控制的特性，用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場(chǎng)分布，從而可將磁性液體約束在磁場(chǎng)之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，且沒有磨損，可以做到長(zhǎng)壽命的動(dòng)態(tài)密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應(yīng)用之一。此外，在電子計(jì)算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體還有其他許多用途，如儀器儀表中的阻尼器、無聲快速的磁印刷、磁性液體發(fā)電機(jī)、醫(yī)療中的造影劑等等。

納米磁性藥物：磁性治療技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究領(lǐng)域在拓寬，如治療癌癥，用納米的金屬性磁粉液體注射進(jìn)人體病變的部位，并用磁體固定在病灶的細(xì)胞附近，再用微波輻射金屬加熱法升到一定的溫度，能有效地殺死癌細(xì)胞。另外，還可以用磁粉包裹藥物，用磁體固定在病灶附近，這樣能加強(qiáng)藥物治療作用。

電波吸收（隱身）材料：納米粒子對(duì)紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。

2.2納米微晶型

納米微晶稀土永磁材料：稀土釹鐵硼磁體的發(fā)展突飛猛進(jìn)，磁體磁性能也在不斷提高，目前燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁能積達(dá)到50MGOe，接近理論值64MGOe，并已進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。為進(jìn)一步改善磁性能，目前已經(jīng)用速凝薄片合金的生產(chǎn)工藝，一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm，如作為粘結(jié)釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度，易氧化和比鐵氧體高的成本價(jià)格等缺點(diǎn)，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面，開發(fā)研制復(fù)合稀土永磁材料，將軟磁相與永磁相在納米尺寸內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就可獲得高飽和磁化強(qiáng)度和高矯頑力的新型永磁材料。

納米微晶稀土軟磁材料：在1988年，首先發(fā)現(xiàn)在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經(jīng)適當(dāng)溫度晶化退火后，獲得一種性能優(yōu)異的具有超細(xì)晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開發(fā)成各種各樣的磁性器，應(yīng)用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，用作電流互感器、開關(guān)電源變壓器、濾波器、漏電保護(hù)器、互感器及傳感器等，可取得令人滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3磁微電子結(jié)構(gòu)材料

巨磁電阻材料：將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構(gòu)成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點(diǎn)是電阻率高，稱為巨磁電阻效應(yīng)材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優(yōu)良的軟磁特性。由于巨磁電阻效應(yīng)大，可便器件小型化、廉價(jià)，可作成各種傳感器件，例如，測(cè)量位移、角度，數(shù)控機(jī)床、汽車測(cè)速，旋轉(zhuǎn)編碼器，微弱磁場(chǎng)探測(cè)器（SQUIDS）等

磁性薄膜變壓器：個(gè)人電腦和手機(jī)的小型化，必須采用高頻開關(guān)電源，并且工作頻率越來越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開關(guān)電源進(jìn)一步向輕薄小方向發(fā)展，立體的三維結(jié)構(gòu)鐵芯已經(jīng)不能滿足要求，只有向低維的平面結(jié)構(gòu)發(fā)展，才能使高度更薄、長(zhǎng)度更短、體積更小。對(duì)于10～25W小功率開關(guān)電源，將采用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個(gè)微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結(jié)構(gòu)，而是二維平面結(jié)構(gòu)，其物理特性也與原來的立體結(jié)構(gòu)不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。

磁光存儲(chǔ)器：當(dāng)前只讀和一次刻錄式的光盤已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是可重復(fù)寫、擦的光盤還沒有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。最具有發(fā)展前途的是磁性材料介質(zhì)的磁光存儲(chǔ)器，其可以像磁盤一樣反復(fù)多次地重復(fù)記錄。目前大量使用的軟磁盤，由于材料介質(zhì)和記錄磁頭的局限性，其存儲(chǔ)密度已經(jīng)達(dá)到極限；另外其已經(jīng)不能滿足信息技術(shù)的發(fā)展要求，無法在一張盤上存儲(chǔ)更多的圖象和數(shù)據(jù)。采用磁光盤存儲(chǔ)，就能在一張盤上記錄數(shù)千兆字節(jié)到數(shù)十千兆字節(jié)的容量，并且能反復(fù)地擦寫使用。

3展望

納米技術(shù)是本世紀(jì)前20年的主導(dǎo)技術(shù),納米材料是納米技術(shù)的核心,是21世紀(jì)最有前途的材料,也是納米技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)之一。納米科技的發(fā)展給傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)帶來了跨越式發(fā)展的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn),納米級(jí)磁性材料的開發(fā)和研究是磁性材料發(fā)展的一個(gè)必然方向,但同時(shí)也應(yīng)重視用納米技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行納米改性方面的研究,以全面提高企業(yè)的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)能力,在世界民族之林樹立中華民族的大旗。

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篇7

1血液透析機(jī)的原理血液和透析液在透析器(人工腎)內(nèi)借半透膜接觸和濃度梯度進(jìn)行物質(zhì)交換（圖1）,使血液中的代謝廢物和過多的電解質(zhì)向透析液移動(dòng),透析液中的鈣離子、堿基等向血液中移動(dòng)，從而清除患者血液中的代謝廢物和毒物;調(diào)整水和電解質(zhì)平衡;調(diào)整酸堿平衡，具有人體腎臟的部分功能[3]。

2血液透析機(jī)的組成[4]

2.1液路部分

液路部分包括溫度控制系統(tǒng)、除氣系統(tǒng)、透析液配比系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、超濾控制系統(tǒng)、漏血探測(cè)等部分[5]。（1）溫度控制系統(tǒng)：溫度控制系統(tǒng)由加熱器、熱交換器、和溫度傳感器組成。加熱器是使透析液達(dá)到要求溫度的主要部件，通常采用電熱棒直接加熱，功率1500W左右。帶有高溫保護(hù)裝置，超過設(shè)定溫度，自動(dòng)斷開。熱交換系統(tǒng)使進(jìn)入機(jī)器的水與即將排出的廢液在不銹鋼管道中相對(duì)流動(dòng)，廢液的熱量通過管壁傳到反滲水。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過機(jī)器分布在各處的溫度傳感器測(cè)量各點(diǎn)溫度，反饋控制加熱器，使溫度始終控制在設(shè)定的范圍內(nèi)（35~42℃）。（2）除氣系統(tǒng)：除氣系統(tǒng)包括除氣泵、除氣室、除氣閥和管路。其原理是由負(fù)壓泵產(chǎn)生大約500mmHg負(fù)壓，使溶解在反滲水中的氣體擴(kuò)張成氣泡逸出，避免氣泡對(duì)流量、溫度、電導(dǎo)度的測(cè)量產(chǎn)生影響，或氣泡積聚在透析膜的一側(cè)影響透析，對(duì)病人的健康產(chǎn)生危險(xiǎn)。（3）透析液配比及電導(dǎo)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：透析液配比及電導(dǎo)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由A液泵、B液泵、電導(dǎo)度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、配比室組成。透析液的配比就是將濃縮液和反滲水進(jìn)行配比，達(dá)到需要的濃度。透析濃縮液目前一般為碳酸氫鹽，分為A、B液，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的配方控制A、B泵，使A液由A液泵吸入，B液由B液泵吸入，并且按固定容量吸入。（4）超濾系統(tǒng)[6]：超濾是壓力梯度使液體通過薄膜的過程。在血液透析過程中，正壓血層與負(fù)壓透析液層形成薄膜之間的壓力梯度，這個(gè)壓力梯度成為跨膜壓（TMP），作用是清除血液的多余水分?，F(xiàn)在的超濾系統(tǒng)一般為容量超濾，操作者設(shè)定超濾量后，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制。容量超濾系統(tǒng)一般分為2種，一種是平衡腔控制法（圖2），一種是流量計(jì)控制法（圖3）[7]。①平衡腔控制法，容量平衡裝置是由2個(gè)平衡室及8個(gè)閥組成，每個(gè)平衡室又被彈力膜分成新鮮透析液和用后透析液2部分，每個(gè)間隙有2個(gè)閥?，F(xiàn)在還在平衡腔增加了膜的位移傳感器，使平衡膜在達(dá)到極限位置時(shí)略提前發(fā)信號(hào)切換電磁閥，以改善實(shí)際跨膜壓的波動(dòng)，使透析流量更穩(wěn)定，患者感到平穩(wěn)。工作原理:在第一相時(shí)，閥2、3、5、8打開，1、4、6、7關(guān)閉。C2被新鮮的透析液充滿，迫使C1排出等量的廢液。同時(shí)C3被廢液充滿，C4排出等量的透析液到透析器。在第二相時(shí)所有的閥關(guān)閉130ms，以消除閥對(duì)平衡腔的影響。在第三相時(shí)，1、4、6、7閥打開，2、3、5、8關(guān)閉。C4被被新鮮的透析液充滿，迫使C3排出等量的廢液。同時(shí)C1被廢液充滿，C2排出等量的透析液到透析器。在第四相時(shí)，所有的閥關(guān)閉130ms。該四相重復(fù)進(jìn)行，保證入透析器的流量與出透析器的流量嚴(yán)格相等[8]。②流量計(jì)控制法，流量計(jì)控制法采用雙通道電磁流量超濾控制系統(tǒng)，通過對(duì)2個(gè)流量通道高精度的掃描和采樣，控制和反饋調(diào)節(jié)超濾的進(jìn)行。超濾單元通過電磁原理平衡流速反饋式容量來控制流量和計(jì)算超濾。此容量測(cè)量體包括2個(gè)形狀相同的管路，輸送液體來往透析器，管路裝置于固體鐵氧磁心內(nèi)，周圍包著電磁鐵線圈。當(dāng)電流經(jīng)過鐵線圈，就會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，當(dāng)含有電解質(zhì)的液體流經(jīng)磁場(chǎng)，其所在的管路便會(huì)產(chǎn)生低電壓。每條管路內(nèi)的鉑電極量度電壓量，來直接確定流量。第1條管路量度通往透析器的流量，第2條管路量度回流的流量。兩者之間的差量就是超濾量。從通道1和通道2采集數(shù)據(jù)，由Ch2rate-Ch1rate=UFrate，反饋控制跨膜壓以達(dá)到預(yù)期的超濾量。同時(shí)機(jī)器內(nèi)部每30min將進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，由于超濾單元的機(jī)械部件為固定靜止的，因此不會(huì)造成泄漏和磨損。容量測(cè)量體檢測(cè)速率800次/s，所得數(shù)據(jù)資料不斷向主機(jī)流量和超濾控制系統(tǒng)匯集，這種精確的量度方法保正了流量的連續(xù)和穩(wěn)定[9]。（5）漏血探測(cè)部分[10]：血液透析過程中有時(shí)會(huì)發(fā)生透析器破膜，就會(huì)發(fā)生漏血，這對(duì)病人是非常危險(xiǎn)的，為了檢測(cè)漏血的發(fā)生，一般血液透析機(jī)采用光學(xué)方法檢測(cè)。其原理是將發(fā)光二極管和光敏三極管分別安裝在漏血探測(cè)器室壁兩側(cè)，當(dāng)發(fā)生漏血時(shí)，發(fā)光管的光線受阻，光敏管接受的信號(hào)減小，引起報(bào)警。在透析過程中如果有沉淀或過臟，易發(fā)生假報(bào)警，這就需要操作人員及時(shí)清除漏血檢測(cè)部位的贓物。

2.2血路部分

血路部分包括[1：血泵、肝素泵、氣泡探測(cè)器、預(yù)充探測(cè)器、動(dòng)靜脈壓力監(jiān)測(cè)、靜脈夾等（圖4）。（1）血泵：血泵的作用是推動(dòng)血液由透析器返回病人體內(nèi)，目前常用的是滾柱式血泵，速率范圍是0~600mL/min。（2）肝素泵：由于病人的血液在體外循環(huán)與空氣接觸，很容易發(fā)生凝血現(xiàn)象，使用肝素防止發(fā)生凝血。肝素泵實(shí)際是一推進(jìn)栓連接20mL的注射器,推進(jìn)栓可使肝素連續(xù)（0.6~1.0mL/h）或定量輸入。（3）氣泡探測(cè)器：空氣栓塞是血液透析過程中最嚴(yán)重的并發(fā)癥?？諝馓綔y(cè)器是檢測(cè)靜脈血液管路中的血液是否有氣泡，它由超聲發(fā)射器、超聲接收器組成。在氣泡探測(cè)器出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，血泵將會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，靜脈夾夾死，超濾自動(dòng)設(shè)置為0。（4）預(yù)沖探測(cè)器：它是在自動(dòng)化程度比較高的機(jī)型里，用來區(qū)分管路里是血液還是生理鹽水，繼而區(qū)分是治療狀態(tài)還是預(yù)沖狀態(tài)。在預(yù)沖時(shí)，當(dāng)它探測(cè)到血液，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)血液部分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如靜脈壓、漏血、空氣報(bào)警等；在治療中，尤其是在自動(dòng)回血時(shí)，它會(huì)提示管內(nèi)已無血液，可以停止回血。一般這個(gè)結(jié)構(gòu)都和靜脈夾位置比較近，由于它的血液監(jiān)測(cè)功能，可以提醒護(hù)士有沒有正確安裝靜脈夾。

3血液透析機(jī)的硬件擴(kuò)展隨著科技的發(fā)展，透析機(jī)的擴(kuò)展功能得到強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

3.1血液溫度監(jiān)測(cè)儀

血液溫度監(jiān)測(cè)儀（BTM）用以調(diào)整透析過程中的熱量平衡，大量研究證實(shí)，對(duì)于循環(huán)不穩(wěn)定的患者，提供可控的熱能負(fù)平衡將對(duì)透析期間血管的穩(wěn)定性起到積極的作用。運(yùn)用控制功能，治療期間一些非生理性的、對(duì)血管副反應(yīng)的、乃至至今尚未被注意體溫變化引起的危害將會(huì)避免。

3.2血容量監(jiān)測(cè)

血容量監(jiān)測(cè)（BVS）就是基于紅細(xì)胞壓積的變化，提供對(duì)血管內(nèi)，水份含量的估算，對(duì)容量性低血壓有很有效的提示作用。它的一般原理就是，通過監(jiān)測(cè)血液對(duì)紅光的透過能力，估算紅細(xì)胞壓積。而我們知道，血液透析對(duì)血液中水份的改變是顯著的，而對(duì)紅細(xì)胞數(shù)量的改變是可以忽略不計(jì)的。那么紅細(xì)胞壓積的改變，就足以代表血液中水份的改變。如果治療中，從血管里脫水的速度（即患者脫水速度）大于組織向血管里補(bǔ)充的速度，那么顯然會(huì)導(dǎo)致血容量下降，當(dāng)這個(gè)下降超過一定的幅度，就會(huì)導(dǎo)致低容量性的低血壓。有了的對(duì)血容量的監(jiān)測(cè)，對(duì)調(diào)整適合的脫水曲線，以及配合相應(yīng)的血液滲透壓（改變透析液Na濃度）調(diào)整都有明確的指導(dǎo)意義[12]。

3.3再循環(huán)監(jiān)測(cè)

在血液透析治療中，血液再循環(huán)（治療后血液未經(jīng)體循環(huán)又重新進(jìn)入體外循環(huán)）切實(shí)存在，在雙腔插管的條件下更為明顯。它的一般原理是，在透析液側(cè)給一個(gè)高溫脈沖，則血液被加溫。在血液入口側(cè)，監(jiān)測(cè)溫度變化，如果很快接受到明顯的溫度變化，則可以確認(rèn)再循環(huán)的存在。再循環(huán)的存在會(huì)導(dǎo)致治療效果明顯下降，有了明確的再循環(huán)依據(jù)，為改善治療方案提供了有力依據(jù)。

3.4無創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)

無創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)，實(shí)際就是把電子血壓計(jì)整合到機(jī)器內(nèi)部，現(xiàn)階段無絲毫技術(shù)性和技巧性。如果能和血容量監(jiān)測(cè)以及脫水控制聯(lián)合應(yīng)用，才是真正有意義的選件。

3.5加拿大糖尿病檢測(cè)（DIASCAN）或在線尿素清除指數(shù)監(jiān)測(cè)（OCM）

若想提高患者的生活質(zhì)量,重要一點(diǎn)是透析的充分性，現(xiàn)在評(píng)價(jià)透析充分性使用的指標(biāo)是尿素清除指數(shù)（Kt/v），通常是通過檢測(cè)透析前/后的尿素氮值計(jì)算而得。

4血液透析機(jī)的網(wǎng)絡(luò)及軟件擴(kuò)展

4.1網(wǎng)絡(luò)化管理[13]

血液透析中心長(zhǎng)期采用手工病歷記錄的形式管理患者診療信息，記錄患者的首次病程、歷次透析記錄、化驗(yàn)檢查常規(guī)用藥、特殊處理等。目前，該管理形式已不能適應(yīng)當(dāng)前醫(yī)院信息化管理的要求，因此，透析中心的信息數(shù)字化管理已是大勢(shì)所趨。每個(gè)廠家開放國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)端口，使所有的機(jī)器聯(lián)網(wǎng)。通過透析工作站能對(duì)所有的機(jī)器進(jìn)行管理，監(jiān)控每臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、診斷每臺(tái)機(jī)器的故障。例如GambroExalis通過透析機(jī)RS232接口或網(wǎng)口，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器聯(lián)網(wǎng)，做到中央操作、監(jiān)護(hù)、存貯、重顯各種記錄、打錄各種顯示資料。系統(tǒng)通過透析中心信息管理客戶端，將患者診療信息數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理,大大地提高了工作效率和醫(yī)療管理質(zhì)量。

4.2軟件擴(kuò)展

為了更好地便于操作和使用，一些機(jī)型在操作軟件上提供了自動(dòng)預(yù)充、自動(dòng)回血、定時(shí)消毒等軟件，還具備方便維修的特點(diǎn)。透析機(jī)作為水電結(jié)合的醫(yī)療產(chǎn)品，故障率較高，為減少維修時(shí)間，各廠家都推出了新的技術(shù)，如方便齊全的定標(biāo)程序；完備的故障代碼系統(tǒng)[14]。

篇8

[關(guān)鍵詞]電磁帶隙結(jié)構(gòu) 天線設(shè)計(jì) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM725 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）20-0025-01

上世紀(jì)80年代末。美國(guó)的科學(xué)家提出了電磁帶隙結(jié)構(gòu)，這種新的前沿問題從出現(xiàn)開始就一直是相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者研究的重點(diǎn)。在天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，電磁帶隙結(jié)構(gòu)相比于一般的材料而言，具有一定的優(yōu)勢(shì)。首先，在天線設(shè)計(jì)中使用電磁帶隙材料可以有效降低表面波和介質(zhì)波模產(chǎn)生的損耗。其次，使用電磁帶隙材料還可以提高天線增益。總之，將電磁帶隙結(jié)構(gòu)應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)中是比較合理的。因此，進(jìn)行有關(guān)電磁帶隙結(jié)構(gòu)及在天線設(shè)計(jì)中應(yīng)用的研究是具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。本文將從介紹多頻帶和小型化電磁帶隙設(shè)計(jì)入手，介紹諧波抑制和陷波特性的印刷天線設(shè)計(jì)。

1 多頻帶和小型化電磁帶隙設(shè)計(jì)

電磁帶隙結(jié)構(gòu)相比于其它同類結(jié)構(gòu)而言具有一定的獨(dú)特性，從而也吸引了大批的學(xué)者對(duì)其進(jìn)行深入研究。隨著電磁帶隙結(jié)構(gòu)在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用的不斷普及，為了滿足不同的設(shè)計(jì)要求，各種新型的電磁帶隙結(jié)構(gòu)層出不窮。其中，多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)是為了滿足不同頻帶的應(yīng)用需求。而小型化電磁帶隙結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)則是為了提升陣列天線的性能。下文將對(duì)這兩種新型的電磁帶隙結(jié)構(gòu)做具體的介紹。

1.1 蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)分析

蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)一般使用正方形的貼片，是由周期單元的諧振或共振機(jī)制產(chǎn)生的帶隙特性。通過實(shí)驗(yàn)可以判斷蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的頻率帶隙和其參數(shù)之間的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)的過程中，一般都是改變其中的一個(gè)常數(shù)，使其它參數(shù)保持不變。例如，想要觀察電磁帶隙貼片的邊長(zhǎng)對(duì)其頻率帶隙的影響，則只改變電磁帶隙的邊長(zhǎng)，其它參數(shù)不變，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程中，分別改變蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的貼片邊長(zhǎng)、電磁帶隙介質(zhì)的厚度、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)、縫隙間距以及連接電磁帶隙貼片和地板之間的金屬圓柱半徑。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的頻率帶隙和貼片邊長(zhǎng)、電磁帶隙介質(zhì)的厚度、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)成反比關(guān)系，即當(dāng)貼片邊長(zhǎng)、電磁帶隙介質(zhì)的厚度、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)三個(gè)參數(shù)增大時(shí)，蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的頻率帶隙是減小的。而蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的頻率帶隙和電磁帶隙的縫隙間距、連接電磁帶隙貼片和地板之間的金屬圓柱半徑是成正比關(guān)系的。即當(dāng)電磁帶隙結(jié)構(gòu)的縫隙間距、連接電磁帶隙貼片和地板之間的金屬圓柱半徑增大時(shí)，蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的頻率帶隙是增大的。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，為了滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求，通常會(huì)同時(shí)改變其中的幾個(gè)電磁帶隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1.2 多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我們知道，電磁帶隙結(jié)構(gòu)的諧振會(huì)產(chǎn)生頻率帶隙。如果想要實(shí)現(xiàn)多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)，則會(huì)需要使用多個(gè)諧振回路。在本文中，為了滿足多個(gè)諧振回路的要求，在電磁帶隙貼片上開出細(xì)槽。在電磁帶隙貼片上開細(xì)槽的具體方法如下。要在貼片對(duì)角線的位置上開出四個(gè)細(xì)槽，然后再在正方形貼片的四個(gè)邊上開細(xì)槽，每一條邊上開出兩個(gè)細(xì)槽。多個(gè)諧振回路的產(chǎn)生主要通過腐蝕貼片上的細(xì)槽來實(shí)現(xiàn)。在形成多個(gè)諧振回路后就構(gòu)成了一個(gè)多頻帶電磁帶隙結(jié)構(gòu)。如圖1：

1.3 小型化電磁帶隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先，介紹螺旋地板的小型化電磁帶隙結(jié)構(gòu)。螺旋地板的小型化電磁帶隙結(jié)構(gòu)相當(dāng)于并聯(lián)的LC諧振電路。如果想要將電磁帶隙結(jié)構(gòu)的尺寸變小，則要增加等效的電容或者是增加等效的電感，這樣才能夠有效降低諧振頻率。蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)介質(zhì)的磁導(dǎo)率和介質(zhì)厚度將會(huì)影響蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的電感大小。而螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)是在蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的，相比于蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)多了一個(gè)額外電感，這樣可以降低諧振頻率。螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)的諧振頻率和額外電感成反比，即當(dāng)額外電感增加時(shí)，諧振頻率會(huì)減小。

可以利用仿真技術(shù)來對(duì)比蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)和螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)的性能。通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)帶隙頻率在1.95GHz和2.81GHz之間，要低于蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的帶隙頻率。對(duì)于螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)而言，如果想要降低帶隙頻率則需要增加電感值和減小螺旋臂寬。但在工程實(shí)踐過程中，這種方法是比較難以實(shí)現(xiàn)的。因此，為了實(shí)現(xiàn)降低螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)帶隙頻率的目的，則可以在兩個(gè)螺旋地板電磁帶隙結(jié)構(gòu)中增加電感，即電感加載的螺旋地板小型化電磁帶隙結(jié)構(gòu)。

2 諧波抑制和陷波特性的印刷天線設(shè)計(jì)

微帶天線具有一定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有一定的缺點(diǎn)。微帶天線的優(yōu)點(diǎn)就是重量比較小、體積小、經(jīng)濟(jì)成本低、易集成。也正是因?yàn)槲炀€具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，才被廣泛地應(yīng)用相關(guān)領(lǐng)域中。例如在衛(wèi)星通信、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測(cè)等領(lǐng)域中均有使用微帶天線。但微帶天線也具有帶寬比較窄、損耗大的缺點(diǎn)。如果是微帶天線和射頻器件集成使用，則諧波輻射不僅能會(huì)造成微帶天線能量損耗，同時(shí)還會(huì)干擾射頻器件。通過使用電磁帶隙結(jié)構(gòu)可以有效抑制諧波輻射，減少對(duì)射頻器件的干擾。

電磁帶隙結(jié)構(gòu)的諧振可以阻斷諧波附近電磁波的傳播，進(jìn)而形成頻率帶隙。電磁帶隙結(jié)構(gòu)的諧振有兩種形式，一種是自諧振，即電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元自身產(chǎn)生的諧振，另一種是互諧振，即電磁帶隙結(jié)構(gòu)單元和其它單元之間通過相互作用產(chǎn)生的諧振。在一些比較特殊的情況下，這兩種類型的諧振可以同時(shí)存在，但其中只有一種起主要作用。蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生自諧振和互諧振，其中互諧振起主要作用。共面緊湊型電磁帶隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的是互諧振。啞鈴型DGS（電磁帶隙結(jié)構(gòu)的衍生物）產(chǎn)生的是自諧振。如圖2：

微帶天線產(chǎn)生于上世紀(jì)70年年代，最初是由Howell和Munson研制出來的。在微帶天線出現(xiàn)以后，經(jīng)歷了快速發(fā)展的階段。微帶天線的貼片有很多種形狀，可以是正方形的，也可以是三角形的。正如上文所述，微帶天線具有一定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有一定的缺點(diǎn)。因此，在進(jìn)行微帶天線設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)盡量采取有效措施減少因微帶天線缺點(diǎn)而帶來的影響。

微帶天線在工作的過程中會(huì)受諧波輻射的影響，諧波不僅會(huì)造成微帶天線能量損耗，同時(shí)還會(huì)干擾其他微波器件。因此，在設(shè)計(jì)的過程中必須要抑制諧波。而利用蘑菇狀電磁帶隙結(jié)構(gòu)的諧振特點(diǎn)可以有效抑制微帶天線的諧波輻射。

超寬帶通信技術(shù)在精準(zhǔn)定位、探地雷達(dá)等領(lǐng)域中具有廣泛地應(yīng)用。但由于超寬帶系統(tǒng)的工作頻段與無線通信系統(tǒng)的頻段有重合的地方，為了減少超寬帶天線對(duì)無線通信系統(tǒng)頻段的干擾，可以利用電磁帶隙結(jié)構(gòu)將超寬帶天線設(shè)計(jì)成具有陷波特性的超寬帶單極子天線。

4 總結(jié)

總之，電磁帶隙結(jié)構(gòu)作為一種特殊的人工電磁材料，相比于一般的電磁材料而言具有一定的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于微帶天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，可以提高微帶天線的性能。

參考文獻(xiàn)

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篇9

【關(guān)鍵詞】 多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀； 原理； 故障實(shí)例； 維修

一.多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀工作原理

醫(yī)用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的基本原理是通過電極和傳感器拾取人體心電、血壓、呼吸，氧飽和度等生理參數(shù)信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。監(jiān)護(hù)儀主要是由四個(gè)部分組成：信號(hào)參數(shù)、模擬處理、數(shù)字處理、信息輸出。

（1）信號(hào)參數(shù)。這部分的功能是通過電極和傳感器拾取人體心電、血壓、呼吸，氧飽和度等生理參數(shù)信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；（2）模擬處理。將采集的信號(hào)通過模擬電路進(jìn)行阻抗匹配、過濾、放大等處理，由模擬轉(zhuǎn)換器把人體生理參數(shù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)字處理部分，它由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理機(jī)、存儲(chǔ)器等組成，是多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的核心部分；（3）數(shù)字處理。微處理機(jī)接收來自控制面板的控制信息，通過執(zhí)行程序，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、分析和存儲(chǔ)；（4）信息輸出。將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果輸出，在輸出結(jié)果的同時(shí)協(xié)調(diào)、檢測(cè)整機(jī)各部分的工作，如顯示波形、文字、圖形、分析報(bào)告，啟動(dòng)各類報(bào)警和打印紀(jì)錄。

醫(yī)用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀集合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，它的硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本一致，實(shí)際上它就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。參考計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，醫(yī)用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的整機(jī)部件構(gòu)成又分為：電源模塊、系統(tǒng)控制器模塊、程序處理器模塊、圖形顯示器模塊I/O系統(tǒng)模塊、監(jiān)護(hù)參數(shù)模塊等功能模塊組成。

二. 多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀常見故障及其處理辦法

根據(jù)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，其常見故障主要有以下幾類：

（一）電源模塊、系統(tǒng)控制器模塊常見故障

電源模塊、系統(tǒng)控制器模塊故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：使用交流電源和電池均不能開機(jī)，電源指示燈不亮。導(dǎo)致故障的主要原因：由于電源指示燈不亮，故障原因可以判斷為電源、系統(tǒng)控制器模塊故障，應(yīng)先檢查電源。

檢修方法：首先檢查電池，如果發(fā)現(xiàn)電池電量已耗盡，更換一個(gè)新電池后。如果更換電池以后機(jī)器可以用電池正常開機(jī)，但顯示交流電仍未接入，則進(jìn)一步檢查，檢查保險(xiǎn)絲是否已損壞，是否出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)黑，判斷后續(xù)電路可能存在短路，拆機(jī)檢查電源模塊，如果發(fā)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換器的整流器已短路，則更換故障的元件，機(jī)器恢復(fù)正常。設(shè)備在使用過程中，整流器短路，使保險(xiǎn)絲熔斷，AC-DC轉(zhuǎn)換器電壓沒有輸出，機(jī)器會(huì)轉(zhuǎn)為電池直流電壓工作，直至電力消耗盡。

（二）圖形顯示器模塊常見故障

圖形顯示器模塊常見故障表現(xiàn)為：黑屏，沒有圖像。故障的原因主要是開機(jī)后，機(jī)器有自檢音，電源燈正常；按血壓測(cè)量鍵，血壓泵工作，說明黑屏原因是顯示屏的背景熒光燈未亮，高壓逆變器工作異常。

檢修方法：以邁瑞PM-9000E白屏現(xiàn)象為例，機(jī)器出現(xiàn)白屏說明顯示屏的背景熒光燈工作正常，可能存在程序處理器模塊板無顯示信號(hào)輸入，此時(shí)可外接顯示器進(jìn)行判斷，若顯示正常，則說明顯示屏損壞，或程序處理器模塊到顯示屏之間的排線松脫；若外接顯示器無顯示，則可能程序處理器模塊故障。

（三）多參數(shù)模塊常見故障

在臨床使用過程中，多參數(shù)模塊模塊故障出現(xiàn)的幾率最大，表現(xiàn)為無ECG波形，或讀數(shù)不穩(wěn)定基線漂移、干擾大；或無RESP波形，檢修時(shí)一般應(yīng)遵循由簡(jiǎn)到難的原則，首先判斷導(dǎo)聯(lián)線是否完好，電極片是否位置正確、接觸良好、有無生銹等，導(dǎo)致聯(lián)連失??；其次要注意查看導(dǎo)聯(lián)設(shè)置模式，如果儀器選擇了五導(dǎo)聯(lián)模式，但連接了三導(dǎo)聯(lián)的導(dǎo)聯(lián)線，那肯定無波形了，建議使用心電信號(hào)發(fā)生器并備用一條新的導(dǎo)聯(lián)線，配合示波器，可快速準(zhǔn)確判別故障點(diǎn)。例如以邁瑞PM-9000E出現(xiàn)心電讀數(shù)不穩(wěn)定，干擾大的現(xiàn)象，針對(duì)這種情況首先應(yīng)排除來自導(dǎo)聯(lián)線輸入端的干擾，比如：接地不良、電板片失效、導(dǎo)線接觸不好或高頻電刀干擾等；其次排除機(jī)外原因還是機(jī)內(nèi)原因引起的，可拔下導(dǎo)聯(lián)線，看基線是否是一條直線，線上有無干擾，如果沒有，說明儀器本身沒有問題，干擾是外部原因引起的。如不存在外部干擾，則說明模塊內(nèi)部有問題。

（四）血氧監(jiān)護(hù)模塊常見故障

在醫(yī)用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的眾多參數(shù)模塊中，血氧監(jiān)護(hù)（SPO2模塊）出現(xiàn)故障幾率較大，一般表現(xiàn)為無SPO2讀數(shù)，或讀數(shù)不穩(wěn)定、斷續(xù)、搜索超時(shí)，檢修時(shí)應(yīng)首先判斷血氧探頭是否完好，再檢查SPO2模塊。由于血氧探頭價(jià)格不菲，在進(jìn)行維修應(yīng)謹(jǐn)慎行事，用萬能表直接測(cè)量發(fā)射、接收二極管，可判別故障點(diǎn)，如果血氧探頭斷線，可用焊接修復(fù)。如果血氧探頭的發(fā)射、接收二極管損壞，又難以找到合適的元件，可以用另外一只損壞的血氧探頭進(jìn)行 拼湊、維修。

（五）血壓模塊常見故障

血壓模塊（NIBP模塊）常見故障主要是血壓泵組件損壞，如：泵電機(jī)繞組斷路、短路，電磁閥繞組斷路、短路、漏氣等等，其中以漏氣最為多見。漏氣故障表現(xiàn)為測(cè)量血壓時(shí)充氣時(shí)間過長(zhǎng)，或壓力始終充不上去 （低于150mmHg），無法測(cè)量，顯示袖帶沒綁好或太松。如果漏氣部位在機(jī)外，例如：袖帶漏氣，連接導(dǎo)管漏氣，則容易發(fā)現(xiàn)，亦容易處理，可直接更換新的袖帶與連接導(dǎo)管試試。如果漏氣部位在機(jī)內(nèi)，則大多數(shù)是因?yàn)闄C(jī)內(nèi)負(fù)責(zé)放氣的電磁閥老化，關(guān)閉不全，引起漏氣，機(jī)內(nèi)連接管質(zhì)量很好，連接管松動(dòng)或老化引起漏氣現(xiàn)象較少見。

三.小結(jié)

醫(yī)用多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀在臨床中使用廣泛，對(duì)其質(zhì)控檢測(cè)，保證其時(shí)刻處于完好待用狀態(tài)，這對(duì)保證醫(yī)療安全具有重要意義。因此，應(yīng)將多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的質(zhì)量控制作為醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備質(zhì)量控制中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，應(yīng)從驗(yàn)收、使用、維護(hù)、報(bào)廢的整個(gè)周期內(nèi)構(gòu)成一個(gè)完整的質(zhì)量控制體系，這不僅符合現(xiàn)代醫(yī)院管理的需求，也是保證醫(yī)療質(zhì)量的重要手段，為患者享受高質(zhì)量的治療服務(wù)提供了重要保障。同時(shí)，醫(yī)院還應(yīng)積極培養(yǎng)醫(yī)療設(shè)備保障部門技術(shù)人員，提高其專業(yè)水平，以切實(shí)保障多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀的良好使用。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

[關(guān)鍵詞]電氣工程及其自動(dòng)化 建設(shè) 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TM76-4；G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）03-0286-01

一、引言

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是一個(gè)工程性和基礎(chǔ)性都很強(qiáng)的專業(yè)。電氣工程的基礎(chǔ)性決定了其具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉和派生能力，如今的通信工程專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、自動(dòng)化專業(yè)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)乃至生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)都是從電氣工程專業(yè)派生或再派生而形成，這些專業(yè)統(tǒng)稱為電子與信息類專業(yè)而它們和電氣工程專業(yè)一起又被統(tǒng)稱為電類專業(yè)，電氣工程專業(yè)是電子與信息類專業(yè)的母體，而這些專業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展又大大推動(dòng)了電氣工程專業(yè)的發(fā)展，這一特點(diǎn)就要求我們?cè)谥贫▽I(yè)培養(yǎng)方案時(shí)不能僅局限于電氣工程自身而應(yīng)兼顧整個(gè)電類專業(yè)，基于上述思想我們認(rèn)為該專業(yè)的目標(biāo)是：培養(yǎng)能夠從事與電氣工程有關(guān)的裝備制造、系統(tǒng)運(yùn)行、自動(dòng)控制、信息處理、試驗(yàn)分析、研究開發(fā)、經(jīng)濟(jì)管理以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域工作的應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才。

二、電氣工程及其自動(dòng)化的發(fā)展歷史

希臘學(xué)者米利都是最早對(duì)電有認(rèn)識(shí)的人，他觀察用布摩擦琥珀后，會(huì)吸引如羽毛等輕小的東西。但是最早對(duì)靜電有系統(tǒng)和科學(xué)的研究則是從17世紀(jì)開始的。17世紀(jì)的英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特所著的書中，對(duì)“電”進(jìn)行了最早的論述，英語“E-lectric”一詞即起源于希臘語 “Electrica”和拉丁語“Electrum”。隨后，英國(guó)人格雷發(fā)現(xiàn)了電的導(dǎo)體和絕緣體。法國(guó)人杜菲在眾多實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，幾乎所有物質(zhì)都可以摩擦生電，并且他更仔細(xì)地發(fā)現(xiàn)，所產(chǎn)生的電有兩種，帶有異種電者會(huì)相互吸引，帶有同種電者會(huì)相互排斥。

18世紀(jì)美國(guó)人富蘭克林用“風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)”證明了電的存在。19世紀(jì)上半葉，安培安培發(fā)現(xiàn)電流的磁效、法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律。19世紀(jì)下半葉，電磁理論集大成者麥克斯韋爾的理論為電氣工程奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，西方國(guó)家的大學(xué)陸續(xù)設(shè)置了電氣工程專業(yè)。

1908年，南洋大學(xué)堂（交通大學(xué)前身）設(shè)置了電機(jī)?？?，這是我國(guó)大學(xué)最早的電氣工程專業(yè)，至今已有一個(gè)世紀(jì)。1920年，東南大學(xué)設(shè)置了電機(jī)工程系。1932年，清華大學(xué)設(shè)置了電機(jī)系。1949年后，我國(guó)出現(xiàn)了一大批以工科為主的多科性大學(xué)，也出現(xiàn)了一批機(jī)電學(xué)院，這些學(xué)院基本上都有電機(jī)工程系。1958年，在北京電力學(xué)校的基礎(chǔ)上成立了北京電力學(xué)院，當(dāng)時(shí)的電力工程系設(shè)有“發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)”、“高壓電技術(shù)專業(yè)”等，它們就是現(xiàn)在的“電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)”的前身。1961年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的發(fā)電教研室部分教師和學(xué)生并入北京電力學(xué)院，充實(shí)了該專業(yè)的力量。1961至1962年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)又有發(fā)電、高壓和電自三個(gè)專業(yè)的10名研究生轉(zhuǎn)入北京電力學(xué)院，開啟了研究生培養(yǎng)的先河。1977年，恢復(fù)高考后，大部分學(xué)校的“電機(jī)工程系”陸續(xù)改為“電氣工程系”。1986年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)“電力系統(tǒng)及自動(dòng)化”為博士學(xué)位授權(quán)學(xué)科。1988年，我國(guó)高校進(jìn)行了大規(guī)模專業(yè)目錄調(diào)整，將電工類專業(yè)和電子與信息類專業(yè)和電子與信息類專業(yè)合并為“電氣信息類”，專業(yè)數(shù)大大減少，專業(yè)口徑大大拓寬。

三、電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)

1、安全性

隨著國(guó)家制度法規(guī)的不斷完善以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，人身安全的重視程度了逐漸凸顯。由于我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平較低，使得一些較為危險(xiǎn)的機(jī)器相當(dāng)一部分是依靠人工操作的，一旦操作失誤或者機(jī)器出現(xiàn)故障，容易帶來極大的人身安全隱患。而自動(dòng)化控制技術(shù)利用終端系統(tǒng)的操作，建立了選擇程序，通過自動(dòng)識(shí)別操作規(guī)范問題，及時(shí)停止電氣操作或者切斷電源，能極大程度的避免事故的發(fā)生。

2、效率高

作為科技發(fā)展的核心產(chǎn)物，電氣自動(dòng)化技術(shù)在處理數(shù)據(jù)信息的高速性和準(zhǔn)確度上的優(yōu)勢(shì)是巨大的。其運(yùn)行模式是由接收特殊指令的應(yīng)用設(shè)備來完成最終的執(zhí)行指令。對(duì)于不同的設(shè)備自動(dòng)生成不同的指令，減少了錯(cuò)誤率，加之傳輸速度很快，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的反饋校驗(yàn)功能，機(jī)器運(yùn)行的高效以及精準(zhǔn)度就越發(fā)明顯，確保了運(yùn)作的及時(shí)有效。

四、電氣自動(dòng)化教學(xué)成果特點(diǎn)

1、便捷性

電氣自動(dòng)化產(chǎn)品主要是把電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等集于一個(gè)產(chǎn)品上，達(dá)到產(chǎn)品的功能自動(dòng)化，這就給人們的生活帶來了極大地便利，為社會(huì)節(jié)省了大量的人力物力，這在很大程度上促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。

2、廣泛性

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)消費(fèi)品的要求也越來越高，這就使自動(dòng)化產(chǎn)品的市場(chǎng)很大，這個(gè)從大家日常生活中隨處可見的此類產(chǎn)品可見一斑，比如人們每天所坐的公交車的車門、市民經(jīng)常使用的電梯等，人們逐漸適應(yīng)了這種自動(dòng)化產(chǎn)品所帶來的便利，這也使此類產(chǎn)品占據(jù)著很大的消費(fèi)市場(chǎng)。

3、發(fā)展性

電氣自動(dòng)化產(chǎn)品的發(fā)展一般都與計(jì)算機(jī)的發(fā)展相配套，這是因?yàn)樽詣?dòng)化的過程需要計(jì)算機(jī)來操作，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣自動(dòng)化產(chǎn)品的發(fā)展會(huì)更加智能化，也就是自動(dòng)化程度會(huì)更高，所能完成的任務(wù)量及速度也會(huì)更大和更快捷。

五、結(jié)語

電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)集電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)電器技術(shù)信息、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及機(jī)電一體化技術(shù)等諸多專業(yè)技術(shù)于一體，是一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科，能夠適應(yīng)各行各業(yè)的發(fā)展需求。該專業(yè)屬于信息產(chǎn)業(yè)，被人們譽(yù)為朝陽產(chǎn)業(yè)，發(fā)展相當(dāng)迅速，市場(chǎng)對(duì)專業(yè)人才的需求巨大，是當(dāng)今高科技發(fā)展的新趨勢(shì)。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)推動(dòng)我國(guó)工業(yè)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。當(dāng)今社會(huì)總的形勢(shì)是國(guó)家綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)、人民生活水平及需求不斷提高，催生了自動(dòng)化產(chǎn)品的大量普及，智能家居、智能交通等高新技術(shù)產(chǎn)品逐漸進(jìn)入老百姓的家庭，為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的發(fā)展開創(chuàng)了廣闊的發(fā)展前景。

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