[发明专利]基于亥姆霍兹线圈和IGBT模块的均匀脉冲磁场发生器

说明书

技术领域

本发明属于生物电磁技术领域，具体涉及基于亥姆霍兹线圈和IGBT模块的均匀脉冲磁场发生器。

背景技术

当前，脉冲磁场对细胞结构和功能的影响与对生物体的治疗作用，逐渐成为生物电磁技术领域的研究热点。大量实验结果显示，从生物医学效应角度来看，磁场作用能通过抑制微血管的形成并阻塞新生血管从而减少肿瘤的营养供应，使肿瘤细胞内线粒体和粗面内质网水肿而影响肿瘤细胞的代谢功能，使肿瘤细胞核质比减小而降低其恶性程度和异形生长速度，调控p53、Bcl-2家族、Cytochrome C等基因以及激活DNA内切酶而诱导肿瘤细胞凋亡，提高免疫细胞的溶癌能力和吞噬凋亡小体的能力而提高免疫功能，阻碍DNA复制并抑制肿瘤细胞有丝分裂，从而达到杀伤肿瘤细胞并抑制肿瘤体积增加的效果。从生物电效应角度来看，磁场作用造成了细胞内磁通的变化并导致细胞膜上产生感应电流，感应电流和外加强脉冲磁场之间产生电动力破坏细胞膜；细胞中的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的影响，其运动轨迹常被约束在拉摩半径之内，导致了细胞内的电子和离子不能正常传递，从而影响细胞膜跨膜电位和细胞内自由钙离子浓度，从而影响细胞的正常生理功能。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种基于亥姆霍兹线圈和IGBT模块的均匀脉冲磁场发生器，该装置通过IGBT模块电路产生幅值很高的脉冲电流，产生的脉冲电流通入亥姆霍兹线圈后，将在亥姆霍兹线圈的两个线圈中间中空体积内产生均匀脉冲磁场。于是可以将肿瘤组织置于前诉中空体积内，观察各种参数组合下的脉冲磁场对肿瘤组织的处理效果，由此得出处理不同肿瘤组织所需脉冲磁场幅值、陡度、作用时间等对应参数，为后续脉冲磁场处理肿瘤组织积累实验参数以及进行相关有益探索。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的：

一种基于亥姆霍兹线圈和IGBT模块的均匀脉冲磁场发生器，包括电源系统、脉冲电流形成系统、亥姆霍兹线圈装置、信号转换系统及同步触发模块，其中

所述电源系统，包括电源、高压直流模块及开关电源，所述电源分别与高压直流模块的输入端、开关电源的输入端连接并供电；所述高压直流模块将所述电源提供的交流电源升压并转换为直流后，与脉冲电流形成系统中IGBT单管K1的输入端连接进行供电；所述开关电源将所述电源提供的交流电源降压为直流后分别与脉冲电流形成系统、信号转换系统和同步触发模块连接并供电。

所述脉冲电流形成系统包括IGBT单管K1、充电电阻R1、脉冲发生模块M1；所述IGBT单管K1、充电电阻R1和脉冲发生模块M1串联连接。

所述亥姆霍兹线圈装置包括安装平面、至少三个固定在安装平面上的支撑柱和平行于所述安装平面的亥姆霍兹线圈，所述支撑柱等距地分布在同一个圆周上，其中每一个支撑柱上均具有环形槽Ⅰ、环形槽Ⅱ和环形凸台；所述环形槽Ⅰ到安装平面的距离小于环形槽Ⅱ到安装平面的距离，所述环形凸台位于环形槽Ⅰ和环形槽Ⅱ之间；所述亥姆霍兹线圈包括线圈Ⅰ和线圈Ⅱ；所述线圈Ⅰ卡在环形槽Ⅰ内，从而固定在支撑柱上；所述线圈Ⅱ卡在环形槽Ⅱ内，从而固定在支撑柱上；所述线圈Ⅰ到安装平面的距离小于线圈Ⅱ到安装平面的距离；所述亥姆霍兹线圈装置与脉冲电流形成系统相连接。

所述信号转换系统包括电/光转换器J1及电/光转换器J2；所述电/光转换器J1的输出端与脉冲电流形成系统中的IGBT单管K1的控制端连接，电/光转换器J2的输出端与脉冲电流形成系统中的脉冲形成模块M1的控制端连接，所述电/光转换器J1、电/光转换器J2中输出控制信号的时序刚好相反。

所述同步触发模块的输出端分别与信号转换系统的电/光转换器J1及电/光转换器J2相连接。

进一步的，所述其中IGBT单管K1包括DC－DC模块、光/电转换器、开关驱动器、IGBT及栅极保护电路,所述DC－DC模块接收电源系统中开关电源输入的直流电，所述DC－DC模块的输出端分别与所述开关驱动器和光/电转换器的电源端连接,所述光/电转换器输出控制信号到开关驱动器的控制端，所述开关驱动器的输出端输出驱动信号到IGBT的栅极，所述光/电转换器的输入端通过光纤与信号转换系统中的电/光转换器J1连接；所述IGBT的输入端接收电源系统中高压直流模块输入的电流，所述IGBT的输出端与充电电阻R1连接；所述栅极保护电路的输入端与所述IGBT的栅极连接，栅极保护电路的输出端与IGBT的输出端连接。