CN102517208A - 一种低频电磁场细胞处理仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可实现磁感应强度、磁场频率及磁场类型等多参数控制的低频电磁场细胞处理仪，包括控制单元、信号转换单元、磁场调试电路、磁场线圈，所述控制单元的控制信号输出端连接信号转换单元的控制信号输入端，信号转换单元的控制信号输出端连接磁场调试电路的输入端，磁场调试电路的输出端连接磁场线圈，所述磁场线圈内设有培养皿安放架。本发明可根据实验需要选定特定的磁场参数，对细胞材料实施磁场处理，磁场的磁感应强度及磁场频率精确可调，且能够提供多种磁场类型和磁场波形，磁场线圈内磁感应强度均匀，确保了实验结果的可靠性。

Description

一种低频电磁场细胞处理仪
技术领域
本发明属于磁场生物学实验技术领域，涉及一种可实现磁感应强度、磁场频率及磁场类型等多参数控制的低频电磁场细胞处理仪。
背景技术
近几十年来，通过国内外大量的研究和临床实验证实，磁疗对某些疾病，如骨质疏松、骨折愈合、软组织损伤、高血脂等疾病或外伤有良好的医疗作用，在医疗设备市场上也出现了大量磁治疗仪，但现有的电磁治疗设备因生产厂家不同，产品所采用的频率和磁感应强度参数也往往有很大差别，参数的设定缺少有效的实验依据。采用体外细胞磁场处理实验进行最佳电磁场治疗参数的筛选是一种省时、经济、高效且条件易于控制的办法，经细胞水平初筛确定的参数经动物实验验证后就可用于指导临床。然而现阶段关于细胞磁场处理仪器的研究甚少，缺乏一种能够实现多参数控制的电磁场细胞处理仪。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种可实现磁感应强度、磁场频率及磁场类型等多参数控制的低频电磁场细胞处理仪。
为此，本发明采用如下技术方案：
一种低频电磁场细胞处理仪，包括控制单元、信号转换单元、磁场调试电路、磁场线圈，所述控制单元的控制信号输出端连接信号转换单元的控制信号输入端，信号转换单元的控制信号输出端连接磁场调试电路的输入端，磁场调试电路的输出端连接磁场线圈；所述磁场线圈内设有培养皿安放架。信号转换单元接受来自控制单元的数字信号并将其转换为模拟信号后传输给磁场调试电路。
所述磁场调试电路包括主电路及控制电路，所述主电路包括电源模块及功率放大模块，所述电源模块与功率模块之间设有工况选择开关，所述控制电路包括用于驱动功率放大模块的驱动模块。
所述磁场调试电路的主电路由两组串联的全H桥电路组成。采用H桥串联的主电路实现了在低电压输出时，H桥等效于并联工作，在高电压输出时，H桥等效于串联工作，有效地解决了宽输出电压下的电源输出特性，提高了功率放大模块的可靠性。
所述磁场线圈由三组线圈串联而成，且中间一组线圈的匝数多于两侧的线圈。
所述磁场线圈内设有磁感应强度传感器，磁场线圈连接有电流传感器及电压传感器，所述磁感应强度传感器、电流传感器及电压传感器分别与信号转换单元的反馈信号输入端相连接，所述信号转换单元的反馈信号输出端与控制单元的反馈信号输入端相连接。上述感应器将实时检测到的磁场参数信号反馈给信号转换单元，信号转换单元将模拟信号转化为数字信号后，再反馈给控制单元。
所述控制单元包括一人机操作界面，所述人机操作界面包括磁感应强度调节对话框、频率选择对话框、波形选择对话框、波形示意界面及时间设置对话框。
 本发明所述的磁场参数主要指磁感应强度、磁场频率、磁场波形、磁曝时间、磁曝方向等，以及脉冲磁场、交变磁场和静电磁场的比较和选择等。
本发明提供的低频电磁场细胞处理仪的有益效果在于：可根据实验需要选定特定的磁场参数，对细胞材料实施磁场处理；磁场的磁感应强度及磁场频率精确可调，且能够提供多种磁场类型和磁场波形；磁场线圈内磁感应强度均匀，确保了可靠的实验结果。
附图说明
图1为本发明低频电磁场细胞处理仪的工作原理图；
图2为本发明低频电磁场细胞处理仪的安装示意图；
图3为本发明磁场调试电路的主电路原理图；
图4为本发明磁场调试电路的控制电路原理图；
图5为实施例中磁场线圈内沿轴向-400mm～400mm的磁感应强度分布图；
图6为实施例中磁场线圈内沿轴向-60mm～60mm的磁场均匀度分布图；
图7为实施例中磁场线圈内沿径向-45mm～45mm的磁场均匀度分布图。
具体实施方式
如图1～4所示，一种低频电磁场细胞处理仪，包括控制单元、信号转换单元、磁场调试电路、磁场线圈1，所述控制单元的控制信号输出端连接信号转换单元的控制信号输入端，信号转换单元的控制信号输出端连接磁场调试电路的输入端，磁场调试电路的输出端连接磁场线圈1，磁场线圈1内设有培养皿安放架2。磁场调试电路包括主电路及控制电路，主电路由两组串联的全H桥电路组成，具体为第一H桥电路及第二H桥电路；第一H桥电路包括一个由变压器B1构成的电源模块及功率放大模块 T11、T21、T31、T41，第二H桥电路包括一个由变压器B2构成的电源模块及功率放大模块T12、T22、T32、T42；电源模块与功率模块之间设有工况选择开关US1、US2，用于脉冲工作和连续波工作的切换；控制电路包括用于驱动功率放大模块的驱动模块，其中驱动模块由多路PWM发生器及多路IGBT驱动器构成，PWM发生器可产生多路脉冲，IGBT驱动器对PWM发生器产生的脉冲进行放大，然后产生多路驱动信号分别去驱动各功率放大模块。磁场线圈1由三组线圈串联而成，且中间一组线圈的匝数多于两侧的线圈。磁场线圈1内设有磁感应强度传感器，磁场线圈1连接有电流传感器及电压传感器，磁感应强度传感器、电流传感器及电压传感器分别与信号转换单元的反馈信号输入端相连接，所述信号转换单元的反馈信号输出端与控制单元的反馈信号输入端相连接。控制单元包括一人机操作界面，所述人机操作界面包括磁感应强度调节对话框、频率选择对话框、波形选择对话框、波形示意界面及时间设置对话框。
磁场线圈1产生的的磁场类型为交变磁场、脉冲磁场或静磁场，产生的磁场波形为正弦波、三角波、方波或锯齿波，产生的磁场的磁感应强度为0~20mT，磁场频率为5~100Hz。    
磁场线圈1纵向长度为270mm，内径为100mm，可放置于普通CO2培养箱3内。如图5～7所示（图中原点所在位置为磁场线圈中心点），在通电状态下磁场线圈1中心区域120×90×90mm范围内可产生一个近乎均匀的磁场，磁场均匀度＜1/1000，可确保在此范围内的所有细胞均受到相同磁场的处理。
工作时，将培养有细胞或生物材料的培养皿放置于培养皿安放架2上，将磁场线圈1设置在CO2培养箱3内，然后通过人机操作界面设定所需的磁场参数，控制单元将此设定信息以数字信号形式传输给信号转换单元，由信号转换单元将数字信号转换为模拟信号并将该模拟信号传输给磁场调试电路，磁场调试电路将模拟信号放大并据此对磁场线圈施加一定电压，再由磁场线圈产生特定的磁场；磁场的磁感应强度及磁场线圈的电流和电压经过磁感应强度传感器、电流传感器及电压传感器感应之后，传输至信号转换单元，该信号被转换成数字信号后反馈给控制单元并由人机操作界面进行可视化显示。

Claims (6)

1.一种低频电磁场细胞处理仪，其特征在于，包括控制单元、信号转换单元、磁场调试电路、磁场线圈（1），所述控制单元的控制信号输出端连接信号转换单元的控制信号输入端，信号转换单元的控制信号输出端连接磁场调试电路的输入端，磁场调试电路的输出端连接磁场线圈；所述磁场线圈（1）内设有培养皿安放架（2）。
2.根据权利要求1所述的一种低频电磁场细胞处理仪，其特征在于，所述磁场调试电路包括主电路及控制电路，所述主电路包括电源模块及功率放大模块，所述电源模块与功率放大模块之间设有工况选择开关，所述控制电路包括用于驱动功率放大模块的驱动模块。
3.根据权利要求2所述的一种低频电磁场细胞处理仪，其特征在于，所述磁场调试电路的主电路由两组串联的全H桥电路组成。
4.根据权利要求1所述的一种低频电磁场细胞处理仪，其特征在于，所述磁场线圈（1）由三组线圈串联而成，且中间一组线圈的匝数多于两侧的线圈。
5.根据权利要求1所述的一种低频电磁场细胞处理仪，其特征在于，所述磁场线圈（1）内设有磁感应强度传感器，磁场线圈（1）连接有电流传感器及电压传感器，所述磁感应强度传感器、电流传感器及电压传感器分别与信号转换单元的反馈信号输入端相连接，所述信号转换单元的反馈信号输出端与控制单元的反馈信号输入端相连接。
6.根据权利要求1～5所述的任意一种低频电磁场细胞处理仪，其特征在于，所述控制单元包括一人机操作界面，所述人机操作界面包括磁感应强度调节对话框、频率选择对话框、波形选择对话框、波形示意界面及时间设置对话框。
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