陈倩[1]2002年在《微波生物化学及生物组织中同轴探头的有限元分析》文中研究表明近年来，介电常数的测量已成为微波生物化学和生物电磁学领域的重要研究课题之一。开口同轴线作为一种测量探头被用于介电常数的测量已有很多年了，但是，传统的同轴探头在微波生物化学和生物组织的测量中遇到了困难。为此，本文设计了一种新型的、适于测量腐蚀性化学反应溶液及生物组织介电特性的开口同轴探头，并就此种探头在化学溶液介电常数和生物分层组织的介电特性参数测量方面的应用进行了探讨。 本文采用的是一种具有保护膜且结构新颖的同轴线探头，借助有限元方法进行数值模拟分析，计算出了倾斜角度不同的新型探头测量相同溶液时的反射系数，同时还计算了不同频率下，这种新型同轴线探头所测反射系数与被测溶液介电常数变化的关系，由此分析了其灵敏度与电磁波频率的关系。最后用该探头测量已知介电常数的典型溶液的反射系数，测量结果与计算结果较一致，此种新型同轴线探头在本文中的另一个应用是分层生物组织介电特性的测量。在此部分，本文计算了不同倾斜角度的新型探头测量同种生物组织时的反射系数，同时还计算了不同频率下，新型同轴线探头所测反射系数与生物组织电导率变化的关系。 计算结果表明：在化学反应溶液及生物分层组织介电特性参数的测量中，这种新型的同轴探头在测量灵敏度及透入深度两方面都优于传统的平口同轴探头。通过计算模拟还得出了这种新型同轴线探头的测量灵敏度与电磁波频率的关系，为进一步研究其最佳测试频率提供了有价值的参考依据。
华伟[2]2006年在《复杂电磁媒质介电系数测量方法及实验研究》文中进行了进一步梳理随着人们对电磁波认识的深入，微波在工业、农业、医疗、医药、化工等领域的应用研究取得了巨大的进展。但是，由于微波对物质的作用，特别是对复杂电磁媒质的作用机理还没有被真正认识，这成为制约微波更广泛应用的瓶颈。由于介电系数表征了介质对微波的宏观响应特性，因而成为微波能应用中不可或缺的知识。自然界中物质结构组成的多元化，如生物组织，化学反应体系，大多数是由多种成分结构物质组成的复杂电磁媒质。研究复杂媒质的介电系数以及与之相适应的测量方法是微波应用研究中基础的研究工作。本文就从简单电磁媒质到复杂电磁媒质对介电系数及相适应的测量方法进行了研究与探讨，这些工作将对微波能应用研究提供帮助。论文的主要内容与创新点如下：(1)提出了解决终端短路法测量介电系数中遇到的病态问题的新方法。在终端短路法测量时，需要解由反射系数与介电系数组成的超越方程，由于一次测量的信息量不足，方程常常是存在多解的病态方程。本文利用窄带内介质介电系数变化较小的特性，提出了在窄频带内，分别将方程多个解的反射系数计算曲线与测量曲线比较，以此得到介电系数的唯一解的方法。通过实验，分析了终端开路同轴线法测量的误差范围，从而证明终端开路同轴线法测量小试样的可行性。(2)设计了一个具有开槽结构同轴线的新测量探头，在已有遗传算法与数值仿真理论基础上，提出了测量介质的介电系数的新方法，进行了正问题的数值仿真和逆问题的计算，确定了该方法的可行性，实验验证了结果的准确性。这种方法不需要相位信息，不需要标准介质校准，可用于宽带、中大功率工作状态下的测量。(3)通过实际测量常用有机试剂以及有机二元混合体系在不同体积比下的介电系数，首次发现了在二元混合体系中，当混合介质实部(或虚部)接近，而实部(或虚部)相差较大时，随着混合比例的变化，混合体系的介电系数实部(或虚部)将出现大于其中任一组份介质介电系数实部(或虚部)的峰值。将实验结果与Bruggeman公式的理论计算值进行比较，结果显示对称的Bruggeman公式在微波频段，预测了与测量结果趋势相一致的峰值。对称Bruggeman理论可以解释这种与传统观念相悖的现象。(4)根据分子叁维模型的尺寸，利用经典球形和椭球形混合物理论公式计算混合体系介电系数随体积比变化的趋势，将计算值与测量值，特别是出现峰值的特性进行比较。确定了传统统一混合理论在微波频率下的适用性：对于统一的混合理论模型，在微波频率，可以预测液态分子混合时出现峰值的特性，但是预测结果与测量值有一定的差异。对称的Bruggeman理论在分析小分子体系时差异小。虽然Maxwell Garnett及Coherent potencial公式是非对称的，但是对某些长分子混合体系出现峰值的预测，却有比较理想的效果。(5)化学反应系统是一个非平衡系统，它不是各种化合物的简单混合。到目前为止，有关化学反应体系介电系数随时间变化的理论除黄卡玛等提出外少见报道。本文以液相化学反应体系为对象，基于反应溶液中单位体积内的分子个数随温度变化的情况对已有的化学反应介电系数经验公式进行了改进。根据化学反应方程，利用插值的方法，得到反应体系介电系数与温度的经验公式，从而给出任意时间、任意温度下反应体系等效介电系数。
张亮[3]2011年在《基于终端开路同轴反射法的高频段生物组织介电特性测量探索》文中指出生物组织的介电特性是组织在电磁场中吸收和耦合电磁能的特性表征,是组织对外加电磁场响应特性的基础,无论对生物理论研究还是医学应用都具有非常重要的意义。近年来,生物组织介电特性的测量已成为生物电磁学和微波生物化学领域重要的研究课题之一。尽管关于生物组织介电特性测量的探索研究已历经多年,但依然存在研究对象简单、测量频段有限,测量结果缺少统一参照标准等问题。本文在1MHz-120MHz频段内通过仿真和实测的手段,用等效电路分析模型对高频段生物组织介电特性测量中的终端开路同轴反射法进行分析研究。主要包括以下叁个部分内容:首先,通过仿真手段,利用终端开路同轴反射法等效电路模型对所选物质进行了介电特性的测量,并且针对目前对影响测量结果的各个要素研究中存在的不足,就测量中同轴探头的截面尺寸、标准参考物的选取以及待测物尺寸等因素对测量的影响进行仿真研究探索。结果表明标准参考物的介电系数实部对电导率的测量具有较大影响,而标准参考物电导率对介电系数实部的测量有较大影响,据此,当测量时标准物的相应的介电特性接近待测物时,测量结果较好。而当探头截面和待测物选取,在一个较小的尺寸范围内进行测量时能够得到最佳测量效果。这为生物组织介电特性实际测量的可行性提供了有力的技术指导。其次,根据实际测量的需要,设计了终端开路同轴探头和连接线,并提出了一种简单可靠的探头标校思路来弥补传统探头标校方法存在的难点和不足。通过仿真比较,该方法在1MHz-120MHz频段内工作频段内取得了较好的测量效果。并针对NaCl溶液建立了介电特性的物理模型进行实测探索,根据测量结果提出了电导率测量修正拟合公式。经该公式拟合后,电导率测量误差有较大改善。最后,针对家兔部分组织进行介电特性测量,并与阻抗测量法得到的数据进行对比分析。取得了较为满意的测量结果。
陈家奎[4]2007年在《防电磁辐射服装屏蔽效能测量方法研究》文中研究表明电子产品的日益普及，使环境中电磁波辐射的场强增加，危害人类健康。为了减少或消除电磁波辐射对人体造成的危害，各种防电磁辐射服装也就应运而生并得到迅速的发展。虽然防辐射服装已开发多年，但国内外对于防辐射服装的屏蔽效能测量方法尚无相关标准。因此，制定相应的测量方法标准，成为迫切需要解决的研究课题。本论文旨在开发有效的防电磁辐射服装屏蔽效能测量方法，为制定相应标准提供科学依据。本论文首先介绍了电磁屏蔽的相关理论，分析了防电磁辐射服装的屏蔽原理以及影响服装屏蔽效能的因素。根据电磁屏蔽理论，影响服装的屏蔽效能的因素除了防辐射服装的面料对电磁波的吸收、反射损耗外，还包括电磁辐射源的频率、辐射距离、防辐射服装的层次、服装中的缝隙和服装中孔洞等因素。然后分析了材料屏蔽效能测试原理，总结了目前国内外防电磁辐射织物屏蔽效能测试方法的特点和适用范围。针对目前以防电磁辐射织物代替服装的屏蔽效能评价方法的不足之处，提出了在电波暗室中模拟服装穿着时测试其屏蔽效能的方法，并对测试频率范围、测试布置、测试步骤、测试数据处理进行了论述，组建了防电磁辐射服装屏蔽效能测试的测试系统。在防电磁辐射服装屏蔽效能测试中，由于服装内部空间狭小，场强的不均匀性，较大尺寸的探头引入衣服后会对初始场强产生较大的扰动，引起测量误差，因此对测量探头尺寸提出了要求。本文利用HFSS仿真软件对屏蔽服装和探头进行了建模。接收天线的仿真建模在天线仿真中很少见到，本文中做了这方面的尝试，包括激励源的设定、阻抗匹配、天线系数的仿真求解等。定性的分析了不同尺寸探头放入衣服模型后对初始场的扰动情况以后，利用接收天线的仿真方法对具体尺寸探头的测量误差进行了详细的分析。
贾得巍[5]2010年在《结合血管传热及微波辐照式加热的高效全身热疗方法研究》文中研究指明全身热疗有望在晚期和扩散型肿瘤的治疗中发挥重要作用,相应临床手术的实施需要发展安全高效的全身热疗装备、对热效能和生物效应进行量化评估以及研制相应治疗计划软件来指导热剂量的精确给定。为此,本文结合微波辐照的空间加热特性及血管快速高效的热传递特性,提出并探索了新型高效全身热疗方法的基础与应用问题。针对微波辐照的疗效特性,采用2450MHz微波的体外辐照建立了小鼠全身热疗方法,通过对B16-F10的肺转移模型荷瘤小鼠进行全身热疗,并与化疗和联合治疗进行对比,结果显示了全身热疗的优越性。同时检定瘤内Hsp70等生化和免疫因子表达,提出全身热疗对黑色素瘤起到抑制性的信号通路。从房室模型出发,针对移动式微波全身热疗系统从微波发射到电磁吸收并诱发人体全身温度响应的过程,采用Maxwell方程建立微波传播和人体热吸收耦合计算模型解决人体电磁吸收问题,通过电磁比吸收结合全身热疗中的关键因素对已有叁例患者的热疗数据进行评估,提出了可用于临床全身热疗的温度预示和数据监控方法。为评估全身热疗和局部热疗过程中的局部热区及系统温度响应,建立了自适应精度跨尺度模型,提出用于热性能评估的后处理参数。提出以对流热密度为标准进行选择性辐照和选择性血管传热的加热方式,并以减轻创伤、增加效率为原则提出现有热疗方式系列改进措施。以微波选择性辐照为目标,提出基于富血管区域进行选择性可穿戴式加热的技术并设计了相应的自适应算法。以血管空间加热为目标,设计一套基于微波血管内介入式全身热疗装置。以本装置为平台,对介入式全身热疗的穿刺操作血管选择进行考察并得到相应穿刺原则。进一步提出基于体模型的热学假人系统,可对热传导、对流、代谢产热、辐射及出汗四大关键热机制进行物理性模拟。为实现对介入式全身热疗的温度特性进行模拟仿真,论文研制开发出一套基于Matlab和C#.Net联合编程平台的全身热疗计划软件,并得到意义明确的性能参数指导临床操作。文章最后通过高性能全身热疗装备的案例剖析可供进一步医疗装备产品商业化的市场、营销和财务分析。
周军[6]2006年在《光动力学疗法的计算机模拟研究》文中研究指明光动力学疗法(Photodynamic Therapy,简称PDT)亦称光化学疗法或光辐射疗法,是通过生物光敏作用杀伤肿瘤或其他病理性增生组织而达到治疗目的的一种正在研究发展中的新型医疗技术。实验研究发现:在肿瘤组织吸收光敏剂浓度确定的前提下,光辐射强度越高的肿瘤部位,光敏剂形成的氧化能力越强,进而对该部位的病变组织就会产生较强的杀伤效果。所以了解和掌握激光与肿瘤组织的作用规律,寻找增加肿瘤组织各部位光辐射强度的有效途径对光动力治疗的临床应用具有重要意义。另外,在光动力学治疗过程中,激光对组织的照射同时会产生一定的热疗效果,因此,研究和掌握热损伤和组织参数之间的关系对提高光动力疗法中的辅助热疗效果具有重要意义,同时对生物医学、组织光学的研究也有一定的参考价值。 本文根据光动力学治疗和辅助热疗的原理建立理论模型,并利用有限元方法对激光治疗肿瘤的规律进行了研究:讨论了吸收系数μ_α和散射系数μ_s对肿瘤组织中激光光子的传输和分布的影响、组织热参数对肿瘤组织温度分布的影响以及光纤头放置的位置和数目对光子和温度分布的影响,并且对球型肿瘤组织做了定量计算。在此基础上对肿瘤模型进行拓展,定量计算了椭球状肿瘤组织在不同条件下的光分布计量和温度分布数值,得出对于一个长轴为2.0cm、短轴为1.2cm的椭球状肿瘤体,为了同时保证光化效果和热疗效果,应在其长轴上相对于中心对称放置两个光纤头进行照射,并且这两个光纤头之间的距离应控制在0.8～1.0cm之间。在计算中对肿瘤模型的可拓展性也使得有限元方法能够模拟计算不同形状肿瘤在治疗中的光化效应和热效应,从而使模拟工作更具有实际意义。 本项研究工作在计算机模拟研究光动力治疗肿瘤方面进行了一些有益的尝试,这些尝试对数字化虚拟人体的研究、激光生物医学的理论研究都有一定的理论意义,对激光在肿瘤治疗中的临床应用具有一定的参考价值。
张华[7]2005年在《高速互连系统的信号完整性研究》文中提出随着数字电路速率及时钟频率的不断提高,在高速系统中,高速信号经过互连线时会产生延迟、反射、衰减、串扰、色散等信号完整性问题。信号完整性问题已成为高速数字系统设计是否成功的关键问题之一。对于传输速率达几百Mbps甚至数Gbps的高速数字信号,其有效频谱已扩展至微波甚至毫米波频段,在复杂互连系统中传输时已表现出明显的波特性,因此信号完整性问题的分析本质上是求解一个复杂的电磁场边值问题。为了精确分析这种复杂的电磁效应,唯一可行的方法是采用基于电磁场理论的全波电磁分析方法。本文围绕电磁建模仿真这一主轴,结合电路系统的分析方法及实验测试,在频域和时域(经傅立叶变换)对高速互连系统(特别是高速背板互连系统)及500Mbps高速系统进行信号完整性分析,主要研究互连系统是如何影响高速信号传输的;然后从这些分析结果中得出结论,建立设计规则,从而指导高速电路的设计,解决信号完整性问题;其目的在于确保可靠的数据传输,保证高速电路系统具有良好的信号完整性。本文在理论和应用方面所做的工作主要包括:1.首次从理论上系统地推导出各种差分电路的混合模S参数级联公式;并根据混合模S参数的定义,推导出不同拓朴结构差分电路的混合模S参数表达式,及其相应的标准S参数与混合模S参数的转换关系式;并将混合模S参数理论用于高速差分互连和500Mbps高速系统的信号完整性分析。2.主要基于实验研究,并结合叁维全波电磁仿真软件在频域和时域对高速互连中常见的不同特性阻抗(线宽)、长度、PCB板厚度、PCB板介电常数的微带互连线以及不同类型的传输线,如:接地共面波导、带状线和嵌入式微带线的信号完整性性能进行分析,并对接地共面波导的谐振现象和传输特性进行了详细的理论分析;然后采用混合模S参数的理论对高速互连中常用的差分微带线和差分带状线的信号完整性性能进行频域的仿真分析。3.主要基于实验研究,并结合叁维全波电磁仿真软件及电路系统仿真软件在频域和时域对高速互连线中常见的不连续性,如:走线拐弯、导带宽度跳变、端接负载失配及过孔的信号完整性性能进行分析;然后采用混合模S参数的理论对各种高速差分互连的不连续性,如:差分线走线拐弯、导带宽度跳变及差分过孔进行频域的信号完整性仿真分析,从而了解差分互连不连续性在传输高速信号时的各种工作模式特性。4.首次提出了一种自适应区域分解时域有限差分方法,并用于高速互连的信号完整性分析,可以加快计算时间,提高计算复杂问题的效率。这种方法是将待解问题划分为若干独立的FDTD子区域,并在子区域之间建立连接边界条件和相应的边界检测准则,以便在各子区域之间进行自适应检测;将波没有传播到的子区域置于休眠状态,子域边界上检测到激励信息时,再激活该子域,进行传统的FDTD迭代计算。通过对二维的波导系统和叁维高速互连微带线及多层微带互连结构的分析实例,验证了该方法的正确性和有效性。5.主要基于实验研究,并结合叁维全波电磁仿真软件和电路系统仿真软件在频域和时域对不完整参考面互连线(非理想返回路径),如:参考面上不同宽度、长度的槽缝、旁路电容的设置以及网孔状参考面上的互连线、不完整参考面上差分互连的信号完整性性能进行分析;然后通过实际测试分析了不完整参考面对互连线间耦合的影响以及具有共同返回路径的互连线间的串扰。此外,通过频域的测试和仿真,对单端互连线在不同间距、线间铺设地线、不同终端负载阻抗和传输线阻抗不连续性情况下的串扰以及差分互连线之间串扰分别进行了仔细的研究。6.设计了500Mbps高速数字电路实验验证系统的LVDS背板,并对该系统的时域响应和眼图进行了实际测量;利用叁维全波电磁仿真软件HFSS对500Mbps高速数字系统进行系统级的建模仿真,并在频域应用混合模S参数的理论来分析该系统的差模、共模及其模式转换等各种工作模式特性;然后结合电路系统仿真软件ADS对该系统的信号完整性问题进行系统级的时域仿真;根据这些分析结果可以总结出保证高速数据可靠传输的背板系统设计规则。
郭全忠[8]2004年在《肿瘤磁性液体热疗中电磁场和温度场的有限元分析》文中研究指明磁性液体热疗技术因为其具有的特点——普适性、高特征吸收率、热旁观者效应、尺寸靶向效应以及磁性纳米粒子在治疗中所显现的导向性等而受到广泛关注,目前的研究发现在混合治疗中效果显着。但是临床设备的设计制造和人体温度场的测量一直是阻碍该疗法进入临床的主要障碍。本文在这两个方面进行了一些研究工作。首先,作者对磁性液体热疗设备所要求的电磁场进行了初步计算,协助完成实验用电磁场发生器的制作,在这些工作的基础上对该发生器所产生的电磁场进行了静态和瞬态分析,将磁场强度、线圈电感等参数的计算结果与测量值进行对比,结果吻合,验证了设备所产生的各个磁场特征参数的变化规律,可以清楚地了解磁场特征参数与设备尺寸变化的对应关系。在改变气隙宽度时,探讨了气隙中心产生的磁场的均匀性问题。另外作者对磁性液体热疗系统即将采用的大型磁芯线圈进行了一些探讨,并且配合ANSYS设计出相应的计算前台程序,方便其他设计人员清楚地了解电磁场的分布。在生物温度场方面,作者设计了离体组织注入磁性液体以后在交变磁场下的升温实验,采用精度较高的自制热电偶温度计对加热部分进行测量,并且对该过程中的温度场进行了模拟,结果吻合。根据温度场变化规律对磁性液体热疗的临床应用进行了一些讨论。
参考文献：
[1]. 微波生物化学及生物组织中同轴探头的有限元分析[D]. 陈倩. 四川大学. 2002
[2]. 复杂电磁媒质介电系数测量方法及实验研究[D]. 华伟. 四川大学. 2006
[3]. 基于终端开路同轴反射法的高频段生物组织介电特性测量探索[D]. 张亮. 国防科学技术大学. 2011
[4]. 防电磁辐射服装屏蔽效能测量方法研究[D]. 陈家奎. 北京交通大学. 2007
[5]. 结合血管传热及微波辐照式加热的高效全身热疗方法研究[D]. 贾得巍. 清华大学. 2010
[6]. 光动力学疗法的计算机模拟研究[D]. 周军. 合肥工业大学. 2006
[7]. 高速互连系统的信号完整性研究[D]. 张华. 东南大学. 2005
[8]. 肿瘤磁性液体热疗中电磁场和温度场的有限元分析[D]. 郭全忠. 东南大学. 2004
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