低頻脈沖磁場對心臟刺激的實驗研究.pdf

1、生物電磁場是電磁學(xué)和生物系統(tǒng)研究的交叉領(lǐng)域，是目前世界范圍內(nèi)的一個熱門課題。低頻脈沖電磁場的特點是變化率高，由于高的變化率能在生物組織內(nèi)感應(yīng)有效電流，具有產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)的能力。低頻脈沖磁場的生物學(xué)效應(yīng)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有了許多應(yīng)用，尤其受到低頻脈沖磁場在神經(jīng)刺激領(lǐng)域的成功應(yīng)用的鼓舞，又因為心臟在生物體內(nèi)的重要作用，許多研究者開始關(guān)注低頻脈沖磁場對心臟的生物學(xué)效應(yīng)，磁刺激對心臟功能是否有益，磁刺激對心電信號的影響，尤其是磁刺激能否如電刺激一樣

2、能夠引起心臟的除顫和起搏，一直是研究者們關(guān)注的焦點問題。但是脈沖磁場刺激心臟的研究還處于起步階段，很多問題沒有確定性結(jié)論，尤其國內(nèi)這方面研究的報道極少。因此磁場刺激心臟的研究是一項非常有意義的工作，基于以上理論，作者展開了這方面的研究，設(shè)計了基于心臟刺激的R波同步觸發(fā)磁場刺激系統(tǒng)。 本文首先總結(jié)了脈沖磁場在生物學(xué)效應(yīng)的成功應(yīng)用和脈沖磁場刺激心臟的發(fā)展歷史，國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。接著分析了心臟電刺激的現(xiàn)狀和磁刺激的生物學(xué)基礎(chǔ)。

3、 針對實驗要求，設(shè)計了檢測心電信號的放大器，與現(xiàn)有的心電圖儀相比較，該放大器的主要特點是工作頻帶寬，放大倍數(shù)可調(diào)，硬件集成度高。接著分析了心電信號的濾波方法，并分別設(shè)計和應(yīng)用梳狀濾波器、中值濾波方法、小波濾波方法對心電信號進(jìn)行濾波。 接著本文研究了心律失常的自動識別方法，分別應(yīng)用小波變換提取特征值輸入到BP網(wǎng)進(jìn)行自動分類和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對心律失常信號直接分類。其中應(yīng)用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法對室性期前收縮信號進(jìn)行分類取得了很好的效果。

4、 本文重點研究了基于心臟的磁場刺激器的設(shè)計方法，首先設(shè)計了一臺強(qiáng)脈沖磁場刺激器，該磁場刺激器線圈中心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)10T以上，計算和測量了該磁場刺激器產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。應(yīng)用該磁場刺激器對開胸蛙、開胸兔的心臟進(jìn)行刺激，得出了心率加快的結(jié)論。應(yīng)用該磁場刺激器對活體兔直接刺激其心臟，心率有所變化，不過這種變化不是很明顯，不足以說明磁場對心臟的影響。另外由于該磁場的波形不可控制，不能在期望的心電信號位置進(jìn)行磁場刺激。因此本文提出設(shè)計

5、一種全新模式的基于心電信號同步觸發(fā)的波形可以控制的脈沖磁場刺激心臟的裝置。這也是本文的最大創(chuàng)新點。 基于本文提出的設(shè)計一種心電信號同步觸發(fā)的脈沖磁場刺激系統(tǒng)這一思想，設(shè)計了一臺R波同步觸發(fā)的脈沖磁場刺激系統(tǒng)，該系統(tǒng)檢測被刺激者的心電信號，自動提取R波，用R波作為脈沖磁場工作的觸發(fā)信號，用于控制磁場放電的時間，磁場的波形通過軟件自動設(shè)定。設(shè)計中采用電容作為刺激器的儲能裝置，該刺激器的特點是不控制電容的充電過程，而直接控制電容對線圈

6、的放電過程，為了能夠跟蹤心電信號的頻率，并且控制磁場的波形，本文沒有采用傳統(tǒng)的可控硅控制，而是采用IGBT控制放電。為了獲得很強(qiáng)的放電電流以產(chǎn)生工作頻率足夠高，場強(qiáng)足夠強(qiáng)的磁場，采用24個IGBT控制放電過程，其中12個IGBT并聯(lián)控制放電，另12個IGBT并聯(lián)作為控制放電的IGBT的續(xù)流二極管。該磁場刺激系統(tǒng)能夠跟蹤心電信號的頻率，與R波同步刺激心臟。應(yīng)用該磁場刺激器直接刺激活體兔的心臟，得出了心率減慢的結(jié)論，并且磁場刺激前后心電信號