活体动物电磁辐照剂量控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电磁生物效应研究中的控制装置，具体涉及一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，该电磁辐照剂量控制系统包括硬件设置器、电磁辐照参数设置和输出控制器、微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器，所述硬件设置器与电磁辐照参数设置和输出控制器连接，所述电磁辐照参数设置和输出控制器分别与微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器相连接。本实用新型的优点是，通过电磁辐照剂量控制系统可以设置影响动物体内辐照剂量的多个辐照参数，可直观给出相对于微波发射方向的活体动物放置姿势并通过三维载物平台完成调整，设置完辐照参数即可给出多达11种重要目标器官的辐照剂量，实现长距离控制微波装置发射，操控方便安全。
【专利说明】活体动物电磁辐照剂量控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电磁生物效应研究中的控制装置，具体涉及一种活体动物电磁辐照剂量控制系统。
【背景技术】
[0002]根据中国工业和信息化部公布数据，到2012年12月我国手机用户达到11亿以上。根据我国第六次人口普查到2011年5-18岁未成年儿童的比例为20%左右。《中国未成年人互联网及手机运用状况调查报告》报道被调查未成年人(10-18岁)手机拥有率达46.6%，使用手机上网率达到39.5%，手机成为未成年人通讯和上网的重要工具之一。由此推算，我国未成年人拥有自己手机的人数约I亿，但是经常使用手机的未成年人表现出抑郁特征，对人际关系更加担忧，甚至缺乏自尊等等。造成未成年人出现诸多问题的重要原因之一可能是手机发射的电磁波。何增军等测量某型号手机拨打或接听电话时空间最大辐射功率达到40(^W/cm2，上网时手机周围的辐射功率也达到了 40(^W/cm2且不同品牌的手机上网时辐射场的功率分布不同。由此可见，手机发射的电磁波产生的生物电磁效应是不容忽视的。
[0003]生物电磁效应分为生物电磁热效应和生物电磁非热效应。国内外专家的研究表明，长期、过量的电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害，并且这种热效应广泛应用于农业杀虫、食品加工、医疗器械及新概念武器等。手机辐射的电磁波强度较弱，产生的电磁波不足以引起明显的生物热效应，因此在生物电磁学领域一般归为生物电磁非热效应。国内外相关领域专家针对生物电磁非热效应开展了诸多研究。Andrew A.Marino等研究表明800MHz，最大发射功率600mW正常使用的手机信号将使得兔子的脑电信号发生改变。Nora D.Volkow等运用频率为837.8MHz的手机信号辐照健康志愿者的头部，最大比吸收率(Specific Absorbing Rate, SAR)为0.901W/kg,福照50min后靠近福照天线部位的大脑葡萄糖代谢明显增加。但是Michal H.Repacholi等运用Hill准则得到无线手机的使用与大脑癌症发生率之间没有明确的关系。多位学者从电磁与物质的相互作用原理等方面阐述在10MHz-200GHz的频率范围，存在电磁辐射非热生物效应的可能性很小甚至是不存在。这表明国际上电磁辐射非热生物效应在生物大分子、细胞和动物体层面上都存在很大的争议。
[0004]电磁辐射生物效应影响因素较多，除了与辐照对象(如细胞密度等)有关，还与微波辐照频率、调制模式、辐照时间、辐照功率、极化方向等有关。微波辐射方式和辐照参数直接影响着动物体内或培养皿中的微波辐照剂量。因此，在进行活体电磁生物效应研究中需要提供动物体内电磁辐照剂量的辐射平台。国际曾报道电磁辐照系统采用将研究对象——动物直接放入波导管中，并且为了腔内通风等，在腔壁上安装了小风扇。该系统具有如下不足之处:(I)不能马上给出动物体内重要器官的电场分布；(2)波导管中空间较小，并且不是动物日常生活的环境，容易引起非电磁辐射引起的应激反应；(3)腔壁安装风扇，将破坏波导腔中的电场均匀性，并且还引入了低频磁场噪声，无法满足单一均匀电磁场的需要。国内还没有相关辐照仪器的报道。
[0005]此外，目前的活体动物电磁辐照系统，均不具有专门的控制系统，在实验前需要手动调制各项发射参数，极为不便，且无法确保调制参数的精确度，也无法精准获知当前辐照条件下活体动物的辐照剂量，不便于研究的开展。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，该电磁辐照剂量控制系统由硬件设置器、电磁辐照参数设置和输出控制器、微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器构成，以实现电磁生物效应试验研究直观全面的参数设置和控制操作。
[0007]本实用新型目的实现由以下技术方案完成:
[0008]一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，包含放置所述活体动物的载物平台以及用于向所述活体动物发射电磁波的微波装置，两者均与所述电磁辐照剂量控制系统相连接，其特征在于所述电磁辐照剂量控制系统至少包括硬件设置器、电磁辐照参数设置和输出控制器、微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器，所述硬件设置器与所述电磁辐照参数设置和输出控制器连接，所述电磁辐照参数设置和输出控制器分别与所述微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器相连接；其中所述电磁辐照参数设置和输出控制器与所述载物平台、微波装置相互连接，所述微波发射控制器与所述微波装置相互连接。
[0009]所述硬件设置器由串口端验证器以及电磁场校准器构成，两者相互连接。
[0010]所述电磁辐照参数设置和输出控制器由输出控制器以及与所述输出控制器接收端相连接的放置方式选择器、辐射距离选择器、目标器官选择器、发射时间选择器、发射功率选择器构成，所述输出控制器的输出端分别与所述微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器相连。
[0011]所述辐照方式和辐照剂量显示器由辐照方式展示器和辐照剂量显示器构成，两者相互连接。
[0012]本实用新型的优点是，通过电磁辐照剂量控制系统可以设置影响动物体内辐照剂量的多个辐照参数，可直观给出相对于微波发射方向的活体动物放置姿势并通过三维载物平台完成调整，设置完辐照参数即可给出多达11种重要目标器官的辐照剂量，从而为建立辐照剂量与动物效应之间的精确量效关系提供数据，实现长距离控制微波装置发射，操控方便安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型中电磁辐照剂量控制系统示意图；
[0014]图2为本实用新型中电磁辐照剂量控制系统应用场景示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
[0016]如图1-2，图中标记1-12分别为:电磁辐照剂量控制系统1、微波源2、发射天线3、喇叭口 4、支撑底座5、活体动物6、支架7、竖向导轨8、360°可旋转平台9、支撑板10、水平导轨11、三维载物平台12。
[0017]实施例:如图2所示,本实施例具体涉及一种活体动物电磁福照剂量控制系统,用于对活体动物进行射频电磁场生物效应研究的装置进行控制，这些射频电磁场生物效应研究的装置包括三维载物平台12、微波装置以及微波暗室，三维载物平台12和微波装置各自通过数据传输线与电磁辐照控制系统I相连接，以实现电磁辐照剂量控制系统I对两者的远距离控制操作。
[0018]如图2所示，首先需要对这些射频电磁场生物效应研究的装置进行说明:微波装置由微波源2和发射天线3构成，两者通过电缆连接，同时微波源2还与电磁辐照剂量控制系统I通过数据传输线连接，其内置有单片机进行数据处理和控制，发射时间和功率可调，发射天线3固定设置于支撑底座5之上。
[0019]三维移动平台12可以在水平方向和竖直方向自由移动，也可以进行360°自由旋转，为了避免电磁场的畸变，选用介电参数相对较小的有机玻璃作为其原材料。三维移动平台12的底部是铺设于平面上的水平导轨11，在水平导轨11设置有支架7，支架7可在电机的驱动下沿水平导轨11自由滑动，在支架7的两根竖轴上分别固定有竖向导轨8，竖向导轨8上设置有水平姿态的支撑板10，支撑板10可在电机的驱动下沿竖向导轨8上下滑动，同时在支撑板10上固定有一个360°可旋转平台9，该360°可旋转平台9用于放置活体动物，并可在原地360°自由转动。
[0020]这两个装置(即三维载物平台12、发射天线3)均设置于微波暗室(图中未示出)中，微波暗室中装有吸波锥，发射天线3的喇叭口 4正对三维载物平台12设置，设置于三维载物平台12上的活体动物6在本实施例中具体是大鼠，当然也可以是其它活体小动物。
[0021]如图2所示，本实施例中的电磁辐照剂量控制系统具体包括硬件设置器、电磁辐照参数设置和输出控制器、辐照方式和辐照剂量显示器以及微波发射控制器，其中硬件设置器与电磁辐照参数设置和输出控制器相连接，电磁辐照参数设置和输出控制器同时还分别与微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器相连接。
[0022]硬件设置器由串口端验证器和电磁场校准器组成，串口端验证器与计算机各端口存在数据通讯关系，只有在串口端验证器验证通过时才可以激活启动电磁场校准器，电磁场校准器与电磁辐照参数设置和输出控制器具有数据通讯关系。
[0023]电磁辐照参数设置和输出控制器由六大设置器组成，它们分别是放置方式选择器、辐射距离选择器、目标器官选择器、发射时间选择器、发射功率选择器以及输出控制器，其中输出控制器的接收端与其余五大设置器相连接，并且其输出端还分别与微波装置、三维载物平台12、微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器连接。当微波源2摆放位置确定后，它所发射的空间平面电磁波的波矢(即传播方向)和极化方向(电场方向)也是确定的，但是研究对象(即实验用大鼠)的放置方式有很多种，如相对于波矢，电磁波入射部位有背部、腹部、头部、尾部、侧腹部等，而相对于极化方向，大鼠头〈_>尾或左腹部〈_>右腹部方向沿着极化方向等。不同的放置方式中大鼠各组织器官或者全身平均电磁辐照剂量不同，同一放置方式大鼠不用组织器官的电磁辐照剂量也不同。微波源发射功率Ptl发生变化，空间确定点电磁场值与Ptl的开方呈正比，该处大鼠组织器官的SARavg与Ptl呈正比，而当PO不变时，空间确定点与到喇叭天线的距离有关，在远场区电场与PO的开放呈反比关系。辐照参数还包括辐照时间，这将决定电磁辐照作用于动物体的总能量。
[0024]辐照方式和辐照剂量显示器与电磁辐照参数设置和输出控制器中的输出控制器相连接，具体由两大设置器组成，它们分别是辐照方式展示器和辐照剂量显示器。
[0025]微波发射控制器与电磁辐照参数设置和输出控制器中的输出控制器相连接，同时还与外部的微波源2连接，用以对微波源2进行控制发射和结束的操作。
[0026]如图1、2所示，上述电磁辐照剂量控制系统及其所控制的装置的操作方法如下:
[0027](I)检视微波源2和发射天线3之间的线路连接，无误后打开微波源2的电源开关，预热30min ;并将活体动物6 (即大鼠)放置于360°可旋转平台9上；
[0028](2)启动电磁辐照剂量控制系统1，进入其内的硬件设置器，通过串口端验证器分别验证微波源2和三维载物平台12连接计算机的端口号并记录，之后通过电磁场校准器进行电磁场校准，即在其窗口选项内输入微波源2的输出功率为IW时距离喇叭口 4的1.0m处的电场值，输入后需要按“输入确定”按钮，如需重新输入，按“重新输入”按钮，通过实时校准，可以有效消除地面反射或空间散射对场分布的影响，保证了器官中电磁辐照剂量的可靠性；
[0029](3)待硬件设置器设定完毕后，进入辐照参数设置和输出控制器进行参数设置，各辐照参数可选择内容如下:
[0030]a.通过放置方式选择器对微波装置所发射的空间平面电磁波相对于大鼠的入射部位和极化方向这两项内容进行设定，共五种方式:背部、头〈_>尾；背部、左腹〈_>右腹；头部、左腹〈_>右腹；腹部、头〈_>尾；侧部、头〈_>尾；
[0031]b.通过辐射距离选择器设定大鼠到喇叭口的距离:1.0mU.5m和2.0m ；
[0032]c.通过目标器官选择器选定大鼠的目标器官，共11种，包括脑、心脏、肝脏、脾脏、肾脏、肺、舌、皮肤、脂肪、骨骼和全身；
[0033]d.通过发射时间选择器设定微波装置的发射持续时间:Is — 24h;
[0034]e.通过发射功率选择器设定微波装置的发射功率，当发射功率为1-10W时，间隔为1W，当发射功率为10-200W时，间隔为IOW ；
[0035]待辐照参数设定完毕后，将所设定的辐照参数传输至输出控制器，并通过输出控制器分别输出至微波源2、三维载物平台12以及辐照方式和辐照剂量显示器，并保存为HTML格式；
[0036](4)其内的辐照方式和辐照剂量显示器在接收到各项辐照参数设定后，对其进行数据处理，数据处理完毕后通过辐照方式展示器显示空间平面电磁波的波矢、极化方向以及大鼠放置姿势示意图，通过辐照剂量显示器以列表的形式给出目标器官的辐照剂量，这一辐照剂量即为当前辐照条件下大鼠体内目标器官的SARavg和IgSARmax，单位为W/kg ；
[0037](5)微波源2通过数据传输线收到发射持续时间和发射功率这两个参数后，将其内部硬件调定至相应参数；三维载物平台12经由数据传输线收到大鼠放置方式和辐射距离这(即步骤3中的a、b项内容)两个参数后，通过水平导轨11将大鼠移动至距喇叭口 4设定的距离，通过竖向导轨8将支撑板10升至正对喇叭口 4的高度，通过360°可旋转平台9将大鼠旋转至设定的放置姿势，以使空间平面电磁波能按设定的入射部位和极化方向辐照大鼠；如果在试验中三维载物平台12发生故障或是采用其它二维平台时，则可按照辐照方式显示器中所展示的大鼠放置姿势示意图手动放置大鼠的位置；[0038](6)电磁辐照剂量控制系统I内的发射控制器用于对已经进行硬件设置的微波源2进行控制发射和结束，在该发射控制器中具有以下按钮选项:单次发射、连续发射、连续结束、发射时间和状态指示灯；当实验仅需发射已经设置的辐照参数“发射时间”，按下“单次发射”按钮，同时发射控制器中的“发射时间”窗口开始正计时，单位为S，状态指示灯由“暗”转为“绿”，微波源2开始发射；当发射时间已经到了设置的发射时间时，计时停止，状态指示灯由“绿”转为“暗”，微波源2停止发射；当实验需要连续发射时，按下“连续发射”按钮，同时发射控制模块中的“发射时间”窗口开始正计时，单位为S，状态指示灯由“暗”转为“绿”，微波源开始发射；当实验需要结束发射时，按下“连续停止”按钮，计时停止，状态指示灯由“绿”转为“暗”，微波源停止发射；
[0039](7)取出实验大鼠，关闭微波源2。
【权利要求】
1.一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，包含放置所述活体动物的载物平台以及用于向所述活体动物发射电磁波的微波装置，两者均与所述电磁辐照剂量控制系统相连接，其特征在于所述电磁辐照剂量控制系统至少包括硬件设置器、电磁辐照参数设置和输出控制器、微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器，所述硬件设置器与所述电磁辐照参数设置和输出控制器连接，所述电磁辐照参数设置和输出控制器分别与所述微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器相连接；其中所述电磁辐照参数设置和输出控制器与所述载物平台、微波装置相互连接，所述微波发射控制器与所述微波装置相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，其特征在于所述硬件设置器由串口端验证器以及电磁场校准器构成，两者相互连接。
3.根据权利要求1所述的一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，其特征在于所述电磁辐照参数设置和输出控制器由输出控制器以及与所述输出控制器接收端相连接的放置方式选择器、辐射距离选择器、目标器官选择器、发射时间选择器、发射功率选择器构成，所述输出控制器的输出端分别与所述微波发射控制器、辐照方式和辐照剂量显示器相连。
4.根据权利要求1所述的一种活体动物电磁辐照剂量控制系统，其特征在于所述辐照方式和辐照剂量显示器由辐照方式展示器和辐照剂量显示器构成，两者相互连接。
【文档编号】G05B19/04GK203551970SQ201320610026
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】张 杰, 齐红新, 唐宇, 陈树德, 乔登江, 王嘉旻, 陈冰心 申请人:华东师范大学