一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法与流程

1.本发明属于磁场增强技术领域，具体涉及一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法。


背景技术：

2.随着对磁生物效应认识的不断深入，在运动训练领域应用该效应为体育实践过程提供了多方位的支持。脉冲磁场对人体的磁生物效应最为明显。脉冲磁场是由脉冲发生装备所产生的脉冲电流在线圈中产生的一种瞬态电磁场。该技术在医学领域获得了丰富的实践与理论研究成果，尤其对骨修复、心血管疾病、神经组织疾病和损伤康复的临床效果得到普遍认可，并被证明与线粒体功能和肌细胞发生相关，能够调节成肌细胞钙稳态、线粒体呼吸能力、抗氧化应激和扩张等功效。
3.现有的肌力增强的方法，如《中国组织工程研究》中的名为《短期低频脉冲磁场诱导经典瞬时感受器电位通道1对肱二头肌最大自主收缩力与力量耐力的影响》的论文中提及，在对肱二头肌进行磁场刺激后立即进行抗阻训练，肌肉力量与肌肉耐力的提升最为明显。由此可见，在自由空间（可满足人在其内部进行运动）内实施1.5mt的背景磁场，通过人体在此磁场内进行刺激，同步进行相关的力量训练，可以提高肌肉力量与肌肉耐力。
4.然而，在实施自由空间内肌力增强过程中，按现有目前的技术，以2
×
0.7
×
0.7m自由空间为例，根据仿真结果可知，若要在此自由空间形成磁场强度为1.5mt的磁场，需要铜线总长度约为113040米，价格约32万元，成本过高；同时，在自由空间内施加磁场强度为1.5mt磁场时，需要对线圈通1a的电流，此时线圈每小时产生的热量为2.1
×
106j，热量线圈无法承受。由上述分析可知，按现有的技术，难以实现在一定自由空间内同步实施抗阻训练和磁场刺激。


技术实现要素：

5.本发明针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法，以解决上述背景技术中出现的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法，所述方法包括：建立自由空间，用以实施抗阻训练；明确局部肌力增强部位；根据所述局部肌力增强部位明确所需要的目标磁场；建立所述自由空间内的匀强磁场；在所述局部肌力增强部位施加局部磁场增强单元，从而实现局部磁场增强，实现抗阻训练和磁场刺激同步实施，进而实现肌力增强。
7.可选的，建立自由空间内的匀强磁场方法包括：明确脉冲波形的各项参数；
将所述脉冲波形输入至可编程电源，形成电信号；将所述电信号输入至磁刺激激励缠绕线圈。
8.进一步的，所述脉冲波形的各项参数包括连续脉冲频率、连续脉冲次数、占空比、间隔刺激时间与连续脉冲时间的比值、整体刺激时间和磁场强度。
9.进一步的，所述连续脉冲频率范围为1000～8000hz；连续脉冲次数范围为10～50；占空比范围为20%～80%；间隔刺激时间与连续脉冲时间的比值范围为5～20；整体刺激时间范围为5～35min；磁场强度范围为0.0075～0.75mt。
10.在一个优选地实施方式中，在所述局部肌力增强部位施加局部磁场增强单元之前，明确所述局部磁场增强单元所用的磁性材料，所述磁性材料的确定方法包括：根据所述目标磁场的磁场强度和自由空间内的匀强磁场的磁场强度，明确所需要的理论放大倍数n；根据所述理论放大倍数n，选定磁性材料；调整所述匀强磁场，直至局部肌力增强部位的磁场满足目标磁场要求；若所述脉冲波形的连续脉冲频率取值范围为1000～8000hz无法通过调整所述匀强磁场，使所述局部肌力增强部位的磁场频率满足目标磁场要求时，磁性材料选用超顺磁材料。利用超顺磁材料可对三次谐波（基波的3倍）进行放大的特点，所述脉冲波形的连续脉冲频率取值范围变为原来的三分之一，即340～2700hz；当所述理论放大倍数n小于等于50时，所述超顺磁材料选择基于布朗弛豫时间的超顺磁材料；当所述理论放大倍数n大于50时，所述超顺磁材料选择基于尼尔弛豫时间的超顺磁材料。
11.可选的，在所述磁性材料确定后，将所述磁性材料放入容纳装置中，将所述容纳装置固定在所述局部肌力增强部位。
12.可选的，所述磁性材料的选定方法包括：当所述理论放大倍数n小于5时，所述磁性材料选择软磁性材料；当所述理论放大倍数n在5到200之间时，所述磁性材料选择基于布朗弛豫时间的超顺磁材料；当所述理论放大倍数n大于200时，所述磁性材料选择基于尼尔弛豫时间的超顺磁材料。
13.进一步的，调整自由空间内的匀强磁场的磁场强度的方法包括：调整所述可编程电源的输出电压，同步观测自由空间内的匀强磁场的磁场强度，直至磁场强度实测值调整至为目标背景磁场强度。
14.可选的，将所述磁性材料放入容纳装置前，在磁性材料中，加入纯水稀释。
15.本发明的有益效果在于：本技术通过提供一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法，可以大幅度降低实施成本，同时，有效降低线圈的热量，为同步实施抗阻训练和磁场刺激的可行性提供了保障。
附图说明
16.图1为本技术实施例提供的一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法的
流程图。
17.图2为图1中步骤s4中的建立自由空间内的匀强磁场方法的流程图。
18.图3为本技术实施例的脉冲波形示意图。
19.图4为本技术实施例的效果对比图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1-4，本技术实施例首先提供了一种基于肌力增强的自由空间内局部磁场增强方法，同时，结合名称为《短期低频脉冲磁场诱导经典瞬时感受器电位通道1对肱二头肌最大自主收缩力与力量耐力的影响》的论文中提及的方案，本实施例以论文中提及的刺激与训练同步实施的实验条件为基础。
22.步骤s1，建立自由空间，用以实施抗阻训练；本实施例中，操作人员首先建立自由空间，选取长宽高尺寸为3
×4×
2.5m的实验室为自由空间。
23.步骤s2，明确局部肌力增强部位，本实施例以小臂部的肱桡肌和旋前圆肌为例。
24.步骤s3，根据所述局部肌力增强部位明确所需要的目标磁场。本实施例中，依据《短期低频脉冲磁场诱导经典瞬时感受器电位通道1对肱二头肌最大自主收缩力与力量耐力的影响》中所使用的强度1.5mt，频率3300hz的目标磁场，目标磁场采用与其相同的磁场参数。
25.步骤s4，建立所述自由空间内的匀强磁场。
26.步骤s5，在所述局部肌力增强部位施加局部磁场增强单元，从而实现局部磁场增强，实现抗阻训练和磁场刺激同步实施，进而实现肌力增强。
27.进一步的，步骤s4中建立自由空间内的匀强磁场方法包括。
28.步骤s41，明确脉冲波形的各项参数。
29.步骤s42，将所述脉冲波形输入至可编程电源，形成电信号；本实施例中，使用由nf公司生产的型号为bp4610的可编程电源。
30.步骤s43，将所述电信号输入至磁刺激激励缠绕线圈。本实施例中，经理论计算，应使用的磁刺激激励缠绕线圈结构为：线圈骨架内径4m，外径4.1m的圆环结构，两骨架之间距离为2m。骨架上的绕线凹槽宽8cm，高8cm，线圈两侧各绕制1450匝，共2900匝，使用线圈总长度约36000米。为节约验证成本，本实施例使用小型磁刺激激励缠绕线圈，并通过调整参数使其产生的磁场完全等同于上述磁刺激激励缠绕线圈所产生的磁场。小型磁刺激激励缠绕线圈结构为：线圈骨架内径16cm，外径32cm的圆环结构，两骨架之间距离为8cm。骨架上的绕线凹槽宽5cm，高5cm，两侧各绕制270匝，共540匝，在绕制前与绕制后分别预留2m的接线端，总使用约280m漆包铜线。
31.进一步的，步骤s41中所述脉冲波形的各项参数包括连续脉冲频率、连续脉冲次数、占空比、间隔刺激时间与连续脉冲时间的比值、整体刺激时间和磁场强度。所述的脉冲波形的连续脉冲频率范围为1000～8000hz；连续脉冲次数范围为10～50；占空比范围为20%
～80%；间隔刺激时间与连续脉冲时间的比值范围为5～20；整体刺激时间范围为5～35min；磁场强度范围为0.0075～0.75mt。本实施例中，脉冲波形详见附图3，其中连续脉冲频率为3300hz，占空比为50%，连续脉冲次数为20次，间隔刺激时间与连续脉冲时间的比值为10、整体刺激时间10min，磁场强度为0.75mt。
32.根据相关理论公式：根据连续脉冲频率=连续脉冲次数/连续脉冲时间τ1，连续脉冲频率为3300hz，连续脉冲次数为20次，即可得到连续脉冲时间τ1为0.006s；根据间隔刺激时间τ2/连续脉冲时间τ1=10，即可得到间隔刺激时间τ2为0.06s；根据一个周期的波形时间τ=连续脉冲时间τ1+间隔刺激时间τ2，即可得到一个周期的波形时间τ为0.066s；整体刺激时间t为10min；根据磁场强度为0.75mt，以及实验所使用的亥姆霍兹线圈相关参数，可计算得到输入电压u为1.1v；根据高位脉冲时间τh/（高位脉冲时间τh+低位脉冲时间τ
l
）=占空比和连续脉冲次数
×
（高位脉冲时间τh+低位脉冲时间τ
l
）=连续脉冲时间τ1，即可得到高位脉冲时间τh=0.00015s，低位脉冲时间τ
l
=0.00015s。
33.进一步的，在步骤s5中所述局部磁场增强单元包括磁性材料，所述磁性材料的确定方法包括。
34.步骤s51，根据所述目标磁场的磁场强度和自由空间内的匀强磁场的磁场强度，明确所需要的理论放大倍数；本实施例中，目标磁场的磁场强度为1.5mt，自由空间内的匀强磁场的磁场强度可以通过测试得到实测值，本实施例中，磁场强度测量装置选取青岛中宇环泰磁电科技有限公司生产的型号为902的高斯计，测量环状结构附近磁场强度。使用前按下zero按钮将示数归零，使用时将高斯计探头平行于亥姆霍兹线圈竖直方向所在平面放置进行测量。
35.步骤s52，根据所述理论放大倍数，选定磁性材料。
36.步骤s53，调整所述匀强磁场，直至局部肌力增强部位的磁场满足目标磁场要求。
37.可选的，在所述磁性材料确定后，将所述磁性材料放入容纳装置中，将所述容纳装置固定在所述局部肌力增强部位。本实施例中，将塑胶软管制成的环状结构模拟“手环”形态，然后将其固定于小臂处。
38.进一步的，所述步骤s52中磁性材料的选定方法包括：当所述理论放大倍数n小于5时，所述磁性材料选择软磁粉；当所述理论放大倍数n在5到200之间时，所述磁性材料选择基于布朗弛豫时间的超顺磁材料；当所述理论放大倍数n大于200时，所述磁性材料选择基于尼尔弛豫时间的超顺磁材料。
39.本实施例中，理论放大倍数n等于目标磁场的磁场强度除以背景磁场强度实测值，本实施例中，目标磁场的磁场强度为1.5 mt，背景磁场强度实测值，即所述型号为902的高斯计的实测值，为0.75 mt，所以理论放大倍数n=2。所以本实施例中，所述磁性材料选择软磁粉。
40.进一步的，步骤s53中所述的调整现有磁场强度的方法包括：调整所述可编程电源的输出电压，同步观测所测得的匀强磁场的磁场强度，直至实测值调整至为目标背景磁场强度。本实施例中，使用由nf公司生产的型号为bp4610可编程电源，依次选择cv-int，misc、sequence、program后，进入到step1模式，将ac volt的数值调低，从而使背景空间磁场强度变低。本实施例中，从1.1v调整至0.82v，即背景空间磁场强度调整至0.58 mt。
41.可选的，将所述磁性材料放入容纳装置前，在磁性材料中，加入纯水稀释。本实施例中，在将软磁粉放入“手环”前，在软磁粉中，加入20ml纯水稀释，这样有利于软磁粉在“手环”中的均匀分布。将稀释后的软磁粉注入塑胶软管中，并将其缠绕在小臂处模拟“手环”结构。本实施例中，将“手环”置入所述自由空间，此时，“手环”附近的磁场强度实测值为1.5mt，即达到实验目的。
42.到此，即完成了自由空间内局部磁场增强，即在2
×
0.7
×
0.7m的自由空间内，通过在该空间施加0.58mt磁场，并在局部施加局部磁场增强单元，在局部范围内实现施加磁场强度为1.5mt磁场，进而可以在所述自由空间内，同步实施抗阻训练和磁场刺激，从而来实现肌力增强。
43.根据附图4所示，应用本技术的方法实现局部范围内实现施加磁场强度为1.5mt磁场，需要铜线总长度约为36000米，价格约10万元，成本节约约70%；同时，线圈每小时产生的热量为6.8
×
105j，热量输出减少至68%。通过本技术的方法，可以大幅度降低实施成本，同时，有效降低线圈的热量，为同步实施抗阻训练和磁场刺激的可行性提供了保障。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。