一种低频电磁场生物效应测试系统及其方法与流程

本发明涉及电磁场的生物效应，尤其是涉及一种低频电磁场生物效应测试系统及其方法。

背景技术：

1、经济的快速发展及电力建设项目如电网、轨道交通等的增加，使得与人们生活密切的环境电磁场对生物体的影响成为社会所关心的公共卫生问题。其中，环境电磁场包括极低频电磁场和射频电磁场，而极低频电磁场主要是电力能源在传输、转换、使用中所排放或泄漏，频率为3～3000hz。

2、相关研究表明，生物体作为独立的复杂的电磁兼容系统，可与其它生物体互不干扰，而这种现象是生物体长期进化的结果。但是，当这种外界环境遭到破坏时，生物体的一系列生命活动都将会受到不同程度的影响。电磁场对生物体的影响作用于循环系统、免疫系统、神经系统等时，通过改变细胞膜的通透性使得某些细胞死亡或者功能增强，宏观表现为机体各个系统的改变，导致生物体出现不同程度、不同方式的机变，且多表现为生物学非热效应，即生物机体吸收电磁能后未转化为引起体温变化的能量，产生了除温度变外其它变化的生物学效应。世界卫生组织“国际电磁场计划”的评估结论与建议中指出，低频电磁场对人体的影响包括心血管疾病、免疫和血液疾病、生育和生长疾病、癌症及神经系统损伤。

3、实验研究是目前获取低频电磁场对生物体的生物效应机制的重要手段，主要是通过把实验动物暴露于低频电磁场环境下，监测相应的生理指标。然而现有的测试方案大多只能针对单个动物进行固定磁场条件的测试，这显然无法真实、可靠地获知低频磁场对生物群体生理指标如心率、血压、血氧饱和度等生理参数的影响程度，不利于探索低频磁场作用于机体的生物效应。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低频电磁场生物效应测试系统及其方法，能够满足生物群体在低频磁场作用下的生理特性参数测试，同时能够调整测试条件。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低频电磁场生物效应测试系统，包括一维亥姆霍兹线圈，所述一维亥姆霍兹线圈连接有程控交流电源，所述程控交流电源连接至信号采集模块，所述信号采集模块分别连接有二次供电模块和分析显示终端，所述程控交流电源用于输出频率和幅值可调的交流电流信号；

3、所述一维亥姆霍兹线圈通过电流信号后产生均匀磁场；

4、所述信号采集模块用于获取程控交流电源输出的频率与幅值可调的交流电流信号；

5、所述二次供电模块用于提供信号采集模块所需要的工作电压；

6、所述分析显示终端用于计算一维亥姆霍兹线圈的磁感应强度分布，并进行可视化输出。

7、进一步地，所述一维亥姆霍兹线圈包括平行放置的两个相同的圆形线圈，两个相同的圆形线圈的间隔距离等于其半径。

8、进一步地，所述一维亥姆霍兹线圈通过固定件安装于支撑件的上表面。

9、一种低频电磁场生物效应测试方法，包括以下步骤：

10、s1、搭建低频电磁场测试系统，并计算对应产生的均匀磁场区域；

11、s2、将待测试生物体放置于均匀磁场区域内进行自由活动，利用心电遥测系统测量并记录生物体的生理特性参数。

12、进一步地，所述步骤s1中计算均匀磁场区域的具体过程为：

13、s11、以两个圆形线圈中心连线的中点为原点建立直角坐标系，其中，x轴与y轴均平行于线圈平面，z轴垂直于线圈平面；

14、s12、利用毕奥-萨伐尔定律计算两个圆形线圈通流后在原点处的磁感应强度；

15、s13、计算右环线圈在空间中的磁场分量、左环线圈在空间中的磁场分量；

16、s14、利用叠加定理，计算出两个圆形线圈空间中的合成磁感应强度分布与原点处的磁感应强度；

17、s15、定义均匀磁场区域的磁感应强度大于0.99倍，即|b-b0|≤0.01b0为线圈磁场的均匀范围，其中，b表示合成磁感应强度分布，b0为原点处的磁感应强度，以坐标系原点为中心，搜索出满足上述不等式关系的最大矩形范围，即为所求的一维亥姆霍兹线圈的均匀磁场分布区域。

18、进一步地，所述步骤s12中磁感应强度的计算公式具体为：

19、

20、

21、

22、

23、

24、其中，bx(x,z)和bz(x,z)分别表示原点处的磁感应强度在x轴与z轴上的分量；μ0为真空中磁感应强度，n为线圈匝数，i(t)为线圈电流，a为线圈半径，a在数值上等于线圈的间隔距离l，k为系数，k1(k)与k2(k)为完全椭圆积分，φ表示完全椭圆积分的积分变量。

25、进一步地，所述步骤s13具体是将原点处的磁感应强度在x轴与z轴上的分量bx(x,z)与bz(x,z)中的z替换成即可得到右环线圈在空间中的磁场分量；将原点处的磁感应强度在x轴与z轴上的分量bx(x,z)与bz(x,z)中的z替换成即可得到左环线圈在空间中的磁场分量：

26、

27、

28、

29、

30、其中，b1x(x,z)与b1z(x,z)分别为右环线圈在在x轴与z轴上的磁场分量，b2x(x,z)与b2z(x,z)分别为左环线圈在在x轴与z轴上的磁场分量。

31、进一步地，所述步骤s14中合成磁感应强度分布与原点处的磁感应强度对应计算公式为：

32、

33、

34、其中，b(x,z)表示合成磁感应强度分布，b0为原点处的磁感应强度。

35、进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：

36、s21、将植入子和电极设置于待测试生物体，之后将待测试生物体放置于一维亥姆霍兹线圈的均匀磁场分布区域内进行自由活动；

37、s22、调节程控交流电源的电流和频率至设定值，输出电流给一维亥姆霍兹线圈，以产生均匀磁场；

38、s23、使用心电遥测系统测量和记录生物体在当前测试条件下的生理特性参数，之后返回步骤s22继续调整程控交流电源的电流和频率，以对不同频率及磁场下生物体的生理特性参数进行测试。

39、进一步地，所述心电遥测系统测量和记录的生理特性参数包括体温、静脉压、动脉压、颅内压和血氧饱和度。

40、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

41、一、本发明基于一维亥姆霍兹线圈建立低频磁场测试系统，利用程控交流电源输出频率和幅值可调的交流电流信号，由一维亥姆霍兹线圈通过电流信号后产生均匀磁场，通过调整一维亥姆霍兹线圈的尺寸，即可获取不同大小的均匀磁场区域，从而能够满足生物群体在低频磁场作用下的生理特性参数测试要求，真实反映低频磁场对生物体的生物效应。

42、二、本发明通过调整程控交流电源的频率和电流，能够实现低频磁场的频率和大小可调，从而产生满足不同测试需求的低频磁场波形，有利于全面充分地对不同频率及磁场下生物体的生理特性参数进行测试。

43、三、本发明利用电极植入和心电遥测系统来测量和记录生物体的生理特性参数，能进一步真实地反映低频磁场对大鼠及生物体的生物效应。