基于霍尔效应电刺激方法的仿真和实验研究

发布时间：2017-11-29 18:27

  本文关键词：基于霍尔效应电刺激方法的仿真和实验研究

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【摘要】：基于霍尔效应的电刺激方法将声能转化为电能,能够在生物组织内部产生与超声声场分布较为一致的电场,该电刺激方法具有良好的刺激深度和聚焦性、无痛、无创、且不使用电极,在科学研究和临床诊治过程中均具有潜在的应用价值。现阶段,该电刺激方法已开展的研究较少,对于其可行性的研究具有重要的意义。本文首先介绍了基于霍尔效应的电刺激方法的基本原理,并根据基本原理对影响该电刺激(频率、幅值、电场方向和电场分布)的因素进行了分析。为了验证其可行性,搭建了基于霍尔效应电刺激方法的实验平台,实验平台由聚焦超声换能器、自主设计并完成的超声激励电路、电磁铁提供的稳恒磁场、控制超声换能器移动的运动控制系统和信号检测系统等部分组成。针对实验中定制聚焦超声换能器的各项参数及声场分布,使用Matlab设计了一个聚焦超声换能器并模拟了其声场分布。根据仿真超声换能器的声场分布,对浸于水中的铜线在不同实验条件下,位于不同位置时产生电场的频率、幅值和分布进行了仿真。依据仿真结果分析了该电刺激方法产生电场的强度及分布特点,并对该电刺激方法应用于人体的可行性进行了讨论。在所设置的实验条件下,使用铜线作为样本,测量其两端产生的电信号,并改变超声换能器与样本之间的距离进一步验证了该电信号与超声信号之间的关系。此外,对电刺激参数(频率、幅值、电场方向和电场分布)的影响因素进行了实验验证。实验结果表明,该电刺激方法获得电信号的频率与超声换能器的中心频率一致,幅值与静磁场强度和声压大小存在线性关系,电场方向同时垂直于静磁场和超声振动方向,电场分布与超声换能器的声场分布之间具有较高的一致性。实验结果均与基本原理和仿真结果相符。综上,本文搭建了基于霍尔效应电刺激方法的实验平台,设计了超声激励电路,对基于霍尔效应电刺激方法进行了仿真和验证性实验,并对实验结果进行了分析。验证了基于霍尔效应的电刺激方法基本原理的正确性,分析了其在实际应用中的可行性。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R310

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本文编号：1237693