血管在脈沖磁場(chǎng)作用下的受力分析

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1、血管在脈沖磁場(chǎng)作用下的受力分析作者：羅二平　張峰　申廣浩　張志遠(yuǎn)　徐巧玲　鄒慧玲【關(guān)鍵詞】脈沖磁場(chǎng)　　關(guān)鍵詞:脈沖磁場(chǎng);血管;受力分析　　摘要:根據(jù)電磁場(chǎng)理論，提出了大、中動(dòng)脈在脈沖電磁場(chǎng)作用下受力振蕩的假說(shuō)，并結(jié)合心血管病理，討論了這一假說(shuō)對(duì)防治動(dòng)脈粥樣硬化的意義;還對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行了傅里葉分析，指出應(yīng)注意諧波振幅與生物效應(yīng)強(qiáng)弱的關(guān)系.　　Keywords:pulsedmagneticfields;bloodvessel;stressed　　Abstract:Ahypothesisofarterystressedvibrationontheef-fectsofpulsedmag

2、neticfields，basedonthetheoryofelec-tromagneticfieldsispresentedanditssignificanceonpreven-tionagainstatherosclerosisisdiscussed.ByusingFFTtech-nology，toanalysepulsedsignal，therelationshipbetweenamplitudeofharmonicwavesandstrengthofbioeffectsispresented.　　0引言5　　人類(lèi)的血液由血漿和懸浮于血漿中的血細(xì)胞組成.正常生理狀態(tài)下，1

3、L血漿中含有900～910g水，65～85g蛋白質(zhì)和20g低分子物質(zhì).低分子物質(zhì)中有多種電解質(zhì)和小分子有機(jī)化合物，如代謝產(chǎn)物和某些其他激素等.這些物質(zhì)均帶有一定量的電荷.因此血管內(nèi)的血液是一種導(dǎo)電體，其電阻率只有150Ω・cm左右［1］.當(dāng)血液在血管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，若受到磁場(chǎng)的作用，就會(huì)發(fā)生某些電磁學(xué)現(xiàn)象.但血液對(duì)外加電磁場(chǎng)的反應(yīng)是敏感而又復(fù)雜的，場(chǎng)型、強(qiáng)度或頻率的不同均會(huì)對(duì)效應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響.因此從這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀來(lái)看，大多仍處于定性的現(xiàn)象觀察階段，定量研究仍存在大量困難.我們擬從外加磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力分析入手，定量分析血管―血液器官在磁場(chǎng)作用下可能發(fā)生的受力振蕩問(wèn)題

4、.　　1基本原理　　脈沖電磁場(chǎng)（pulsedelectrimagneticfields，PEMFs）的基本物理原理［2］，在于可變電磁場(chǎng)能誘發(fā)導(dǎo)體中的電壓和電流，金屬和組織都是電的導(dǎo)體，某些方面甚至較其他物質(zhì)更好，同樣，血液相對(duì)比它周?chē)慕M織電阻小.當(dāng)一移動(dòng)的導(dǎo)體在穿經(jīng)靜止磁場(chǎng)時(shí)（即該場(chǎng)處于永久性磁鐵的南北極之間），將在導(dǎo)體中誘發(fā)一電流;反之，當(dāng)一活動(dòng)磁場(chǎng)穿經(jīng)靜止的導(dǎo)體時(shí)，將在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，同時(shí)導(dǎo)體受到力的作用，即血管受到力的作用，大小和方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān).以上分析可用于血管在脈沖磁場(chǎng)作用下受力振蕩的研究.5　　2脈沖磁場(chǎng)分析　　磁場(chǎng)對(duì)于引入其中的運(yùn)動(dòng)電荷有力相作用，這一點(diǎn)

5、往往被用來(lái)研究磁場(chǎng)的特性.帶電量為q的電荷以速度v在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，則它所受磁場(chǎng)對(duì)它作用的洛侖茲力為f=q［v×B］在大小為f的安培力作用下，導(dǎo)線Idl將沿著垂直于自身及磁場(chǎng)B的方向移動(dòng).當(dāng)前的電磁技術(shù)多以電流產(chǎn)生磁場(chǎng);f的量值為　f=∫l0Idlμ0IR22（R2+χ2）3/2sin（Idl，B）由上式可看出，f的量值與I成平方關(guān)系;若I以某種規(guī)律變化，則f將以與I成平方關(guān)系變化.目前，國(guó)際上所采用的電磁刺激形式主要有恒定直流電（constantdirectcurrent，CDC），脈沖直流電（pulsedirectcurrent，PDC），脈沖電磁場(chǎng).脈沖電磁場(chǎng)可激發(fā)出相應(yīng)頻率

6、的感生電場(chǎng)，作用于生物組織.而脈沖磁場(chǎng)是由脈沖電流激發(fā)出的，后者以矩形脈沖形式變化.因此，在矩形脈沖的上升沿及下降沿，電流的幅值變化相當(dāng)大，所用時(shí)間卻相當(dāng)短，形成一個(gè)沖擊量δ.f的變化將更為劇烈，作用于生物組織后，會(huì)產(chǎn)生較為顯著的生物效應(yīng).脈沖磁場(chǎng)可由脈沖電流激發(fā)產(chǎn)生.周期性矩形脈沖電流信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的表示式為Ι（t）=A當(dāng)-τ2（Ω=2π/T）　因此，振幅數(shù)值與τΤ5之比有關(guān).而且隨著n值的增大，An值減小.與該次諧波對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)對(duì)血管的效應(yīng)是否也相應(yīng)減弱，或者說(shuō)低次諧波的生物效應(yīng)由于振幅An數(shù)值較大而高于高次諧波，目前尚無(wú)定論［3］.而且，脈沖電磁場(chǎng)的頻譜很寬，大約從直流延

7、伸到數(shù)千兆赫，是一個(gè)超寬頻帶系統(tǒng)［4］.在這么寬的頻帶里，如何確定其對(duì)生物系統(tǒng)的最適頻率.這些都需要進(jìn)一步在理論和實(shí)驗(yàn)兩方面深入研究.　　3討論　　在大動(dòng)脈和中動(dòng)脈中，血管內(nèi)徑比血細(xì)胞的直徑大許多，可將血液作為均質(zhì)流體，應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)的理論來(lái)描述.同時(shí)，將血流比作電流的工程近似也是合理的.如果將大動(dòng)脈和中動(dòng)脈置于磁場(chǎng)的作用之下，則血管將受到安培力的作用.而且，如果磁場(chǎng)為時(shí)變電流產(chǎn)生的時(shí)變磁場(chǎng)，則時(shí)變電流以一定規(guī)律隨時(shí)間變化，血管所受到的安培力將以與時(shí)變電流成平方關(guān)系變化.在一定情況下，這種變化