前言：中文期刊网精心挑选了生物电磁学技术范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
生物电磁学技术范文1
关键词：物理学 医学 促进
我们国家医学物理学的发展相对滞后，尤其是医学电子学的发展几乎依靠国外技术，特别是激光医学或放射医学领域。生物医学与生物工程、保健物理学与粒子物理学工程力学息息相关。可以说，物理学科的不断进步，大大提高了医学教育和临床医学的发展。
我们知道，医学物理学主要研究人体器官或人体系统运行过程的物理解释，人体组织的物理性质和物理因素对人体的作用机理，以及人体内部生物电、磁、声、光、热等物理现象的反应和物理仪器的测量技术在医疗中的应用。中国指导1986年才正式加入国际医学物理学会组织。随着计算机技术的发展，医学物理愈来愈朝着精确物理技术延伸。光学纤维技术在导管影像的医学领域的应用已为大家所熟知。可以说没有物理学就没有现代医学。那么物理学对医学有些什么方面的促进呢？
一、声学对医学的促进
声学是物理学发展初期认识的基本规律。中意望闻问切中就唱采用敲击听音，腹鸣判断等医疗诊断办法。现代诊疗技术中，超声学在医学诊断和治疗中一广泛使用，形成了超声医学。超声波在临床诊断上利用了超声波良好的指向性和反射、折射、衰减和多普勒效应等物理规律，利用超声波发生器发出超声波并发射到人体体内，在组织内传播史，病变组织和正常组织的传播差异，在接收器接受后经过显示器显影，医生才能判断组织现象。譬如B超仪和多普勒血流仪等。另外超声治疗应用也已很普遍。超声医疗是基于超声在人体内的机械反应、热效应和理化反应。譬如超声碎石、超声烧癌、超声外科手术刀、超声药物导入等等。这些技术在治疗血管疾病、癌症、腰腿疼、口腔疾病等方面非常广泛。
二、电磁学对医学的促进
电磁学发展是上个世纪至今对人类发展的贡献可以说是最伟大。医学物理学更是不可忽视。大家所熟知的核磁共振技术就是其一。磁共振断层成像技术是核物理学、光学、粒子物理学、量子物理学等物理学分支在医学中的运用。它是一种多参数、多核种的成像技术。当前医院广泛采用的主要是氢核密度弛豫TT成像。其基本原理就是利用一定频率的电磁波向处于磁场中的人体照射，人体不同组织的氢核在电磁作用下发生共振，吸收部分能量后又发射电磁波，一种被称为MRI的系统探测到这些从人体发射出的电磁波经计算机处理，特别是重建图像而得到人体的断层图像，经医生研究判断病理信息。被广泛采用的X-CT技术的原理与之类似。
大家知道，电子显微镜在医学中可以观察普通光学显微镜不能观察到的现象。技术条件好的医院，可以利用电子显微镜观察生物病毒、蛋白分子结构、细菌细胞的精细分布等。
三、光学对医学的促进
光学堪称医学发展史上最主要的物理专业知识。大家所熟知的伽马射线刀，就是光学技术的运用。
物理学知识告诉我们，激光是60 年代初出现的一种新型光源，激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性，引起普遍重视，并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。激光在活体组织传播过程中会产生热效应、光化效应、击穿和冲击作用。激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物，激光在70 年代开始广泛用于临床；90 年代，随着新型激光器的研制成功，激光与医疗、生物组织科学紧密结合，研究范围日益扩大。Nd：YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式（连续、脉冲） 等特点，在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的， 不同波长的Nd：YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用，可以获得良好的疗效。医用Nd：YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点。紫外线在传播到肌体组织时会产生杀伤性，所以紫外杀菌消毒也被广泛采用。世界上第一台光学显微镜的产生.使人们能够观察到肉眼不能观察到的东西。以往研究者对于细胞结构的探讨局限于固定的样本与生物化学分析。近来，数字影像技术已经发展并可以用于活细胞的观察。现今利用光学影像技术的观察已经可以观察数十纳米（nm）的标本。例如；干涉差显微镜；荧光撷像或是活细胞的操作方面都有长足进步。美国Cutera公司研发的这项技术称Titan技术，其光谱范围在1100-1800nm，靶组织为水。真皮网状层含水是最多，吸收红外光能转化热能，作用于真皮促其产生胶原。此项技术也被形象地称为“光波拉皮”。
特别值得提到的生物医学领域的金纳米棒的光学特性，具有横向等离子共振吸收和纵向等离子共振吸收特性，这一特性在生物和化学传感方面有着广泛而重要的应用前景。
总之，物理学极大的促进了医学的发展，现代医学依赖于物理学融于物理学的程度也越来越高。作为物理学必定在医学中运用的更加广泛，并未人类发展做出更大的贡献。
参考文献：
生物电磁学技术范文2
[医疗雷达]
需要病人忍受被X射线机按压的痛苦检查可能很快成为过去式，Laskaris说。
当前的乳腺X射线摄影技术不仅痛苦而且昂贵，并且可能使患者和临床医生暴露于有害的电离辐射。但是医疗雷达正在开发利用无线电波取代声音或辐射的乳腺癌成像。医疗雷达使用类似于微波炉或手机的电磁体，其功率极低。它同时也是一种快速且极易使用的技术。该过程需要不到1分钟，患者可以舒适地躺下，并且两个可以同时被扫描。
这个系统利用多个天线，以4GHz-10GH的频率扫描。初始设计允许患者平躺，而不是站立。得到的3D图像，类似于目前的乳腺断层摄影，为医生提供了非常详细的乳腺视图。
医疗雷达同样适用于致密图像，与超声波相反，它具有穿入身体内部的能力，并且不被骨骼或其他障碍物（例如气囊）阻塞，Laskaris说。
Micrima是一家意大利公司，成立的目的是开发微波雷达乳腺成像技术，该技术最初在英国布里斯托大学开创。该公司的MARIA系统在2015年获得欧洲监管部门的批准，目前部署在英国几个乳腺癌成像中心的临床试验中。
用于数字乳腺X射线的常规设备可能花费接近25万美元，而医疗雷达设施将花费其十分之一。利用医疗雷达扫描将更便宜并能更广泛地应用。
[人体组织的3D生物打印]
人体组织的3D生物打印的前景几乎无法想象。从患者自身细胞产生的功能完整的肾脏可能需要数10年，但是在这个方向的第一步已经开始实施，Laskaris指出。
该方法基于来自患者或供体的液化细胞以提供氧气和营养物。然后针对患者定制的预定配置，逐层将细胞沉积在支架上。然后孵育生物打印的结构，直到它变为活的组织。
一些大学已经创建了自己的生物打印机，制造商如瑞士regenHU有限公司和德国Envision TEC正在销售3D生物打印设备和材料，Laskaris说。
加利福尼亚州的Organovo和其他公司目前正在为药物测试提供功能性人体组织，并且在2016年12月，Organovo提交了第一个数据，显示植入动物模型后其3D生物打印的人肝组织能继续存活并且功能持续。Organovo计划在3年后将这种治疗性肝组织提交给美国食品和药物管理局（FDA）。
更令人难以置信的是俄罗斯3D生物打印解决方案的进展，它在小鼠模型中打印出功能性甲状腺，并声称准备在人体中试验。
或许比创建整个器官更为现实的近期愿望是3D打印简单的移植部位，如血管，心脏肌肉贴片或神经移植物。
用患者自身细胞生长的组织将为外科医生提供完全匹配的组织修复器官，这与取代完全的外来组织相反，Laskaris说。
[智能探针/智能手术刀]
智能探针和智能手术刀被设计为组织选择性的、靶向特定类型的组织，例如癌性、血管或神经组织。该技术主要是用于显微外科手术，包括脑动脉瘤的修复、血管或神经的吻合、脑肿瘤切除和声学神经瘤去除等。
图像组件可以是光谱学、磁共振成像（MRI），以及机械和电气阻抗。治疗可以包括辐射、高强度聚焦超声（HIFU）、声学和射频（RF）机械能。
目前，来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室、麻省理工学院和桑迪亚国家实验室等研究中心的技术正在转移给初创公司，Laskaris指出。
利弗莫尔国家实验室与位于圣何塞的BioLuminate公司合作，研发用于区分健康和癌性组织的智能探针。在手术期间，智能探针入组织并被引导至肿瘤区域，探针尖端上的传感器测量已知在组织之间不同的光学、电学和化学性质。智能探测器可以检测五到七个已知的乳腺癌指标。智能探针明显的一个优点是可以在正常和可疑组织中实时进行测量。
在圣地亚开发的智能手术刀，与外科医生切除被隐蔽在血液、肌肉和脂肪的肿瘤是一样的原理。称为生物微腔激光器的半角尺寸装置，采用反射光谱法作为线扫描成像系统的一部分，以识别和选择性地靶向脉管病变中的血管，用于用聚焦激光束进行热处理。目标是帮助外科医生更准确地切除恶性生长，同时最小化移除健康组织的量。
[电磁声成像]
电磁声成像（EMAI）是一种结合生物电磁学与声学的新兴成像技术。它使医生能够以高端设备如MRI或PET成本的一小部分来区分恶性和良性病变。
科学是基于不同的组织对外部刺激的不同反应。当刺激组织时，每层组织将以其自己的独特频率振动。这可以通过超声波检测器测量并转换成图像。研究人员使用光、超声和电磁能量来刺激组织。
癌性组织比正常组织导电性高50倍，并且电磁能量还具有比光更深地穿透到身体中的能力。这使得电磁声成像用于诊断整个范围的肿瘤的优良技术。
研究表明，身体所需的低水平的电磁能量是安全的，并且可以检测直径小至2毫米的肿瘤。EMAI不仅有效、便宜和安全，而且快速，且设备都是便携式的，Laskaris说。
意大利公司Medielma开发了一个安全有效的EMAI系统――ESO Prost 9，用于\断前列腺癌，不需要物理检查或X射线。患者在检查期间只需要躺下。该技术目前正在欧洲使用。
[用纳米机器人治疗中风]
中风是美国第5大杀手。即使当患者存活时也可能是长期残疾，这是令人痛苦的，并且其治疗费用非常昂贵。
中风是为脑细胞提供新鲜血液和氧气的血管的堵塞，长时间的缺氧会导致脑细胞死亡。 “时间等于大脑”，神经学家和神经外科医生说。
在分子水平上治疗疾病的纳米诊疗剂，已经用于治疗癌症和传染病。目前，纳米机器人的新兴目标正在打破造成中风的血块和精确的输送药物，以扭转中风对患者的影响。
生物电磁学技术范文3
12月中旬，上海市闵行区春申塘北侧，经过昼夜施工，一条220千伏的高压线路走廊已经悄然架起，沿着河岸自西向东一路蜿蜒。
在此期间，该线路的建设单位――上海市电力公司电网建设公司的有关人员与警察以及协管员等，共同驻扎在线路经过的公共绿地内，以确保工程的顺利推进。
就在短短两周前，据《财经》记者了解，沿岸上海万科假日风景、上海春城等多个社区的众多居民，为了抵制这个被认为可能带来“健康隐患”的项目，曾与电力施工人员发生对峙。在数百名警察出动并介入后，事态最终得以平息。
但横亘在高压线以及周边居民之间的阴影，并没有被彻底驱散。
喧哗与骚动
在争议中开工的项目，正式名称为“220KV新龙华输电线路工程”。该工程始发于220KV春申变电站，沿途经过上海市闵行区，最后通往位于徐汇区的220KV新龙华变电站。
这项工程规划始于1995年，旨在增强闵行地区、上海铁路南站的供电可靠性。施工范围原来多数位于公共绿地内，但在过去十多年中，沿途包括春申景城、上海春城、万科假日风景、奥赛花园在内的众多小区，先后拔地而起，这些小区共同构成的春申示范居住区（春申城），规划总建筑面积为170万平方米，可容纳5万人居住。
其中，仅以2003年开盘的万科假日风景为例，这个分五期开发的项目，总建筑面积就达55万平方米，可容纳1.6万人口。沿线还包括一些幼儿园和学校。因此，高压线所产生的电磁辐射是否会影响到周边居民的健康，一开始就受到广泛关注。
早在2006年夏天，在获悉该工程可能开工的消息后，万科假日风景的业主就开始了小规模的维权行动。在上海市规划局的协调下，电力公司同意将原来的“三塔”方案（即在原来的塔北侧再建两个塔，共同构成220千伏的三塔三回路），改为同塔四回路（即不再增加新的塔，只是把原来塔上负载的线路由一个增加为四个）。
在建设单位看来，此次工程仅仅是对现有的高压线路进行增容改造，并不涉及新建高压线路，且改建后的线路走廊中心线和原有线路中心线仍然保持一致。但据《财经》记者了解，周边居民对于这一修改后的方案并不满意。
是年8月，沿线小区再次征集签名，并书面致函电力公司，要求改为电缆入地铺设方案，未得到任何回应。此后再无关于该工程的任何公开消息披露。
而在公众视野之外，2006年11月30日，上海市环保局在《沪环保许管（2006）1508号》文件中，则已批准了这一工程的环境影响报告书。
到了2007年9月底，随着电力公司在包括万科假日风景在内的各个小区陆续贴出施工函，矛盾再度激化。一名家住万科假日风景的律师，曾于10月9日向闵行区法院电力公司，法院受理后，以群体性案件需慎重考虑为由，未予立案。但由于遭到业主反对，电力公司也无法按原进度施工。
进入11月中旬，经过长时间的对峙之后，局势变得日益紧张。11月16日，施工队的强行施工再次被业主阻止；11月18日中午，多个小区的近七八百名业主，集体前往上海市政府上访。
闵行区办曾试图介入调停，但未成功。11月25日晚上，两部挖掘机开到了上海春城和万科交界的伟业路上。11月26日凌晨，部分业主发现，现场施工人员已经将上海春城的铁丝网拉开，万科的围墙也被推倒；而此时站在路边的警察、联防队员等，已有二三百人规模。
当晚，周围几个小区的近千人已经聚集到施工现场。“现场一片混乱，坑边站满了人，根本无法控制。”一位不愿透露姓名的业主对《财经》记者回忆起当时场景。目击者称，警察在现场使用了辣椒水，并带走数名业主。
11月27日，被带走的居民获准回家；当晚，万科假日风景小区专为此事成立的维权小组被解散，业主委员会被认定为惟一合法维权组织。
辐射之惑
在地球上，电磁辐射可谓无所不在。电力的传输和应用过程，往往都会产生不同程度的电磁辐射；更何况，地球本身还拥有一个巨大的地磁场。
世界卫生组织的统计显示，欧洲普通家庭中的磁场强度大约在0.025μT（微特斯拉）到0.07μT之间；在美国，这个范围大概为0.055μT 到0.11μT之间。在家中可以感受到的电场强度，则一般在几十伏/米量级。
高频率的电磁辐射，比如X射线等，又被称为“电离辐射”，往往会直接穿透人体，并通过破坏DNA分子等遗传物质的形式，损害组织和器官。医学界对于其辐射危害已经有普遍的共识，各国也都制定了严格的防护标准。
而对于频率略微低一些，比如微波炉、移动电话以及电脑在内的辐射，考虑到其对人体也具有一定程度的“加热”效应，包括中国在内的很多国家，也都制定了相应的国家标准。以中国为例，早在1988年，当时的国家环境保护局针对频率在100kHz到3GHz之间的辐射，制定了《电磁辐射防护规定》。
然而，对于高压线这样的工频场辐射（ELF），由于其频率仅仅为50赫兹（美国为60赫兹），对人体的加热效应和损害并未被证实，因此长期以来并没有得到重视。在美国等一些国家，虽然也有特殊情况下的高压线距离标准，但很大程度上是为了预防汽车等金属物体经过时，直接遭遇或者诱发电击，与电磁辐射损害并无多大关系。
直到1979年，美国科罗拉多州的两名医生在研究后发现，高压线在周边产生的磁场，很可能与儿童白血病的发病存在正相关。人们开始关注到，高压线产生的电磁辐射，可能会对人体健康产生长期影响。
在此后20多年时间，一些研究人员也声称发现高压线产生的磁场，与各种儿童及成人的癌症、抑郁、自杀、心血管疾病、生殖功能障碍、发育障碍、免疫改变，甚至神经变性疾病等，都存在关联。但无论是世界卫生组织，还是美国、英国委托研究机构进行的动物试验和临床试验都显示，目前仍没有充分的证据支持这种关联性。
即使被研究得最为透彻的与儿童白血病的关系，国际癌症研究协会根据对流行病学研究的分析得出结论，住所中平均曝露超过0.3μT至0.4μT时，儿童白血病患病率有2倍的增长。但这一结果，也只是证明了两者之间存在非常有限的联系，不能作出明确的因果推断。
2002年，在国际癌症研究协会的分类中，高压线产生的磁场被列为“可能致癌物”（possibly carcinogenic to humans）。但这在致癌物分类中是一个很弱的标准；实际上，其致癌性仅仅和咖啡、汽车尾气等属于同一个量级。2007年6月，世界卫生组织公布的《极低频场环境健康准则》（EHC No. 238）综合了最新的研究成果，仍维持了这一分类标准。
但考虑到这种长期效应的不确定性，比如也许存在人们目前仍无法了解的致病机理，并基于世界卫生组织一直秉持的“谨慎原则”（precautionary principle），国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）在1998年制定的电磁辐射导则中，仍包含了高压线电磁辐射的内容。
1998年11月，在由国家环保总局提出、由北方交通大学负责具体编制的《500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范》中，磁场强度的上限完全沿用了ICNIRP的规定，即100μT；但电场强度则有所下降，从5千伏/米调整为4千伏/米。当然，这仅仅是一个部门性质的技术规范，并不是正式意义上的中国国家标准。
阴影难去
然而，种种迹象显示，即使是世界卫生组织的结论，也无法彻底消除人们对于高压线电磁辐射的担心。
从技术而言，工频磁场电磁辐射的健康风险，仍是一个充满着争议性、不确定性的复杂命题。尽管过去20多年的研究并未清晰地证明其危险性，但也不可能彻底排除其危险性。
更何况，人类在历史上已经有过非常多的惨痛教训，即那些一度被认为是安全的物质，最终被证明是对健康有害的。从含铅汽油、DDT农药到汞这样的重金属，莫不如此。
或许正因为如此，世界卫生组织一方面表示，目前并没有工频磁场电磁辐射致病的确凿证据；另一方面，仍鼓励各国继续就其危险性开展研究和评估，并在可以接受的成本限度内，探索尽可能地降低辐射的办法。
该组织的统计显示，在其国际电磁辐射项目组的52个成员国中，有36个采纳了ICNIRP标准，另外16个则采取了更加严格的管制标准。
比如在爱尔兰，就规定高压线必须远离学校和幼儿园，因为未成年人往往对于各种环境因素更加敏感；在荷兰，新建电力设施则要求对儿童的辐射强度不得高于0.4μT，这个标准要比ICNIRP规定的100μT低得多。
在美国，虽然还没有统一的国家标准，但不少州都已开始采取措施来控制电磁辐射。像佛罗里达州和明尼苏达州都规定，新建电力设施的辐射强度不得超过原来的水平；而在加利福尼亚州，目前4%的高压线建设的预算，都被用于降低电磁辐射。
在中国，情况则尤其复杂。
浙江大学医学院副院长、浙江省生物电磁学重点研究实验室主任许正平对《财经》记者表示，鉴于工频磁场目前并没有表现出明显的危害，中国政府在这方面投入的经费相当有限。因此，中国目前还没有像美国或英国那样，进行大规模、长时期的调查，以确定高压线电磁辐射的危险性。
但同时，由于中国，尤其是中国东部地区人口稠密，不管是原有的高压线还是新规划上马的，往往和居民区距离都非常近。而在美国等很多国家，要么是由于土地产权问题，要么是由于人口密度问题，高压线通常都远离居民区。
更何况，从目前的研究成果来看，不同地区、不同种族的疾病患病率，都存在明显的差异。
1991年，李耐特（Linet MS）等发表在《英国癌症期刊》上的一份流行病学调查就显示，在美国加州和夏威夷生活的华人，和菲律宾人、日本人一样，都属于最容易患白血病的群体。
因此，能否简单地沿用国际上已有的流行病学调查结果，来评估中国的高压线电磁辐射致病风险，仍然是一个未知数。
这位专家在接受《财经》记者采访时呼吁，应该由国家发展和改革委员会牵头，通过设立相应的基金等形式，对中国开展为期10年甚至20年的大规模流行病学调查，从而对高压线电磁辐射在中国的健康风险有一个更加全面和客观的认识。
破碎的出路
不过，一些电力系统的专家则认为，目前中国正在执行的技术规范，已经比世界卫生组织推荐的标准都要严格。因此，中国没有必要制定更加严格的电磁辐射标准。
华东电力试验研究院高级顾问杨新村在接受《财经》记者采访时认为，中国作为世界卫生组织成员国，理应执行世界卫生组织推荐的标准。毕竟，世界卫生组织过去十年间的研究成果显示，ICNIRP标准并没有过时。
实际上，据《财经》记者了解，在制定高压线电磁辐射的国家标准方面，电力系统和卫生及环保系统的角力由来已久。
早在2001年，国家标准化管理委员会就曾牵头推动国家标准的制定。当年12月，一份名为《电磁辐射暴露限值和测量方法》的征求意见稿正式对外公布。
该草案规定的频率范围为0至300GHz，即对电力、移动通讯等行业均适用。由于这一限值标准比现行的行业标准严格许多，电力部门与移动通讯企业均强烈反对。加上外部的压力，最终这一标准不了了之。
临近2007年末，一场角力似乎又要再次上演。
知情人士告诉《财经》记者，目前国家环保总局正在制订一个新的行业标准，将很快开始征求意见。这一已经修改到第七稿的草案，很可能将对不同电压的输电线和民居的距离限值作出明确规定。此外，草案还可能对在市区采用电缆进行输电做出相应的规定。
这两点却都受到电力系统的反对。一位不愿透露姓名的电力业内人士对《财经》记者表示，电场和磁场的强度受各地自然环境的影响，往往会有不同程度减弱，硬性规定距离并不科学。而像北京市二环路以内，之所以百分之百采用地下电缆，很大程度上是由于地价过于昂贵，以及为了维持良好的城市景观，并不完全是出于健康原因。
《财经》记者获悉，国家标准化委员会也正推进新的工频电磁场的国家标准，并将起草任务交给了电力部门。
“这个标准由行业部门起草，基本上沿袭了ICNIRP的标准；只是和1998年公布的技术规范一样，把5千伏/米改为了4千伏/米而已。”该草案审核成员之一的一位生物电磁学专家对《财经》记者表示，“目前这个标准已经在征求专家意见，但我们肯定会表示反对。”
不过，在上海、北京、广州等地，都曾先后因为高压线建设引发冲突，除了技术标准，更多的或许还是决策体制的原因。即面对这种复杂的、充满争议的、不确定健康风险，只有更好地贯彻公开、公开以及透明的决策过程，或许才能有效地缓解由此引发的社会焦虑甚至对抗情绪。
上海“春申风波”，就集中折射出现有决策体制上的内在缺陷。
业内人士指出，公众之所以对于高压线的电磁辐射缺乏了解，很大程度上是因为电力部门一直在试图回避这一点，缺乏主动介入的积极性。潜在的担心是，科普宣传会带来负面影响，因而阻碍工程的顺利推进。而无论是卫生部门和环保部门，也未能在公众教育方面提供切实有效的渠道。
这样导致的最直接后果是，一旦公众可以通过互联网或者其他渠道获得相关信息时，不仅会在潜意识中放大这种负面信号，更会对相关部门产生不信任感。而双方丧失了起码的互信，阻力也就很容易滋生。
此外，为“220KV新龙华输电线路工程”担任环境影响评价的，是中国电力工程顾问集团华东电力设计院。接近上海市环保局的知情人士在接受《财经》记者采访时表示，该环评单位是通过环保部门认定的，并在电磁辐射评价方面具备甲级资质。但由于该设计院和该项目建设方上海电力公司同属于国家电网公司，再加上迄今为止，该项目的环评报告仍未对外公布，在缺乏有效的外部监督的情况下，环评质量的公正性自然很难获得众多业主的认同。
不仅建设单位没有做到充分的信息公开，不少业主在接受《财经》记者采访时也都表示，当时购买住宅时，在开发商那里也并不知晓这一工程项目，更遑论其可能的风险。
与此形成鲜明对比的是，无论在美国还是在欧盟，居民从当地政府或者从企业那里，都能很容易地获得相关的规划信息。在爱尔兰、荷兰以及意大利等国家，甚至允许当地居民参与高压线等设施选址工作。
2007年12月1日，闵行区召开会议向业主重申，不停工，亦不再进行环评。12月3日，在对峙暂告一段落之后，受影响小区的业委会，曾向上海市发展和改革委员会与上海市环保局提交了行政复议的要求，请求撤销沪发改城（2004）451号文件对于该项目的批复，并请求复议项目可行性报告，召开沿线居民听证会，以更改施工方案采取电缆入地的方式。两部门近日回复收悉，并将在两个月内给出复议结果。
生物电磁学技术范文4
关键词：电磁场与微波技术；精品课程；教学实践
作者简介：裘国华（1974-），男，浙江绍兴人，中国计量学院信息工程学院，讲师；李九生（1976-），男，广西桂林人，中国计量学院信息工程学院，教授。（浙江杭州310018）
基金项目：本文系浙江省高等学校精品课程建设项目、中国计量学院校立高教课题资助（编号：HEX200727、HEX200872）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）08-0051-02
“电磁场理论与微波技术”是电子信息工程、通信工程和电子科学与技术类专业的一门重要专业必修课。也是一门学生公认较难学难教的课程，该课程既与前期的高等数学、大学物理学等课程的知识紧密联系，又对目前移动通信、电磁兼容和生物电磁学等前沿学科的学习与认知起着重要作用。[1-2]随着信息技术的快速发展，为满足社会对从事于微波工程、电磁测量技术和无线电技术等领域人才的需求，中国计量学院（以下简称“我校”）始终如一支持该课程的建设，我们对“电磁场理论与微波技术”进行课程改革和教学实践，有效地提高课程的教学质量，改进了教学效果，[3]2009年被评为学校精品课程，在2010年被增选为浙江省精品课程。本文对课程的改革和实践作初步总结。
一、课程建设和教学实践历程简述
我校“电磁场理论与微波技术”课程建设与教学改革实践经历多年，从原先“电磁场理论”和“微波技术与天线”分开授课，然后合并成“电磁场理论、微波技术与天线”课程，发展到目前为“电磁场理论与微波技术”，期间主要经历了三个时期：
2004年以前，课程建设初期。“电磁场理论”和“微波技术与天线”单独设课，两个课程安排在不同学期，理论与实践相隔一个学期，总体教学效果不明显。
2005至2006年，课程建设的起步期。学校根据高校微波专业的电磁场培养目标，决定将原来的“电磁场理论”和“微波技术与天线”合并为“电磁场理论、微波技术与天线”课程，电信、通信和电科三个专业同时开设该课程，并进行教学方法、教学手段的改进，以及教材建设和师资队伍建设。编写了《电磁场理论与微波技术》实验指导书；在校内实行微波实验室“全日制”开放，积极开辟学生第二课堂；制作《电磁场理论与微波技术》课件，改革教学方法与手段，结束了“黑板+粉笔”的单一教学模式，聘请外校知名教授来校讲课和培训新教师，取得了一定的教学效果。
2007年至今，课程的建设改革期。2007年申请了校级教改课题，开展“电磁场理论与微波技术”课程实践和教学探索，并以建设学校重点课程为契机，全面修改课程内容体系。从内容的广度、深度都有了质的改变，强化了电磁场理论的基本原理、基本知识，以及仿真、设计、制作方法和步骤等内容，进行精品课程建设，全面提高教学质量。
二、课程建设和教学实践的主要内容
1.完善教学大纲，调整教学内容
教学大纲是指导课程教学、评价教学质量的主要依据。根据培养计划和课程设置等情况，最近五年对教学大纲进行了三次较大的修改和完善，使学生掌握电磁场和微波的基本结构，建立相关概念间的联系，对本课程理论知识有比较完整的理解，为后续课程的学习打下基础。比如在电磁场理论方面，重点要求重点掌握静电场的梯度和散度、静电场的基本性质、恒定磁场的磁通连续性、磁介质的磁化及矢量磁位和矢量泊松方程、标量磁位和拉普拉斯方程、麦克斯韦方程组的内容及其物理内涵和时变电磁场中的分界面的边界条件等内容；在微波技术方面，掌握传输常数、特性阻抗、反射系数、驻波比等微波传输线的基本概念及其物理意义。掌握不同负载时的传输线的工作状态和传输线的阻抗圆图及其应用，掌握导波系统中的波型、传播常数、相位常数、截止波长、相速、群速等的概念，掌握微波网络分析中常用的参量和双口网络的工作特性参量，对矩形波导的波型及传输特性、TE10及波导壁的电流分布也予以重点要求，掌握各种基本微波元件的结构、原理和使用，使学生能对微波器件等最新技术有更加深入的认识，为学生在将来选修天线等知识时打下良好的基础，对于课程其余知识则要求了解。虽然本课程总学时数有所下降，但是教学大纲仍能在知识更新和课程体系结构等方面保证其合理性。
2.精选教材，突出“化繁为简”理念
根据教学大纲选择合适的教材是教学质量的基本保证。近些年来，我们先采用高等教育出版社1999年出版，谢处方、饶克勤编的《电磁场与电磁波》和西安电子科技大学出版社2001年出版，刘学观、郭辉萍编的21世纪高等学校电子信息类系列教材《微波技术与天线》，由于课本内容太多，公式推导繁琐，影响部分学生学习积极性。然后就改选用西安电子科技大学出版社2002年出版，盛振华编著的《电磁场微波技术与天线》，在与学生的互动过程中，学生反映对矢量分析这部分内容比较困惑，希望能在课本中列出这部分知识。于是又选用机械工业出版社2007年出版，傅文斌主编的《微波技术与天线》为教材，[4-6]该教材属于普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
由于进行精品课程建设，对教材也提出更高的要求。吸取以往选择教材的经验，现在使用北京邮电大学出版社2010年出版，李媛、李久生编写的《电磁场与微波技术》，与以前教材相比，该教材根据面向21世纪电类技术基础课程教学改革的要求，并考虑到电子类专业的特点，注重对电磁场与微波技术的基本概念、基本规律、基本分析方法的介绍，着重对广大普通学生分析问题、解决问题能力的培养。本书内容由浅入深、重点突出，基本理论推导去繁就简，着眼于应用，方便学生理解，使学生更易于接受课程知识。[7]
3.促进教学科研互动，培养创新能力
教学与科研的相互结合，可促进教学质量提高。任课教师在授课过程中，把自己相关的科学研究项目和研究结果介绍给学生，例如在讲授微波滤波器知识时，介绍如何用微带设计新型微波器件，并用Ansoft HFSS和MathCAD等仿真软件进行设计和分析，画出设计电路原理图，然后再播放相关滤波器件的实际电路图，这样一方面使学生对利用微带设计微波器件等复杂过程和抽象概念有简洁的理解，加深对理论知识的认识，另一方面提高学生对本课程的学习兴趣，为学生今后做相关微波研究和创新设计打下基础，例如利用MATLAB软件进行练习和处理，学生还可以自己动手实践，起到良好的效果。目前太赫兹波的研究利用是近些年比较热门的课题，在车站、奥运会和出入境等安检以及食品质量检测方面具有越来越多的应用前景，鼓励有潜力的学生利用学校太赫兹波实验室进行研究和创新设计，允许学生与老师一道，积极参与发表科研论文和撰写专利，有些学生在攻读硕士研究生时，继续选择与本课程相关的课题作为研究方向，学生的创新能力得到培养。
4.改进实验教学，提高实验效果
根据教学大纲，改革实验内容，重新编写实验指导书，增加综合性和设计性实验。在实验中，教师首先讲解实验要点和注意事项，然后以学生操作为主，教师指导为辅进行实验，对实验结果进行当场验收并进行相关理论知识的提问，以此作为评定学生实验平时成绩的主要依据，有助于学生的实验预习和增强学生的动手积极性，鼓励学生多角度分析实验现象，检验实验数据的可靠性，规范学生实验报告，提高实验效果。实验室还提供高要求的选做实验和开放性实验，利用学院建立的RF-2000系列射频实验基地，鼓励学生自行创新设计，切实体验和探索电磁场和微波技术在工程中的应用，使学生感受理论知识与实际工程的联系，增进对基本概念的认识。
5.重视教学电子资源建设，拓宽课程信息来源
课程组利用学校教学网络设施，建设本课程的教学网站，列出该课程的教学团队情况、教学大纲、教学日历、电子教案、授课录像、实验指导书、实验大纲、思考题、习题及解答和多媒体课件等信息，鼓励学生经常点击浏览。作为随堂答疑的补充，还安排教师负责解答学生提出的疑难问题，解决学生在学习中遇到的困惑，增强学生对学习本课程的自信心，也为学生提供了一个崭新的自学环境，拓宽了本课程信息来源。
6.改革考试方式，促进考核公平公正
本课程的考试方式曾经采用开卷考试，相当一部分学生就以为只要考试时带上书本就能考好，在平时也不认真做作业和复习，实际情况是考得不是很理想。课题组教师决定改变考试方式，采用闭卷考的方式，建立20多套试题库，由于本课程的公式较多，有的公式又较繁琐，就在每套试题后面附上公式，而且公式不按照章节的先后顺序排列，比如有关相速度的公式可能就有；；；；；等公式，需要学生真正了解试题所指物理概念才能找到正确公式。期末考试时由学校教务处随机抽取试题进行考试，任课教师也不清楚具体会考什么题目，使学生打消了以前认为的平时可以不来上课，只要划重点的那节课来了就能考好的投机心理，从而重视平时按时上课，既提高了课堂出勤率，又促使学生自觉加强考前复习，改善了学习效果，促进学生考核更加公平和公正。
7.建设精品课程，提升教学水平
精品课程建设对教学质量的提高起到积极作用，已成为课程建设的重要标志。本课程积极参与精品课程建设，整合课程资源，优化教学内容体系，全面提升课题组的教学水平，在2009年经学校评审成为校级精品课程，2010年被增选为浙江省精品课程，表明该课程建设取得了良好成果，课程的教学水平也得到进一步的提升和认可。
三、结束语
课题组教师经过多年的不懈努力，“电磁场理论与微波技术”课程建设和教学实践取得了初步成效，学生对本课程的学习积极性更加主动，教学效果得到明显改善，在校内外获得了积极评价。当然，还有许多工作需要进一步完善，我们一定会在今后的教学中继续改进。
参考文献：
[1]周雪芳,钱胜,李齐良.“电磁场与电磁波”精品课程建设的探索与实践[J].中国电力教育,2011,(4):68-69.
[2]李丹美,仇润鹤,叶建芳.“电磁场与电磁波”课程教学改革探索[J].实验室研究与探索,2005,(S1):157-159.
[3]姜宇.在“电磁场与电磁波”课程中建立创新理念[J].电气电子教学学报,2009,31(1):95-96.
[4]谢处方,饶克勤.电磁场与电磁波[M].北京:高等教育出版社,1999.
[5]盛振华.电磁场微波技术与天线[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
生物电磁学技术范文5
随着微机器人的发展，磁性微机器人凭借其能源供给的优势得到广泛应用。由于研究对象不断向微细化发展，本文结合显微镜环境设计了一种用于磁性微机器人的外磁场调控系统。本系统主要由上位机、磁场控制模块和图像显示模块三部分构成。磁性微机器人是通过线圈装置产生的外磁场来控制的，本文设计的线圈装置能够在线圈中心40mm×30mm的平面区域产生0～1mT的沿水平方向的静磁场和频率为0～50Hz、幅值0～1mT的旋转磁场，能够实现对磁性微机器人直线运动和旋转运动的控制。本文使用BX53显微镜对磁性微机器人的运动进行放大，实现其运动的实时显示和追踪。本文还编写了一套控制软件来实现上述控制功能和实时显示功能。
关键词:
磁性微机器人;BX53显微镜;运动控制系统;电磁线圈
1引言
微型机器人，尤其是进入人体的无线内窥镜和可用于体内诊疗的微机器人的发展和应用已成为国内外机器人研究的热点［1］。微机器人可在药物输送、疾病检测、靶向治疗特别是癌症治疗等方面发挥重要的作用［2］。微型机器人的发展急需解决驱动能源的供给问题［3］。近年来国内外不少学者提出利用外场能量来作为微型机器人的驱动能源，并取得了进展。外场能量有微波、磁场、超声波和光波等，其中应用比较多的是磁场［4］。磁场驱动的微机器人结构简单，易于控制，得到了较广泛的应用。一般的外磁场调控的微型机器人内部具有固有磁矩(大多采用永磁块)，通过控制外部的磁场可以调节其姿态;通过施加旋转磁场带动具有螺旋结构的微型机器人，从而产生推进力［5］。然而，随着纳米技术的迅猛发展，研究对象不断向微细化发展，一些医学、生物学等领域的精细操作都离不开高精度的微机器人系统，这便需要高倍频、高分辨率的显微视觉系统的辅助。因此与显微镜结合的电磁控制系统是对磁性微机器人进行调控的关键。趋磁细菌是一类能够沿着磁力线运动的特殊细菌，其体内含有呈链状排列的单磁畴颗粒;将趋磁细菌与功能部件结合即构成趋磁细菌机器人［6］。本文针对趋磁细菌机器人设计并研制了一套与显微成像结合的外磁场调控系统，能够在显微镜下对趋磁细菌机器人进行观察并进行运动轨迹的控制。
2系统设计
本控制系统主要由三部分组成:上位机、磁场控制模块和图像显示模块，如图1所示。上位机完成对整个系统的控制，并且提供直观的信息服务和决策支持，主要包括恒定磁场控制模块、交变磁场控制模块、磁场手动控制模块和显微图像实时显示模块。由于趋磁细菌会沿着磁场的方向泳动，通过磁场控制模块可以实现对趋磁细菌机器人的有效控制。该模块是本控制系统的核心部分，其主要由正交线圈对、数据采集卡和稳压直流源构成。通入线圈中的电流大小由上位机给出，然后将数据传输到数据采集卡，通过数据采集卡控制稳压直流电源每一路输出电流的大小，从而实现对线圈产生磁场的控制。图像显示模块的功能是通过正置显微镜BX53上安置的网络摄像机来实现的，观察目标经过目镜的放大，通过网络摄像机将观察目标的光学信号转化为图像信号并传输到上位机，当观察目标的运动偏离观察视野时，可调节三维移动平台的位置保持观察目标在视野范围之内。采用图像显示界面和磁场控制界面相结合，可以更方便地对观察目标进行实时观察和运动控制。
3磁场产生装置
3.1线圈的设计与测试本文根据所使用的BX53显微镜的结构设计了一套线圈装置。设计的线圈要满足在载玻片所在的平面区域内产生0～1mT的任意水平方向的均匀磁场，而且线圈不能影响显微镜的正常操作，另外线圈还要便于安装。根据上述要求，本文设计了一套置于显微镜的矩形正交线圈对。该线圈装置总共有4组线圈，如图2所示。其中A、B两组线圈分别产生沿X轴正方向和负方向的磁场，C、D两组线圈分别产生沿Y轴正方向和负方向的磁场。4组线圈分别由4路独立可调的恒流电源驱动，通过调节4组线圈中的电流，即可产生所需的任意方向的水平磁场。为了更加方便地控制磁场，本系统中增加磁场手动控制模块，利用操纵杆手动控制磁场的方向和大小，在实际操作中可自主选择设定磁场数值模式或手动控制模式，提高系统控制磁场的灵活性。另外可以通过软件控制产生0～50Hz极低频的旋转磁场，不同于控制驱动微机器人的旋转磁场，该旋转磁场主要用来实现在X-Y平面内趋磁细菌机器人的停止控制。在实际操作中，可以根据需要选择输出恒定磁场或旋转磁场，并将所需的磁场值输入给上位机，利用数据采集卡将数字量转化为模拟量，控制直流稳压电源对四组线圈进行激励便可以产生所需的磁场。本文所设计的线圈的结构如图3所示，具体参数如表1所示。本文根据上述设计制作了一套实际线圈，并搭建了一套控制系统，如图4所示。线圈骨架使用环氧树脂板制作。A、B两组线圈具有相同的尺寸，因此本文采用双线绕制的方法将A、B绕制在同一个线圈骨架上，这样可以保证A、B两组线圈具有相同的磁场分布。A组线圈和B组线圈分别通入方向相反的激励电流从而产生方向相反的磁场。C、D两组线圈同样采用双线绕制的方法制作。线圈用线径为1.06mm的漆包线绕制而成。本文采用DH1715A-5直流稳压稳流电源对线圈进行驱动，电源的最大输出电流为3A，最大输出电压35V，输出电流的稳定度0.05%。在线圈制作完成后，对线圈的性能进行了测试。
利用TMF-1数字三轴磁强计(北京空间宇达科技有限公司)对所制作的线圈产生磁场的分布进行了测量。测量区域为线圈中心区平面(Z=0)40mm×30mm的区域，在该平面区域内每隔5mm选取一个测量点进行测量。分别测量了A、B线圈产生的X方向磁场和C、D线圈产生的Y方向磁场，在每一个测量点分别测量线圈通电流和不通电流两种状态下的磁场值，然后做差消除背景磁场分量，对测量结果归一化后的结果如图5所示。由图可知，A组和B组线圈产生磁场的最大偏差不超过2.5%，C组和D组线圈产生磁场的最大偏差都不超过0.6%。测量结果表明线圈具有较好的均匀性，所制作的线圈满足设计要求。当线圈A和B通入3A电流时，测得线圈中心位置的磁场为1.3mT;当线圈C和D通入3A电流时，测得线圈中心位置的磁场为1.6mT。结果表明，所设计的线圈可达到在平面区域内产生0～1mT均匀磁场的设计要求。
3.2旋转磁场的生成为了实现对趋磁细菌机器人的停止控制，可以在X-Y平面施加一个旋转磁场，使其在一个小的区域内旋转而停止前进。由于本文中所设计的线圈为平面内的正交线圈，可以通过在两个相互正交的方向上分别施加频率相同、相位相差90°的正弦磁场来实现平面内的旋转磁场。这样的实现方法对所使用的电源有一定的限制，即电源须为双极性电源。但是由于当电流在零点附近变化时，双极性电源的性能并不稳定，所以在线圈设计时采用双线绕制线圈，并对同一方向的两组线圈分别采用单极性直流电源进行驱动，避免了双极性电源的使用。
4软件设计
本文基于MFC编写了该系统的控制软件，该软件包括磁场控制模块和图像实时显示模块两部分。磁场控制模块主要实现的功能是方向可调的磁场的生成、旋转磁场的生成以及通过操纵杆对磁场进行手动控制。图像的实时显示模块主要实现对显微镜所观察的目标进行实时的显示及跟踪，以便于实验的观察和磁场的调节。软件的具体流程图如图6所示。
4.1磁场控制模块磁场控制模块中可以在用户界面中选择所要施加的磁场为恒定磁场或者旋转磁场，并且设定所要施加的磁场大小和方向，如果选择旋转磁场，还可设定旋转磁场的频率和输出时间间隔。由于本文的正弦磁场是将离散的正弦信号经过数据采集卡进行DA变换后控制恒流源输出得到的，所以输出的磁场波形为阶梯状，在频率一定的情况下，输出时间间隔越小，波形越平滑，但由于计算机响应时间也会较长，输出波形的频率稳定性变差。本文在实际应用中通常将输出点数设置为100。为了避免误操作而输入过大的磁场值，在软件中设置磁场输入范围0～10mT，频率范围0～50Hz，输出时间间隔大于1ms。当输入数值超出阈值系统就会报警，提示输入错误，从而增加系统的可靠性。在系统运行过程中，会实时显示所输出的磁场的大小和方向。本系统中添加了对磁场的手动控制部分，通过推动操纵杆来改变磁场的大小和方向，提高系统操作的灵活性。
4.2图像实时显示模块为了更加方便地实现对趋磁细菌机器人的控制和实时观察，本系统中设计了显微图像显示模块。显微镜上安置有10X、20X和40X等倍数的镜头，可根据实际观察的物体合理选择镜头。连接在显微镜上的网络摄像机(型号海驰HCH5001)采集的视频为720p格式，分辨率为1280×720p/60Hz，FPS帧率为25帧/s，可以提供清晰、流畅的画面。网络摄像机将显微镜得到的光学信号转化为数字图像信号，并对其进行压缩、打包，以H．264格式通过网线传输给上位机。H．264是新一代的视频压缩标准，具有较高的压缩比和较好的网络适配性，但是与视频显示相关的windowsAPI函数并不支持此格式，所以将传输到上位机的H．264视频进行解压缩，得到分辨率为1280×720的YUV420格式的图像，再将其转化为RGB图像进行显示。该软件的界面如图7所示。通过测试表明本软件运行稳定，满足趋磁细菌机器人的驱动控制和显示追踪的功能。
5实验
为了验证所搭建的磁场控制系统的可用性，选取趋磁细菌MO-1作为模型进行实验。首先将菌液进行适当稀释，吸取10μl稀释后的菌液滴在载玻片上，再用盖玻片覆盖。待液体平衡后在显微镜下观察，实验选取40X(40倍)目镜进行放大观察。首先施加0.5mT向上的磁场，观察MO-1的位置变化，并通过网络摄像机抓拍到其运动的视频图像。为了更直观地观察MO-1位置的变化情况，将得到的连续5帧视频图像进行合并，如图8(a)所示。图中A处为固定参照物，从图中可以看出，在磁场的控制下MO-1的位置不断上移，运动方向如图中黑色虚线所示。当改变磁场方向向右、保持磁场幅值不变时，由于惯性原因，MO-1向前继续运动一段距离，经过一段弧型的轨迹后，再沿与磁场一致的方向继续运动，其运动轨迹如图8(b)所示。同样，当改变磁场方向向下和向左时，趋磁细菌MO-1也沿相应的磁场方向运动，如图8(c)和图8(d)所示。当施加幅值为0.5mT、频率为1Hz的旋转磁场时，通过网络摄像机抓拍到其运动的视频图像。在所得到的视频图像中每隔三帧选取一副图像进行合并。从而得到MO-1在旋转磁场下的运动轨迹，如图9所示，MO-1做顺时针的圆周运动，图中黑色虚线为MO-1的运动方向。MO-1有时并不在同一平面运动，由于显微镜物镜聚焦的调节相对MO-1的运动略有滞后，所以在一定程度上影响了MO-1图像的清晰度。实验表明，所设计搭建的磁场控制系统可有效控制趋磁细菌MO-1的直线运动以及旋转运动，并能实现趋磁细菌的实时显示和跟踪。
6结论
