生物醫學電磁技術范文

導語：如何才能寫好一篇生物醫學電磁技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞： 生物醫學工程專業 醫學信號檢測與儀器 產學研人才培養模式 課程群

在美國及歐洲等經濟發達國家，早在上世紀50年代就指出生物醫學工程的重要性，目前海外知名高校均設有生物醫學工程專業，本專業世界排名前三位的高校分別是美國約翰霍普金斯大學、哈佛大學和賓夕法尼亞大學。生物醫學工程專業招生分數在這幾所學校中也往往遠高于其他專業，其畢業生也受到其他各大高校研究室、大型生物醫學研發企業和各大醫院青睞，畢業后發展前景良好。

目前，全國設置生物醫學工程專業的高校達140所左右，在天津市開設生物醫學工程專業的高校僅有天津大學、天津醫科大學、河北工業大學和天津工業大學，其他天津市市屬高校均未開設該專業。其中天津大學以光學儀器為專業特色，天津醫科大學以醫學背景為主解決一些臨床存在的工程問題，河北工業大學以電磁計算為專業特色。

天津市把醫療器械產業作為調整經濟結構，促進經濟轉型升級過程中重點培育的新興產業，加強醫藥器械研發的產、學、研聯合，支持醫療器械產業走“專、精、特、新”道路，著力培育醫療器械特色產業。天津市人才的需求情況：2013年，天津市生物醫藥產業工業總產值突破1000億元。生物醫藥企業2000余家。2012年，主營業務收入超過百億元企業3家，50～100億元企業3家，10～50億元企業6家，1～10億元企業58家。天津市醫療器械生產企業284家（2013年底統計），其中規模以上企業共36家，醫療器械注冊企業2500余個。技術服務企業：行業產值近億元。因此天津市急需這方面的高端專業人才。

生物醫學工程專業是21世紀最具發展前景的專業之一，為適應我國和天津市“十三五”經濟建設和科技發展的需要，推動“天津市醫療儀器產業”的發展，天津工業大學設置了天津市首個專門以培養醫學信號檢測及儀器方向高端專業人才為主的“生物醫學工程”本科專業。本專業在與學校辦學定位和專業結構布局相統一的基礎上，以培養復合型人才，增強學生工程技術和工程實踐能力為目標，逐步形成產學研相結合的人才培養模式。為了適應這種發展趨勢，天津工業大學生物醫學工程專業2012年本成為“天津市生物醫學工程學會”理事單位；2013年成為“天津濱海新區轉換醫學產業技術戰略聯盟”理事單位；2014年與中國醫學科學院生物醫學工程研究所共同組建“天津市醫學電子診療技術工程中心”；2015年成為“中國生物醫學工程學會健康工程分會”成員，這些發展都是為了加快發展產學研相結合的人才培養模式。

課程建設總體思路是按照目前的專業定位進行課程的建設，形成以《生理學》、《生物醫學電子學》、《傳感器與醫學工程》、《醫學電子儀器設計》、《嵌入式系統》、《醫學成像新技術》、《醫學儀器概論與標準》等為核心課程，構建醫學信號檢測及儀器為方向的課程群，帶動整個生物醫學工程課程體系的建設和發展。

本專業開設的主要理論課程有：高級語言程序設計（C）、大學物理、電路理論、模擬電子技術、數字電子技術、信號與系統、高頻電子、生物醫學電子學、人體解剖、生理學、工程光學、傳感器與醫學工程、醫學電子儀器設計、醫學成像新技術、醫學儀器概論與標準、嵌入式系統、數字信號處理及DSP技術、EDA原理及應用、電磁場與電磁波、通信原理、虛擬儀器技術、光電檢測技術與系統、電磁兼容、生物醫學光子學、醫學圖像處理、生命科學導論等。

主要實踐課程有：電路理論實驗、模擬電子技術實驗、數字電子技術實驗、生物醫學電子學實驗、生理學實驗、傳感器與醫學工程實驗、醫學電子儀器設計實驗、醫學成像新技術實驗、電工實踐、電子實踐、電子系統設計與工程實踐（1，2）、嵌入式系統設計專題實踐、生物醫學工程實踐1（偏重醫學信號檢測原理與方法）、生物醫學工程實踐2（偏重醫學電子儀器的開發與實現）、畢業實踐、畢業設計。

本專業畢業生可以在培養具有生命科學、醫學信號檢測理論與方法、醫學電子儀器設計等方面知識和能力，德智體全面發展，能在生命科學研究領域、醫療儀器及器械領域、健康產品領域、醫療衛生事業單位等從事研究、設計、市場、銷售、教學、管理和服務等方面工作，具有醫學信號檢測及儀器方向的創新型、復合型、應用型人才，適應國家和天津市“十三五”的醫療儀器產業的發展需求。本專業學制四年，學生畢業后可獲得工學學士學位。

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隨著科學技術的發展，越來越多的電子、電氣設備進入了人們生活和生產的各個領域。其中在生物醫學領域：滅菌（食品、流動票劵、飼料等）、診斷（CT等）、理療（高頻、微波）、手術（激光手術刀、微波手術刀）等。但這些設備在正常運行的同時也向外輻射電磁能量，可能對其他設備產生不良的影響，甚至造成嚴重的危害，這就是電磁干擾。據統計，全世界空間電磁能量平均每年增長7%～14%，在有限的空間和有限的頻率資源條件下，由于各種電子、電氣設備的數量與日俱增，使用的密集程度越來越大，電磁干擾的嚴重性也就越來越突出。

采用一定的技術手段，使同一電磁環境中的各種電子、電氣設備都能正常工作，并且不干擾其他設備的正常工作，這就是電磁兼容（Electromagnetic Compatibility ，EMC）。在國家標準GB/T4365-1995中對電磁兼容嚴格的定義是：設備或系統在其電磁環境中能正常工作且不對該環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。

就目前醫療設備小型、高靈敏度和智能化的實現，使它們更易受電磁干擾的影響，特別是那些電磁兼容性差的診斷儀器，為醫生提供了失真的數據、波形及圖像等信息，使得醫生不能做出正確診斷，從而影響有效的治療，甚至危及人的生命。

醫用電氣設備的電磁兼容性主要包括2個方面 ：發射和抗擾度。（1）發射：醫用電氣設備對周圍環境 (例如：醫院、家用環境、手術室、病房、救護車等 ) 產生的電磁干擾；（2）抗擾度 ：醫用電氣設備抵抗環境電磁干擾的能力。醫用電氣設備適用的電磁兼容標準是IEC60601-1-2。IEC60601-1-2 的第一版于1993年，規定輻射發射、傳導發射2項發射試驗和靜電放電、輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群、浪涌4項抗擾度試驗。

IEC60601-1-2 的第二版于 2001年，對第一版做較大的改動，增加2項發射試驗（諧波發射，電壓波動和閃爍），增加 3 項抗擾度試驗（傳導抗擾度、工頻磁場、電壓跌落和中斷），在實驗方法上也有更細致的描述。

隨著醫療設備的電磁兼容問題日益突顯，國際上許多國家從法規上采取了措施對醫療設備產品的電磁兼容性進行控制，我國政府也非常重視這個問題，已于2005年4月1日，由國家食品藥品監督管理局批準發了：“YY05 05-2005 醫用電氣設備電磁兼容性要求和試驗” 行業標準，經過兩年執行過渡期，已于2007年4月1日起正式執行。這就需要我們在醫療實踐中貫徹這個行業標準，努力提高醫療設備的電磁兼容性，提升設備的抗干擾能力，將潛在的電磁干擾風險降到最低。此外，我國的電磁兼容標準和國際上類似，分為四大類：基礎標準（Basic Standards）、通用標準（Generic Standards）、產品類標準(Product Family Standards)和系統間電磁兼容標準（Standards of Intersystem Compatibility）。

提高敏感設備的抗擾度是實現電磁兼容的有效手段，解決電磁兼容問題只需從以下3個要求來著手，控制干擾源的電磁輻射，抑制電磁干擾的傳播途徑，增加敏感設備的抗干擾能力。作為一個醫用設備的用戶，我們更多的是考慮系統間的電磁兼容性的問題，系統間的兼容性技術也是通過屏蔽，接地和濾波等技術實現，只不過實施方法不同。

系統間的屏蔽是對兩個空間區域進行金屬隔離，以控制電場、磁場和電磁波由一個區域對另一區域感應和輻射，其目的是隔斷電磁場的r合途徑。它有兩個方面：一是將敏感設備或系統用屏蔽體包圍起來，防止受外界磁場的干擾。另一方面是將干擾源屏蔽起來，防止干擾磁場向外擴散，影響其它的無線設備或人體。

接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施。隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求了。而且隨著電子設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。電路和用電設備的接地按功能分為安全接地或信號接地兩方面。安全接地就是采用低阻抗的導體將用電設備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設備外殼漏電或故障放電而發生觸電危險；信號接地是在系統和設備中采用低阻抗的導 線或地平面為各種電路提供具有共同參考電位的信號返回通路，使流經該地線的各電路信號電流互不影響，信號接地的主要目的是為了抑制電磁干擾，是以電磁兼容性為目標的接地方式。

對于醫院這個醫療設備的主要使用方，其對于設備的抗電磁干擾有更高的要求。對于X線診斷系統、CT系統、磁共振成像系統及超生診斷系統，不能因為電磁干擾而影響診斷的圖像質量或出現與患者病灶部位不相符的圖像。超生治療設備、體外碎石設備和伽瑪刀，這類設備不能由于干擾而影響或改變其治療參數或影響治療部位，否則對患者的正常部位就會造成傷害。因此，對醫護人員和采購人員甚至維修人員的電磁兼容知識的學習培訓就顯得尤為重要。按照使用現場的電磁環境選購符合電磁兼容要求的產品并正確的使用操作。減少醫療場所的電磁干擾，是對患者的尊重，也是對生命的敬畏。

參考文獻：

[1]電磁兼容-原理、技術和應用

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1.1可生物降解雜化膜

嘗試用原料皮修邊廢棄物牛膠原結合天然聚合物如淀粉、大豆和2-羥乙基纖維素制作可生物降解雜化膜。與純的膠原膜相比，研發的雜化膜表現出超強的力學、結沒有使用有毒性的交聯劑。盡管膠原來源于制革下腳料的牛皮，細胞相互作用研究表明，雜化膜具有良好的生物相容性，且隨生物聚合物濃度的增加，細胞生長能力增強。這樣，來源于原料皮下腳料的膠原表現出是純凈的，無細胞毒性，因此適合于各種生物醫學應用。

1.2雜化生物纖維

從廢棄動物皮中提取膠原與羥乙基纖維素（HEC）和牛血清蛋白（A）混合，濕紡成生物可降解雜化纖維（C/HEC/A），用戊二醛氣體進一步交聯，并進行分析。用X-射線衍射和紅外光譜研究雜化纖維，其顯示的峰與膠原、纖維素、血清相對應。生物聚合基質中摻入纖維素合理改進了雜化纖維的力學性能、膨脹性和熱性能。在顯微鏡下觀察到，血清蛋白的加入可改進纖維表面的規整性，而不改變孔隙率。因此，這種雜化生物纖維可潛在用于縫合材料以及不同的生物醫學應用。

1.3自摻雜的碳納米材料

我們曾報道過用膠原廢棄物通過簡單的高溫處理合成多功能碳納米材料。我們的研究顯示，來源于生物廢棄物的碳納米材料具有部分石墨化結構，為洋蔥狀形貌，合理地摻雜有氮和氧。由于在石墨碳晶格鏈接有豐富的化學官能團，因此納米碳材料具有多功能性。我們還證明了它能潛在用于高容量的鋰離子電池。結果表明，生物廢棄物可潛在轉化為高價值的碳納米材料產品，預示著可用綠色、簡單和可持續的方法生產新一代自摻雜碳納米材料。

1.4導電納米生物復合材料有人報道了用修邊廢棄山

羊皮膠原制備多功能生物復合膜的簡單方法。方法之一，是將廢棄物洗凈，于750℃碳化4h，合成導電和磁性石墨納米材料(GrC)。將修邊廢棄物中提取的膠原和殼聚糖及GrC結合形成柔韌的、半透明的、導電導磁的微米厚的生物復合膜(GrC/Col–Ch)。隨著殼聚糖和GrC濃度的增加，該生物復合膜的導電性逐漸增加。GrC/Col–Ch薄膜的抗張強度在GrC用量10%以下增加時，隨之增強，用量再增加，則降低，從掃描電鏡斷口可觀察到這一情況。這種合成的生物復合膜的小磁鐵性已被用于磁跟蹤和刺激。另一種方法是我們報道的用指甲花葉提取物作為還原劑大規模合成銅納米粒子。由于煅燒的銅納米粒子的導電性，我們利用膠原廢棄物與之結合制備導電納米復合膜。當插入電池之間，二極燈管發出光亮，我們證明了這一點。

1.5鉻碳核殼納米材料

當皮變成革的過程中就產生了鉻絡合膠原廢棄物。我們報道的一種簡單的熱處理方法，將危險工業廢棄物轉化成鉻碳核殼納米材料，這種材料通過具有自摻雜氧和氮功能的部分石墨化納米碳層包裹著鉻基納米粒子，如圖7所示。由于具有巨大的導電率、發冷光和室溫鐵磁性，這種新的核殼材料具有多功能。我們證明這種核殼材料能用于電磁干擾（E-MI）屏蔽，或在aza-Michael反應中作為催化劑。因此我們認為皮革廢棄物可以瞬間變成高價值的鉻碳納米材料，方法綠色、簡單、可規模化，且可持續，在各種應用中具有巨大的潛力。

1.6磁納米生物復合材料

通過一個簡單的方法，利用皮革工業的廢棄蛋白膠原和超順磁性氧化鐵納米粒子制備了一種穩定的磁性納米復合材料（SPIONs）。通過量熱法、顯微法和光譜技術證明了螺旋結構膠原纖維和球型SPIONs分子間的相互作用。這種納米復合材料具有選擇吸油性和磁跟蹤能力，可用于去除油污。通過熱處理轉化成了一個雙功能石墨化納米碳材料，吸油后納米復合材料的環境可持續性在這里也得到了證實，如圖8所示。該方法為將生物廢棄物規?；D化成有用納米材料提供了一條的新途徑，且廉價、易于規模化。

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摘要：

目的設計用于經顱磁刺激的線圈，要求能夠對大腦皮質進行多點刺激，且具有聚焦性好、制作簡單、使用方便等特點。方法利用電磁仿真方法，以圓形線圈和8字形線圈為基礎，計算線圈在均勻人體模型中感應電場的分布情況，比較尺寸、繞法對經顱磁刺激線圈的聚焦性和刺激深度的影響。在此基礎上設計了一種多圓相切線圈，并計算該線圈在均勻人體和真實頭部模型中的電場分布。結果感應電場強度隨刺激深度的增加呈指數式衰減。減小圓形線圈的尺寸，會提高聚焦性，同時可減弱感應電場強度。8字形線圈比圓形線圈具有更好的聚焦性，多層繞法綜合效果較好。多圓相切線圈具有8字形線圈的優點，且可以進行多點刺激。結論尺寸、繞法等因素對線圈的聚焦性和刺激深度具有重要影響，多圓相切線圈在經顱磁刺激中具有很好的應用前景。真實頭部模型仿真，對于線圈的設計和靶區定位具有重要意義。

關鍵詞：

經顱磁刺激；線圈；電場分布；真實頭部模型；SEMCADX

0引言

經顱磁刺激作為一種非侵入式、無痛的磁刺激技術，自1985年Baker等［1］首次成功應用于人體后，受到人們的廣泛關注。TMS的工作原理是將簡短強烈的電流脈沖送至位于被試頭頂處的線圈中，激勵線圈產生脈沖磁場，繼而通過電磁感應在大腦內部產生感應電場。感應電場調節神經的跨膜電位從而影響神經活動，產生興奮或者抑制作用［2］。磁刺激技術是通過空間耦合進入人體的，因此相較于電刺激技術，具有無創、無痛、深入、不接觸皮膚等優點。其在臨床上主要應用于大腦皮質興奮性的研究、正常和病理的人腦功能映射的研究以及對各類精神疾病的治療。研究表明，TMS尤其是重復經顱磁刺激在腦基礎研究及對抑郁癥、帕金森、腦卒中等疾病的治療上發揮著重要的作用［3－6］。在磁刺激技術的各種應用中，一般感應電場強度最大的地方為大腦的激活區域［7］，要對目標區域（靶區）進行準確而有效的刺激則對線圈磁場的聚焦性和刺激深度具有很高的要求。由于靶區內部并沒有實質的電流源，所以無法真正將磁感生電流聚焦。然而，改變穿過靶區組織的電流密度的聚焦性卻是可行的，這主要取決于線圈的形狀、大小、繞法和位置等因素，故線圈的設計成為磁刺激系統研制的重點和難點。人們主要借助理論計算［8］、數值仿真［9－10］以及感應電流檢測［11］等方式對線圈的電磁場分布進行研究。通過仿真研究線圈設計中的各種因素與磁場聚焦性、刺激深度之間的關系，可以為線圈的設計以及優化奠定基礎。同時，結合真實頭部模型的仿真可以對刺激部位進行定位，確保磁場作用于靶區的準確性與有效性。圓形線圈最早應用于TMS系統［1］，它產生的是非聚焦的環形電場，刺激的大腦區域為對應線圈邊緣的環形區域。針對圓形線圈，人們做了各種嘗試，包括將線圈的一側按一定角度進行彎折［12］，或者改變圓形線圈邊緣的繞線密度［13］和凹凸性［14］，但是這些方法只是略微提高了圓形線圈的聚焦能力。1988年，Ueno和他的同事提出的8字形線圈顯著提高了TMS的聚焦性［15］。8字形線圈由一對相鄰且內部電流方向相反的環形線圈組成，產生的聚焦電場位于兩翼線圈相切處的下方。以8字形線圈為基礎的變形包括固定兩翼線圈為一定角度，將兩個環形線圈的外側均折起，增加中心相切處的繞線密度以及優化兩翼線圈的形狀［16］等。為了提高線圈的性能，人們還提出了許多其他的線圈以及變形，包括Slinky線圈、四葉形線圈、線圈陣列和雙錐形線圈、H線圈、皇冠線圈等，其中線圈陣列可以提供多個聚焦點，四葉形線圈被證明在刺激長纖維組織上的效果優于8字形線圈［17］，而H線圈則在深度TMS上存在巨大的優勢［10，18］。對于任何線圈，刺激到大腦深部的能力均是以電磁場擴散為代價的。這些線圈以及變形均在一定程度上提高了TMS的聚焦性或者刺激深度，但同時也存在諸如制作工藝復雜、磁漏大、效率低等缺點。使用輔助手段，例如高磁導率的鐵芯［19］和屏蔽板［20］等也對線圈的電磁場優化具有一定的作用。目前，TMS系統中應用最多的還是8字形線圈，這主要是由于8字形線圈的刺激深度為1～2cm，可以進行大腦皮質的刺激，具有較好的聚焦性，最重要的是制作簡單，使用方便。人類的很多活動都是有大腦協同作用的結果，而且很多神經或者精神類疾病也都涉及多個腦區，在進行大腦功能研究和相關疾病的治療中單點刺激往往具有一定的局限性，所以設計一款可以進行多點刺激的線圈是十分必要的。理論上線圈的大小、繞法、形狀和位置等因素直接影響靶區的感應電流密度，影響治療效果，所以本文利用電磁場仿真技術，首先分析了線圈半徑和繞法對感應電場分布的影響以及8字形線圈的性能，并設計一種多圓相切線圈，這種線圈繼承了8字形線圈的諸多特點，具有制作簡單使用方便，聚焦性好、旁瓣刺激小、可進行多點刺激等優點。最后，利用真實人體頭部模型揭示了多圓相切線圈的顱內電場分布情況，對于磁刺激的靶區定位和后續的線圈改進具有重要意義。

1方法

1.1電磁場仿真本文所用的電磁場仿真的工具為SEMCADX，這是一款基于時域有限差分方法和有限元法的三維全波段仿真軟件。FDTD是Yee等于1966年提出的，是將空間離散為若干立方體，分別計算小立方體上的場強，從而獲得整個空間的場分布，基礎為麥克斯韋方程組［21］。麥克斯韋方程組的微分形式如下所示：×H＝J＋Dt×E＝J＋BT•B＝0•D＝ρ式中：×為旋度算符；•為散度算子；H為磁場強度；J為傳導電流密度；D為電位移；E為電場強度；B為磁感應強度；ρ為電荷密度。式（1）～式（4）分別為全電流定律、法拉第電磁感應定律、磁通連續性原理以及靜電場高斯定律的微分形式。電磁場仿真需要進行以下幾個步驟：建模，施加激勵源，給定材料，劃分網格，求解設置，查看結果和后處理。其中，建模、給定材料并設定參數和劃分網格較為重要，可以自己創建模型也可以導入現有模型，給定材料并設定參數決定了介質以及激勵情況，剖分網格的好壞則直接影響仿真的精細程度以及對硬件資源的要求。本文建模采用的均是內徑為25mm的漆包銅線，激勵源為電流源，采用正弦波，最大電流為3000A，頻率為03Hz［22］。由于感應電磁場與功率成正比，所以采用總功率歸一化的處理方法，這樣可以消除在相同電流激勵下因線圈匝數不同導致的總功率不同對電磁場強度的影響。為了簡化計算，在進行線圈分析和設計時，將人體組織看作是均勻介質，可以獲得規則的電場分布，易于比較分析，將均勻人體模型的電導率設置為033S／m［10］。

1.2線圈尺寸、繞法對感應電場的影響

為了研究線圈半徑對于感應電場分布的影響，本文采用單匝圓形線圈，內部半徑依次為15mm、20mm、25mm。為了研究線圈繞法對于感應電場分布的影響，本文采用8字形線圈，匝數為4，組成8字形線圈的兩個圓形線圈內的電流方法相反，采用螺線管形、多層繞法和蚊香形三種繞法，如圖1所示。雖然TMS是通過磁場耦合進入人體的，但作用于人體的是感應電場，故提取線圈下方5mm處直徑方向上以及線圈下方1～50mm主軸方向上均勻人體組織內的感應電場進行分析。

1.38字形線圈和多圓相切線圈

考慮到8字形線圈是TMS系統中應用最廣泛的，本文將通過對比圓形線圈和8字形線圈的電場分布，分析8字形線圈的優點。采用的圓形線圈和8字形線圈均為單匝，單個圓的內部半徑為20mm，提取線圈下方5mm處徑向上的均勻人體組織內的感應電場進行分析。結合8字形線圈的特點，本文設計一種新型的多圓相切線圈，如圖2所示，其中箭頭表示電流方向。該線圈由5個內半徑為20mm內圈圓和1個內半徑為65mm外圈圓組成，中心圓分別與內圈4個圓外部相切，通反向電流時可以將其看作4個8字形線圈，切點下方會形成聚焦電場；外圈大圓內的電流方向與中心圓相同，與內圈4個圓的相反，這樣就會在增強中心圓電磁場強度的同時減弱旁瓣的電磁場強度；圓形線圈制作工藝簡單。

1.4真實頭部模型仿真

為了使線圈的電場能準確作用于靶區，并觀察線圈在人體內部的電場分布，本文采用由IT’IS基金會提供的26歲女性Ella的人體真實頭部模型［23］。該人體模型是基于高分辨率的核磁圖像得到的，將人體精確分割成了80多種不同的組織，其中頭部組織約16種。在電磁仿真中，對于不同頻率的激勵源，人體組織的屬性值不同，故將模型導入SEMCADX后，需要根據設定的頻率，調用模型自帶的生物組織電磁仿真材料參數數據庫，對相應的組織屬性值進行設置，本研究中頭皮的電導率為00002S／m，頭蓋骨、灰質和白質的電導率為002S／m，腦髓液的電導率為2S／m。本文設計的多圓相切線圈置于頭頂上方，與頭皮的最小距離為5mm。激勵源為電流源，采用正弦波，最大電流為3000A，頻率為03Hz，計算時將總功率進行歸一化處理。在計算完成后處理時，可以顯示感應電場在任一組織中的分布情況，例如灰質或者頭皮等，也可以根據需求選擇對應的大腦區域。

2仿真結果

不同半徑圓形線圈的徑向感應電場分布如圖3（a）所示，從中可以看出圓形線圈的感應電場的最大值對應于線圈的邊緣；半徑為15mm的圓形線圈的感應電場強度最小，約為14×10－3V／m，但是聚焦性較好；半徑為25mm的圓形線圈的感應電場強度最大，約為20×10－3V／m，但是聚焦性最差。圖3（b）為不同半徑圓形線圈的軸向感應電場分布，可以看出軸向上的感應電場強度隨軸向深度的增大呈指數式的衰減；在相同的軸向深度下，半徑越大，感應電場強度越高。圓形線圈的刺激范圍為環形，聚焦性差，在總功率一致的情況下，減小線圈的尺寸可以提高聚焦性，但是其感應電場強度也會隨之減弱。圖4為不同繞法的8字形線圈的感應電場分布圖，從中可以看出通反向電流的8字形線圈，在其兩翼相切處的電場強度最大；同一軸向深度下，螺線管形的感應電場最小，蚊香形的感應電場最大，但是多層繞法的聚焦性更好，且旁瓣強度相對較小。8字形線圈的刺激范圍為一點，聚焦性好，在總功率一致的情況下，多層繞法的綜合效果較好。單匝圓形線圈和8字形線圈的感應電場對比情況如圖5所示，從中可以看出，8字形線圈對于感應電場具有聚焦增強效應，當功率相同時，同一軸向深度下，8字形線圈的感應電場最大值大約為圓形線圈的2倍；8字形線圈的峰值出現在兩翼相切處，刺激范圍為一點，相較于圓形線圈的環形刺激范圍，其聚焦性更好。圖6是本文設計的多圓相切線圈和8字形線圈的感應電場分布圖，為了更加直觀地比較兩線圈感應電場的峰值情況，將8字形線圈的電場向右平移了20mm，即一個半徑的長度，使得兩線圈的電場峰值在同一橫坐標上。由圖可知，兩線圈的聚焦性基本相同，多圓相切線圈旁瓣強度較小，對非靶區刺激較弱；當刺激深度大于10mm時，多圓相切線圈的感應電場強度高于8字形線圈，深度刺激時更有優勢；8字形線圈在兩翼相切處形成一個刺激點，而本文提出的多圓相切線圈會形成4個刺激點，可進行多點刺激；在制作工藝上，該新型線圈由6個圓形線圈組合而成，制作簡單，使用方便。將本文的多圓相切線圈平行于XY平面置于頭頂上方，距離頭皮的最近距離為5mm，得到的感應電場在大腦灰質上的分布情況如圖7所示。從圖中可以看出雖然多圓相切線圈具有4個刺激點，但是4個刺激點下方灰質上的感應電場強度并不一致。這主要是由于人頭的橢球形狀和線圈的平面結構，導致線圈的4個刺激點與灰質的最近距離不一致。由于人腦后側的灰質距離最近，從而最高電場強度出現在后側刺激點對應的灰質區域。也正是由于人體結構的不規則，從而突出了真實頭部模型仿真在靶區定位和線圈設計上的重要性。

3討論與結論

經顱磁刺激在人腦功能的研究和各類精神疾病的治療上應用廣泛，且潛力巨大。為了有效刺激目標區域即靶區，實現研究或者治療目的，人們不斷進行刺激線圈的設計與改進，以求達到更好的聚焦性和刺激深度，其中數值仿真是一種重要手段。在線圈的設計中，尺寸、繞法、形狀和位置等因素直接影響靶區的感應電流密度，影響治療效果。針對圓形線圈的尺寸問題，半徑越大刺激深度越深，但是聚焦性會變弱。線圈的感應電場強度隨深度呈指數式衰減。在線圈的設計上，刺激深度和聚焦性遵循著此消彼長的規律：刺激較深的線圈聚焦性差，這從DengZhiDi等［10］提出的對線圈深度－聚焦性的量化方法可以看出。設計人員需要根據具體情況來權衡，制定合適的尺寸。對于繞法問題，多層繞法的綜合情況要優于螺線管形和蚊香形，但是螺線管形聚焦性偏好，旁瓣強度低，蚊香形線圈的刺激深度更深。針對多層繞法，當匝數較多時，優化組合方式以達到更好的綜合效果是設計人員需要考慮的問題。所謂的綜合效果不僅僅指聚焦性和刺激深度，還要考慮發熱、噪聲［24］和效率［25］等因素。雖然，TMS的線圈設計已歷經多年，也研制出了針對聚焦性或者刺激深度的各種線圈，但是8字形線圈仍是目前應用最廣泛的。通過8字形線圈和圓形線圈的感應電場的比較，可以看出8字形線圈在兩翼相切處具有電磁場增強效應，雖然刺激深度與圓形線圈相似，但卻大幅度提高了聚焦性，再加上其制作工藝簡單、功耗低、使用方便的有利因素，使得8字形線圈到現在仍然被廣泛使用。基于8字形線圈的優點，本文設計一種多圓相切線圈，與傳統的8字形線圈相比，在不降低聚焦性的同時提高了刺激強度，而且具有4個刺激點，可以進行多點刺激。使用真實頭部模型分析線圈的電場分布情況，可以有效地定位靶區，確定線圈與頭皮間的距離以及方位等，指導實驗進行，并為線圈進一步改進提供依據。本文僅分析了多圓相切線圈在單匝時的感應電場情況，也就是說只考慮了形狀這個單一因素，在今后的研究中還需考慮尺寸和繞法等因素的影響。研究表明，8字形線圈具有較好的聚焦性，且制作工藝簡單。本文提出的多圓相切線圈，繼承了8字形線圈的優點，而且還可以進行多點刺激，真實頭部模型的仿真揭示了感應電場的顱內分布，并為靶區的定位和線圈的優化奠定了基礎。

參考文獻：

［12］魏孔炳，董緒偉，逯邁，等．經顱磁刺激圓形線圈變形對空間磁場分布的影響［J］．科學技術與工程，2014，（3）：12－15．

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關鍵詞：固體核磁；各向異性；魔力轉角；微觀結構

中圖分類號：TB324 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）09-0174-02

1 產生背景

①起源。核磁共振（NMR）現象源于核自旋和磁場的相互作用，最先在1945年由哈佛大學的Edward Mills Purcell和斯坦福大學的Felix Bloch分別獨立觀測到。為此他們獲得1952年諾貝爾物理學獎。在核磁共振中，有許多核自旋的相互作用，每一種都可能包含著豐富的結構和動力學信息，加上能夠定量分析且對樣品無損傷以及可針對特定原子的特點，使核磁共振成為一種十分理想、強大的分析手段。

②發展（從液體核磁到固體核磁）。1946年美國Varian公司研制出世界上第一臺超導磁場的核磁共振譜儀（HR-200型，200MHZ，場強4.74T）。1964年后，核磁共振譜儀經歷兩次重大的技術革命：其一是磁場超導化；其二是脈沖傅立葉變換技術。從根本上提高了核磁共振波譜儀的靈敏度，譜儀的結構也有了很大的變化。2004年布魯克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振領域的900 MHz主動屏蔽式超導核磁共振磁體產品900US2TMmagnet，是當時最高場強的主動屏蔽式磁體產品。從20世紀70年代開始，在磁共振頻譜學和計算機斷層技術等基礎上，又發展起一項嶄新的核磁共振成像技術，在醫學臨床上獲得巨大成功。普通核磁共振波譜儀所測樣品多為液體，物質的許多性質在液態時是無法觀察到的，為此固體核磁技術應運而生?，F在利用固體核磁共振技術研究高分子化合物可以表征材料的分子結構進而監視反應的進度，在礦物分析、表面吸附和表面化學反應方面也具有獨特的優勢。

2 基本原理

由于聚集態的差異使得固體和液體的物理性質不盡相同，為固體核磁技術的實現增加了難度。下面從兩個方面來簡單介紹固體核磁技術的實現。

如果我們將樣品分子視為一個整體，則可將固體核磁中探測到的相互作用分為樣品內部的相互作用和外加環境對樣品的作用。

樣品內部的相互作用。主要是樣品內在的電磁場在與外加電磁場相互作用時產生的多種相互作用力，這主要包括：化學環境（分子中由于內在電磁場屏蔽外磁場的強度、方向等）；分子內與分子間偶極自旋偶合相互作用，對于自旋量子數I>1/2的四極核尚存在四極作用。

外部環境對樣品的作用有。由處于縱向豎直方向的外加靜磁場作用于特定的核磁活性的核上產生的塞曼相互作用，核子相對映的頻率為拉莫爾頻率；由處于X-Y平面的振蕩射頻場產生的作用與待測樣品的擾動磁場。

在固體核磁共振實驗中首先用強的靜磁場使樣品中核子的能級發生分裂，能級分裂后，處于高能級與低能級的核子數目分布改變，符合波爾茲曼分布原理：處于低能級的核子數目較多而高能級的數目較少，最終產生一個沿豎直向上的凈磁化矢量。

此磁化矢量在受到沿x-y平面的振蕩射頻磁場作用后產生扭矩最終將沿豎直方向的磁化矢量轉動特定的角度。在固體核磁共振實驗中，由于分子處于固體狀態從而難以使體系中的偶極自旋偶合作用通過分子熱運動而平均化。同時，分子間偶極自旋偶合作用相對很強，通常靜態條件下觀察到的核磁共振譜往往是信息被偶極自旋偶合作用掩蓋下的寬線譜。在固體核磁測試中，雖然質子的自然豐度與旋磁比都比較高，但是由于體系中質子數目多，相互偶極自旋耦合強度遠高于稀核，例如13C和15N等，因此在大多數情況下固體核磁采用魔角旋轉技術（MAS）與交叉極化技術（CP）可得到高分辨的雜核固體核磁譜。對于1H 必須采用魔角旋轉與多脈沖結合方式（CRAMPS）將質子的磁化矢量轉至魔角方向方能得到高分辨質子譜。

①魔角旋轉。在靜態固體NMR譜中主要展現的是化學位移各向異性、偶極自旋耦合和四極相互作用的信息，這些物理作用往往展現出的是寬線譜。如果在研究中對這些信息不感興趣，而更多關注于化學位移與J-耦合時，可通過將樣品填充入轉子，并使轉子沿魔角方向高速旋轉，即可實現譜線窄化的目的。這是因為上述作用按時間平均的哈密頓量均含有因子（1-3cos2θ），因此如果將樣品沿θ=54.7°（即正方體的體對角線方向）旋轉時，上述強的化學位移各向異性、偶極自旋偶合和四極相互作用被平均化，而其他相對較弱的相互作用便成為主要因素，因此有利于得到高分辨固體核磁共振譜。

②交叉極化。對于13C、15N等體系雖然通過魔角旋轉技術有效地壓制了同核偶極相互作用，但是這些核的旋磁比很小，自然豐度比較低，如果采用直接檢測這些核的實驗方法將導致整個實驗過程的靈敏度非常低。為進一步提高這些核的實驗靈敏度，又發展了交叉極化技術。通過該技術可將1H核的磁化矢量轉移到13C或15N等雜核上，從而提高實驗靈敏度。交叉極化過程的詳細物理解釋需要采用平均哈密頓理論，在此不做描述。

③核去偶。固體核磁共振實驗中采用高功率去偶技術是為了進一步提高圖譜的分辨率與靈敏度。經過高功率照射后使原來存在偶極作用的氫與雜原子之間的作用消失，這樣原來所呈現的多峰就合并為一個，使得譜線的強度增加，并且使譜圖的重疊減弱，有利于識譜。但是不可避免的是在此過程中由于去偶技術的采用也使得反映有關原子周圍的化學環境、原子間相對距離等信息被消除。

3 應用

固體核磁技術和液體核磁技術皆脫胎自核磁共振之基礎，其本質是通過分析核磁共振譜線的特征，以達到測知物質結構之目的，謂之核磁共振波譜分析。更進一步的，固體核磁于生物大分子、材料學、有機合成領域，乃至更前沿的地質勘測和人腦研究，無非是把目前高度發展的電子信息處理技術加諸核磁共振波譜的結果之上，以得出更深層次的結論。以下是固體核磁技術幾個具體的應用方向。

3.1 探索物質微觀結構和理化機制

核磁共振譜技術是將核磁共振現象應用于分子結構測定的一項技術。對于有機分子結構測定來說，核磁共振譜扮演了非常重要的角色，核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質譜一起被有機化學家們稱為“四大名譜”。核磁共振技術發展得最成熟、應用最廣泛的是氫核共振。除此之外C、P等核磁共振譜亦擁有各自的優勢。目前利用高分辨核磁共振譜儀測定的有機化合物的核磁共振譜圖早已逾十萬種，許多實驗室都出版了譜圖集。

利用這些已有的技術條件，對反應物或產物進行結構解析和構型確定成為可能。更深層次地，合成反應中的電荷分布及其定位效應、探討反應機理等也可更加方便的得到探討，并從微觀上解釋大分子的性質和結構的關系。最終根據動力學數據給出較確切的反應機理。

此外，利用固體核磁共振方法也可解決某些凝聚態物理范疇的晶體結構的問題，研究固體中分子的動力學和熱力學性質。例如，利用固體核磁共振方法研究硅酸鹽材料（如水泥、玻璃）的形成過程。

3.2 人類日常生活息息相關的方面

人類生活密切依賴于高分子材料，從睜開雙眼開始，幾乎所有的活動無可避免的涉及高分子材料。合成樹脂、塑料、橡膠、纖維，乃至于必不可少的藥物等，這些必需品的生產或多或少需要利用到固體核磁技術。

固體核磁共振技術在高分子聚合物和合成橡膠中的應用包括多元共聚物的定性和定量分析、異構體的鑒別、基團鑒別和規整性的分析等。

在藥學中，固體核磁共振技術在活性藥物化合物的篩選方面，憑借它極高的效率和準確性有著很大的應用前景。其中以分子為基礎對活性藥物的篩選是其它方法不可取代的。依靠固體核磁技術簡便性、無損傷性和連續性，可以對人體之中的藥物反應進行直接的觀測，這對與藥理學的研究有著極大的價值。

3.3 醫學

醫學領域是固體核磁最具價值的應用領域之一。由于人體中的大量碳水化合物，成熟的氫核磁共振成像技術以其在區分病變與正常組織的差異時表現的卓越能力格外引人注目。

核磁共振成像技術是核磁共振在醫學領域的應用。人體內含有非常豐富的水，不同的組織，水的含量也各不相同，如果能夠探測到這些水的分布信息，就能夠繪制出一幅比較完整的人體內部結構圖像。

作為少有的精確快速而又對人體無害的醫學檢測手段，有數據顯示：全球每年有接近一億的病例利用核磁共振成像技術進行檢查。值得矚目地，固體核磁技術在對大腦等軟組織的有很強的分辨力，不僅僅能夠顯示有形的實體病變，而且還能夠對腦、心、肝等的功能性反應進行精確的判定。

然而，固體核磁技術也面臨自身的局限。作為解剖性影像診斷，固體核磁技術在一些病變方面顯得捉襟見肘。同時核磁儀器的昂貴成本亦限制其應用。此外，固體核磁儀器的發熱問題也是其在生物醫學方面面臨的挑戰之一。概言之，在醫學領域固體核磁技術已初顯成效，但仍面臨諸多挑戰。

4 前景

固體核磁技術在材料學和生化機理等領域的研究為人類的生活提供了大量實際的便利，它甚至還有更具歷史意義一面：人類從未停止探索生命的起源和去向，隨著固體核磁技術對于人腦的研究，或許人類即將獲得“智慧從何而來”的答案。利用固體核磁共振研究生物體的細微理化機制或許就是人類打開生命奧秘的鑰匙。

參考文獻：

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[7] 嚴寶珍.核磁共振在分析化學中的應用[M].北京：化工工業出版社，1995.

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論文摘要：介紹了納米磁性材料的用途,闡述了納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結構材料三大類納米磁性材料的研究和應用現狀。

1引言

磁性材料一直是國民經濟、國防工業的重要支柱與基礎，廣泛地應用于電信、自動控制、通訊、家用電器等領域，在微機、大型計算機中的應用具有重要地位。信息化發展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能方向進展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發展。納米磁性材料是指材料尺寸限度在納米級，通常在1～100nm的準零維超細微粉，一維超薄膜或二維超細纖維（絲）或由它們組成的固態或液態磁性材料。當傳統固體材料經過科技手段被細化到納米級時，其表面和量子隧道等效應引發的結構和能態的變化，產生了許多獨特的光、電、磁、力學等物理化學特能，有著極高的活性，潛在極大的原能能量，這就是“量變到質變”。

納米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效應、超順磁性、宏觀量子隧道效應、磁有序顆粒的小尺寸效應、特異的表觀磁性等。

2納米磁性材料的研究概況

納米磁性材料根據其結構特征可以分為納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結構材料三大類。

2.1納米顆粒型

磁存儲介質材料：近年來隨著信息量飛速增加，要求記錄介質材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質材料與超微粒有密切的關系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結構，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。

納米磁記錄介質：如合金磁粉的尺寸在80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm，今后進一步提高密度向“量子磁盤”化發展，利用磁納米線的存儲特性，記錄密度達400Gbit/in2，相當于每平方英寸可存儲20萬部紅樓夢小說。

磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構成。利用磁性液體可以被磁場控制的特性，用環狀永磁體在旋轉軸密封部件產生一環狀的磁場分布，從而可將磁性液體約束在磁場之中而形成磁性液體的“O”形環，且沒有磨損，可以做到長壽命的動態密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應用之一。此外，在電子計算機中為防止塵埃進入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體還有其他許多用途，如儀器儀表中的阻尼器、無聲快速的磁印刷、磁性液體發電機、醫療中的造影劑等等。

納米磁性藥物：磁性治療技術在國內外的研究領域在拓寬，如治療癌癥，用納米的金屬性磁粉液體注射進人體病變的部位，并用磁體固定在病灶的細胞附近，再用微波輻射金屬加熱法升到一定的溫度，能有效地殺死癌細胞。另外，還可以用磁粉包裹藥物，用磁體固定在病灶附近，這樣能加強藥物治療作用。

電波吸收（隱身）材料：納米粒子對紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規材料要強得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規粗粉大3-4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發現被探測目標，起到了隱身作用。

2.2納米微晶型

納米微晶稀土永磁材料：稀土釹鐵硼磁體的發展突飛猛進，磁體磁性能也在不斷提高，目前燒結釹鐵硼磁體的磁能積達到50MGOe，接近理論值64MGOe，并已進入規模生產。為進一步改善磁性能，目前已經用速凝薄片合金的生產工藝，一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm，如作為粘結釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度，易氧化和比鐵氧體高的成本價格等缺點，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面，開發研制復合稀土永磁材料，將軟磁相與永磁相在納米尺寸內進行復合，就可獲得高飽和磁化強度和高矯頑力的新型永磁材料。

納米微晶稀土軟磁材料：在1988年，首先發現在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經適當溫度晶化退火后，獲得一種性能優異的具有超細晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開發成各種各樣的磁性器，應用于電力電子技術領域，用作電流互感器、開關電源變壓器、濾波器、漏電保護器、互感器及傳感器等，可取得令人滿意的經濟效益。

2.3磁微電子結構材料

巨磁電阻材料：將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點是電阻率高，稱為巨磁電阻效應材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優良的軟磁特性。由于巨磁電阻效應大，可便器件小型化、廉價，可作成各種傳感器件，例如，測量位移、角度，數控機床、汽車測速，旋轉編碼器，微弱磁場探測器（SQUIDS）等

磁性薄膜變壓器：個人電腦和手機的小型化，必須采用高頻開關電源，并且工作頻率越來越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開關電源進一步向輕薄小方向發展，立體的三維結構鐵芯已經不能滿足要求，只有向低維的平面結構發展，才能使高度更薄、長度更短、體積更小。對于10～25W小功率開關電源，將采用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結構，而是二維平面結構，其物理特性也與原來的立體結構不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。

磁光存儲器：當前只讀和一次刻錄式的光盤已經廣泛應用，但是可重復寫、擦的光盤還沒有產業化生產。最具有發展前途的是磁性材料介質的磁光存儲器，其可以像磁盤一樣反復多次地重復記錄。目前大量使用的軟磁盤，由于材料介質和記錄磁頭的局限性，其存儲密度已經達到極限；另外其已經不能滿足信息技術的發展要求，無法在一張盤上存儲更多的圖象和數據。采用磁光盤存儲，就能在一張盤上記錄數千兆字節到數十千兆字節的容量，并且能反復地擦寫使用。

3展望

納米技術是本世紀前20年的主導技術,納米材料是納米技術的核心,是21世紀最有前途的材料,也是納米技術的應用基礎之一。納米科技的發展給傳統磁性產業帶來了跨越式發展的重大機遇和挑戰,納米級磁性材料的開發和研究是磁性材料發展的一個必然方向,但同時也應重視用納米技術改造傳統產業和對現有材料進行納米改性方面的研究,以全面提高企業的技術水平和競爭能力,在世界民族之林樹立中華民族的大旗。

參考文獻

［1］?@王瑞金.磁流體技術的應用與發展［J］.新技術新工藝,2001,(10):15-18.

［2］?@許改霞，王平，李蓉等.納米傳感技術及其在生物醫學中的應用［J］.國外醫學生物工程分冊，2002，25（2）：49-54.

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1血液透析機的原理血液和透析液在透析器(人工腎)內借半透膜接觸和濃度梯度進行物質交換（圖1）,使血液中的代謝廢物和過多的電解質向透析液移動,透析液中的鈣離子、堿基等向血液中移動，從而清除患者血液中的代謝廢物和毒物;調整水和電解質平衡;調整酸堿平衡，具有人體腎臟的部分功能[3]。

2血液透析機的組成[4]

2.1液路部分

液路部分包括溫度控制系統、除氣系統、透析液配比系統、流量控制系統、超濾控制系統、漏血探測等部分[5]。（1）溫度控制系統：溫度控制系統由加熱器、熱交換器、和溫度傳感器組成。加熱器是使透析液達到要求溫度的主要部件，通常采用電熱棒直接加熱，功率1500W左右。帶有高溫保護裝置，超過設定溫度，自動斷開。熱交換系統使進入機器的水與即將排出的廢液在不銹鋼管道中相對流動，廢液的熱量通過管壁傳到反滲水。計算機系統通過機器分布在各處的溫度傳感器測量各點溫度，反饋控制加熱器，使溫度始終控制在設定的范圍內（35~42℃）。（2）除氣系統：除氣系統包括除氣泵、除氣室、除氣閥和管路。其原理是由負壓泵產生大約500mmHg負壓，使溶解在反滲水中的氣體擴張成氣泡逸出，避免氣泡對流量、溫度、電導度的測量產生影響，或氣泡積聚在透析膜的一側影響透析，對病人的健康產生危險。（3）透析液配比及電導度監測系統：透析液配比及電導度監測系統由A液泵、B液泵、電導度監測系統、配比室組成。透析液的配比就是將濃縮液和反滲水進行配比，達到需要的濃度。透析濃縮液目前一般為碳酸氫鹽，分為A、B液，計算機系統根據設置的配方控制A、B泵，使A液由A液泵吸入，B液由B液泵吸入，并且按固定容量吸入。（4）超濾系統[6]：超濾是壓力梯度使液體通過薄膜的過程。在血液透析過程中，正壓血層與負壓透析液層形成薄膜之間的壓力梯度，這個壓力梯度成為跨膜壓（TMP），作用是清除血液的多余水分。現在的超濾系統一般為容量超濾，操作者設定超濾量后，由計算機系統自動控制。容量超濾系統一般分為2種，一種是平衡腔控制法（圖2），一種是流量計控制法（圖3）[7]。①平衡腔控制法，容量平衡裝置是由2個平衡室及8個閥組成，每個平衡室又被彈力膜分成新鮮透析液和用后透析液2部分，每個間隙有2個閥。現在還在平衡腔增加了膜的位移傳感器，使平衡膜在達到極限位置時略提前發信號切換電磁閥，以改善實際跨膜壓的波動，使透析流量更穩定，患者感到平穩。工作原理:在第一相時，閥2、3、5、8打開，1、4、6、7關閉。C2被新鮮的透析液充滿，迫使C1排出等量的廢液。同時C3被廢液充滿，C4排出等量的透析液到透析器。在第二相時所有的閥關閉130ms，以消除閥對平衡腔的影響。在第三相時，1、4、6、7閥打開，2、3、5、8關閉。C4被被新鮮的透析液充滿，迫使C3排出等量的廢液。同時C1被廢液充滿，C2排出等量的透析液到透析器。在第四相時，所有的閥關閉130ms。該四相重復進行，保證入透析器的流量與出透析器的流量嚴格相等[8]。②流量計控制法，流量計控制法采用雙通道電磁流量超濾控制系統，通過對2個流量通道高精度的掃描和采樣，控制和反饋調節超濾的進行。超濾單元通過電磁原理平衡流速反饋式容量來控制流量和計算超濾。此容量測量體包括2個形狀相同的管路，輸送液體來往透析器，管路裝置于固體鐵氧磁心內，周圍包著電磁鐵線圈。當電流經過鐵線圈，就會產生電磁場，當含有電解質的液體流經磁場，其所在的管路便會產生低電壓。每條管路內的鉑電極量度電壓量，來直接確定流量。第1條管路量度通往透析器的流量，第2條管路量度回流的流量。兩者之間的差量就是超濾量。從通道1和通道2采集數據，由Ch2rate-Ch1rate=UFrate，反饋控制跨膜壓以達到預期的超濾量。同時機器內部每30min將進行自動校準，由于超濾單元的機械部件為固定靜止的，因此不會造成泄漏和磨損。容量測量體檢測速率800次/s，所得數據資料不斷向主機流量和超濾控制系統匯集，這種精確的量度方法保正了流量的連續和穩定[9]。（5）漏血探測部分[10]：血液透析過程中有時會發生透析器破膜，就會發生漏血，這對病人是非常危險的，為了檢測漏血的發生，一般血液透析機采用光學方法檢測。其原理是將發光二極管和光敏三極管分別安裝在漏血探測器室壁兩側，當發生漏血時，發光管的光線受阻，光敏管接受的信號減小，引起報警。在透析過程中如果有沉淀或過臟，易發生假報警，這就需要操作人員及時清除漏血檢測部位的贓物。

2.2血路部分

血路部分包括[1：血泵、肝素泵、氣泡探測器、預充探測器、動靜脈壓力監測、靜脈夾等（圖4）。（1）血泵：血泵的作用是推動血液由透析器返回病人體內，目前常用的是滾柱式血泵，速率范圍是0~600mL/min。（2）肝素泵：由于病人的血液在體外循環與空氣接觸，很容易發生凝血現象，使用肝素防止發生凝血。肝素泵實際是一推進栓連接20mL的注射器,推進栓可使肝素連續（0.6~1.0mL/h）或定量輸入。（3）氣泡探測器：空氣栓塞是血液透析過程中最嚴重的并發癥?？諝馓綔y器是檢測靜脈血液管路中的血液是否有氣泡，它由超聲發射器、超聲接收器組成。在氣泡探測器出現報警時，血泵將會停止轉動，靜脈夾夾死，超濾自動設置為0。（4）預沖探測器：它是在自動化程度比較高的機型里，用來區分管路里是血液還是生理鹽水，繼而區分是治療狀態還是預沖狀態。在預沖時，當它探測到血液，就會自動啟動血液部分監測系統，如靜脈壓、漏血、空氣報警等；在治療中，尤其是在自動回血時，它會提示管內已無血液，可以停止回血。一般這個結構都和靜脈夾位置比較近，由于它的血液監測功能，可以提醒護士有沒有正確安裝靜脈夾。

3血液透析機的硬件擴展隨著科技的發展，透析機的擴展功能得到強有力的技術支持。

3.1血液溫度監測儀

血液溫度監測儀（BTM）用以調整透析過程中的熱量平衡，大量研究證實，對于循環不穩定的患者，提供可控的熱能負平衡將對透析期間血管的穩定性起到積極的作用。運用控制功能，治療期間一些非生理性的、對血管副反應的、乃至至今尚未被注意體溫變化引起的危害將會避免。

3.2血容量監測

血容量監測（BVS）就是基于紅細胞壓積的變化，提供對血管內，水份含量的估算，對容量性低血壓有很有效的提示作用。它的一般原理就是，通過監測血液對紅光的透過能力，估算紅細胞壓積。而我們知道，血液透析對血液中水份的改變是顯著的，而對紅細胞數量的改變是可以忽略不計的。那么紅細胞壓積的改變，就足以代表血液中水份的改變。如果治療中，從血管里脫水的速度（即患者脫水速度）大于組織向血管里補充的速度，那么顯然會導致血容量下降，當這個下降超過一定的幅度，就會導致低容量性的低血壓。有了的對血容量的監測，對調整適合的脫水曲線，以及配合相應的血液滲透壓（改變透析液Na濃度）調整都有明確的指導意義[12]。

3.3再循環監測

在血液透析治療中，血液再循環（治療后血液未經體循環又重新進入體外循環）切實存在，在雙腔插管的條件下更為明顯。它的一般原理是，在透析液側給一個高溫脈沖，則血液被加溫。在血液入口側，監測溫度變化，如果很快接受到明顯的溫度變化，則可以確認再循環的存在。再循環的存在會導致治療效果明顯下降，有了明確的再循環依據，為改善治療方案提供了有力依據。

3.4無創血壓監測

無創血壓監測，實際就是把電子血壓計整合到機器內部，現階段無絲毫技術性和技巧性。如果能和血容量監測以及脫水控制聯合應用，才是真正有意義的選件。

3.5加拿大糖尿病檢測（DIASCAN）或在線尿素清除指數監測（OCM）

若想提高患者的生活質量,重要一點是透析的充分性，現在評價透析充分性使用的指標是尿素清除指數（Kt/v），通常是通過檢測透析前/后的尿素氮值計算而得。

4血液透析機的網絡及軟件擴展

4.1網絡化管理[13]

血液透析中心長期采用手工病歷記錄的形式管理患者診療信息，記錄患者的首次病程、歷次透析記錄、化驗檢查常規用藥、特殊處理等。目前，該管理形式已不能適應當前醫院信息化管理的要求，因此，透析中心的信息數字化管理已是大勢所趨。每個廠家開放國際標準端口，使所有的機器聯網。通過透析工作站能對所有的機器進行管理，監控每臺機器的運行狀態、診斷每臺機器的故障。例如GambroExalis通過透析機RS232接口或網口，可以實現機器聯網，做到中央操作、監護、存貯、重顯各種記錄、打錄各種顯示資料。系統通過透析中心信息管理客戶端，將患者診療信息數據匯總、統一存儲、管理,大大地提高了工作效率和醫療管理質量。

4.2軟件擴展

為了更好地便于操作和使用，一些機型在操作軟件上提供了自動預充、自動回血、定時消毒等軟件，還具備方便維修的特點。透析機作為水電結合的醫療產品，故障率較高，為減少維修時間，各廠家都推出了新的技術，如方便齊全的定標程序；完備的故障代碼系統[14]。

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[關鍵詞]電磁帶隙結構 天線設計 應用

中圖分類號：TM725 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）20-0025-01

上世紀80年代末。美國的科學家提出了電磁帶隙結構，這種新的前沿問題從出現開始就一直是相關領域專家、學者研究的重點。在天線設計領域中，電磁帶隙結構相比于一般的材料而言，具有一定的優勢。首先，在天線設計中使用電磁帶隙材料可以有效降低表面波和介質波模產生的損耗。其次，使用電磁帶隙材料還可以提高天線增益?？傊瑢㈦姶艓督Y構應用于天線設計中是比較合理的。因此，進行有關電磁帶隙結構及在天線設計中應用的研究是具有實際應用價值的。本文將從介紹多頻帶和小型化電磁帶隙設計入手，介紹諧波抑制和陷波特性的印刷天線設計。

1 多頻帶和小型化電磁帶隙設計

電磁帶隙結構相比于其它同類結構而言具有一定的獨特性，從而也吸引了大批的學者對其進行深入研究。隨著電磁帶隙結構在相關領域中應用的不斷普及，為了滿足不同的設計要求，各種新型的電磁帶隙結構層出不窮。其中，多頻帶電磁帶隙結構的出現是為了滿足不同頻帶的應用需求。而小型化電磁帶隙結構的出現則是為了提升陣列天線的性能。下文將對這兩種新型的電磁帶隙結構做具體的介紹。

1.1 蘑菇狀電磁帶隙結構分析

蘑菇狀電磁帶隙結構一般使用正方形的貼片，是由周期單元的諧振或共振機制產生的帶隙特性。通過實驗可以判斷蘑菇狀電磁帶隙結構的頻率帶隙和其參數之間的關系。在實驗的過程中，一般都是改變其中的一個常數，使其它參數保持不變。例如，想要觀察電磁帶隙貼片的邊長對其頻率帶隙的影響，則只改變電磁帶隙的邊長，其它參數不變，觀察實驗結果。實驗過程中，分別改變蘑菇狀電磁帶隙結構的貼片邊長、電磁帶隙介質的厚度、介質的相對介電常數、縫隙間距以及連接電磁帶隙貼片和地板之間的金屬圓柱半徑。最終實驗結果顯示，蘑菇狀電磁帶隙結構的頻率帶隙和貼片邊長、電磁帶隙介質的厚度、介質的相對介電常數成反比關系，即當貼片邊長、電磁帶隙介質的厚度、介質的相對介電常數三個參數增大時，蘑菇狀電磁帶隙結構的頻率帶隙是減小的。而蘑菇狀電磁帶隙結構的頻率帶隙和電磁帶隙的縫隙間距、連接電磁帶隙貼片和地板之間的金屬圓柱半徑是成正比關系的。即當電磁帶隙結構的縫隙間距、連接電磁帶隙貼片和地板之間的金屬圓柱半徑增大時，蘑菇狀電磁帶隙結構的頻率帶隙是增大的。在實際應用的過程中，為了滿足相關設計要求，通常會同時改變其中的幾個電磁帶隙結構參數。

1.2 多頻帶電磁帶隙結構設計

我們知道，電磁帶隙結構的諧振會產生頻率帶隙。如果想要實現多頻帶電磁帶隙結構，則會需要使用多個諧振回路。在本文中，為了滿足多個諧振回路的要求，在電磁帶隙貼片上開出細槽。在電磁帶隙貼片上開細槽的具體方法如下。要在貼片對角線的位置上開出四個細槽，然后再在正方形貼片的四個邊上開細槽，每一條邊上開出兩個細槽。多個諧振回路的產生主要通過腐蝕貼片上的細槽來實現。在形成多個諧振回路后就構成了一個多頻帶電磁帶隙結構。如圖1：

1.3 小型化電磁帶隙結構設計

首先，介紹螺旋地板的小型化電磁帶隙結構。螺旋地板的小型化電磁帶隙結構相當于并聯的LC諧振電路。如果想要將電磁帶隙結構的尺寸變小，則要增加等效的電容或者是增加等效的電感，這樣才能夠有效降低諧振頻率。蘑菇狀電磁帶隙結構介質的磁導率和介質厚度將會影響蘑菇狀電磁帶隙結構的電感大小。而螺旋地板電磁帶隙結構是在蘑菇狀電磁帶隙結構的基礎上設計出來的，相比于蘑菇狀電磁帶隙結構多了一個額外電感，這樣可以降低諧振頻率。螺旋地板電磁帶隙結構的諧振頻率和額外電感成反比，即當額外電感增加時，諧振頻率會減小。

可以利用仿真技術來對比蘑菇狀電磁帶隙結構和螺旋地板電磁帶隙結構的性能。通過仿真實驗發現，螺旋地板電磁帶隙結構帶隙頻率在1.95GHz和2.81GHz之間，要低于蘑菇狀電磁帶隙結構的帶隙頻率。對于螺旋地板電磁帶隙結構而言，如果想要降低帶隙頻率則需要增加電感值和減小螺旋臂寬。但在工程實踐過程中，這種方法是比較難以實現的。因此，為了實現降低螺旋地板電磁帶隙結構帶隙頻率的目的，則可以在兩個螺旋地板電磁帶隙結構中增加電感，即電感加載的螺旋地板小型化電磁帶隙結構。

2 諧波抑制和陷波特性的印刷天線設計

微帶天線具有一定的優點，同時也具有一定的缺點。微帶天線的優點就是重量比較小、體積小、經濟成本低、易集成。也正是因為微帶天線具有這樣的優點，才被廣泛地應用相關領域中。例如在衛星通信、生物醫學、環境檢測等領域中均有使用微帶天線。但微帶天線也具有帶寬比較窄、損耗大的缺點。如果是微帶天線和射頻器件集成使用，則諧波輻射不僅能會造成微帶天線能量損耗，同時還會干擾射頻器件。通過使用電磁帶隙結構可以有效抑制諧波輻射，減少對射頻器件的干擾。

電磁帶隙結構的諧振可以阻斷諧波附近電磁波的傳播，進而形成頻率帶隙。電磁帶隙結構的諧振有兩種形式，一種是自諧振，即電磁帶隙結構單元自身產生的諧振，另一種是互諧振，即電磁帶隙結構單元和其它單元之間通過相互作用產生的諧振。在一些比較特殊的情況下，這兩種類型的諧振可以同時存在，但其中只有一種起主要作用。蘑菇狀電磁帶隙結構可以產生自諧振和互諧振，其中互諧振起主要作用。共面緊湊型電磁帶隙結構產生的是互諧振。啞鈴型DGS（電磁帶隙結構的衍生物）產生的是自諧振。如圖2：

微帶天線產生于上世紀70年年代，最初是由Howell和Munson研制出來的。在微帶天線出現以后，經歷了快速發展的階段。微帶天線的貼片有很多種形狀，可以是正方形的，也可以是三角形的。正如上文所述，微帶天線具有一定的優點，同時也具有一定的缺點。因此，在進行微帶天線設計的過程中應盡量采取有效措施減少因微帶天線缺點而帶來的影響。

微帶天線在工作的過程中會受諧波輻射的影響，諧波不僅會造成微帶天線能量損耗，同時還會干擾其他微波器件。因此，在設計的過程中必須要抑制諧波。而利用蘑菇狀電磁帶隙結構的諧振特點可以有效抑制微帶天線的諧波輻射。

超寬帶通信技術在精準定位、探地雷達等領域中具有廣泛地應用。但由于超寬帶系統的工作頻段與無線通信系統的頻段有重合的地方，為了減少超寬帶天線對無線通信系統頻段的干擾，可以利用電磁帶隙結構將超寬帶天線設計成具有陷波特性的超寬帶單極子天線。

4 總結

總之，電磁帶隙結構作為一種特殊的人工電磁材料，相比于一般的電磁材料而言具有一定的優勢，將其應用于微帶天線設計領域中，可以提高微帶天線的性能。

參考文獻

[1] 路宏敏，余志勇，趙益民，那彥.一種具有新穎電磁帶隙結構的印刷電路板電源平面[J].西安電子科技大學學報，2011，03：20-23.

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【關鍵詞】 多參數監護儀； 原理； 故障實例； 維修

一.多參數監護儀工作原理

醫用多參數監護儀的基本原理是通過電極和傳感器拾取人體心電、血壓、呼吸，氧飽和度等生理參數信號，并將這些信號轉化為電信號。監護儀主要是由四個部分組成：信號參數、模擬處理、數字處理、信息輸出。

（1）信號參數。這部分的功能是通過電極和傳感器拾取人體心電、血壓、呼吸，氧飽和度等生理參數信號，并將這些信號轉化為電信號；（2）模擬處理。將采集的信號通過模擬電路進行阻抗匹配、過濾、放大等處理，由模擬轉換器把人體生理參數的模擬信號轉化為數字信號，送入數字處理部分，它由模/數轉換器、微處理機、存儲器等組成，是多參數監護儀的核心部分；（3）數字處理。微處理機接收來自控制面板的控制信息，通過執行程序，對數字信號進行運算、分析和存儲；（4）信息輸出。將經過處理后的數據結果輸出，在輸出結果的同時協調、檢測整機各部分的工作，如顯示波形、文字、圖形、分析報告，啟動各類報警和打印紀錄。

醫用多參數監護儀集合了電子技術、計算機技術、生物醫學工程技術，它的硬件結構與微型計算機系統基本一致，實際上它就是一臺微型計算機系統。參考計算機系統的結構，醫用多參數監護儀的整機部件構成又分為：電源模塊、系統控制器模塊、程序處理器模塊、圖形顯示器模塊I/O系統模塊、監護參數模塊等功能模塊組成。

二. 多參數監護儀常見故障及其處理辦法

根據多參數監護儀的實際使用經驗，其常見故障主要有以下幾類：

（一）電源模塊、系統控制器模塊常見故障

電源模塊、系統控制器模塊故障現象主要表現為：使用交流電源和電池均不能開機，電源指示燈不亮。導致故障的主要原因：由于電源指示燈不亮，故障原因可以判斷為電源、系統控制器模塊故障，應先檢查電源。

檢修方法：首先檢查電池，如果發現電池電量已耗盡，更換一個新電池后。如果更換電池以后機器可以用電池正常開機，但顯示交流電仍未接入，則進一步檢查，檢查保險絲是否已損壞，是否出現嚴重發黑，判斷后續電路可能存在短路，拆機檢查電源模塊，如果發現AC-DC轉換器的整流器已短路，則更換故障的元件，機器恢復正常。設備在使用過程中，整流器短路，使保險絲熔斷，AC-DC轉換器電壓沒有輸出，機器會轉為電池直流電壓工作，直至電力消耗盡。

（二）圖形顯示器模塊常見故障

圖形顯示器模塊常見故障表現為：黑屏，沒有圖像。故障的原因主要是開機后，機器有自檢音，電源燈正常；按血壓測量鍵，血壓泵工作，說明黑屏原因是顯示屏的背景熒光燈未亮，高壓逆變器工作異常。

檢修方法：以邁瑞PM-9000E白屏現象為例，機器出現白屏說明顯示屏的背景熒光燈工作正常，可能存在程序處理器模塊板無顯示信號輸入，此時可外接顯示器進行判斷，若顯示正常，則說明顯示屏損壞，或程序處理器模塊到顯示屏之間的排線松脫；若外接顯示器無顯示，則可能程序處理器模塊故障。

（三）多參數模塊常見故障

在臨床使用過程中，多參數模塊模塊故障出現的幾率最大，表現為無ECG波形，或讀數不穩定基線漂移、干擾大；或無RESP波形，檢修時一般應遵循由簡到難的原則，首先判斷導聯線是否完好，電極片是否位置正確、接觸良好、有無生銹等，導致聯連失??；其次要注意查看導聯設置模式，如果儀器選擇了五導聯模式，但連接了三導聯的導聯線，那肯定無波形了，建議使用心電信號發生器并備用一條新的導聯線，配合示波器，可快速準確判別故障點。例如以邁瑞PM-9000E出現心電讀數不穩定，干擾大的現象，針對這種情況首先應排除來自導聯線輸入端的干擾，比如：接地不良、電板片失效、導線接觸不好或高頻電刀干擾等；其次排除機外原因還是機內原因引起的，可拔下導聯線，看基線是否是一條直線，線上有無干擾，如果沒有，說明儀器本身沒有問題，干擾是外部原因引起的。如不存在外部干擾，則說明模塊內部有問題。

（四）血氧監護模塊常見故障

在醫用多參數監護儀的眾多參數模塊中，血氧監護（SPO2模塊）出現故障幾率較大，一般表現為無SPO2讀數，或讀數不穩定、斷續、搜索超時，檢修時應首先判斷血氧探頭是否完好，再檢查SPO2模塊。由于血氧探頭價格不菲，在進行維修應謹慎行事，用萬能表直接測量發射、接收二極管，可判別故障點，如果血氧探頭斷線，可用焊接修復。如果血氧探頭的發射、接收二極管損壞，又難以找到合適的元件，可以用另外一只損壞的血氧探頭進行 拼湊、維修。

（五）血壓模塊常見故障

血壓模塊（NIBP模塊）常見故障主要是血壓泵組件損壞，如：泵電機繞組斷路、短路，電磁閥繞組斷路、短路、漏氣等等，其中以漏氣最為多見。漏氣故障表現為測量血壓時充氣時間過長，或壓力始終充不上去 （低于150mmHg），無法測量，顯示袖帶沒綁好或太松。如果漏氣部位在機外，例如：袖帶漏氣，連接導管漏氣，則容易發現，亦容易處理，可直接更換新的袖帶與連接導管試試。如果漏氣部位在機內，則大多數是因為機內負責放氣的電磁閥老化，關閉不全，引起漏氣，機內連接管質量很好，連接管松動或老化引起漏氣現象較少見。

三.小結

醫用多參數監護儀在臨床中使用廣泛，對其質控檢測，保證其時刻處于完好待用狀態，這對保證醫療安全具有重要意義。因此，應將多參數監護儀的質量控制作為醫院醫療設備質量控制中的一項重要內容，應從驗收、使用、維護、報廢的整個周期內構成一個完整的質量控制體系，這不僅符合現代醫院管理的需求，也是保證醫療質量的重要手段，為患者享受高質量的治療服務提供了重要保障。同時，醫院還應積極培養醫療設備保障部門技術人員，提高其專業水平，以切實保障多參數監護儀的良好使用。

參考文獻：

[1]仲繼.多參數監護儀的日常維護和維修[J].中國醫學裝備，2010，6（7）：50-52.

[2]張喬冶.關于心電監護儀的應用及故障維修的研究[J].科技資訊，2011（07）：128-130.

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[關鍵詞]電氣工程及其自動化 建設 發展趨勢

中圖分類號：TM76-4；G712 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）03-0286-01

一、引言

電氣工程及其自動化專業是一個工程性和基礎性都很強的專業。電氣工程的基礎性決定了其具有很強的學科交叉和派生能力，如今的通信工程專業、電子信息工程專業、自動化專業、計算機科學與技術專業乃至生物醫學工程專業都是從電氣工程專業派生或再派生而形成，這些專業統稱為電子與信息類專業而它們和電氣工程專業一起又被統稱為電類專業，電氣工程專業是電子與信息類專業的母體，而這些專業的產生和發展又大大推動了電氣工程專業的發展，這一特點就要求我們在制定專業培養方案時不能僅局限于電氣工程自身而應兼顧整個電類專業，基于上述思想我們認為該專業的目標是：培養能夠從事與電氣工程有關的裝備制造、系統運行、自動控制、信息處理、試驗分析、研究開發、經濟管理以及計算機應用等領域工作的應用型高級工程技術人才。

二、電氣工程及其自動化的發展歷史

希臘學者米利都是最早對電有認識的人，他觀察用布摩擦琥珀后，會吸引如羽毛等輕小的東西。但是最早對靜電有系統和科學的研究則是從17世紀開始的。17世紀的英國醫生吉爾伯特所著的書中，對“電”進行了最早的論述，英語“E-lectric”一詞即起源于希臘語 “Electrica”和拉丁語“Electrum”。隨后，英國人格雷發現了電的導體和絕緣體。法國人杜菲在眾多實驗中發現，幾乎所有物質都可以摩擦生電，并且他更仔細地發現，所產生的電有兩種，帶有異種電者會相互吸引，帶有同種電者會相互排斥。

18世紀美國人富蘭克林用“風箏實驗”證明了電的存在。19世紀上半葉，安培安培發現電流的磁效、法拉第發現電磁感應定律。19世紀下半葉，電磁理論集大成者麥克斯韋爾的理論為電氣工程奠定了基礎。19世紀末到20世紀初，西方國家的大學陸續設置了電氣工程專業。

1908年，南洋大學堂（交通大學前身）設置了電機專科，這是我國大學最早的電氣工程專業，至今已有一個世紀。1920年，東南大學設置了電機工程系。1932年，清華大學設置了電機系。1949年后，我國出現了一大批以工科為主的多科性大學，也出現了一批機電學院，這些學院基本上都有電機工程系。1958年，在北京電力學校的基礎上成立了北京電力學院，當時的電力工程系設有“發電廠電力網及電力系統專業”、“高壓電技術專業”等，它們就是現在的“電氣工程及其自動化專業”的前身。1961年，哈爾濱工業大學的發電教研室部分教師和學生并入北京電力學院，充實了該專業的力量。1961至1962年，哈爾濱工業大學又有發電、高壓和電自三個專業的10名研究生轉入北京電力學院，開啟了研究生培養的先河。1977年，恢復高考后，大部分學校的“電機工程系”陸續改為“電氣工程系”。1986年，國務院批準“電力系統及自動化”為博士學位授權學科。1988年，我國高校進行了大規模專業目錄調整，將電工類專業和電子與信息類專業和電子與信息類專業合并為“電氣信息類”，專業數大大減少，專業口徑大大拓寬。

三、電氣自動化技術專業學習的優勢

1、安全性

隨著國家制度法規的不斷完善以及科學技術發展的日新月異，人身安全的重視程度了逐漸凸顯。由于我國的工業自動化水平較低，使得一些較為危險的機器相當一部分是依靠人工操作的，一旦操作失誤或者機器出現故障，容易帶來極大的人身安全隱患。而自動化控制技術利用終端系統的操作，建立了選擇程序，通過自動識別操作規范問題，及時停止電氣操作或者切斷電源，能極大程度的避免事故的發生。

2、效率高

作為科技發展的核心產物，電氣自動化技術在處理數據信息的高速性和準確度上的優勢是巨大的。其運行模式是由接收特殊指令的應用設備來完成最終的執行指令。對于不同的設備自動生成不同的指令，減少了錯誤率，加之傳輸速度很快，電氣自動化系統的反饋校驗功能，機器運行的高效以及精準度就越發明顯，確保了運作的及時有效。

四、電氣自動化教學成果特點

1、便捷性

電氣自動化產品主要是把電子技術、計算機技術、網絡技術等集于一個產品上，達到產品的功能自動化，這就給人們的生活帶來了極大地便利，為社會節省了大量的人力物力，這在很大程度上促進了社會的進步和發展，推動了社會生產力的發展。

2、廣泛性

隨著人們生活水平的提高，人們對消費品的要求也越來越高，這就使自動化產品的市場很大，這個從大家日常生活中隨處可見的此類產品可見一斑，比如人們每天所坐的公交車的車門、市民經常使用的電梯等，人們逐漸適應了這種自動化產品所帶來的便利，這也使此類產品占據著很大的消費市場。

3、發展性

電氣自動化產品的發展一般都與計算機的發展相配套，這是因為自動化的過程需要計算機來操作，隨著電子技術和計算機技術的飛速發展，電氣自動化產品的發展會更加智能化，也就是自動化程度會更高，所能完成的任務量及速度也會更大和更快捷。

五、結語

電氣工程及其自動化專業集電子技術、計算機技術、電機電器技術信息、網絡控制技術及機電一體化技術等諸多專業技術于一體，是一門綜合性較強的專業學科，能夠適應各行各業的發展需求。該專業屬于信息產業，被人們譽為朝陽產業，發展相當迅速，市場對專業人才的需求巨大，是當今高科技發展的新趨勢。隨著我國工業化進程的不斷加快，電氣工程及其自動化專業在工業中的應用越來越廣泛，對推動我國工業發展發揮著重要作用。當今社會總的形勢是國家綜合實力不斷增強、人民生活水平及需求不斷提高，催生了自動化產品的大量普及，智能家居、智能交通等高新技術產品逐漸進入老百姓的家庭，為電氣工程及其自動化專業的發展開創了廣闊的發展前景。

參考文獻

[1] 劉海蛟.《科技創新與應用》2013年.

[2] 朱仲海.分析電氣工程及其自動化的建設與發展[j].城市建設理論研究，2012，（12）.