文摘
spin-valve巨头magneto-resistive (SV-GMR)据报道,针形配置的传感器估计人体内磁性流体的体积密度。磁性流体通常是注射到人体使用hyperthermia-based治疗杀死癌细胞。控制热处理,温度的良好的知识是非常必要的。SV-GMR-based的针形传感器是用来测量磁场的磁通密度流体内的人体温度估计。温度的针形传感器提供了一种semi-invasive方法的决心。
1。介绍
近年来,由于一些新颖的传感器和传感技术的发展,生物医学传感是一个巨大的进步。现代生物医学传感器开发先进的精密加工和信号处理技术正变得便宜,准确,可靠的(1]。开发传感器分析细胞在单细胞水平上,它是非常要求高性能传感和测量技术(2,3]。基于感应加热的高热癌症治疗是通过注入磁性流体与磁性纳米颗粒进入肿瘤。使用磁性纳米颗粒的潜在好处是使用局部磁场梯度吸引粒子选择站点,他们直到治疗完成,然后删除它们(4]。摧毁肿瘤,时变磁场应用于加热肿瘤的纳米颗粒。应用热取决于纳米粒子的数量,磁通密度,激动人心的供电频率,并激励线圈的距离体内肿瘤的位置。确认肿瘤可以毁灭被加热时,应测量体内磁性液体的温度。温度的控制是至关重要的一个任务使用这种治疗方法获得成功。但是很难制造非常小的规模有足够精度的温度传感器测量温度。所以一个间接的方法已经被测量的温度在人体肿瘤区域。这种方法是基于测量磁性液体的磁通密度的注射治疗。为了计算温度以一种间接的方式,了解纳米颗粒的密度是重要的治疗之前和期间。本文报道的发展针形纳米传感器基于spin-valve巨头magneto-resistive (SV-GMR)技术测量磁通密度在体内通过刺破针体内。 The modeling and experimental results of flux-density measurement have been reported here. From the information of flux density, the temperature rise can be estimated to permit the delivery of controlled heating to precisely defined locations in控制高热癌症治疗。传感器需要使用在均匀磁场区域由亥姆霍兹线圈。
完整的论文分为六个部分。涵盖了第一部分的介绍后,传感器节中讨论2。高热治疗和使用传感器部分中描述3。亥姆霍兹线圈、分析结果和实验结果提供了部分4和5。实验结果发表在部分6。最后的结论是总结部分7。
2。SV-GMR针形传感器
SV-GMR传感器如图1用于估计体积以及重量人体内磁性流体的密度。更容易申请的针形建筑为测量人体内部。SV-GMR元素感应面积在针的尖端。传感方向平行于针。磁性流体的体积/重量密度可以通过测量和估计比较应用磁通密度(外部机构)和磁性流体通量密度。0.5恒流?马是SV-GMR传感器应用。图2显示了AC灵敏度的传感器和大约的特征。
(一)
(b)
3所示。SV-GMR传感器和高热治疗
hyperthermia-based癌症治疗的框图表示如图3。高热治疗是一个快速发展的癌症治疗,其他常见的治疗方法相比有许多优点。这些包括没有副作用或疼痛的病人,这是一个主要问题在化疗等治疗。低/微创治疗方法如一个报道花费更少的时间比化疗和放疗治疗。即使癌细胞并没有完全死去,他们很可能会更容易治疗,如电离辐射或化疗,允许这样的治疗给予小剂量。
高热是基于原则,癌细胞比正常健康的细胞对热敏感。磁性流体与磁性纳米粒子,如图4插入到受灾地区。
(一)磁性纳米颗粒的均匀分布
(b)一个磁性纳米颗粒的特写镜头
时变外磁场时磁粉的磁性粒子由于磁滞损耗吸收和产生热量,因此温度增加。至关重要的是正确地控制温度在高热治疗。体内磁性流体密度是一个重要的参数估计的热量需要。这是一个关键的方面的成功治疗。然而,当注入受灾地区,癌细胞内的磁性流体扩散结果,磁性流体的体积以及重量密度减少。因此,它是至关重要的估计体内磁性流体的密度。磁性流体的重量密度磁性纳米颗粒的重量比1 ?毫升的磁性纳米颗粒和水体积重量1 ?毫升体积。
磁性流体的基本参数(我) :体重的磁珠克每立方厘米(g / cc),(2) :磁性流体的重量密度毫克的铁素体每立方厘米(mgFe / cc),(3) :磁性流体体积密度的比例来衡量。
考虑到和小,那么它们之间的关系可以简化 在哪里(W-35样本,Taiho有限公司日本),磁珠的比重。
表1提供了不同的体积和重量密度纳米颗粒和水的组合。从表1,可以看出百分比变化之间的低重量密度很低。例如,之间的百分比变化的0.00479和0.00574是0.021%。这是至关重要的均匀磁场区域的百分比变化小于这个值。一个错误的百分比% 0.05决定吗?米的positive and negative axial direction (设在)之间的线圈,在径向方向相同。
4所示。亥姆霍兹线圈和实验设置
亥姆霍兹线圈用于各种各样的应用程序,主要是由于它能够产生一个相对统一的场配置,易于施工和灵活性。相对的准确性取决于精确的亥姆霍兹线圈产生的磁场是如何通过准确的当前维护(4- - - - - -9]。亥姆霍兹线圈系统由两个线圈,圆形或方形,相等的半径和相同数量的沿着一个轴通过线圈的中心,隔开一段距离等于线圈的半径。总磁场产生的和两个线圈。亥姆霍兹线圈有许多应用程序在各种领域,例如bioelectromagnetic /生物医学诊断研究电子束,校准的磁仪器和探头和磁性材料的研究。
图5显示了用于设置测量磁性流体的体积密度;整个系统是在一个2平方亥姆霍兹线圈。磁通的理论分布如图6。
亥姆霍兹线圈系统用于生产的磁通密度。通量密度将专注于磁囊性空腔。针形传感器被放置在空腔的中心,因此常见的中心轴的线圈对。腔的磁通可以认为。磁性流体的密度变化的内容。理论方程估计磁性流体体积的重量密度,从而区别应用通量和腔的流量是10] 之间的变化应用磁通和容器中的通量成正比磁性流体的体积密度。订单的变化通常是10% - -12%。
上面的方程是基于假设2平方亥姆霍兹线圈产生均匀磁场分布。但在实践中,磁场分布不是很均匀,如图7。所以一个新的线圈系统一直在探索和发展。
(一)分析计算
(b)测量值
5。一个新的亥姆霍兹线圈系统的发展
亥姆霍兹线圈系统被设计和建造获得均匀磁场分布估计错误% 0.05吗?米的和轴。经过大量的讨论来满足规范和实验设置中,理想的决定作为一个平面线圈系统三对线圈组成。预期的线圈如图8。three-coil系统用于生产一个统一的内部磁通分布地区的利益。
(一)图
(b)制造系统
磁通分布以及比较(错误数据9和10)的磁通密度在任何时候对中心已计算分析。数据9和10显示曲面图和等高线图分析结果的亥姆霍兹tri-coil系统。是看到感兴趣的区域的误差是可以忽略不计。
内部的磁通密度分布测量亥姆霍兹tri-coil系统已经使用磁强计(MTI-HM315)。一个地区的统一的地区进行了测试方向的范围从mm + 20毫米。但是必须指出磁强计是准确的显示系统中只有0.01%,误差约为1%。数据11来13显示在不同位置测量误差的等高线图。
6。实验和实验结果
亥姆霍兹tri-coil系统用于提供磁通。磁性流体注入一个托盘使用嵌入式圆柱形细胞,如图5。SV-GMR针传感器技巧是建立在亥姆霍兹线圈的中心。托盘移动到中间的针的充满液体的磁圆柱壳。函数发生器提供了交流励磁电流与亥姆霍兹线圈产生的磁通密度100 ?t .操作的频率设定在100 ?赫兹和200 ?分别赫兹。0.5恒流?马是SV-GMR传感器应用。GMR传感器的输出是NF电子仪器获得的5610 b阶段锁定放大器如图14。
上面的实验进行的提示针传感器放置在磁性流体的中间。实验被执行看到穿透深度的影响(方向)输出。模型如图15。
图15上面的针传感器开始时(0 ?毫米)。这是当针传感器最初接触磁性流体。液体充满了1 ?厘米的圆柱。该中心是5 ?从一开始毫米。开始和中间,四个点是1毫米的检验步骤,也就是说,在1 ?毫米,2 ?毫米,直到5 ?毫米。中间,后两个步骤进行测试。四个浓度的15个样品进行测试(两个极端和两个从中间)。数据16和17磁通密度的变化的变化作为穿透深度的函数的针传感器100 ?赫兹和200 ?分别赫兹。看到的是信号开始在穿透深度增加而增加,达到一个最大值,然后略有降低,达到稳态值。的值200 ?赫兹是略低于100 ?赫兹。变化的增加线性的原因一开始是第一传感器创建一个压痕虽然接触传感器越来越磁性材料磁性液体,然后针的深度的增加。当传感器是在磁性流体内部,有一个群磁通的影响磁性流体的上层。随着深度的增加,边缘效应可以忽略不计。
在这项研究中,体积(或重量)磁性流体的密度估计了针形GMR传感器。在实际情况下,有必要知道的实际温度。为了获得温度准确,是非常重要的知道磁性流体的体积密度。所以通过针形GMR传感器,体积密度估计在审判。同时研究热效应对细胞进行了很长一段时间,直到最近,安全的方法被发现增加治疗或体内的温度试验。无数试验之间的关系进行温度和右旋糖酐磁铁矿和报告文学非常令人鼓舞的结果14- - - - - -18]。此外,有一种普遍的信念,高热有潜力成为一个有效的处理,验证了事实的诊所,目前这样的待遇。但是的副作用可能伤害健康细胞意味着需要一个高效且精确的方法来估计磁性流体的体积密度。SV-GMR传感器可以利用这种方式来估计磁性流体体积密度体内铺平了道路少/无副作用患者,以及作为一个独立的癌症治疗的广泛可能性而不是辅助治疗其他癌症,这似乎是目前流行的做法。
7所示。结论
一个针形spin-valve巨头magneto-resistive (SV-GMR)传感器开发了人体内通量密度的测量。重要的是估计的体积密度体内磁铁矿的高热基于感应加热的癌症治疗。亥姆霍兹线圈四楼的系统开发提供统一的流量分布在该地区的利益。磁通密度的差异之间的关系和磁性流体体积密度中包含嵌入式腔获得,它是线性的。因此可以得出结论,磁铁矿注入身体的体积密度可能估计的拟议的技术。