(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210952054.2 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 赵建勋　李帅　韦熙成　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 段俊涛 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的 指数型细胞温度调控方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种用于大剂量电磁辐照细 胞非热效应实验的指数型细胞温度调控方法及 系统， 涉及生物电磁学实验技术领域， 解决了传 统的自适应温控所需的复杂气流温度变化曲线 难以用现有温控装置实现的问题。 本方法包括： 电磁建模仿真； 温度建模仿真； 平均比吸收率 (SAR)的上限的计算； 指数型温控的气流温度变 化曲线的冗余范围的计算； 指数型温控的实现。 本发明应用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实 验， 用指数型温控的气流 温度变化曲线取代自适 应温控的气流温度变化曲线， 降低了曲线复杂 度， 参考温度利用系数和温变时间常数， 获得一 定的气流 温度变化曲线的冗余范围， 显著提高了 温控的可 行性。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115270496 A 2022.11.01 CN 115270496 A 1.一种用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温度调控方法， 其特征在 于， 包括以下步骤： S1、 电磁建模仿真 使用电磁建模仿真软件， 对装载细胞样品的 电磁辐照实验装置建立电磁参数模型， 仿 真电磁辐照实验过程， 获得电磁辐照实验装置中的电磁场场型和能量分布， 计算细胞样品 的SAR分布数据和样品承托介质组件的吸 收功率分布数据； S2、 温度建模仿真 使用温度建模仿真软件， 对气流作用下的细胞样品和样品承托介质组件建立热力学参 数模型， 使用S1所得的SAR分布数据和吸收功 率分布数据， 仿 真电磁辐 照实验过程中细胞样 品和样品承托介质组件的发热、 导热以及与气流的热交换， 计算细胞样品在各个时刻的温 度变化分布数据， 获得 各个时刻的细胞样品的最高温度变化和最低温度变化； S3、 平均SAR的上限的计算 记录S1所得的SAR分布数据， 以及稳恒温控即气流温度稳定不变时S2所得的细胞样品 的最高、 最低温度变化 曲线及其稳定值， 根据非热效应的温度变化阈值与最高温度变化的 稳定值的比值， 以及最高温度变化的稳定值与平均SAR之 间的正比关系， 计算稳恒温控时最 高温度变化的稳定值达到非热效应的温度变化阈值时， 非热效应实验允许的平均SAR的上 限， 根据最高、 最低温度变化的稳定值之差与平均SAR之间的正比关系， 再取最高、 最低温度 变化的稳定值分别为非热效应的温度变化阈值及其相反值， 即取最高、 最低温度变化的稳 定值之差为非热效应的温度变化阈值的2倍， 计算调变温控即气流温度随时间调整时非热 效应实验允许的平均SAR的上限； S4、 指数型温控的气流温度变化曲线的冗余范围的计算 取平均SAR小于调变温控允许的上限， 使用指数型温控函数生成指数型温控的气流温 度变化曲线， 基于S2的温度建模仿 真， 计算电磁辐照实验过程中细胞样品的最高、 最低温度 变化曲线， 调整温度利用系 数和温变时间常数， 使最高温度变化始终不大于非热效应的温 度变化阈值， 同时最低 温度变化始终不小于非热效应的温度变化阈值的相反值， 以此获得 在所选的平均SAR下， 对消细胞温升所需的指数 型温控的气流温度变化曲线的冗余范围； S5、 指数型温控的实现 进行电磁辐照实验， 在细胞样品中产生S4所选的平均SAR， 调控细胞样品附近的气流温 度， 使气流温度变化曲线落于S4所 得的指数 型温控的气流温度变化曲线的冗余范围之内。 2.根据权利要求1所述用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温度调 控 方法， 其特征在于， 所述S1， 搭建装载细胞样品的电磁辐 照实验装置的CAD模 型， 自适应剖分 成网格模型， 在细胞样品的网格中， SAR由其组成材料的电导率σ、 质量密度ρ和网格中心的 电场振幅计算， 在样品承托介质组件的网格中， 吸收功率由其组成材料的电导率σ 和网格中 心的电场振幅计算。 3.根据权利要求2所述用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温度调 控 方法， 其特征在于， 所述S2， 使用S1得到的网格模型， 设置网格模型中各组成材料的热力学 参数， 设置发热源和气流温度， 对电磁辐照实验过程进 行温度仿 真， 计算细胞样品在各个时 刻的温度变化分布数据， 在各个时刻， 逐网格寻找细胞样品的最高温度变化和最低温度变 化； 所述设置发热源， 即采用S1所得的SAR分布数据和吸收功 率分布数据计算 发热功率的分权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115270496 A 2布， 细胞样品网格的发热功率等于其SAR乘以质量密度ρ， 样品承托介质组件网格的发热功 率等于其吸 收功率。 4.根据权利要求1或2或3所述用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温 度调控方法， 其特征在于， 所述稳恒温控时非热效应实验允许 的平均SAR的上限 的计算公式如下： 式中， ΔTth为非热效应 的温度变化阈值， 和SARstationary分别为稳恒温控时 细胞样品的最高温度变化的稳定值与平均SAR； 所述调变温控时非热效应实验允许的平均SAR的上限 的计算公式如下： 式中， 为稳恒温控时细胞样品的最低温度变化的稳定值。 5.根据权利要求4所述用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温度调 控 方法， 其特 征在于， 所述指数 型温控函数为： 式中， ΔTair(t)为指数型温控的气流温度变化曲线， t为时间， t≥0， K为温度利用系数， K≥1， τ 为温变时间常数， τ ＞0， SARvariable为调变温控时细胞样品的平均SAR。 6.根据权利要求1所述用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温度调 控 方法， 其特征在于， 所述S5， 在气流温度变化曲线的冗余范围内， 等时间间隔取每个时刻的 冗余区间的中值， 将中值连线， 得到用折线近似的目标曲线； 对每段折线， 采用比例－积 分－微分算法， 根据温度传感器测 量的细胞样品附近的气流温度， 调整半导体电热堆的温 度控制电压的方向和大小， 使气流温度变化曲线逼近目标曲线， 落于 冗余范围之内。 7.一种用于大剂量电磁辐照细胞非热效应实验的指数型细胞温度调控系统， 其特征在 于， 包括以下功能模块： 温度传感器(100)， 用于采集大剂量电磁辐照细胞非热效应实验中指数型细胞温度调 控方法及系统所需的温度数据， 所述温度数据至少包括细胞样品附近的气流温度数据； 上位机(200)， 用于运行电磁建模仿真软件， 对装载细胞样品的电磁辐照实验装置建立 电磁参数模型， 仿真电磁辐照实验过程， 获得电磁辐照实验装置中的电磁场场型和能量分 布， 计算细胞样品的SAR分布数据和样品承托介质组件的吸收功 率分布数据； 还用于运行温 度建模仿真软件， 对气流作用下 的细胞样品和样品承托介质组件建立热力学参数模型， 结 合电磁建模仿真所得的SAR分布数据和吸收功率分布数据， 仿真电磁辐照实验过程中细胞 样品和样品承托介质组件的发热、 导热以及与气流的热交换， 计算细胞样品在各个时刻的 温度变化分布数据， 获得各个时刻的细胞样品的最高温度变化和 最低温度变化； 还用于结 合电磁建模仿真所得的SAR分布数据和稳恒温控时温度建模仿真所得的温度变化分布数权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115270496 A 3