基于改進(jìn)遺傳算法的磁靶向聚焦線圈陣列優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、磁性載藥顆粒的靶向治療是近年來腫瘤治療中受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注的新方法，由于其非侵入性和高靶向性的特點(diǎn)，具有廣泛的用途以及潛在的巨大市場需求。外磁場的特性是治療效果的關(guān)鍵影響因素。相比于傳統(tǒng)的由永磁體產(chǎn)生外磁場的方式，應(yīng)用線圈陣列形成外磁場具有靈活簡便、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)線圈陣列的排布及所加電流激勵的不同而改變靶向位置、磁場強(qiáng)度及聚焦范圍。
　　論文設(shè)計了基于改進(jìn)遺傳算法的磁靶向聚焦線圈陣列，并對其聚焦性能進(jìn)行全面的優(yōu)化。基于

2、電磁場及三維電磁場有限元理論，對單線圈模型的結(jié)構(gòu)、參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，提出三種多線圈陣列，對比其聚焦效果并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的可行性，選擇平面形線圈陣列為更優(yōu)。然后研究了遺傳算法的基本原理和基本理論，并對其進(jìn)行改進(jìn)，應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法對線圈陣列中各子線圈電流組合進(jìn)行求解。通過仿真計算、空間電場實(shí)測及實(shí)物試驗(yàn)驗(yàn)證其聚焦性能。主要的研究工作包括：
　?、僭O(shè)計具有更優(yōu)聚焦性能的單線圈參數(shù)及結(jié)構(gòu)。在深入研究并掌握電磁場基本理論及三維有限

3、元分析方法的基礎(chǔ)上，分析匝數(shù)、內(nèi)徑及繞制方式對單線圈磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的影響，分別對不同參數(shù)下線圈軸向、徑向磁感應(yīng)分布進(jìn)行分析，綜合選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度高、靶向位置聚焦深度大、聚焦性能好的單線圈參數(shù)設(shè)計方案，最終確定了匝數(shù)n=6、內(nèi)徑d=2cm、以多層繞法的一種變形繞法繞制的單線圈方案為最優(yōu)。
　?、谠O(shè)計具有更優(yōu)聚焦性能的多線圈陣列方案?；谝堰x擇的單線圈參數(shù)，設(shè)計了半球形、平面形、圓環(huán)形三種多線圈陣列組合，對比分析相同激勵下三種線圈陣

4、列的聚焦性能，通過仿真計算，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的可行性，最終選擇平面形線圈陣列為最優(yōu)方案，并實(shí)現(xiàn)了多層平面形線圈陣列的非中心點(diǎn)聚焦及多點(diǎn)聚焦。
　　③應(yīng)用改進(jìn)的遺傳算法求解線圈陣列電流組合。研究并分析標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法的基本原理、概念以及求解流程，在此基礎(chǔ)上，對算法的優(yōu)化和改進(jìn)從初始種群產(chǎn)生、基因丟失檢測及修復(fù)策略、自適應(yīng)交叉和變異算子、最佳個體保護(hù)等方面進(jìn)行。通過四組測試函數(shù)，對其性能進(jìn)行全面的測試與評估?；诟倪M(jìn)的遺傳算法對線圈陣列子線