操纵可吞入式体内装置的操纵线圈结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在磁场中操纵磁体,更具体涉及以磁场为基础的操纵系统和操纵可吞 入式体内装置的方法,以及涉及用作该磁操纵系统的结构单元的三元线圈组件。
【背景技术】
[0002] 体内测量系统在本领域内广为人知。一些体内装置/系统,其可穿过肠胃("GI") 系统或者其他身体器官/系统,包括成像传感器,或成像器,用来在肠胃系统内部造像(例 如拍摄图像)。体内装置可包括一个或多个成像器。其他体内装置可代替地或额外地包括 药物容器和向肠胃系统用药的装置。其他体内装置可包括在体内进行外科手术的装置,等 等。
[0003] 自主型体内装置是通过被消化系统施加的蠕动力推动通过肠胃系统而穿过肠胃 系统的装置。自主型体内装置也可在肠道中间歇性地断续移动。在体内通过利用蠕动力移 动装置具有缺点。例如,体内装置可能会在某段未知时间里卡在肠胃系统的某处;装置可能 会在某一方向拍摄图像,而对临床上可能更感兴趣的附近区域成像不全或根本未成像。另 外,由于肠道长度(几米),体内装置需要数个小时才能穿过整个肠胃系统。为了最大减轻 患者在此期间的不适感,使他/她尽可能正常活动,患者需要带数据记录仪,该数据记录仪 记录体内拍摄的图像,以在后面阶段(例如体内装置最终被排除肠胃外之后)分析它们。当 内科医生在检查图像或其选择时,他/她并不能确定肠胃系统中所有临床感兴趣的或其预 期的地方都被拍摄到。
[0004] 由于肠胃系统在解剖学上的非均匀性一一它在解剖学上具有明显不同部分如小 肠和结肠一一和/或由于不同部分对疾病的敏感性不同,体内装置无差别掌控大量图像和 构造图经常是多余无用的。部分地,这是因为相对敏感性低的肠道区域被成像过多。另一 方面,肠道中相对更敏感的区域可能成像不足。肠道敏感区域捕捉到的图像数量可能少于 临床需要。仅仅检查胃肠道一特定部分如小肠("SB")、结肠、胃区或食道可能经常是期望 的。
[0005] 存在磁操纵系统用于磁学上操纵体内装置。装置可以通过并入磁铁磁性操纵。这 种操纵系统通常产生磁场,磁场在所施加磁场的方向上对齐或移动装置磁铁的磁矩,并在 磁梯度的方向上移动体内装置,该磁梯度的方向也在与磁场的方向相同的方向上对齐或定 位。由于所述磁场和所述磁力梯度均在磁场方向对齐,因此装置的操作性受到限制。
[0006] 尽管在肠胃中移动体内装置是有益的,但存在与在胃肠道中的自主型体内装置相 关的一些缺陷。对这种运动充分控制将会是有益的,包括操纵体内装置到达肠胃系统中期 望位置和/或方位和/或角度位置或状态,或者其他身体器官,以及保持所述位置/方位/ 角度位置或状态要求的或需要的时间长度,例如以便在一部位拍摄图像和/或在该部位释 放药物,或者在要求的途径/路线上移动体内装置。
【发明内容】
[0007] 提供了三元线圈组件("TCA"),其可包括前置线圈,相对于前置线圈相邻并排安 装、与其电绝缘且与其形成一平面的后置线圈,可附着或包围所述前置线圈和所述后置线 圈且与其电绝缘的辅助线圈。(术语"三元线圈组件"在这里是指一种磁线圈结构,其包括紧 密连接的三个线圈。)产生磁场的线圈结构,或磁系统,可包括可环形放置的N个三元线圈 组件。通过控制其电流环形放置的三元线圈组件可被操纵,以产生磁场操控模式("MMP"), 以便在第一方向上可产生磁场,以将磁装置定向在该方向,所述磁场是磁场操控模式的一 部分或构成,以及可产生磁场梯度,所述磁场梯度是磁场操控模式的另一部分或构成,以在 第二方向产生磁力以在与第一方向不同的方向(如所述第二方向)施加该磁力。所述磁场 的方向(第一方向)和所述磁场梯度的方向(例如第二方向)因其可被独立控制而不同。
[0008] -些实施例可包括优化可向N个三元线圈组件提供的电力,其中优化过程可包括 选择三元线圈组件,和/包括其电流,使得被选三元线圈组件以尽可能少的电力联合产生 符合要求的磁场操控模式。
【附图说明】
[0009] 多种示例性实施例在附图中被图解,旨在这些实例不是限制性的。应当理解,为了 图解的简洁和明晰,下面提及的图中显示的元件不必按照比例绘制。此外,在认为适当之 处,在图中参考数字可重复,以表示相同、相应或类似的元件。在附图中:
[0010] 图1图解根据本发明实施例的成对结合的线圈组件/结构;
[0011] 图2说明根据本发明实施例的一对成对结合的线圈组件/结构;
[0012] 图3说明根据本发明示例实施例的三元线圈组件;
[0013] 图4说明根据本发明示例实施例的展开的八个三元线圈组件;
[0014] 图5说明根据本发明示例实施例放置的八个环形放置的三元线圈组件;
[0015] 图6A-6F描绘根据本发明示例实施例的三元线圈组件的组成部分和三元线圈组 件;
[0016] 图7A描绘根据本发明示例实施例的环形放置的三元线圈组结构;
[0017]图7B描绘根据本发明示例实施例的操纵线圈系统,其包括图7A中的环形三元线 圈组结构和Z形线圈;
[0018] 图8A是根据本发明示例实施例的磁操纵系统的框图;
[0019] 图8B是根据本发明示例实施例的磁操纵控制系统的框图;
[0020] 图9是根据本发明示例实施例的体内系统的框图;
[0021 ] 图10显示根据本发明示例实施例的磁操纵方法;
[0022] 图11显示根据本发明另一示例实施例的磁操纵方法;
[0023] 图12A-12F描绘根据本发明另一示例实施例的三元线圈组件;以及
[0024] 图13A-13B显示根据本发明另一示例实施例的操纵线圈结构。
【具体实施方式】
[0025] 以下描述提供示例实施例的各个细节。但是,本描述并非用于限制权利要求的范 围,而是用于解释本发明多种原理和其实践方式。
[0026] 此处所述的磁场操纵系统能够独立于磁场梯度方向确定磁场的方向。换言之,取 决于环境(例如,拟定的/下一个的装置位置和/或方向相对于现有装置位置和/或方向), 磁场方向和磁场梯度方向可相异,以使操纵装置(如体内装置)的可操作性最大化。将两个 方向分开可通过例如以下操作完成:将磁场"弯曲",例如利用同一平面上相邻并排安装的 成对结合线圈,如图中比如图1、2、3、6E和6F所示。(术语"成对结合线圈组件/结构"指 的是两个磁线圈相邻并排放置的磁线圈结构)。此处将某些实施例描述为包括或使用八个 三元线圈组件。但是,可使用其他数量的三元线圈组件,例如,少于八个三元线圈组件(如 两个三元线圈组件、三个三元线圈组件、四个三元线圈组件,等等),或者多于八个三元线圈 组件(如九个三元线圈组件、十个三元线圈组件等)。
[0027] 图1图解根据本发明实施例的成对结合的线圈组件/结构110。成对结合的线圈 结构110可包括前置线圈112和后置线圈114。前置线圈和后置线圈可在公共面100上相 邻并排安装。(此处使用的相对术语'前置'和'后置'指在Z向(如在Z轴上)上的相对 位置。(就在Z向或Z轴上而言,'前置'可表示或是靠前的线圈,'后置'可表示或是靠后 的线圈。)前置线圈112和后置线圈114可分别具有前轴102和后轴104,后轴104与前轴 102平行。每个前置线圈112和后置线圈114可配置为各自产生其方向与各自轴一致的磁 场,而且共同地产生方向与前轴和后轴(102,104)垂直(但绝非必须)的磁场。例如,由前 置线圈和后置线圈(112,114)共同产生的磁场可在Z向(图不中142表不Z向)。
[0028] 磁场方向(其一些线以Ll、L2、L3等显示)在操作区域/空间106中任何特定空 间点上可作为分别流经线圈112和线圈114的电流II和12 (116和118各自显示II和12) 的强度和方向的函数而可控地改变。磁场梯度和磁场梯度方向也可依赖于电流II和12的 强度和方向。举例说明,显示永磁体120位于点130上,此处磁场(磁力线L4)与方向140 一致(与Z向一致)并且在此点磁场梯度与垂直于磁场方向140的方向150 -致。永磁体 120具有'北'极122和一个'南'极124,并且永磁体120的磁矩在点130上在Z向由磁场 校直。
[0029] 后置线圈114和前置线圈112在Z向上产生有非零磁场梯度
的磁场,如通过改 变磁力线L1-L5的密度图解的(例如在Y向梯度更致密)。磁场梯度对永磁体120在Y向 上产生力180,该磁力可抵消重力190。例如,可分别操纵前置线圈和后置线圈中电流II和 12的强度和方向,以使永磁体120向上/垂直运动(例如在方向150上),或者相对于前置 线圈112和后置线圈114的平行轴(或者相对于Z向)歪斜移动(成某一角度)。
[0030] 图2示意图解了根据本发明示例实施例的一对成对结合的线圈组件("CCAs")/ 结构(210,220)。成对结合线圈组件210可包括前置线圈212和后置线圈214。前置线圈 212和后置线圈214相邻并排安装,以使它们形成或置于一个公共面202上。前置线圈212 和后置线圈214可各自具有前轴250和后轴260,后轴260可与前轴250平行。成对结合线 圈组件/结构220包括前置线圈222和后置线圈224。前置线圈222和后置线圈224可相 邻并排安装,以使它们形成或置于一个公共面204上。前置线圈222的前轴可与前轴250 完全重合一致,后置线圈224的后轴可与后轴260 -致。
[0031] 在结构上,成对结合线圈组件210和成对结合线圈组件220可相互平行(例如平 面202和204可平行)或相互间成某一角度。成对结合线圈组件210和成对结合线圈组 件220在结构上平行是指在某些实施例中前置线圈212与前置线圈222平行以及后置线圈 214与后置线圈224平行。成对结合线圈组件210和成对结合线圈组件220在结构上可部 分或全部重叠。例如,前置线圈212可与前置线圈222完全重叠,但后置线圈214可仅与后 置线圈224部分重叠,反之亦然;或者前置线圈212和后置线圈214都各自与前置线圈222 和后置线圈224部分重叠。
[0032] 前置线圈212和222以及后置线圈214和224可配置为各自产生的磁场的方向与 各自轴一致,而且共同产生的磁场的方向可与前轴和后轴(250,260)垂直(但绝非必须)。 例如,由线圈212、214、222和224共同产生的磁场可在Z向或在相对Z向成某一角度的任 何方向上。
[0033] 磁场方向在操作区域/空间206中某一特定空间点上可作为分别流经线圈212、 214、222和224的电流11_1、11_2、12_1和12_2的强度和方向的函数而改变。磁力梯度包 括其方向也可依赖于这些电流的强度和方向。举例说明,永磁体230显示为被包括于实例 体内装置240中,该装置位于空间点208。永磁体230可具有"北"(N)极和"南"(S)极,其 磁矩Μ在Z向。
[0034] 假设成对结合线圈组件210和成对结合线圈组件220在操作区域/空间206产生 的磁场是对称的,意味着磁场中心(例如点208)的强度在理论上是零。这意味着永磁体 230在任何方向上都未受到净力(F)。因此,永磁体230以及体内装置240不会离开(保持 在)点208。
[0035] 正如上文有关图1解释,仅用一个成对结合线圈组件(CAA)会导致系统在运动可 控性方面不稳定。但是,加入第二个"反向的"或相反的成对结合线圈组件能够稳定磁运动 可控性,这是因为第二个成对结合线圈组件能够产生维持磁体运动可控性的阻力。例如,在 永磁体230上施加的磁力可被控制,以使体内装置240在操作区域/空间260中任何期望 的{X,Υ,Ζ}点上对抗重力290而浮起。
[0036] 可以可控制