操纵可吞入式体内装置的操纵线圈结构的制作方法_2

文档序号:9509160阅读:来源:国知局
地操纵电流1_1、11_2、12_1和12_2的强度和方向,以使永磁体230,因 此体内装置240,可以向上/垂直运动(例如在"Υ"向上),或者相对于轴250和260 (或者 相对于Ζ向)而歪斜移动(成某一角度)。(通过在Ζ向上产生磁场梯度可获得或接收在 Ζ向上移动的永磁体230,但这可使用其法线与Ζ向一致的不同线圈进行,如图8Β所示)。
[0037] 成对结合线圈组件210和成对结合线圈组件220能可控地产生磁场操控模式 (ΜΜΡ),以维持或控制永磁体230在操作区域260内的当前位置和/或方向,并且如果需要, 在可操作区域260内将永磁体230按照任何拟定的、期望的、新的或下一个方向移动,和/ 或按照拟定的、期望的、新的或下一个取向移动。磁场操控模式通常指的是在操作空间内的 一点上或一个区域里的磁场和磁梯度的强度和方向,该点或区域是或与永磁体的当前位置 一致,或与含有磁体的装置(如可吞入式体内装置)的位置一致。改变磁场操控模式可包 括或可意味着,例如,改变磁场或磁场梯度的方向(或同时改变两者的方向)和/或改变其 力度/强度/梯度。通过控制各电流1_1、11_2、12_1和12_2的大小和方向控制磁场216、 218、226和228的强度和方向,可控制磁场操控模式。
[0038] 施加于磁体230的依赖于磁场的空间衍生的磁力F可被设定为在磁矩Μ的方向或 相对于磁矩Μ在任何角度上。仅使用一对线圈(上线圈212和214,或下线圈222和224) 可产生"基本"型('不纯的'、不对称的)梯度场和"基本"均匀(对称的)磁场Β0。但是, 使用其他(相反的)对线圈能抵消磁场对称部分,因此只留下磁力F。使用包括相反的线圈 对如线圈对210和220的线圈系统能产生磁稳定性(通过施加在容纳磁体230的空间内恒 定的多磁场梯度);同时叠加均匀磁场B0,其强度足够在容纳磁体230的空间内在期望的方 向调整磁矩Μ。
[0039] 图3图解根据本发明示例实施例的三元线圈组件300。三元线圈组件300可包括由 前置线圈310及后置线圈320组成的成对结合线圈组件,和辅助线圈330。假设磁体340 (因 此体内装置350)初始或当前在Ζ向,那么辅助线圈330可用来重新定向磁体340 (和体内 装置350)比如为X方向(370)。将磁体340重新定向到X向可通过例如只通电/启动线圈 330 (13>0安培;II= 12 = 0安培)来实现。只通电/启动线圈330可导致磁场300大体 垂直(在X向上)。磁场300可对磁体340的磁矩施加扭矩,造成磁体340旋转至符合磁场 300的方向370 (或与该方向的磁矩对准)的角度位置。
[0040] 与三元线圈组件300相似的相反的三元线圈组件可就三元线圈组件形成的圆而 言放置在三元线圈组件300对面,以避免上文关于图1提到的不稳定问题。(图3中未示出 该相反的三元线圈组件)操纵电流II、12、13及流入相反三元线圈组件中的电流能够例如 操纵磁场操控模式(ΜΜΡ),只有在此时(例如当辅助线圈330和相反三元线圈组件也在使用 时),辅助线圈可增强或减弱在特定方向由相关前置线圈或后置线圈或两种线圈(通过成 对结合的线圈组件/若干线圈组件)产生的磁场。
[0041] 图4图解根据本发明示例实施例的展开的多三元线圈组件400 (multi-TCA)。举例 说明,多三元线圈组件400包括八个三环线圈组件(TCAs),分别命名为TCA-1 (410所示)、 TCA-2 (420 所示)、TCA-3 (430 所示)、TCA-4 (440 所示)、TCA-5 (450 所示)、TCA-6 (460 所 示)、TCA-7 (470所示)和TCA-8 (480所示)。(也可用其他数量的三环线圈组件如少于八 个TCA;例如2、3、4个等,或例如多于八个;例如9、10个等。)可形成圆或者可圆形环绕的 TCA-1至TCA-8在图4中被展开显示。(圆形环绕的三元线圈组件例如在图5和图8A中 显示。)图4中的垂直轴是Z轴,与环形多三元线圈组件的平面相垂直。水平轴是一个角 轴,与环形多三元线圈组件周边的角度位置对应,环形多三元线圈组件的中心轴可与Z轴 一致。例如,TCA410随意从0度开始;TCA430在135度终止;TCA480在360度终止(换 言之,TCA410和TCA380在周边相邻)。
[0042] 每一个三元线圈组件包括例如三个线圈:两个成对结合并相邻并排放置的内部线 圈(一个前置线圈和一个后置线圈),和第三个可包住内部线圈的线圈(辅助线圈)。例如, 二兀线圈组件410包括两个内郃线圈--前置线圈412和后置线圈414--和一个包住内 部线圈的辅助线圈416 ;三元线圈组件420包括两个内部线圈--前置线圈422和后置线 圈424--和一个包住内部线圈的辅助线圈426 ;三元线圈组件430包括两个内部线圈-- 前置线圈432和后置线圈434--和一个包住内部线圈的辅助线圈436 ;三元线圈组件450 包括两个内部线圈一一前置线圈452和后置线圈454-一和一个包住内部线圈的辅助线圈 456 ;三元线圈组件460包括两个内部线圈--前置线圈462和后置线圈464--和一个包 住内部线圈的辅助线圈466 ;三元线圈组件470包括两个内部线圈--前置线圈472和后 置线圈474-一和一个包住内部线圈的辅助线圈476 ;等等。每个三元线圈组件的两个内部 线圈与辅助线圈相互电绝缘。
[0043]形成一个圆,包括TCA-1至TCA-8的三元线圈组件可成对起作用,也就是说每一 个TCA-i可具有成对接合的、(在形成的圆上)位置相对的TCA-j(j辛i;如j=i+4),由 此可共同运行。例如,TCA-1和TCA-5--TCA-5(在组成的环形中)与TCA-1位置相对,是TCA-1的成对结合的三元线圈组件--构成第一对三元线圈组件;TCA-2和相对的成对三 元线圈组件(TCA-6)--TCA2的成对结合TCA--构成第二对三元线圈组件;TCA-3和相对 的TCA-7构成第三对三元线圈组件;TCA-4和相对的TCA-8构成第四对三元线圈组件。一 对三元线圈组件、或多对三元线圈组件的组合、或一(多)对三元线圈组件和单个三元线圈 组件的组合可共同形成需要的磁场操控模式,用来操纵永磁体,例如被包含于体内装置中 的永磁体。
[0044]TCA-1至TCA-8可用多种方式(如成对)运行,这通过分别操纵流经每个三元线 圈组件中每一线圈的电流的大小和方向,从而获得或接收需要的磁场操控模式,用来操纵 体内装置到下一个位置和/或下一个方向,或用来维持体内装置当前位置和/或当前方向。 举例说明,TCA-1 (-个实例三元线圈组件)的三个电流如箭头418、419和417所示显示为 逆时针方向(CCW)流动(TCA-1的成对结合/相对的三元线圈组件TCA-5的所有三个电流 如箭头458、459和457所示显示为顺时针流动)。使所有三个电流同向流动能够在可与纸 面相垂直的方向产生强磁场。(流经TCA-1中前置线圈412的电流418和流经TCA-1中后 置线圈414的电流419产生的磁场从纸中出来,如两个黑点所示。流经TCA-5中前置线圈 452的电流458和流经TCA-5中后置线圈454的电流459产生的磁场进入纸中,如两个"X" 所示。)
[0045] 根据另一个实例,通过TCA-2和其成对结合的三元线圈组件(例如TCA-6)可产生 量级较小并且相对于TCA-1产生的磁场的方向在相对方向的磁场,例如通过仅使电流通过 相关的辅助线圈并且以顺时针(CW)方向。流经辅助线圈426的电流显示为428,流经辅助 线圈466的电流显示为468。(在这例子中,流经前置线圈422、后置线圈424、前置线圈462 和后置线圈464的电流可以为零。)
[0046] 根据另一实例,通过如图2中说明的相似方式运行包括TCA-3和它的成对结合的 TCA-7的三元线圈组件对,可获得或接收操纵模式与图2所示的磁场模式类似的磁场。例 如,这种模式可通过例如在前置线圈432中通入逆时针方向的第一电流,如438所示;在后 置线圈434中通入顺时针方向的第二电流,如439所示;前置线圈472中通入顺时针方向的 第三电流,如478所示;在后置线圈474中通入逆时针方向的第四电流,如479所示,产生/ 获得。(在这一例子中,辅助线圈436和476的电流可以为零。)
[0047] 图5图解根据本发明示例实施例的多个环形放置的三元线圈组件(TCAs) 500。一 般而言,可环形放置N个三元线圈组件并组成一个平面(如图5所示的X-Y平面),例如使得 在N个三元线圈组件组成的环的相对侧,每个三元线圈组件可具有成对的、接合的三元线 圈组件,并且每个三元线圈组件的前置、后置和辅助轴可与多三元线圈组件构成的平面平 行。举例说明,N= 8,即三元线圈组件500包括八个三元线圈组件(分别命名为510, 520, 530,540,550,560,570和580),其形成圆环502组成或围成圆环502,或TCA500可形成圆。 环状TCA500可形成或置于与笛卡尔X-Y平面一致的平面上,在Z轴方向具有法线。TCA 510至580的每个依据此处对三元线圈组件结构和功能的表述包括前置线圈、后置线圈和 辅助线圈。尽管在图5中未显示,前置线圈和后置线圈相对于Z轴依次放置,如通过"前置" 和"后置"称谓暗示和关于图2描述的。换言之,N(如N= 8)个三元线圈组件可按照环形 放置并组成一个平面,例如X-Y平面,因此,所有的前置线圈都被置于平面的一边(例如所 有的前置线圈都是Z轴正值/都在Z轴正坐标内),所有的后置线圈都被置于平面的另一边 (例如所有的后置线圈都是Z轴负值/都在Z轴负坐标内)。
[0048]TCA510至580在功能上可分为四对成对结合的TCA,其中每对包括第一三元线圈 组件和与第一三元线圈组件对立放置的第二三元线圈组件。三元线圈组件到坐标原点504 的距离相等,在圆502上也是等距相离,并且任意两个相邻的三元线圈组件的分离角相同。 一对三元线圈组件可如图2中三元线圈组件210和220 -样单独和共同运行或操作。
[0049] 一个示例三元线圈组件对(如506所示)包括在Y轴上的两个三元线圈组件,命 名为510和550 ;在可与Y轴呈45度角的方向590上的两个三元线圈组件,命名为520和 560 ;在X轴上的两个三元线圈组件,命名为530和570 ;在与X轴呈负45度角的方向上的 两个三元线圈组件,命名为540和580。
[0050] 三元线圈组件的任意组合,包括电流强度和电流方向的任意组合,可用来产生任 何需要/要求的磁场操控模式。如此处说明,磁场操控模式可包括可朝向任何要求的方向 的磁场,包括只在X轴/向上,或在Y轴/向上,或在Z轴/向上,或在任何中间/介于中间 的方向上(比如与任意一轴呈任意角度)。示例磁场操控模式显示在508。示例磁场操控 模式508的磁场方向在X-Y平面上,不在Z向上。(依据此处说明,其他磁场操控模式可有 其他磁场方向,包括在Z向上。)产生磁场操控模式508比如可通过仅使用三元线圈组件 520,540,560,580的辅助线圈。但获得同样或相似的磁场操控模式比如可通过仅共同运行 前置线圈和其对应的后置线圈,或通过运行全部的三个线圈一一辅助线圈、前置线圈和后 置线圈,如关于图4所述。磁场操控模式508的方向可以可控地改变到不同方向,如通过关 闭三元线圈组件520, 540, 560, 580 (切断流经所述三元线圈组件的电流)和使用不同组的 三元线圈组件如510, 530, 550和570。这种不同组三元线圈组件的交换运行可导致比如磁 场操控模式逆时针或顺时针旋转45度。
[0051] 图2和图5显示的产生磁场的方法,当二者结合起来使用时,能够强化/改善对如 体内装置的操纵性,这是因为二者共同使用能在三维操作区域内的任意个空间方向上产生 磁场,并且还能对调整或确定装置位置的磁场的方向和与
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