专利名称：一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构及靶向治疗设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的永磁磁体结构，以及采用该永磁磁体结构的设备。
背景技术：
目前临床上肿瘤、结核、骨髓炎等疾病的治疗主要依靠化学药物全身给药，有一定的治疗效果，但是用药量大，全身毒副作用严重。恶性肿瘤病人中，肺癌病人约80%为包括鳞癌、腺癌等在内的非小细胞肺癌，这些病人确诊时有85%左右是中晚期，约75%的晚期非小细胞肺癌病人失去了手术根治性治疗 机会、常规放化疗的临床效果也不甚理想，而且常常出现很强烈的毒副作用。而结核病患者的治疗主要依靠抗结核药物如异烟肼、利福平、吡嗪酰胺、链霉素等，多采用三联或四联的化疗方案，用药量多，疗程长。特别是结核空洞仍然是肺结核治疗的难题之一，由于结核空洞缺乏供血，药物很难到达空洞部位发挥疗效，而且结核空洞患者是结核病的重要传染源，因此结核空洞的治疗对于控制结核的传播有很大的意义。但是磁靶向药物治疗能够克服以上治疗所存在的不足。靶向治疗的特点首先靶向性好，只针对特定的靶位发挥作用，从而减少药物用量，提高治疗效果，减轻毒副作用；其次能够减轻患者痛苦，容易取得患者的配合。可以说磁性靶向治疗为疾病的治疗带来了新的革命，将成为本世纪肺部疾病治疗中最具潜力、最有希望的治疗方法。磁性祀向给药系统(Magnetic drug targeting, MDT)是将药物与磁性Fe3O4纳米粒结合，在外部引导磁场的作用下，将其导向特定的区域，并释放药物，从而达到靶向的目的。磁靶向给药可以明显减少药物用量，达到药物的局部浓聚、定点释放，不仅可以提高药物的疗效，还能明显降低药物的不良反应。目前主要的磁靶向给药系统包括磁性载药微球、磁性载药脂质体、磁性片剂、磁性胶囊、磁性生物免疫制剂等。其中磁性载药微球是将药物与磁性材料包裹于高分子的载体材料中制成类球形微粒状制剂，粒径一般在一到几十微米不等。磁性载药微球一方面可以进一步制备成注射剂用于静脉给药，相比于普通微球的注射剂，磁性载药微球可在外加磁场的引导下到达靶向部位，提高了靶向部位的药物蓄积量。研究表明，磁性药物微粒在血管中主要受到血流的拖曳和外磁场的吸引作用，微粒直径越大，磁响应力越大，在外加磁场的作用下，可以定向聚集；同时，外磁场的性质、强度、梯度及作用时间等也是影响磁导向效果的重要因素。影响靶向性的因素主要有①磁性药物本身的性质，如粒径大小、磁性成分的含量、药物含量、稳定性及释药速率等磁场性质，如磁场强度、磁场梯度、磁场作用时间以及外磁场的类型等；③靶部位的性质，如血管分布、通透性、靶部位离磁场的距离、靶部位离给药部位的距离等。为了能够产生一个合适的不均匀磁场以定位磁性微粒，通常可以采用两种类型的磁体一永磁体或电磁铁或超导体。永磁体产生的磁场相对较弱,对于流速较快的血管中磁性微粒的捕获比较困难；电磁铁或超导体虽然能产生比较强的磁场，但是需要外接的电流源并且会产生大量的焦耳热，且维护费用巨大。第三种方法是采用可被磁化的植入体，可以在体内更深的区域产生强的磁场力。[0008]磁体系统是磁性药物靶向治疗的关键设备，它的性能直接关系到磁性药物的向性，因而在一定程度上决定了磁性药物靶向治疗的成功与否。磁体系统的组成形式大体分为两类双边式和单边式。双边式，又名双极式，是一种封闭式磁体装置。指在肿瘤部位的两侧加磁极，将上下磁极作成不同的形状使其产生不均匀磁场，双极式磁体减少了磁场的漏磁，使气隙区的磁场和梯度均得到加强，但实验装置不如单极式方便。单边式，又名单极式，是一种开放式磁体装置。指在肿瘤或病灶部位的一侧加磁场，根据肿瘤的形状将磁极做成大小合适的形状，安排在肿瘤附近，使其产生梯度磁场，其结构简单、方便，但磁场漏磁较大，衰减较快，不利于深度部位的靶向治疗。由于采用永磁体阵列的单边式靶向引导磁体结构的上述优点，所以单边式导靶磁体更适合作为外置靶向磁体使用。但是，一般的单个永磁体块或者没有经过特殊配置的永磁体阵列组合，存在磁场衰减快、漏磁较多，从而导致了磁场弥散的空间范围较大，这样就很难在想要制定靶点附近聚集多数磁性载药微粒，而在非靶点的其它位置少聚集，所以需要能够在一定深度上呈现相对窄的磁场分布的导向磁体。
发明内容有鉴于此，本实用新型的目的之一是提供一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的永磁磁体结构，该结构具有结构简单、永磁体利用效率高、所产生的磁场分布紧凑和制造成本低等优点；本实用新型的目的之二在于提供一种永磁磁体结构的靶向治疗设备。本实用新型的目的之一是通过以下技术方案实现的该种能形成锥形圆顶状梯度磁场的永磁磁体结构，包括采用永磁磁体的主磁体、第一辅磁体、第二辅磁体、第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块；所述主磁体、第一辅磁体和第二辅磁体的主体为方形，第一辅磁体和第二辅磁体分别置于主磁体两边，并且三个磁体以相邻边对齐的方式贴近平行放置，第一辅磁体和第二辅磁体的高度小于主磁体；所述第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块的结构类似，均包括两个相对设置且互为垂直投影的直角三角形侧面，两个三角形侧面的两斜边之间形成一倾斜面，两个三角形侧面的两组对应边之间分别形成两个方形面，两个楔形铁磁块分别放置在第一辅磁体和第二辅磁体上方，楔形铁磁块的倾斜面朝上，其中一个方形面贴近于辅磁体顶面，另一个方形面贴近主磁体侧面，从而两个楔形铁磁块以“八”字状对称分布于主磁体的两侧，在主磁体的顶部形成锥形圆顶状梯度磁场，第一辅磁体与第一楔形铁磁块、第二辅磁体与第二楔形铁磁块分别构成的两个组合体，其整体高度一致，并且与主磁体的顶面平齐。进一步，所述主磁体的方形顶面上设置有一附加的具有能形成一收缩顶点的结构，所述圆顶结构与下方的主磁体采用相同的永磁材料，且磁矩方向与主磁体相同；进一步，所述结构为半圆球形、楔形、方锥形或圆锥形，当采用半圆球形时，该圆顶的半径为主磁体水平截面的短边长的一半；进一步,主磁体、第一辅磁体和第二辅磁体的永磁材料采用钕铁硼、钐钴或铁氧体，第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块采用铁、钴、或镍，或含铁、钴、镍其中一种或多种的合金，或含铁的氧化物。本实用新型的目的之二是通过以下技术方案实现的 该靶向治疗设备采用如前所述的永磁磁体结构。本实用新型的有益效果是I.本实用新型中所述的两个辅磁体的使得主磁体上方的磁场强度和磁场梯度都得到了增强，而且楔形铁磁块的使用进一步减少了漏磁，使得整个磁体机构的上方工作区域内的磁场的分布更加紧凑，趋向于锥形圆顶的形状；2.本实用新型的磁体结构可以作为肺部磁性药物靶向引导磁体使用，所述的紧凑的磁场及磁场梯度的分布可以在更小的空间范围上对磁性药物微粒进行控制，也就提高了革巴向治疗的定位准确性；3.本实用新型的磁体结构还具有结构相对简单、永磁体利用效率高、制造成本低等优点。本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中图I为本实用新型的磁体结构的排列示意图；图2为楔形铁磁块的结构示意图；图3为实施例一的磁体结构，上方工作区域所产生的磁感应强度分布示意图；图4为实施例二采用圆顶结构的磁体结构俯视图；图5为实施例二的磁体结构，上方工作区域所产生的磁感应强度分布示意图；图6为实施例三的磁体结构俯视示意图。图7为实施例四的磁体结构组成示意图；图8为实施例五的磁体结构组成示意图；图9为实施例六的磁体结构组成示意图。在上述附图中，用箭头表示永磁体磁矩的方向。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。本实用新型首先提出了一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的永磁磁体结构，相关实施例分述如下实施例一如图I所示，该磁体结构包括采用永磁磁体的主磁体I、第一辅磁体2、第二辅磁体3、第一楔形铁磁块4和第二楔形铁磁块5 ；主磁体I、第一辅磁体2和第二辅磁体3的主体为方形，第一辅磁体2和第二辅磁体3的主体完全相同，且三者的顶面和底面均设置为正方形，其中，第一辅磁体2和第二辅磁体3分别置于主磁体I两边，并且三个磁体以相邻边对齐的方式贴近平行放置，第一辅磁体2和第二辅磁体3的高度小于主磁体I ;两者的高度差为h，h可以适当增大，也就是两个辅磁体的高度减少，这样可以一定程度上增加上方工作区域的磁场梯度，但是同时会降低磁场强度。第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块的结构类似，如图2所示，本实施例中，两者结构完全相同，均包括两个相对设置且互为垂直投影的直角三角形侧面，两个三角形侧面的两斜边之间形成一倾斜面2a，两个三角形侧面的两组对应边之间分别形成两个方形面2b、 2c，两个楔形铁磁块分别放置在第一辅磁体2和第二辅磁体3上方，楔形铁磁块的倾斜面朝上，其中一个方形面2b贴近于辅磁体顶面，另一个方形面2c贴近主磁体侧面，从而两个楔形铁磁块以“八”字状对称分布于主磁体的两侧，在主磁体的顶部形成锥形圆顶状梯度磁场，第一辅磁体2与第一楔形铁磁块4、第二辅磁体3与第二楔形铁磁块5分别构成的两个组合体，其整体高度一致，并且与主磁体的顶面平齐。本实施例中，永磁材料牌号为N44，材料的剩磁Br =13. OKGs-13. 5 KGs,内禀矫顽力iHc彡10. 8K0e,最大磁能积(BH)max =40MG0e_44MG0e。用相同的永磁材料烧结成截面形状为正方形的棒状永磁体块，由于永磁体充磁时的误差，为了使空间磁场分布尽量勻称，在实际组装时应从多个永磁体块中经高斯计测量选择三个表面磁场接近的磁体，分别作为主磁体和两个辅磁体。本实施例的磁体结构的磁场组成如下，其中主磁体分别与第一辅磁体与第一楔形铁磁块和第二辅磁体与第二楔形铁磁块两个组合体产生包括以下磁力线的磁场，所述磁力线首先大部分在第一和第二楔形铁磁块中聚集，然后由于主磁体与两个辅磁体的磁矩方向相同并且有高度差，在主磁体两侧、辅磁体的上方会形成两块趋向于水平分布的均匀场区域(如图3)，也就是说这块区域的磁场梯度较小，这个水平的均匀场区域会在一定程度上收紧本实用新型的磁体机构上方的磁场，起到“收腰”作用，这也是辅磁体的作用之一。如图3所示，本实施例在磁体机构上方工作区域内的磁场分布呈包络状，或者圆顶的锥形分布，这是上述磁力线路径分布的结果。在另一方面，由于第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块的存在，使得从主磁体上方发出的磁力线迅速地收了回来进入楔形铁磁块，这样在磁场发生装置的上方的磁场分布的发散性得到了部分抑制，减少了漏磁。实施例二如图4所示，为本实施例的顶视图，本实施例与实施例一的不同之处在于，该实施例中还增加了半球圆顶磁体结构6，结构6为半圆球形状，该半圆球的半径为主磁体水平截面的边长的一半。通过增加圆顶结构，更利于形成锥形圆顶梯度磁场。该圆顶装配时，由于异性相吸的结果可以平稳牢固的置于主磁体上方。图5为实施例二的磁体结构，上方工作区域所产生的磁感应强度分布的示意图，如图5所示，该图揭示了采用该种结构后，能够在顶部工作区域形成更为明显的锥形圆顶梯度磁场。[0051]本实施例中，工作区域的磁场更加趋向于包络状或者锥形圆顶状分布，原因首先在于半球圆顶磁体结构的形成的半球形自然磁场源，使得磁场能够按照半球的几何形状向外辐射，形成半球-锥形圆顶状的等磁场线分布；第二个原因在于，两个辅磁体的存在，在主磁体两侧、辅磁体的上方会形成两块趋向于水平分布的均匀场区域(如图5)，也就是说这块区域的磁场梯度较小，这个水平的均匀场区域会在一定程度上收紧本实用新型的磁体机构上方的磁场，起到“收腰”作用。实施例三如图6所示，为本实施例的顶视图，本实施例与实施例一的不同之处在于，主磁体
I、第一辅磁体2和第二辅磁体3的主体为方形，且三者的顶面和底面均设置为长方形，而结构为半圆球形状，该圆顶的半径为主磁体水平截面的短边长的一半。需要强调的是，在主磁体、第一辅磁体和第二辅磁体的材料选择方面，可以采用钕 铁硼、钐钴或铁氧体，而第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块可以采用铁、钴、或镍，或含铁、钴、镍其中一种或多种的合金，或含铁的氧化物。实施例四如图7所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，该实施例中还增加了楔形磁体结构6，结构6的高度为主磁体水平截面的边长的一半。该结构装配时，由于异性相吸的结果可以平稳牢固的置于主磁体上方。实施例五如图8所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，该实施例中还增加了圆锥形磁体结构6，结构6的高度为主磁体水平截面的边长的一半或略高于主磁体水平截面的边长的一半。该结构装配时，由于异性相吸的结果可以平稳牢固的置于主磁体上方。实施例六如图9所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，该实施例中还增加了方锥形磁体结构6，结构6的高度为主磁体水平截面的边长的一半。该结构装配时，由于异性相吸的结果可以平稳牢固的置于主磁体上方。由于本实用新型的磁体结构产生的锥形圆顶状梯度磁场，能够在一定距离范围内呈现相对窄的磁场梯度分布，因此通过采用本实用新型的磁体结构，可以作为到磁性药物靶向治疗的关键部件，应用在医用靶向治疗设备上。具体应用实施例基于气管-支气管仿真模型的磁性气雾液滴在外磁场作用下的沉积实验采用玻璃制成的气管-支气管仿真模型，根据人体气管-支气管的解剖结构其参数如下气管段内径13mm，支气管段内径9mm，左支气管分叉角度26°，右支气管分叉角度36°。加入雾化器的Fe304颗粒的平均粒径为30纳米，饱和磁化强度为为21. 431emu/g,剩余磁化强度为O. 1016 emu/g。采用的雾化器为美国戴维斯便携式雾化器(Pulmo-Aide3655)，产生的物化液滴粒径在3. 6-4. O微米，气雾输出量为O. 3cc/min。实验过程中，将两个已经称取了重量的IOcm长的透明轻质塑料管分别接在代表左右支气管的分叉玻璃管上，作为延长部分可以取下来称出实验前后的重量差。然后将本实用新型实施例I所采用的磁体阵列置与右分叉管延长部分旁，磁体表面距管中心2cm。然后将上述的磁性纳米流体滴入雾化器的储液槽内，加至最大刻度处，将喷嘴接与气管玻璃管接好，做到不漏气，打开雾化器，15min后取下两边分叉管的延长部分，分别称取其重量。结果在雾化器工作的时间内，左分叉管的延长部分，在自然粘附和重力作用下包含有磁性纳米Fe304颗粒的气雾液滴会在管壁上沉积；右分叉管的延长部分，由于有磁场存在，所以在自然沉积作用下附加了很大 的外磁场力是磁性气雾液滴沉积在管壁上。用延长部分的重量增量AM的大小可以定量的表明沉积量，结果显示，右边延长管(置磁体边)的重量增量Λ MR约为左边延长管的重量增量AML的4.6倍。这说明本实用新型的作为磁性药物靶向的磁体阵列，可以使磁性气雾液滴可以很好的定域聚集，本实施例也同样说明了本实用新型特别适于肺部吸入磁性药物靶向治疗。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构，其特征在于所述结构包括采用永磁磁体的主磁体、第一辅磁体、第二辅磁体、第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块； 所述主磁体、第一辅磁体和第二辅磁体的主体为方形，第一辅磁体和第二辅磁体分别置于主磁体两边，并且三个磁体以相邻边对齐的方式贴近平行放置，第一辅磁体和第二辅磁体的高度小于主磁体； 所述第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块的结构类似，均包括两个相对设置且互为垂直投影的直角三角形侧面，两个三角形侧面的两斜边之间形成一倾斜面，两个三角形侧面的两组对应边之间分别形成两个方形面，两个楔形铁磁块分别放置在第一辅磁体和第二辅磁体上方，楔形铁磁块的倾斜面朝上，其中一个方形面贴近于辅磁体顶面，另一个方形面贴近主磁体侧面，从而两个楔形铁磁块以“八”字状对称分布于主磁体的两侧，在主磁体的顶部形成锥形圆顶状梯度磁场，第一辅磁体与第一楔形铁磁块、第二辅磁体与第二楔形铁磁块分别构成的两个组合体，其整体高度一致，并且与主磁体的顶面平齐。
2.根据权利要求I所述的一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构，其特征在于所述主磁体的方形顶面上设置有一附加的具有能形成一收缩顶点的结构，所述结构与下方的主磁体采用相同的永磁材料,且磁矩方向与主磁体相同。
3.根据权利要求2所述的一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构，其特征在于所述结构为半圆球形、楔形、方锥形或圆锥形，当采用半圆球形时，该圆顶的半径为主磁体水平截面的短边长的一半。
4.根据权利要求3所述的一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构，其特征在于主磁体、第一辅磁体和第二辅磁体的永磁材料采用钕铁硼、钐钴或铁氧体。
5.靶向治疗设备，其特征在于包括如权利要求I至4任一所述的能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构。
专利摘要本实用新型公开了一种能形成锥形圆顶状梯度磁场的结构及靶向治疗设备，结构包括采用永磁磁体的主磁体、第一辅磁体、第二辅磁体、第一楔形铁磁块和第二楔形铁磁块；主磁体、第一辅磁体和第二辅磁体的主体为方形，第一辅磁体和第二辅磁体分别置于主磁体两边，并且三个磁体以相邻边对齐的方式贴近平行放置，第一辅磁体和第二辅磁体的高度小于主磁体；两个楔形铁磁块分别放置在第一辅磁体和第二辅磁体上方，楔形铁磁块的倾斜面朝上，两个楔形铁磁块以“八”字状对称分布于主磁体的两侧，本实用新型的磁体结构可以作为磁性药物靶向引导磁体使用，紧凑的磁场及磁场梯度的分布可以在更小的空间范围上对磁性药物微粒进行控制，提高了靶向治疗的定位准确性。
文档编号H01F41/02GK202662419SQ20122025313
公开日2013年1月9日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者罗聪, 何为, 李廷玉, 籍勇亮, 朱静, 黄华, 朱朝敏, 单雪峰, 袁拥华, 段波 申请人:重庆医科大学附属儿童医院, 李廷玉, 罗聪, 何为, 徐征, 籍勇亮