纳米机器人控制系统的制作方法

[0001]
本发明涉及纳米机器人技术领域，更具体地说，涉及一种纳米机器人控制系统。


背景技术：

[0002]“脑瘤”在医学上的专业名称是“颅内肿瘤”。因为它不仅仅局限在脑子内部，还包括颅腔内脑组织以外的各种肿瘤，比如脑膜瘤和神经瘤等。
[0003]
颅内肿瘤是神经外科最常见的疾病之一，共有数十种。按照性质分为良性和恶性，54％为良性，46％为恶性。介于脑部毛细血管与脑组织之间的血脑屏障是一层难以通过的生理屏障，能够阻挡大多数外源物质进入脑内，临床上采用的中枢神经系统药物大多是能够扩散通过血脑屏障的小分子脂溶性物质，而这类药物已经远远不能满足临床需要，很多疾病的诊断和治疗需要大分子和水溶性物质。
[0004]
但是，传统的将这类大分子药物导入脑部的方法效果差，且危险性大。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种纳米机器人控制系统，技术方案如下：
[0006]
一种纳米机器人控制系统，所述纳米机器人控制系统包括：支撑板、支撑架、手术椅、ct扫描仪和矩阵磁场；
[0007]
其中，所述手术椅位于所述支撑板的中心区域，且所述手术椅的底部设置有升降装置，所述升降装置用于调节所述手术椅的垂直位置；
[0008]
所述支撑架的一端与所述ct扫描仪连接，另一端与所述支撑板连接，用于固定所述ct扫描仪，所述ct扫描仪用于确定所述待治疗患者的待治疗区域，并生成位置参数信息；
[0009]
所述矩阵磁场用于控制纳米机器人的运动状态，所述矩阵磁场连接有伸缩杆，所述伸缩杆用于依据所述位置参数信息调节所述矩阵磁场的垂直位置。
[0010]
优选的，所述矩阵磁场包括：多个磁场单元、承载装置和真空吸盘；
[0011]
其中，所述多个磁场单元阵列排布在所述承载装置上，用于控制所述纳米机器人的运动状态；
[0012]
所述真空吸盘固定在所述承载装置内侧壁，用于固定待治疗患者的头部。
[0013]
优选的，相邻两个所述磁场单元的间隔为5nm-100nm，包括端点值。
[0014]
优选的，所述承载装置为头戴式承载装置。
[0015]
优选的，所述真空吸盘的真空度为0.2pa-0.5pa，包括端点值。
[0016]
优选的，所述磁场单元包括：线圈、线棒、继电器和开关；
[0017]
其中，所述线圈缠绕在所述线棒上，用于在通电时将线棒磁化，产生磁场；
[0018]
所述磁场单元包括三种工作模式；
[0019]
第一种工作模式为断电模式，所述磁场单元无磁场；
[0020]
第二种工作模式为第一通电模式，所述磁场单元产生第一磁场；
[0021]
第三种工作模式为第二通电模式，所述磁场单元产生第二磁场；
[0022]
其中，所述第一磁场和所述第二磁场的磁极性相反。
[0023]
优选的，所述线棒为圆柱形线棒或头部尖形圆棒。
[0024]
优选的，所述线棒暴露在所述承载装置内空间的长度为10nm-10000nm，包括端点值。
[0025]
优选的，所述线棒在所述承载装置的固定槽内的角度为0
°-
45
°
，包括端点值。
[0026]
优选的，所述纳米机器人控制系统还包括：第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器；
[0027]
其中，所述第一控制器用于控制所述继电器，进而控制所述矩阵磁场；
[0028]
所述第二控制器用于控制所述真空吸盘；
[0029]
所述第三控制器用于控制所述伸缩杆；
[0030]
所述第四控制器用于控制所述升降装置；
[0031]
所述第五控制器用于控制所述ct扫描仪。
[0032]
优选的，所述纳米机器人控制系统还包括：第一操控屏、第二操控屏、第三操控屏、第四操控屏、第五操控屏、集成线路板和主控机；
[0033]
其中，所述第一操控屏通过所述主控机和所述集成线路板与所述第一控制器进行信息交互；
[0034]
所述第二操控屏通过所述主控机和所述集成线路板与所述第二控制器进行信息交互；
[0035]
所述第三操控屏通过所述主控机和所述集成线路板与所述第三控制器进行信息交互；
[0036]
所述第四操控屏通过所述主控机和所述集成线路板与所述第四控制器进行信息交互；
[0037]
所述第五操控屏通过所述主控机和所述集成线路板与所述第五控制器进行信息交互。
[0038]
优选的，所述纳米机器人的材料为铁材料或钴材料或镍材料或合金的纳米纳子材料或铁氧体材料。
[0039]
优选的，所述纳米机器人控制系统还包括：保护罩；其中，所述保护罩用于保护所述矩阵磁场。
[0040]
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
[0041]
该纳米机器人控制系统主要包括支撑板、支撑架、手术椅、ct扫描仪和矩阵磁场，可以将载药的纳米机器人精确安全的转运至活性靶点进行精准释放，可以减少药物用量，降低了药物不良反应，减少待治疗患者的痛苦，并且，该纳米机器人控制系统操作简单，且控制精度高。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
[0043]
图1为本发明实施例提供的一种纳米机器人控制系统的结构示意图；
[0044]
图2为本发明实施例提供的一种矩阵磁场的结构示意图；
[0045]
图3为本发明实施例提供的一种多个磁场单元排布的结构示意图；
[0046]
图4为本发明实施例提供的一种矩阵磁场的结构示意图；
[0047]
图5为本发明实施例提供的一种断电状态的磁场分布示意图；
[0048]
图6为本发明实施例提供的一种通电状态的磁场分布示意图；
[0049]
图7为本发明实施例提供的线棒的结构示意图；
[0050]
图8为本发明实施例提供的一种线棒位置示意图；
[0051]
图9为本发明实施例提供的另一种线棒位置示意图；
[0052]
图10为本发明实施例提供的另一种纳米机器人控制系统的结构示意图；
[0053]
图11为本发明实施例提供的一种纳米机器人运行示意图；
[0054]
图12为本发明实施例提供的一种磁场分布示意图。
具体实施方式
[0055]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0057]
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种纳米机器人控制系统的结构示意图，所述纳米机器人控制系统包括：支撑板7、支撑架6、手术椅4、ct扫描仪3和矩阵磁场2；
[0058]
其中，所述手术椅4位于所述支撑板7的中心区域，且所述手术椅4的底部设置有升降装置5，所述升降装置5用于调节所述手术椅4的垂直位置；
[0059]
所述支撑架6的一端与所述ct扫描仪3连接，另一端与所述支撑板7连接，用于固定所述ct扫描仪3，所述ct扫描仪3用于确定所述待治疗患者的待治疗区域，并生成位置参数信息；
[0060]
所述矩阵磁场2用于控制纳米机器人的运动状态，所述矩阵磁场2连接有伸缩杆1，所述伸缩杆1用于依据所述位置参数信息调节所述矩阵磁场2的垂直位置。
[0061]
在该实施例中，该纳米机器人控制系统主要包括支撑板7、支撑架6、手术椅4、ct扫描仪3和矩阵磁场2，可以将载药的纳米机器人精确安全的转运至活性靶点进行精准释放，可以减少药物用量，降低了药物不良反应，减少待治疗患者的痛苦，并且，该纳米机器人控制系统操作简单，且控制精度高。
[0062]
可选的，所述纳米机器人的材料为铁材料或钴材料或镍材料或合金的纳米纳子材料或铁氧体材料。
[0063]
所述纳米机器人用于作为载药机器人进行靶向治疗，还可以作为热疗时的加热介质，以及带尖锐的纳米机器人还可以进行手术切割。
[0064]
其中，所述手术椅4用于承载待治疗患者，通过控制所述升降装置5将所述手术椅4
将至最低位置，以方便待治疗患者进行坐立；当待治疗患者坐稳后，控制所述升降装置5进行升降操作，同时启动所述ct扫描仪3，以对待治疗患者的上半身进行ct诊断。
[0065]
需要说明的是，所述手术椅4上还配套设置有固定带，用于对待治疗患者进行固定。
[0066]
可选的，所述ct扫描仪3的影像引导设备采用siemens 64排螺旋ct，在开启矩阵磁场30分钟后ct扫描仪进行扫描一次，之后每隔20分钟扫描一次。
[0067]
需要说明的是，纳米机器人的覆盖范围超肿瘤范围5mm以上定义为完全覆盖。
[0068]
其中，所述ct扫描仪3的位置固定不变，包括但不限定于通过支撑板7和支撑架6进行固定。
[0069]
在该实施例中，所述伸缩杆1包括但不限定于通过气动装置实现上下移动，所述矩阵磁场2固定在所述伸缩杆1的一端，所述伸缩杆1的另一端固定在相应空间内的天花板上，以保证矩阵磁场2运动过程中不会发生摆动。
[0070]
通过伸缩杆1带动矩阵磁场2进行运动，以将矩阵磁场2固定在所需的位置，以平衡磁场推动纳米机器人精准移动。
[0071]
在实际应用情况下，未进行手术时，通过伸缩杆1将矩阵磁场升到最高处，避免矩阵磁场受到损伤。
[0072]
其中，该伸缩杆1通过控制器进行控制，可以保证升降高度的精确度，精准公差为0.02mm。
[0073]
需要说明的是，伸缩杆1的控制参数通过ct扫描仪3对待治疗患者进行扫描形成的三维坐标进行设定。
[0074]
进一步的，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种矩阵磁场的结构示意图，所述矩阵磁场2包括：多个磁场单元21、承载装置22和真空吸盘23；
[0075]
其中，所述多个磁场单元21阵列排布在所述承载装置22上，用于控制所述纳米机器人的运动状态；
[0076]
所述真空吸盘23固定在所述承载装置22内侧壁，用于固定待治疗患者的头部。
[0077]
在该实施例中，所述矩阵磁场2通过通、断电建立与纳米机器人之间的平衡磁力感应线，然后通过改变磁力大小来控制纳米机器人进行运动。其中，利用多个磁场单元21改变磁力大小的不均匀，进而产生推动力。
[0078]
其中，该控制方式主要包括：关闭一边的磁场单元、将相邻的磁场单元极性相反设置、增大某一区域磁场单元的电流或电压、或利用海尔贝克阵列原理等。
[0079]
需要说明的是，所述承载装置22包括但不限定为头戴式承载装置，其方便与待治疗患者的头部进行适应性佩戴。
[0080]
进一步的，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种多个磁场单元排布的结构示意图，多个所述磁场单元21按照阵列排布方式进行排布，在行方向上，相邻两个磁场单元21的间隔为l2；在列方向上，相邻两个磁场单元21的间隔为l3，该间隔l2和间隔l3决定了纳米机器人的运行精度，在本发明实施例中，间隔l2和间隔l3可以相等也可以不等，其间隔范围为5nm-100nm，可以保证纳米机器人的运动速度最小为5nm/min-100nm/min。
[0081]
进一步的，所述真空吸盘23固定在矩阵磁场2四周，其主要用于通过抽真空的方式将真空吸盘23与人体大脑周围的皮肤真空吸附，用于固定头部框架。
[0082]
该真空吸盘23具有伸缩功能，用来调节矩阵磁场2与头皮层之间的距离，以保证整个头部框架平衡。
[0083]
并且，通过伸缩功能可以调节纳米机器人在颅内腔受到的磁力大小，进一步提高了纳米机器人的控制精度。
[0084]
需要说明的是，在进行治疗时，需将待治疗患者的头发去除干净，以保证真空吸盘与待治疗患者头部之间的稳定性。
[0085]
其中，所述真空吸盘23的真空度为0.2pa-0.5pa，包括端点值。
[0086]
进一步的，参考图4，图4为本发明实施例提供的一种矩阵磁场的结构示意图，所述磁场单元22包括：线圈41、线棒42、继电器43和开关44；
[0087]
其中，所述线圈41缠绕在所述线棒42上，用于在通电时将线棒42磁化，产生磁场；
[0088]
所述磁场单元22包括三种工作模式；
[0089]
第一种工作模式为断电模式，所述磁场单元无磁场；
[0090]
第二种工作模式为第一通电模式，所述磁场单元产生第一磁场；
[0091]
第三种工作模式为第二通电模式，所述磁场单元产生第二磁场；
[0092]
其中，所述第一磁场和所述第二磁场的磁极性相反。
[0093]
在该实施例中，如图5和图6所示，图5表示断电状态的磁性示意图，图6表示通电状态下的磁性示意图。
[0094]
当所述磁场单元处于断电模式时，即开关处于常闭端，此时没有磁场；
[0095]
当所述磁场单元处于第一通电模式(+/-)时，产生第一磁场，为n-s；
[0096]
当所述磁场单元处于第二通电模式(-/+)时，产生第二磁场，为s-n。
[0097]
可选的，所述线圈41包括但不限定于纳米线圈，其线圈41直径为100nm-10000nm，包括端点值。
[0098]
进一步的，参考图7，图7为本发明实施例提供的线棒的结构示意图，所述线棒42为圆柱形线棒或头部尖形圆棒。
[0099]
在该实施例中，所述线棒42的直径l1为10nm-1000nm，包括端点值；所述线棒42的长度h可根据具体的设置空间而定。
[0100]
进一步的，参考图8，图8为本发明实施例提供的一种线棒位置示意图，所述线棒42暴露在所述承载装置22内空间的长度为10nm-10000nm，包括端点值。
[0101]
在该实施例中，所述线棒42暴露在所述承载装置22内空间的长度h1的距离过长时，控制精度越高，但是越容易受损，磁力也会减小，因此，在本申请中将所述线棒42暴露在所述承载装置22内空间的长度h1为10nm-10000nm，包括端点值。
[0102]
其中，所述线棒42的材料包括但不限定于纳米级材料，优选采用软磁材料，其具有磁导率大、易磁化、易退磁、饱和磁感应强度大、矫顽(hc)小、磁滞回线的面积窄而长、损耗小(hdb面积小)等优点。
[0103]
例如，磁纯铁和硅钢坡莫合金(fe、ni)铁氧体。
[0104]
进一步的，参考图9，图9为本发明实施例提供的另一种线棒位置示意图，所述线棒42在所述承载装置22的固定槽内的角度为0
°-
45
°
，包括端点值。
[0105]
在该实施例中，由于纳米机器人的运动轨迹一般是上下、左右、前后等，在前行时将线棒42倾斜45
°
会更有利于纳米机器人前进。
[0106]
进一步的，如图8所示，所述纳米机器人控制系统还包括：保护罩；其中，所述保护罩用于保护所述矩阵磁场。
[0107]
其中，所述保护罩用于保护所述矩阵磁场不受外界干扰与灰尘侵扰等。
[0108]
进一步的，参考图10，图10为本发明实施例提供的另一种纳米机器人控制系统的结构示意图，所述纳米机器人控制系统还包括：第一控制器101、第二控制器102、第三控制器103、第四控制器104和第五控制器105；
[0109]
其中，所述第一控制器101用于控制所述继电器43，进而控制所述矩阵磁场2；
[0110]
所述第二控制器102用于控制所述真空吸盘23；
[0111]
所述第三控制器103用于控制所述伸缩杆1；
[0112]
所述第四控制器104用于控制所述升降装置5；
[0113]
所述第五控制器105用于控制所述ct扫描仪3。
[0114]
所述纳米机器人控制系统还包括：第一操控屏106、第二操控屏107、第三操控屏108、第四操控屏109、第五操控屏110、集成线路板112和主控机111；
[0115]
其中，所述第一操控屏106通过所述主控机111和所述集成线路板112与所述第一控制器101进行信息交互；
[0116]
所述第二操控屏107通过所述主控机111和所述集成线路板112与所述第二控制器102进行信息交互；
[0117]
所述第三操控屏108通过所述主控机111和所述集成线路板112与所述第三控制器103进行信息交互；
[0118]
所述第四操控屏109通过所述主控机111和所述集成线路板112与所述第四控制器104进行信息交互；
[0119]
所述第五操控屏110通过所述主控机111和所述集成线路板112与所述第五控制器105进行信息交互。
[0120]
在该实施例中，通过第一操控屏106控制继电器43可以控制每个磁场单元的三种工作模式，可以精确至每个磁场单元的磁场极向，在理想情况下，每一排相邻两个磁场单元的磁场极向相反，有利于发挥磁场的组合磁力。
[0121]
通过第二操控屏107控制真空吸盘23通过抽真空的方式将吸盘与人体大脑周围的皮肤真空吸附，用于固定头部框架。
[0122]
通过第三操控屏108控制伸缩杆1实现上下移动，根据待治疗患者的位置，实现最佳平衡磁场。
[0123]
通过第四操控屏109控制所述升降装置5将所述手术椅将至最低位置，以方便待治疗患者进行坐立；当待治疗患者坐稳后，控制所述升降装置进行升降操作，同时启动所述ct扫描仪，以对待治疗患者的上半身进行ct诊断。
[0124]
通过第五操控屏110控制所述ct扫描仪3进行扫描，形成三维坐标参数。
[0125]
需要说明的是，如图10所示，该纳米机器人控制系统还设置有相对应的多个传感器。
[0126]
下面以举例的形式对本申请的具体执行过程进行简单阐述。
[0127]
如图11所示，在待治疗患者进行手术之前1小时注射纳米机器人，给药途径包括但不限定于采用脑部注射或鼻腔给药或颈部经脉注射的方法等。
[0128]
启动第四操控屏，控制升降装置将所述手术椅将至最低位置，待治疗患者坐入手术椅后，通过固定带固定。
[0129]
启动第五操控屏，控制ct扫描仪处于工作状态，并且控制所述升降装置进行升降操作，同时启动所述ct扫描仪，以对待治疗患者的上半身进行ct诊断，并将相应的数据传输至主控机。
[0130]
启动第三操控屏，根据ct扫描仪的影像数据，控制伸缩杆实现上下移动，将矩阵磁场将至工作区域，此时该位置不需要精确。
[0131]
启动第二操控屏，根据ct扫描仪的影像数据，控制真空吸盘通过抽真空的方式将吸盘与人体大脑周围的皮肤真空吸附，根据真空吸盘的伸缩功能，对距离进行微调，以使待治疗患者具有最优磁场间隙。
[0132]
启动第一操控屏，控制每个磁场单元通电，产生磁场，开启后的极向为统一磁场磁极向，电压、电流和功率等参数相同，上面为s极，下面为n极。
[0133]
如图12所示，通过第一操控屏设置单数排第一个矩阵单元为s，第二个为n，相邻之间s、n交错排列；双数和单数排双是s、n交错排列。
[0134]
然后只留肿瘤区域的磁场，例如图11中1-20的位置，其余区域磁场关闭。
[0135]
产生推进力的原理为：关闭17和18的磁场后，12和13的磁场能吸引纳米机器人向前运动，运动速度为5nm/min，增大12和13的电流和电压可以加快速度，改变12和13的磁场极向或增强12或13中的一个电流可以使纳米机器人发生转弯运行。
[0136]
当纳米机器人达到12和13的中间区域时，同样的操作方式，将纳米机器人控制至7和8的区域。
[0137]
重复循环上述步骤，开启矩阵磁场30分钟后ct扫描仪进行扫描一次，之后每隔20分钟扫描一次，纳米机器人的覆盖范围超肿瘤范围5mm以上定义为完全覆盖。
[0138]
通过上述描述可知，该纳米机器人控制系统主要包括支撑板、支撑架、手术椅、ct扫描仪和矩阵磁场，可以将载药的纳米机器人精确安全的转运至活性靶点进行精准释放，可以减少药物用量，降低了药物不良反应，减少待治疗患者的痛苦，并且，该纳米机器人控制系统操作简单，且控制精度高。
[0139]
以上对本发明所提供的一种纳米机器人控制系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
[0140]
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0141]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，
或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0142]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。