一種心臟磁導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)的磁場發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】一種心臟磁導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)的磁場發(fā)生裝置，八個超導(dǎo)磁體(7)對稱布置在以正六面體四個斜對角線形成的四軸斜交坐標軸上。導(dǎo)航區(qū)域(4)的中心位于四軸斜交坐標系的原點，導(dǎo)航區(qū)域(4)內(nèi)有超導(dǎo)磁體(7)產(chǎn)生的均勻磁場。導(dǎo)管(23)前端內(nèi)裝有永磁環(huán)(24)，永磁環(huán)(24)的在導(dǎo)航區(qū)域(4)內(nèi)受到均勻磁場施加的扭矩而與磁場方向平行；通過輸入控制單元(19)輸入方向指令給控制器(20)，控制器(20)再將指令轉(zhuǎn)化為控制信號給超導(dǎo)磁體電源(21)，通過改變八個超導(dǎo)磁體(7)中電流的大小來調(diào)整導(dǎo)航區(qū)域(4)內(nèi)的磁場方向，從而控制導(dǎo)管(23)的端部方向，實現(xiàn)對導(dǎo)管(23)導(dǎo)航。
【專利說明】一種心臟磁導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)的磁場發(fā)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種醫(yī)療器械裝置，特別涉及一種用于介入式心臟磁導(dǎo)航系統(tǒng)的磁場 發(fā)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 心臟介入手術(shù)目前在臨床上已得到了廣泛應(yīng)用。目前能實施心臟介入手術(shù)的醫(yī)院 多采用手動式插管技術(shù)。其工作原理是醫(yī)生站在病人身邊在X光機成像的引導(dǎo)下手工操作 導(dǎo)管實現(xiàn)的，在插管的過程中，通過回拉導(dǎo)絲使導(dǎo)管的頭端實現(xiàn)一定的轉(zhuǎn)向或彎曲而進入 目標。采用手動插管式心臟介入手術(shù)可以診治大部分心血管疾病，但是對于一些復(fù)雜病例， 手動插管式心臟介入手術(shù)系統(tǒng)在導(dǎo)向能力和定位精度方面還有待提高。由于介入醫(yī)生位于 導(dǎo)管床旁間斷或者地在X光照射下工作，雖然有防輻射衣服，身體也難免受到小劑量X射線 的損傷，加之防輻射服非常笨重，會使介入醫(yī)生在手術(shù)過程中十分不適。此外，手動式心臟 介入手術(shù)還具有操控速度慢、手術(shù)時間長以及定位精度低等缺點。文獻【Sabine Ernst, et al., Initial Experience With Remote Catheter Ablation Using a Novel Magnetic Navigation System:Magnetic Remote Catheter Ablation, Circulation, March30,2004] 給出了一種永磁式磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)。其工作原理是利用磁場來引導(dǎo)導(dǎo)管的行進方 向，并通過自動推進器使導(dǎo)管自動快速到達所需要的位置。該永磁式磁導(dǎo)航系統(tǒng)還與心臟 標測系統(tǒng)相結(jié)合，使得介入醫(yī)生可以遠離手術(shù)臺完成大部分心血管介入手術(shù)，避免X光照 射。其核心部件是兩個可轉(zhuǎn)動的永磁鐵形成的半球形磁體，半球形磁體在病人心臟部位產(chǎn) 生球形勻場區(qū)。導(dǎo)管端部內(nèi)裝有永磁鐵塊，通過調(diào)整勻場區(qū)磁場的方向就可以調(diào)整導(dǎo)管端 部的前進方向。永磁式磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了介入醫(yī)生能在遠離手術(shù)臺的條 件下完成心血管介入手的愿望，但是由于永磁式磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)的磁場是由永磁 鐵來產(chǎn)生的，磁場方向的改變是通過旋轉(zhuǎn)半球形永磁體來實現(xiàn)的，受旋轉(zhuǎn)空間的限制，永磁 式磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)只能對大部分的心血管疾病實施診治，對一些難以進入或者定 位的病例還難以治療。此外，由于受到機械慣性以及磁場強度的限制，其導(dǎo)航的響應(yīng)速度不 會太快，導(dǎo)航精度也會受到一定的限制。采用常規(guī)電磁鐵來實現(xiàn)心臟磁導(dǎo)航介入手術(shù)可以 提高手術(shù)操作系統(tǒng)的速度和操作精度，但是其體積和功耗都巨大，這都限制了基于常規(guī)電 磁鐵的磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)的大范圍應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有永磁式磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)中磁場發(fā)生裝置的不 足，提出一種用于磁導(dǎo)航心臟介入手術(shù)系統(tǒng)的磁場發(fā)生裝置。本發(fā)明具有磁場定向快和磁 場強度高的優(yōu)點。
[0004] 本發(fā)明裝置包括上支撐架、下支撐架、立柱、中心柱、超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁體電源、磁 場檢測裝置、輸入控制單元、控制器、顯示單元、導(dǎo)航區(qū)域，以及導(dǎo)管。
[0005] 所述的上支撐架和下支撐架為兩個同軸放置的環(huán)形機械結(jié)構(gòu)，上支撐架和下支撐 架通過四根立柱固定在一起，四根所述的立柱沿環(huán)向均勻布置且與環(huán)形機械結(jié)構(gòu)軸心平 行。上支撐架和下支撐架與四根立柱所構(gòu)成的八個結(jié)合點在幾何結(jié)構(gòu)上位于正六面體的八 個頂點上。在上支撐架和下支撐架與立柱的八個結(jié)合點處分別裝有八個中心柱，八個中心 柱長度相等且均有螺紋，八個中心柱對稱布置在以A軸、B軸、C軸和D軸所構(gòu)成的四軸斜 交坐標軸上，坐標原點位于上支撐架、下支撐架和四個立柱所組成結(jié)構(gòu)的中心點，相鄰兩個 坐標軸之間的夾角為70. 5°。超導(dǎo)磁體共有八個，分別安裝在八個中心柱上，超導(dǎo)磁體的兩 端用緊固螺母固定。位于同一坐標軸的兩個超導(dǎo)磁體為一對，八個超導(dǎo)磁體分為四對。一 對超導(dǎo)磁體串聯(lián)連接，使得一對超導(dǎo)磁體通電后產(chǎn)生的磁場方向相同。磁場檢測裝置安裝 在中心柱端部中心位置，磁場檢測裝置用來檢測超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場強度是否滿足設(shè)定要 求。導(dǎo)航區(qū)域為八個超導(dǎo)磁體所包圍的區(qū)域內(nèi)部的一個球狀區(qū)域，八個超導(dǎo)磁體在導(dǎo)航區(qū) 域內(nèi)產(chǎn)生方向可調(diào)的均勻磁場，導(dǎo)航區(qū)域中心位于四軸斜交坐標系的原點。導(dǎo)航區(qū)域的直 徑小于磁場檢測裝置到原點的距離。每臺所述的超導(dǎo)磁體電源的輸出連接至位于同一坐標 軸的一對超導(dǎo)磁體。導(dǎo)管為可移動部件，與本發(fā)明裝置中其它部分無機械接觸。導(dǎo)管的前 端內(nèi)裝有三個永磁環(huán)。導(dǎo)管的工作區(qū)域為導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)部，導(dǎo)管移動至導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)時，超導(dǎo)磁 體產(chǎn)生的磁場開始對導(dǎo)管進行導(dǎo)航。
[0006] 所述的輸入控制單元的輸出連接控制器的輸入，控制器的輸出與顯示單元連接； 控制器的輸出同時與四個超導(dǎo)磁體電源連接，每個超導(dǎo)磁體電源為一對超導(dǎo)磁體供電。超 導(dǎo)磁體通電后在導(dǎo)航區(qū)域產(chǎn)生電磁場，磁場檢測裝置將檢測的磁場信息反饋至控制器。所 述的輸入控制單元為指令輸入單元，由介入醫(yī)生根據(jù)手術(shù)需要輸入指定的三維磁場方向， 輸入控制單元將介入醫(yī)生輸入的模擬控制量轉(zhuǎn)化控制器能識別的數(shù)字量，送入控制器?？?制器將三維的磁場方向轉(zhuǎn)化為實際控制需要的四軸方向控制量，并施加響應(yīng)的控制策略， 然后將控制量分別傳給四個超導(dǎo)磁體電源。每臺所述的超導(dǎo)磁體電源對位于同一坐標軸的 一對超導(dǎo)磁體串聯(lián)供電，一對超導(dǎo)磁體通電后產(chǎn)生的中心磁場方向一致。八個超導(dǎo)磁體產(chǎn) 生四個斜交軸方向上的電磁場。由于磁場是矢量場，通過調(diào)整四對超導(dǎo)磁體上的勵磁電流， 就可以產(chǎn)生一定強度的任意方向上的穩(wěn)態(tài)磁場。超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場通過磁場檢測裝置進 行檢測，檢測的磁場信息反饋至控制器，以實現(xiàn)閉環(huán)控制，使超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的磁場方向跟介 入醫(yī)生輸入的磁場方向相一致。控制器將檢測的磁場信息經(jīng)過處理后，送給顯示單元，控制 器同時將輸入控制單元輸入磁場方向傳送給顯示單元，顯示單元實時顯示指定磁場方向和 導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)的實測磁場方向。
[0007] 所述的超導(dǎo)磁體包括制冷機、低溫容器、冷屏和超導(dǎo)線圈。低溫容器為圓筒形結(jié)構(gòu) 的密閉容器，沿低溫容器的中軸線方向有一溫孔貫穿低溫容器。所述的制冷機安裝在低溫 容器的上端，制冷機的一級冷頭位于低溫容器內(nèi)部。冷屏為圓筒形結(jié)構(gòu)，沿軸向方向有一通 ?L，該通孔與低溫容器的溫孔同軸。冷屏置于低溫容器內(nèi)部，通過拉桿固定在低溫容器的上 端蓋下部，同時冷屏的上端面與制冷機的一級冷頭的下端面通過螺栓緊固在一起。所述的 超導(dǎo)線圈為圓柱形結(jié)構(gòu)，沿中心軸有一通孔。超導(dǎo)線圈置于冷屏內(nèi)部，通過拉桿固定在低溫 容器的上端蓋下部，同時超導(dǎo)線圈的上端面與制冷機的二級冷頭的下端面通過螺栓緊固在 一起。
[0008] 所述的超導(dǎo)線圈包括中心筒、端板、絕緣板和雙餅。中心筒為金屬圓管結(jié)構(gòu)，兩端 加工有螺紋。所述的雙餅、端板和絕緣板均為圓餅狀結(jié)構(gòu)，雙餅、端板和絕緣板的軸心線有 圓形通孔，通孔的直徑與中心筒的外徑相同。雙餅與絕緣板同軸，交替布置。雙餅與絕緣板 的上、下兩端放置有端板；中心筒穿過雙餅、絕緣板和端板的通孔，端板兩側(cè)用螺栓緊固。
[0009] 所述的雙餅為高溫超導(dǎo)帶材繞制，更進一步的，繞制雙餅的高溫超導(dǎo)帶材為YBC0 帶材。
[0010] 所述的導(dǎo)管前端內(nèi)裝有三個永磁環(huán)，永磁環(huán)磁矩的方向與永磁環(huán)中心軸平行，且 指向?qū)Ч芏瞬?。永磁環(huán)的在導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)受到均勻磁場施加的扭矩，使得永磁環(huán)的磁矩與均 勻磁場平行，永磁環(huán)與外磁場平行。永磁環(huán)受到的扭矩為T m = Μ · B · Am · u · sin( Θ )，
[0011] 其中：M為永磁環(huán)的磁矩幅值，B為永磁環(huán)所在位置的磁場強度幅值，A"為永磁環(huán) 的截面積，L"為永磁環(huán)的軸向長度，Θ為永磁環(huán)的磁矩矢量Μ跟永磁環(huán)所在位置的磁場強 度Β之間的夾角。這樣通過調(diào)整導(dǎo)航區(qū)域內(nèi)均勻磁場的方向就可以控制導(dǎo)管的端部方向。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：通過改變八個超導(dǎo)磁體中的電流可以方便而且快速的改變 導(dǎo)航區(qū)域的磁場方向和強度，省去了永磁式磁導(dǎo)航設(shè)備中用來改變磁場方向的機械軸承部 分，既提高了磁導(dǎo)航系統(tǒng)的響應(yīng)速度，又降低了設(shè)備噪聲，使患者處于一個相對舒適的就醫(yī) 環(huán)境。此外，由于本發(fā)明的磁導(dǎo)航裝置不受旋轉(zhuǎn)空間的限制，通過控制超導(dǎo)磁體電流可以產(chǎn) 生任意三維方向的磁場，使得對導(dǎo)管的導(dǎo)航方向沒有死角，可以方便地對銳角分枝血管或 者是血管結(jié)構(gòu)變異較大的部位進行導(dǎo)航控制，擴展了介入式心臟手術(shù)的適用范圍，也提高 了手術(shù)成功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明裝置的整體示意圖。圖中：1上支撐架,2下支撐架，3立柱，4導(dǎo)航區(qū) 域，5緊固螺母，6中心柱，7超導(dǎo)磁體；
[0014] 圖2為本發(fā)明裝置的超導(dǎo)磁體7在軸線所在平面上的剖視圖。圖中：8制冷機，9 低溫容器，10冷屏，11超導(dǎo)線圈，12制冷機的一級冷頭，13制冷機的二級冷頭；
[0015] 圖3為本發(fā)明裝置的超導(dǎo)線圈11在軸線所在平面上的剖視圖。圖中：14中心筒， 15雙餅，16端板，17絕緣板；
[0016] 圖4為本發(fā)明裝置的電氣連接圖。圖中：19輸入控制單元，20控制器，18顯示單 元，21超導(dǎo)磁體電源，22磁場檢測裝置，4導(dǎo)航區(qū)域，7超導(dǎo)磁體；
[0017] 圖5為本發(fā)明裝置的導(dǎo)管示意圖。圖中：23導(dǎo)管，24永磁環(huán)。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(fā)明。
[0019] 本發(fā)明裝置包括上支撐架1、下支撐架2、立柱3、中心柱6、超導(dǎo)磁體7、超導(dǎo)磁體 電源21、磁場檢測裝置22、輸入控制單元19、控制器20、顯示單元18、導(dǎo)航區(qū)域4,以及導(dǎo)管 23〇
[0020] 如圖1所示，所述的上支撐架1和下支撐架2為兩個同軸放置的環(huán)形機械結(jié)構(gòu)。上 支撐架1和下支撐架2通過四根立柱3固定在一起。四根立柱3沿環(huán)向均勻布置，并與環(huán) 形機械結(jié)構(gòu)的軸心平行。上支撐架1和下支撐架2與四根立柱3所構(gòu)成的八個結(jié)合點在幾 何結(jié)構(gòu)上正好位于正六面體的八個頂點上。八個結(jié)合點上分別裝有八個中心柱6,八個中心 柱6的長度相等且均有螺紋。八個中心柱6對稱布置在以Α軸、Β軸、C軸和D軸所構(gòu)成的 四軸斜交坐標軸上，坐標原點位于上支撐架1、下支撐架2和四個立柱3所組成結(jié)構(gòu)的中心 點，相鄰兩個坐標軸之間的夾角為70.5°。超導(dǎo)磁體7共有八個，分別安裝在八個中心柱6 上。超導(dǎo)磁體7的兩端用緊固螺母5固定。八個超導(dǎo)磁體7距離四軸斜交坐標系原點的距 離相等。位于同一坐標軸的兩個超導(dǎo)磁體7為一對，一對超導(dǎo)磁體7串聯(lián)連接起來，使得一 對超導(dǎo)磁體7通電后產(chǎn)生的磁場方向相同。八個超導(dǎo)磁體7分為四對分布在四軸斜交坐標 系的四個軸上。導(dǎo)航區(qū)域4為八個超導(dǎo)磁體7所包圍的區(qū)域內(nèi)部的一個球狀區(qū)域，八個超 導(dǎo)磁體7在導(dǎo)航區(qū)域4內(nèi)產(chǎn)生方向可調(diào)的均勻磁場，導(dǎo)航區(qū)域4中心位于四軸斜交坐標系 的原點。磁場檢測裝置22安裝在中心柱6靠近導(dǎo)航區(qū)域4的端部中心位置，磁場檢測裝置 22用來檢測超導(dǎo)磁體7產(chǎn)生的磁場強度是否滿足設(shè)定要求。導(dǎo)航區(qū)域4的直徑小于磁場檢 測裝置22到原點的距離。
[0021] 所述的上支撐架1和下支撐架2可以是矩形、橢圓形或其它形狀，但要滿足支撐超 導(dǎo)磁體7所需要機械強度，同時滿足八個超導(dǎo)磁體7在空間上沿四軸斜交坐標軸對稱分布 的要求。
[0022] 所述的立柱3可以具有一定的弧度或其它裝飾性外表，但要滿足支撐超導(dǎo)磁體7 所需要機械強度，同時滿足八個超導(dǎo)磁體7在空間上沿四軸斜交坐標軸對稱分布的要求。
[0023] 如圖2所示，所述的超導(dǎo)磁體7包括制冷機8、低溫容器9、冷屏10和超導(dǎo)線圈11。 低溫容器9為圓筒形結(jié)構(gòu)的密閉容器，沿低溫容器9的中軸線方向有一溫孔貫穿低溫容器 9。所述的制冷機8安裝在低溫容器9的上端，制冷機8的一級冷頭12位于低溫容器9內(nèi) 部。冷屏10為圓筒形結(jié)構(gòu)，沿軸向方向有一通孔，該通孔與低溫容器9的溫孔同軸。冷屏 10置于低溫容器9內(nèi)部，通過拉桿固定在低溫容器9的上端蓋下部，同時冷屏10的上端面 與制冷機8的一級冷頭12的下端面通過螺栓緊固在一起。所述的超導(dǎo)線圈11為圓柱形結(jié) 構(gòu)，沿中心軸有一通孔。超導(dǎo)線圈11置于冷屏10內(nèi)部，通過拉桿固定在低溫容器9的上端 蓋下部，同時超導(dǎo)線圈11的上端面與制冷機8的二級冷頭13的下端面通過螺栓緊固在一 起。
[0024] 如圖3所示，所述的超導(dǎo)線圈11包括中心筒14、端板16、絕緣板17和雙餅15。中 心筒14為金屬圓管結(jié)構(gòu)，兩端加工有螺紋。所述的雙餅25、端板16和絕緣板17均為圓餅 狀結(jié)構(gòu)，雙餅25、端板16和絕緣板17的軸心線有圓形通孔，該通孔的直徑與中心筒14的外 徑相同。雙餅15與絕緣板17同軸，交替布置，雙餅15與絕緣板17的上、下兩端放置端板 16,中心筒14穿過雙餅15、絕緣板17和端板16的通孔，端板16兩側(cè)用螺栓緊固。
[0025] 所述的雙餅15為高溫超導(dǎo)帶材繞制，更進一步的，繞制雙餅15的高溫超導(dǎo)帶材為 YBC0帶材。
[0026]由于本發(fā)明裝置在四軸上結(jié)構(gòu)相同，電氣連接也相同，這里僅以A軸為例進行說 明。如圖4所示，輸入控制單元19的輸出連接控制器20的輸入，控制器20的輸出與顯示 單元18連接；控制器20同時也和四個超導(dǎo)磁體電源21連接，磁場檢測裝置22檢測的磁場 信息反饋至控制器20。所述的輸入控制單元19為指令輸入單元，由介入醫(yī)生根據(jù)手術(shù)需 要輸入指定的三維磁場方向，輸入控制單元19將介入醫(yī)生輸入的模擬控制量轉(zhuǎn)化為控制 器20能識別的數(shù)字量，送入控制器20?？刂破?0將三維的磁場方向轉(zhuǎn)化為實際控制需要 的四軸方向控制量，并施加響應(yīng)的控制策略，然后將控制量分別傳給四個超導(dǎo)磁體電源21。 每臺所述的超導(dǎo)磁體電源21對位于同一坐標軸的一對超導(dǎo)磁體7串聯(lián)供電，一對超導(dǎo)磁體 7通電后產(chǎn)生的中心磁場方向一致。八個超導(dǎo)磁體7產(chǎn)生四個斜交軸方向上的電磁場。由 于磁場是矢量場，通過調(diào)整四對超導(dǎo)磁體7上的勵磁電流，便可產(chǎn)生一定強度的任意方向 上的穩(wěn)態(tài)磁場。超導(dǎo)磁體7產(chǎn)生的磁場通過磁場檢測裝置22進行檢測，檢測的磁場信息反 饋至控制器20,以實現(xiàn)閉環(huán)控制，使超導(dǎo)磁體7產(chǎn)生的磁場方向跟介入醫(yī)生輸入的磁場方 向相一致?？刂破?0將檢測的磁場信息經(jīng)過處理后，送給顯示單元18,控制器20同時將輸 入控制單元19輸入磁場方向傳送給顯不單兀18,顯不單兀18實時顯示指定磁場方向和導(dǎo) 航區(qū)域4內(nèi)的實測磁場方向。
[0027] 導(dǎo)管23為可移動部件，與本發(fā)明裝置中其它部分無機械接觸。導(dǎo)管23的前端內(nèi) 裝有永磁環(huán)24。導(dǎo)管23的工作區(qū)域為導(dǎo)航區(qū)域4內(nèi)部，導(dǎo)管23移動至導(dǎo)航區(qū)域4內(nèi)時，超 導(dǎo)磁體7產(chǎn)生的磁場開始對導(dǎo)管23進行導(dǎo)航。如圖5所示，所述的導(dǎo)管23前端內(nèi)裝有三 個永磁環(huán)24,永磁環(huán) 24磁矩的方向與永磁環(huán)24中心軸平行，且指向?qū)Ч?3端部。永磁環(huán) 24的在導(dǎo)航區(qū)域4內(nèi)受到均勻磁場施加的扭矩，使得永磁環(huán)24的磁矩與均勻磁場平行，從 而使得永磁環(huán)24與外磁場平行。永磁環(huán)24受到的扭矩為T m = Μ · B · Am · Lm · sin ( Θ )， [0028] 其中：M為永磁環(huán)24的磁矩幅值，B為永磁環(huán)24所在位置的磁場強度幅值， Am為 永磁環(huán)24的截面積，Lra為永磁環(huán)24的軸向長度，Θ為永磁環(huán)24的磁矩矢量Μ跟永磁環(huán)24 所在位置的磁場強度Β之間的夾角。這樣通過調(diào)整導(dǎo)航區(qū)域4內(nèi)均勻磁場的方向就可以控 制導(dǎo)管23的端部方向。
[0029] 所述的永磁環(huán)24的制作材料為釹鐵硼。
【權(quán)利要求】
1. 一種心臟磁導(dǎo)航手術(shù)系統(tǒng)的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的磁場發(fā)生裝置包括 上支撐架（1)、下支撐架（2)、立柱（3)、中心柱（6)、超導(dǎo)磁體（7)、超導(dǎo)磁體電源（21)、磁場 檢測裝置（22)、輸入控制單元（19)、控制器（20)、顯示單元（18)、導(dǎo)航區(qū)域（4)，以及導(dǎo)管 (23);所述的上支撐架⑴和下支撐架⑵為兩個同軸放置的環(huán)形機械結(jié)構(gòu)，上支撐架（1) 和下支撐架（2)通過四根立柱（3)固定在一起，四根立柱（3)沿環(huán)向均勻布置，且與環(huán)形機 械結(jié)構(gòu)的軸心平行；上支撐架（1)和下支撐架（2)與四根立柱（3)所構(gòu)成的八個結(jié)合點在 幾何結(jié)構(gòu)上位于正六面體的八個頂點上；八個結(jié)合點上分別裝有八個中心柱（6),八個中 心柱（6)長度相等且均有螺紋，八個中心柱（6)對稱布置在以Α軸、Β軸、C軸和D軸所構(gòu) 成的四軸斜交坐標軸上，坐標原點位于上支撐架（1)、下支撐架（2)和四個立柱（3)所組成 結(jié)構(gòu)的中心點，相鄰兩個坐標軸之間的夾角為70. 5° ;八個超導(dǎo)磁體（7)分別安裝在八個 中心柱（6)上，超導(dǎo)磁體（7)的兩端用緊固螺母（5)固定；八個超導(dǎo)磁體（7)距離四軸斜 交坐標系原點的距離相等；位于同一坐標軸的兩個超導(dǎo)磁體（7)為一對，一對超導(dǎo)磁體（7) 串聯(lián)連接，使得一對超導(dǎo)磁體（7)通電后產(chǎn)生的磁場方向相同；八個超導(dǎo)磁體（7)分為四 對，分別布置在四軸斜交坐標系的四個軸上；導(dǎo)航區(qū)域（4)為八個超導(dǎo)磁體（7)所包圍的 區(qū)域內(nèi)部的一個球狀區(qū)域，八個超導(dǎo)磁體（7)在導(dǎo)航區(qū)域（4)內(nèi)產(chǎn)生方向可調(diào)的均勻磁場， 導(dǎo)航區(qū)域（4)的中心位于四軸斜交坐標系的原點；導(dǎo)航區(qū)域的直徑小于磁場檢測裝置到原 點的距離；所述的磁場檢測裝置（22)安裝在中心柱（6)端部中心位置；所述的輸入控制單 元（19)的輸出連接控制器（20)的輸入，控制器（20)的輸出與顯示單元（18)連接；控制器 (20)同時也和四個超導(dǎo)磁體電源（21)連接，磁場檢測裝置（22)檢測的磁場信息反饋至控 制器（20);每臺所述的超導(dǎo)磁體電源（21)的輸出連接至位于同一坐標軸的一對超導(dǎo)磁體 (7) ;所述的導(dǎo)管（23)為可移動部件，與其它部分無機械接觸；導(dǎo)管（23)前端內(nèi)裝有永磁 環(huán)（24)，導(dǎo)管（23)的工作區(qū)域為導(dǎo)航區(qū)域⑷內(nèi)部，導(dǎo)管（23)移動至導(dǎo)航區(qū)域⑷內(nèi)時， 超導(dǎo)磁體（7)產(chǎn)生的磁場開始對導(dǎo)管（23)導(dǎo)航。
2. 按照權(quán)利要求1所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的超導(dǎo)磁體（7)包括制冷機 (8) 、低溫容器（9)、冷屏（10)和超導(dǎo)線圈（11);低溫容器（9)為圓筒形結(jié)構(gòu)的密閉容器，沿 低溫容器（9)的中軸線方向有一溫孔貫穿低溫容器（9);所述的制冷機（8)安裝在低溫容 器（9)的上端，制冷機（8)的一級冷頭（12)位于低溫容器（9)內(nèi)部；冷屏（10)為圓筒形結(jié) 構(gòu)，沿軸向方向有一通孔，該通孔與低溫容器（9)的溫孔同軸；冷屏（10)置于低溫容器（9) 內(nèi)部，通過拉桿固定在低溫容器（9)的上端蓋下部，同時冷屏（10)的上端面與制冷機（8) 的一級冷頭（12)的下端面通過螺栓緊固在一起；所述的超導(dǎo)線圈（11)為圓柱形結(jié)構(gòu)，沿中 心軸有一通孔；超導(dǎo)線圈（11)置于冷屏（10)內(nèi)部，通過拉桿固定在低溫容器（9)的上端蓋 下部，同時超導(dǎo)線圈（11)的上端面與制冷機（8)的二級冷頭（13)的下端面通過螺栓緊固 在一起。
3·按照權(quán)利要求2所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的超導(dǎo)線圈（11)包括中心 筒（14)、端板（I6)、絕緣板（17)和雙餅（15);中心筒（14)為金屬圓管結(jié)構(gòu)，兩端加工有螺 紋；所述的雙餅（15)、端板（16)和絕緣板（17)均為圓餅狀結(jié)構(gòu)，雙餅（25)、端板（16)和絕 緣板（17)的軸心線有圓形通孔，通孔的直徑與中心筒（14)的外徑相同；雙餅（15)與絕緣 板（17)同軸，交替布置，雙餅（15)與絕緣板（17)的上下兩端放置端板（16);中心筒（14) 穿過雙餅（15)、絕緣板（17)和端板（16)的通孔，端板（16)兩側(cè)用螺栓緊固。
4. 按照權(quán)利要求3所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的雙餅（I5)為高溫超導(dǎo)帶 材繞制。
5. 按照權(quán)利要求3所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的雙餅（15)為YBCO帶材繞 制。
6. 按照權(quán)利要求1所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)管（23)前端內(nèi)的永磁 環(huán)（24)磁矩的方向與永磁環(huán)（24)的中心軸平行，且指向?qū)Ч埽?3)端部；永磁環(huán)（24)在導(dǎo) 航區(qū)域（4)內(nèi)受到均勻磁場施加的扭矩，使得永磁環(huán)（24)的磁矩與均勻磁場平行，從而使 得永磁環(huán)（24)與外磁場平行；永磁環(huán)（24)受到的扭矩為T m = Μ · B · · Lm · sin( Θ )， 其中：M為永磁環(huán)（24)的磁矩幅值，B為永磁環(huán)（24)所在位置的磁場強度幅值，AmS 永磁環(huán)（24)的截面積，Ln為永磁環(huán)（24)的軸向長度，Θ為永磁環(huán)（24)的磁矩矢量Μ跟永 磁環(huán)（24)所在位置的磁場強度Β之間的夾角。
7. 按照權(quán)利要求6所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的永磁環(huán)（24)的制作材料 為錢鐵硼。
8. 按照權(quán)利要求6所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)管（23)前端內(nèi)裝有三 個永磁環(huán)（24)。
9. 按照權(quán)利要求1所述的磁場發(fā)生裝置，其特征在于，所述的輸入控制單元（19)為指 令輸入單元；介入醫(yī)生根據(jù)手術(shù)需要輸入指定的三維磁場方向，輸入控制單元（19)將所輸 入的模擬控制量轉(zhuǎn)化為控制器（20)能識別的數(shù)字量，送入控制器（20);控制器（20)將三 維的磁場方向轉(zhuǎn)化為實際控制需要的四軸方向控制量，并施加響應(yīng)的控制策略，然后將控 制量分別傳給四個超導(dǎo)磁體電源（21);所述的超導(dǎo)磁體電源（21)每臺對位于同一坐標軸 的一對超導(dǎo)磁體（7)串聯(lián)供電，一對超導(dǎo)磁體（7)通電后產(chǎn)生的中心磁場方向一致；八個 超導(dǎo)磁體（7)產(chǎn)生四個斜交軸方向上的電磁場，超導(dǎo)磁體（7)產(chǎn)生的磁場通過磁場檢測裝 置（22)進行檢測，檢測的磁場信息反饋至控制器（20)，以實現(xiàn)閉環(huán)控制，使超導(dǎo)磁體（7)產(chǎn) 生的磁場方向和介入醫(yī)生輸入的磁場方向相一致；控制器（20)將檢測的磁場信息經(jīng)過處 理后，送給顯示單元（18)，控制器同時將輸入控制單元（19)輸入磁場方向傳送給顯示單元 (18)，顯示單元（18)實時顯示指定磁場方向和導(dǎo)航區(qū)域（4)內(nèi)的實測磁場方向。
【文檔編號】H01F7/02GK104188725SQ201410424738
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】劉建華, 王厚生, 王秋良, 程軍勝, 李獻, 昌錕, 李毅, 李蘭凱 申請人:中國科學(xué)院電工研究所