基于永磁体空间磁场检测的体内微型诊疗装置定位系统的研究

在微型诊疗装置的应用中,微型装置的体内空间定位非常重要.作者根据消化道微型诊疗装置研究的需要,设计了一种基于永磁体空间磁场检测的体内微型诊疗装置定位系统,由霍尔传感器阵列检测固定在微型装置上永磁体的空间磁场,经多路信号处理电路和单片机采集数据,再把数据通过串口通信传输给主控计算机,进而对数据分析处理计算出微型诊疗装置在体内的空间位置.实验表明,该系统可实时采集数据并可靠传输,空间磁场强度随距离有特定的变化规律,能满足实验研究的需要.     

基于霍尔传感器阵列的体外磁跟踪定位系统

目的为实现体内微型诊疗装置的无创定位,本文提出一种新的定位方法,并开发了一套基于此方法的实验系统.方法在分析永磁体空间磁场分布特殊规律的基础上,采用基于霍尔原理的磁场检测方法设计一种基于霍尔传感器阵列的体外磁跟踪定位系统.通过设计系统优化实验、系统性能实验以及模拟肠道平面实验验证系统的可行性、准确性及定位的精确性.结果该方法定位精度在 mm级,满足实际应用需求.结论此系统能精确确定永磁体所在空间位置,具有非接触测量、操作简单、精度高等特点,为有效监测人体肠道内的微型诊疗装置提供了基础.     

消化道微型诊疗装置磁定位系统的软件设计

为实现对消化道微型诊疗装置在人体内的实时定位与跟踪,使用可视化工具包(VTK)在VC++.Net平台下设计了可应用于消化道微型诊疗装置的定位跟踪软件.该软件采用多线程处理技术,在实时检测电子胶囊内磁标记物的空间磁场信息基础上,利用非线性最优化算法求解出电子胶囊位置和姿态信息,最后将定位结果以二维和三维的形式实时显示并存档.实验结果表明:该程序在基于磁通传感器阵列的硬件平台下,能够稳定的实现磁传感器阵列的数据采集,对非线性最优化磁定位算法进行实时处理,以及空间定位结果的二维、三维显示和数据保存三项任务的流水线并行处理和数据回放等功能,每次传感器阵列数据采集时间小于2 s,定位算法时间小于600 ms.该软件可实时处理定位信息的采集、处理运算及结果显示,能满足消化道内微型装置实时跟踪定位的需要.     

用于药物吸收研究的消化道定点释放药丸系统研究进展

消化道定点释放药丸系统是一种典型的微型机械电子系统,通过外部遥控实现消化道感兴趣区域的定点药物释放,是一种无创的人体药物吸收(human drug absorption,HDA)研究手段.本文对该领域的国际研究成果进行了综述,并对重庆大学最新开发的应用于中药药理学研究的消化道定点释放药丸系统进行了细节介绍.     

胶囊状全消化道介入诊查装置的三维磁定位

为了对微型诊查胶囊进入人体消化道后的三维位置进行测量,提出了不可见状态下的非接触式永磁定位新方法.具体做法是:根据等效磁荷的原理,建立永磁体空间磁场与空间方位的简化定位模型;根据定位模型确定具体的定位方案;并对磁传感器的输出数据进行差分处理,消除了静态和准静态环境磁场干扰.实验证明定位模型能满足精度要求,定位方案正确可行,此定位法可投入实际应用.     

用于人体药物吸收研究的定点释放药丸系统研制

定点释放药丸系统是一种基于微型机械电子系统(MEMs)的工程药丸，无创地实现了消化道内定点药物释放。人体药物吸收(Human Drug Absorption，HDA)研究是新药开发过程中获得药物吸收路线图的重要手段，定点释放药丸系统是HDA研究的重要工具。本研究开发了一种新型的定点释放药丸系统，并开发了基于磁标记跟踪技术的定位跟踪系统，该定点释放药丸系统具有使用方便、效率高、适应多种药物剂型的优点，该系统也为中药药理学研究提供了一种新的手段，具有良好的应用前景。     

基于PDMS微结构的气道平滑肌舒张药物评测装置

本研究设计并制备了一种基于PDMS微弦结构的细胞力学测量装置.将平滑肌微组织培养在该柔性微型传感器上,通过检测PDMS微结构因微组织牵拉作用而产生的形变,实现了对其收缩力动态的测量.利用临床抗哮喘药物,我们验证了该装置的灵敏度和可靠性.该方法的建立将将有助于未来筛选平滑肌舒张作用药物.     

用于肠道药物释放和采样的遥控式微型药丸的研制

基于微机械、微电子技术的肠道微型药丸是肠道疾病诊断、治疗以及肠道代谢特性研究的有效工具.本文讨论了目前作者正在进行的用于肠道药物定点释放和采样的微型药丸的研制工作,该微型药丸以活塞工作原理为物理模型,由体外无线遥控实现药物定点释放和采样功能.实验表明,作者研制的微型药丸生物相容性好,采样和释放动作可靠,可满足小肠肠液采样和定点药物释放的实验研究需要.     

永磁体场强分布的测量

为了得到永磁体开路剩磁的空间变化规律。本文通过实验测量后，经统计学处理，得出了永磁体开路剩磁按负指数规律衰减的结论，从而为临床上的磁场疗法提供了理论依据。     

消化道胶囊内窥镜的磁引导驱动

通过分析既有的消化道胶囊内窥镜驱动方式,针对其控制复杂、可靠性低、有可能损伤消化道、能量需求过大以及驱动受消化道尺寸限制等缺点提出采用外加磁场靠磁力驱动的方案.以期望实现不消耗胶囊内窥镜内部能量、不受消化道尺寸限制的无损害驱动方式.结合胶囊内置小磁体的受力分析,外加磁场的特性,用ANSYS软件仿真常规线圈模型和超导线圈模型,发现常规线圈无法满足驱动要求,而超导线圈有可能实现磁引导驱动.     

Method to rotate an endovascular device around the axis of a vessel using an external magnetic field

A magnetic guidance methodology to rotate a device around the catheter axis is proposed. The specific medical application is to intracranial aneurysms. An endovascular device, the asymmetric stent, has a low porosity region that is rotated to cover the aneurysm neck so as to reduce the blood flow into and hence obliterate the aneurysm. The magnetic guidance system consists of a magnetic device attached to the asymmetric stent and an external homogeneous magnetic field of 0.1 T. This magnetic field puts a torque on the magnetic moment of the magnetic device, thereby rotating the stent for proper orientation. For the magnetic device with the required magnetic moment of 0.001 A m2, a cylindrical neodymium permanent magnet is proposed due to its favorable material characteristics while a coil electromagnet with iron core appears impractical due to demagnetizing effects.     

一种永磁磁共振成像磁体的被动匀场方法

本文提出一种被动匀场方法,即用永磁磁片作为匀场材料,以基于函数逼近论的一套算法为指导进行匀场,所提算法已编成面向匀场工作者的软件,磁片阵则用专门设计的一套放置在磁体腔内的装置固定.此方法把磁体匀场问题提炼为函数逼近问题,每一磁片在匀场区产生的磁场函数被视为一个基函数,整个磁片阵在匀场区内张成一个函数集合.使用此方法可克服传统匀场方法低效率、不稳定的缺点,一定程度上能实现可定量的、规范的被动匀场.     

消化道应用微磁囊定位系统抗地磁干扰的补偿方法

本研究介绍了一种应用于消化道微磁囊磁定位中的补偿地磁场干扰的方法.该方法通过设置补偿值来标记地磁场的干扰水平,并且用测量值减去补偿值来达到补偿干扰的目的.通过实验表明,该方法可以准确地确定定位背心所处的地磁场干扰水平;三维跟踪轨迹表明,该方法很大程度提高了微磁囊在消化道中定位的准确度.     

一种薄片型磁场全开放磁共振成像仪主磁体的优化设计

针对电磁场逆问题的复杂性,根据鞍点判断的理论,应用磁场数值分析和形状优化技术,探讨了开放性磁体结构的设计及优化技术,并提出了一种薄片型全开放核磁共振成像仪主磁体结构.采用了一种适用于磁体结构优化设计的混合优化算法,实现了主磁体的结构优化.计算结果表明:该算法比常规算法不仅求解质量高、适用于多变量寻优,且提高了优化算法的局部搜索能力.这种算法易于编程的实现,在一定程度上避免了设计变量配置的盲目性.     

磁生物效应研究中圆片永磁磁源空间磁感强度的计算方法

本文根据电磁学中的比奥－－沙伐－－拉普拉斯定律，推倒出了圆片永磁磁源空间磁感强度的计算公式；并使用数值积分和计算机程序，建立了该公式的计算方法；最后通过实例计算，得出了圆片永磁磁源空间磁感强度的量值分布。为磁生物效应研究中磁源的使用提供了理论依据。     

A novel method for real-time magnetic marker monitoring in the gastrointestinal tract

In internal medicine, a simple method for the functional examination of the gastrointestinal tract without the risk of radiation exposure is required. We describe a novel principle based on the monitoring of magnetic markers which meets these demands. Our method employs a special permanent magnet which is repeatedly aligned by a vertically oriented pulsed magnetic field. Due to this alignment, the marker position can be derived from the stray field components measured by commercial field sensors. Our method was evaluated by means of a 3D intestinal phantom. The monitoring procedure yielded the time course of the marker position as a 3D plot either in real-time or as a time-lapse movie. The spatial resolution, expressed by the mean square deviation, was better than 10 mm and is thus sufficiently high to distinguish between adjacent loops of the gut. The temporal resolution, i.e. the minimum time between two successive measurements, was about 1 s. The presented method has very moderate technical demands and allows us to monitor magnetic markers in real-time. The technique may be useful with respect to functional examination of the gastrointestinal tract. In pharmaceutical research, our method offers the opportunity for remote drug release at any position of the gut.     

Computer assisted optimization of an electromagnetic transducer design for implantable hearing aids

A simple, contactless electromagnetic transducer design for implantable hearing aids is investigated. It consists of a coil and a permanent magnet, both of which are intended for implantation in the middle ear. The transducer is modeled and optimized using computer simulations, followed by experimental verification. It is shown that the proposed transducer design can, because of its size and geometry, allow implantation through the external auditory canal, and provide a sufficiently high acoustic output corresponding to approximately 120 dB sound pressure level. It can be optimized to be tolerant of radial displacements between coil and magnet of up to 1 mm.