CN102451514A - 磁导引控制装置 - Google Patents

Abstract

一种磁导引控制装置包括一感测单元、一控制单元以及一磁场产生单元。感测单元依据一磁性组件的位置产生一感测信号。控制单元与感测单元电性连接，并依据感测信号产生一第一控制信号及一第二控制信号。磁场产生单元与控制单元电性连接，并具有一壳体、多个中间磁极及多个短磁极，所述中间磁极设置在壳体，所述短磁极平均设置在中间磁极间，磁场产生单元依据第一控制信号产生一导引信号，以控制磁性组件运动在一预定区域的至少一方向。本发明的磁导引控制装置具有较优的磁导引效果，并可降低成本。

Description

磁导引控制装置

技术领域

本发明关于一种导引控制装置，特别关于一种磁导引控制装置。

背景技术

靶点治疗是在体内注入一靶点药物，使其针对特定的细胞进行攻击而达到治疗的效果。然而，注入身体内的靶点药物易分散在体内，导致靶点治疗的功效降低。另外，药物的分散亦对患者产生很大的副作用，造成患者另一种伤害。

为了改善靶点治疗的效果，磁导引控制装置结合靶点治疗的方式因应而生。磁导引控制装置利用一磁场产生单元产生磁力，以导引具磁性的靶点药物至一特定区域，以对某一疾病进行有效地治疗。藉由控制磁场产生单元所产生的磁力，可精确地导引靶点药物至标的区域，因此，除了可针对特定区域进行治疗外，也可降低患者的副作用，进而可提高治疗的效果。

公知的一种磁导引控制装置采用如图1A及图1B所示的磁场产生单元1。其中，图1A是公知的一种磁场产生单元1的剖视图，而图1B是图1A的磁场产生单元1的磁力线分布示意图。

磁场产生单元1包括一壳体11、三磁极121～123及多个线圈组13。其中，壳体11具有一内侧111，而磁极121～123设置在壳体11的内侧111，并使两个磁极121～123与中心点间的夹角是120度。另外，线圈组13分别对应设置在磁极121～123。藉由对线圈组13轮流通电，即可使磁场产生单元1产生如图1B所示的磁力线(图1B是对磁极121对应的线圈组13通电)。

然而，如图1B所示，磁场产生单元1的磁力线分布相当不均匀，也相当不密集，且由于空气的磁阻效应，使磁场产生单元1的磁通密度与磁力随着与磁极的距离增加而大幅衰减，导致磁导引控制装置的导引效果不佳。为了使磁导引控制装置具有较佳的导引效果，则需提高磁场产生单元1的线圈组13的电力，以提升磁场产生单元1的磁力，进而提高磁导引控制装置的导引效果，但是，此将导致成本的增加。

因此，如何提供一种磁导引控制装置，可具有较优的磁导引效果，并可降低成本，已成為重要课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较优的磁导引效果，并可降低成本的磁导引控制装置。

本发明可采用以下技术方案来实现的。

依据本发明的一种磁导引控制装置是用以导引至少一磁性组件至一预定区域，并包括一感测单元、一控制单元以及一磁场产生单元。感测单元依据磁性组件的位置产生一感测信号。控制单元与感测单元电性连接，并依据感测信号产生一第一控制信号及一第二控制信号。磁场产生单元与控制单元电性连接，并具有一壳体、多个中间磁极及多个短磁极，所述中间磁极设置在壳体，短磁极平均设置在中间磁极间，磁场产生单元依据第一控制信号产生一导引信号，以控制磁性组件运动在预定区域的至少一方向。

在本发明的一实施例中，磁性组件包括一磁性粒子、一磁性药物、一医用导管、一医用机具或其组合。

在本发明的一实施例中，导引信号是一磁性信号，吸引或排斥磁性组件移动。

在本发明的一实施例中，壳体具有一环形截面及一内侧，磁场产生单元的所述中间磁极设置在壳体的一内侧，所述中间磁极排列在环形截面的内周缘，并具有相同的间距。

在本发明的一实施例中，当所述中间磁极的数量是三时，所述中间磁极中任意二者与壳体的环形截面的中心点的夹角是120度。

在本发明的一实施例中，相邻近的两个所述短磁极间具有一第一间距，各中间磁极与相邻的所述短磁极间具有一第二间距，第一间距与第二间距相等。

在本发明的一实施例中，两个相邻的短磁极与壳体的环形截面的中心点的夹角是5度、10度、12度或15度。

在本发明的一实施例中，磁场产生单元的所述中间磁极的数量是至少3。

在本发明的一实施例中，磁场产生单元的所述短磁极的数量是69、33、27或21。

在本发明的一实施例中，磁场产生单元还具有多个线圈组，其分别与所述中间磁极对应设置。各线圈组具有多个线圈，对应设置在各中间磁极与所述短磁极间。

在本发明的一实施例中，磁导引控制装置还包括一移动单元，其与控制单元电性连接，并依据第二控制信号使磁性组件相对移动单元在另一方向上移动至预定区域。

在本发明的一实施例中，移动单元具有一载床及一驱动组件，驱动组件依据第二控制信号驱动载床在另一方向移动，使磁性组件相对在移动单元移动至预定区域。

在本发明的一实施例中，第一控制信号包括直流信号或脉冲信号。

在本发明的一实施例中，第一控制信号包括一过驱动电流信号。

在本发明的一实施例中，过驱动电流信号与第一控制信号同相或反相。

借由上述技术方案，本发明的磁导引控制装置至少具有下列优点：

因依据本发明的一种磁导引控制装置具有一磁场产生单元，而磁场产生单元的中间磁极设置在壳体，所述短磁极平均设置在所述中间磁极间，且磁场产生单元依据第一控制信号产生一导引信号，以控制磁性组件运动在预定区域的至少一方向上。藉由本发明的磁场产生单元的设计，使磁场产生单元具有比公知还密集、还均匀的磁力线分布，使本发明的磁导引控制装置具有较佳的磁导引效果。再者，因本发明的磁场产生单元可有效提升工作区域的磁通密度与磁力，因此，磁导引控制装置也可有效提升电机转换效率，进而可降低成本。另外，在本发明的一实施例中，移动单元依据第二控制信号使磁性组件相对移动单元在另一方向上移动至预定区域，因此，可精确地导引磁性组件至所述预定区域。此外，若应用在医疗上，本发明的磁导引控制装置又可提高治疗效果及降低副作用，并可大幅降低医疗成本。

附图说明

图1A是公知一种磁场产生单元的剖视图；

图1B是图1A的磁场产生单元的磁力线分布示意图；

图2A是本发明的一种磁导引控制装置的功能方块示意图；

图2B是本发明的磁导引控制装置的示意图；

图3A是本发明的一种磁场产生单元的剖视图；

图3B是图3A的磁场产生单元的磁力线分布示意图；

图4A是本发明的磁场产生单元的剖视图；

图4B是本发明的磁场产生单元与公知磁场产生单元的磁通密度的比较示意图；

图5A是本发明的磁场产生单元的剖视图；

图5B是本发明的磁场产生单元与公知磁场产生单元的磁力的比较示意图；

图6A是本发明的磁场产生单元的剖视图；

图6B是本发明的磁场产生单元在一半径是2单位的圆D的圆周上，不同角度的磁力与公知的比较示意图；

图7A是本发明的磁场产生单元的剖视图；

图7B是本发明的磁场产生单元在一半径是4单位的圆D的圆周上，不同角度的磁力与公知的比较示意图；以及

图8A至图8D分别是第一控制信号的波形示意图。

主要元件符号说明：

1、23：磁场产生单元

11、231：壳体

111、I：内侧

121～123：磁极

13、234：线圈组

2：磁导引控制装置

21：感测单元

22：控制单元

232：中间磁极

232a～232c：特定中间磁极

233：短磁极

234a：线圈

24：移动单元

241：载床

242：驱动组件

3：磁性组件

A：直线

B、C、P、R1、R2：区域

D、E：圆

D1、D2：间距

G：导引信号

O：外侧

S：感测信号

S1：第一控制信号

S2：第二控制信号

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种磁导引控制装置，其中相同的组件将以相同的元件符号加以说明。

请参照图2A及图2B所示，其中，图2A是本发明的一种磁导引控制装置2的功能方块示意图，而图2B是磁导引控制装置2的示意图。本发明的磁导引控制装置2是用以导引至少一磁性组件3至一预定区域P。而磁导引控制装置2例如可应用在医疗上的靶点治疗、心血管治疗、医用微型机具导引、手术用导管方位导引等领域，在此，并不加以限制。

磁导引控制装置2包括一感测单元21、一控制单元22、一磁场产生单元23以及一移动单元24。

感测单元21依据磁性组件3的一位置产生一感测信号S。换言之，感测单元21可感测磁性组件3的目前位置，并产生感测信号S。在本实施例中，磁性组件3例如可包括一磁性粒子、一磁性药物、一医用导管、一医用机具(微型机具)或上述的任意组合。而磁性粒子例如可以是奈米磁性粒子、奈米磁性药物等。在此，均不加以限制。

控制单元22与感测单元21电性连接，且控制单元22依据感测信号S产生一第一控制信号S1及一第二控制信号S2。在本实施例中，控制单元22接收感测单元21产生的感测信号S，并输出第一控制信号S1及第二控制信号S2。

磁场产生单元23与控制单元22电性连接。其中，磁场产生单元23依据第一控制信号S1产生一导引信号G，以控制磁性组件3运动在预定区域P的至少一方向。换言之，磁场产生单元23依据第一控制信号S1产生导引信号G，而导引信号G可吸引或排斥磁性组件3在预定区域P的至少一方向上移动。在本实施例中，第一控制信号S1是电流信号，并驱动磁场产生单元23产生导引信号G。导引信号G实质上是一磁力信号，并可导引及控制磁性组件3在如图2B的预定区域P的X、Y轴的方向上移动，以将磁性组件3移动至与预定区域P相同的X、Y轴上。其中，预定区域P可位在磁场产生单元23内部的一工作区域内，而工作区域例如可位在人体内。

另外，请参照图3A所示，以说明本发明的磁场产生单元23的结构。其中，图3A是磁场产生单元23的剖面示意图。

磁场产生单元23具有一壳体231、多个中间磁极232及多个短磁极233。在此，壳体231实质上是一中空的圆柱体。壳体231具有一环形截面，并具有一内侧I与一外侧O。另外，壳体231、中间磁极232及短磁极233的材质可包括导磁材料，例如可以是硅钢、非晶质合金(amorphous alloy)、铁磁(ferromagnetic)或亚铁盐(ferrite)。此外，壳体231与中间磁极232或短磁极233的至少其中之一是一体成形。本实施例以壳体231、中间磁极232及短磁极233是一体成形为例。

中间磁极232设置在壳体231的内侧I，且中间磁极232排列在壳体231的环形截面的内周缘，并具有相同的间距。在本实施例中，以中间磁极232的数量以三为例。在此，将此三个中间磁极232称为特定中间磁极232a～232c。特定中间磁极232a～232c平均设置在壳体231的内侧I上，且排列在壳体231的环形截面的内周缘，使得两特定中间磁极232a～232c间具有相同的距离。换言之，本实施例的特定中间磁极232a～232c平均地排列在壳体231的环形截面的内周缘，使得特定中间磁极232a、232b、特定中间磁极232b、232c与特定中间磁极232c、232a间，与壳体231的环形截面的中心点夹角分别是120度，如图2A所示。不过，设计者也可依其对磁力的需求，在内侧I设置6个或更多个中间磁极232，并使其平均地排列在壳体231的环形截面的内周缘上。

短磁极233平均设置在中间磁极232间，使得磁场产生单元23具有间极式的磁极结构。在本实施例中，短磁极233的数量是69，因中间磁极232的数量是3，故每23个短磁极233平均地位在两个中间磁极232间。另外，两个相邻近的两短磁极233间具有一第一间距D1，每一中间磁极232与相邻的短磁极233间具有一第二间距D2，且第一间距D1与第二间距D2相等。在此，因特定中间磁极232a～232c与短磁极233的数量总和是72，且第一间距D1等于第二间距D2，故两个相邻的短磁极233与壳体231的环形截面的中心点的夹角是5度(360度除以72)，且各中间磁极232与相邻的短磁极233与壳体231的环形截面的中心点的夹角亦是5度。

特别说明的是，设计者也可依其对磁力的需求设置不同数量的短磁极233，例如3个特定中间磁极232a～232c搭配33、27或21个短磁极233，使两个相邻的短磁极233与壳体231的环形截面的中心点的夹角分别是10度(360除以36)、12度(360除以30)或15度(360除以24)。在此，并不限制中间磁极232与短磁极233数量总和。

值得一提的是，短磁极233与中间磁极232两者的长度比例是可调整。设计者也可依其对磁力的需求调整两者的长度比例，例如短磁极233比中间磁极232的长度比是0.4比1，或0.7比1，或者是其它比例。

另外，磁场产生单元23还具有多个线圈组234，线圈组234分别与中间磁极232对应设置，并位在中间磁极232与短磁极233间。在本实施例中，各线圈组234具有多个线圈234a，线圈234a分别对应设置在各特定中间磁极232a～232c，且分别位在各特定中间磁极232a～232c与短磁极233间。其中，线圈234a的材质例如可包括铜、超导体(superconductor)或其它导电材料。在此，并不加以限制。

因此，当控制单元22输出第一控制信号S1，使磁场产生单元23的线圈组234通电时而产生磁力时，其磁力线的分布可如图3B所示(图3B是特定中间磁极232a对应的线圈组234通电)。由于磁场产生单元23使用间极式的磁极结构，因此，短磁极233的设置可降低两中间磁极232间空气的磁阻效应，并改善磁场产生单元23的磁力衰减，使中间磁极232对应的线圈组234所产生的磁力线可以有效地延伸。因此，可使磁场产生单元23的磁力线的分布更密集、更均匀。

请比较图3B与图1B的磁力线分布图，在两图示中可清楚地发现，图3B的磁场产生单元23比图1B的磁场产生单元1具有更均匀分布及更密集的磁力线。

另外，请参照图4A与图4B所示，其中，图4B是本发明的磁场产生单元23与公知磁场产生单元1的磁通密度的比较示意图。图4B的横坐标是图3A的直线A上不同位置与特定中间磁极232a顶端间的距离，而图4B的纵坐标是本发明磁场产生单元23的磁通密度与公知磁场产生单元1的磁通密度的比值。

如图4B所示，在离特定中间磁极232a的顶端越远时，两者磁通密度的比值越高。换言之，离特定中间磁极232a越远时，磁场产生单元23的磁通密度与公知相较，其改善幅度越大。另外，在距离2.5至6.5单位的一工作区域B内(工作区域B可包括上述的预定区域P)，磁场产生单元23的磁通密度是磁场产生单元1的磁通密度的1.2至1.4倍。此外，因磁场产生单元23是对称性结构，故相同情况下，与特定中间磁极232b、232c对应的磁通密度与公知相较，其磁通密度提升情况亦相同。

再者，请参照图5A与图5B所示，其中，图5B是本发明的磁场产生单元23与磁场产生单元1的磁力的比较示意图。图5B的横坐标是图5A的直线A上不同位置与特定中间磁极232a顶端间的距离，而图5B的纵坐标是本发明磁场产生单元23的磁力与公知磁场产生单元1的磁力的比值。

如图5B所示，在距离2.5至6.5单位的一工作区域C内，磁场产生单元23的磁力是磁场产生单元1的1.0至1.6倍。另外，因磁场产生单元23是对称性结构，故与特定中间磁极232b、232c对应的磁力与公知相较，其磁力提升情况亦相同。

请参照图6A与图6B所示，其中，图6B是本发明的磁场产生单元23在一半径是2单位的圆D的圆周上，不同角度的磁力与公知的比较示意图。图6B的横坐标是图5A的圆D的圆周的不同角度，而图6B的纵坐标是本发明磁场产生单元23的磁力与公知磁场产生单元1的磁力的比值。

如图6B所示，在圆D的圆周的不同角度上，磁场产生单元23的磁力是磁场产生单元1的1.4至1.7倍。另外，因磁场产生单元23是对称性结构，故与特定中间磁极232b、232c对应的磁力与公知相较，其磁力提升情况亦相同。

请参照图7A与图7B所示，其中，图7B是本发明的磁场产生单元23在一半径是4单位的圆E的圆周上，不同角度的磁力与公知的比较示意图。图7B的横坐标是图7A的圆E的圆周的不同角度，而图7B的纵坐标是本发明磁场产生单元23的磁力与公知磁场产生单元1的磁力的比值。

如图7B所示，在圆E的圆周的不同角度上，磁场产生单元23的磁力是磁场产生单元1的1.0至1.9倍。另外，因磁场产生单元23是对称性结构，故与特定中间磁极232b、232c对应的磁力与公知相较，其磁力提升情况亦相同。

因此，磁场产生单元23的短磁极233的设计可降低两中间磁极232间空气的磁阻效应，并改善磁场产生单元23的磁力衰减，使中间磁极232对应的线圈组234所产生的磁力线可有效地延伸，使磁力线的分布更密集、更均匀。因此，本发明的磁场产生单元23具有更密集、更均匀的磁力线分布，并可有效提升工作区域的磁通密度与磁力。

另外，请再参照图2A及图2B所示，移动单元24与控制单元22电性连接，并依据第二控制信号S2使磁性组件3相对移动单元24在另一方向上移动至预定区域P。其中，第二控制信号S2可包括电压或电流信号。在本实施例中，移动单元24可包括一载床241及一驱动组件242。驱动组件242例如可是一驱动马达及其驱动电路，并可依据第二控制信号S2驱动载床241在一Z轴上移动，使磁性组件3相对移动单元24在Z轴方向上移动至预定区域P。

再特别说明的是，第一控制信号S1可包括直流信号或脉冲信号。换言之，控制单元22输出的第一控制信号S1可是一直流信号或复数的脉冲信号，藉以控制磁场产生单元23产生所需的磁力。如图8A所示，第一控制信号S1是直流信号；又如图8B所示，第一控制信号S1是多数的脉冲信号。

另外，第一控制信号S1可包括一过驱动电流(over-drive current)信号，而过驱动电流信号可与第一控制信号S1同相，或与第一控制信号S1反相。其中，如图8C或图8D的区域R1所示的波形，区域R1的过驱动电流信号与第一控制信号S1同相。同相的过驱动电流信号可使磁场产生单元23在初始启动时产生更强大的磁力，使磁性组件3可克服静摩擦力而移动。再者，因磁场产生单元23具有磁滞现象(hysteresis phenomenon)，为了加速磁场产生单元23的泄磁，也可使用反相的过驱动电流信号以加速磁场产生单元23的泄磁，使磁性组件3可立刻停止移动，反相的过驱动电流信号的波形如图8C或图8D的区域R2所示。其中，上述的同相或反相的过驱动电流信号可同时存在于第一控制信号S1(图8C或图8D)。或者，也可在不同的第一控制信号S1内分别具有同相及反相的过驱动电流信号。

承上所述，因本发明的磁场产生单元23依据第一控制信号S1产生导引信号G，而导引信号G可导引控制磁性组件3在预定区域P的至少一方向上移动。另外，移动单元24依据第二控制信号S2在另一方向上移动，且使磁性组件3相对移动单元24在另一方向上移动至预定区域P。因此，本发明的磁导引控制装置2可利用上述的感测单元21感测磁性组件3的位置，并使磁场产生单元23及移动单元24将磁性组件3精确地导引至预定区域P。另外，因本发明的磁场产生单元23具有比公知更密集、更均匀的磁力线分布，因此，磁导引控制装置2具有较佳的磁导引效果。此外，因不需提高线圈组的电力就可达到比公知较佳的磁力及导引效果，因此，本发明的磁导引控制装置也可有效提升电机转换效率，进而可降低成本。

综上所述，因依据本发明的一种磁导引控制装置具有一磁场产生单元，而磁场产生单元的中间磁极设置在壳体，所述短磁极平均设置在所述中间磁极间，且磁场产生单元依据第一控制信号产生一导引信号，以控制磁性组件运动在预定区域的至少一方向上。藉由本发明的磁场产生单元的设计，使磁场产生单元具有比公知更密集、更均匀的磁力线分布，使本发明的磁导引控制装置具有较佳的磁导引效果。再者，因本发明的磁场产生单元可有效提升工作区域的磁通密度与磁力，因此，磁导引控制装置也可有效提升电机转换效率，进而可降低成本。另外，在本发明的一实施例中，移动单元依据第二控制信号使磁性组件相对移动单元在另一方向上移动至预定区域，因此，可精确地导引磁性组件至所述预定区域。此外，若应用在医疗上，本发明的磁导引控制装置又可提高治疗效果及降低副作用，并可大幅降低医疗成本。

以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的效修改或变還，均应包括在权利要求所限定的范围内。

Claims (18)

1.一种磁导引控制装置，用以导引至少一磁性组件至一预定区域，其特征在于，包括：

一感测单元，依据所述磁性组件的位置产生一感测信号；

一控制单元，与所述感测单元电性连接，并依据所述感测信号产生一第一控制信号及一第二控制信号；以及一磁场产生单元，与所述控制单元电性连接，并具有一壳体、多个中间磁极及多个短磁极，所述中间磁极设置在所述壳体，所述短磁极平均设置在所述中间磁极间，所述磁场产生单元依据所述第一控制信号产生一导引信号，以控制所述磁性组件运动在所述预定区域的至少一方向。

2.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述磁性组件包括一磁性粒子、一磁性药物、一医用导管、一医用机具或其组合。

3.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述导引信号是一磁性信号，吸引或排斥所述磁性组件移动。

4.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述壳体具有一环形截面及一内侧，所述磁场产生单元的所述中间磁极设置在所述壳体的所述内侧，所述中间磁极排列在所述环形截面的内周缘，并具有相同的间距。

5.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述壳体实质上是中空圆柱体。

6.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述壳体与所述中间磁极或所述短磁极的至少其中之一是一体成形。

7.根据权利要求4所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中当所述中间磁极的数量是三时，所述中间磁极中任意二者与所述壳体的所述环形截面的中心点的夹角是120度。

8.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述相邻近的所述两短磁极间具有一第一间距，各所述中间磁极与相邻的所述短磁极间具有一第二间距，所述第一间距与所述第二间距相等。

9.根据权利要求4所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中两相邻的短磁极与所述壳体的所述环形截面的中心点的夹角是5度、10度、12度或15度。

10.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，所述磁场产生单元的所述中间磁极的数量是至少3。

11.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，所述磁场产生单元的所述短磁极的数量是69、33、27或21。

12.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述磁场产生单元还具有多个线圈组，分别与所述中间磁极对应设置。

13.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述线圈组各具有多个线圈，对应设置在所述中间磁极与所述短磁极间。

14.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，还包括：

一移动单元，与所述控制单元电性连接，并依据所述第二控制信号使所述磁性组件相对所述移动单元在另一方向上移动至所述预定区域。

15.根据权利要求14所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述移动单元具有一载床及一驱动组件，所述驱动组件依据所述第二控制信号驱动所述载床在所述另一方向移动，使所述磁性组件相对所述移动单元移动至所述预定区域。

16.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述第一控制信号包括直流信号或脉冲信号。

17.根据权利要求1所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述第一控制信号包括一过驱动电流信号。

18.根据权利要求17所述的磁导引控制装置，其特征在于，其中所述过驱动电流信号与所述第一控制信号同相或反相。

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