CN111494010B - 磁导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种磁导航系统，磁导航系统包括磁场发生器和控制系统，磁场发生器包括多个电磁单元，多个电磁单元产生的磁场可以形成工作磁场，通过控制系统可以对电磁单元的工作状态进行调整，从而可以调整工作磁场的不同工作参数，使磁导航仪可以根据工作需要对工作磁场进行便捷、高效地调节，运行噪声低。而且，磁场发生器采用多个电磁单元克服了相关技术中采用永磁体体积大而重，不便于运输、安装、维护和修理的缺陷，降低了占地面积和对地面结构强度的要求。另外，当磁导航系统处于非工作状态时，可以通过控制系统关闭电磁单元消除工作磁场，由此，不会影响周围物品摆放和使用。

Description

磁导航系统

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种磁导航系统。

背景技术

相关技术中，磁导航系统为了达到800高斯的场强，磁体大而重，运输、安装、维护和修理很不方便，而且，对导管室面积和地面结构强度要求高，限制了使用范围。由于使用永磁体，磁场强度固定，不能根据需要改变场强大小。而且，在需要改变磁场方向时，需通过控制磁体运动来改变磁场方向，噪声大、效率低。另外，无论是否处于工作状态，磁场都持续存在，限制了磁体周围物品的摆放和使用，影响导管室的整体功能发挥。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决相关技术中，磁导航系统采用永磁体体积大而重，且工作磁场的工作参数调整不便的问题，本发明提出了一种磁导航系统。

根据本发明实施例的磁导航系统，包括：

磁场发生器，所述磁场发生器包括多个按照预设规则排列的电磁单元；

控制系统，所述控制系统与所述磁场发生器连接，所述控制系统控制多个所述电磁单元中的至少部分所述电磁单元的工作状态，以产生满足预设条件的工作磁场。

根据本发明实施例的磁导航系统，磁场发生器包括多个电磁单元，通过多个电磁单元产生的磁场可以形成工作磁场。而且，通过控制系统可以对电磁单元的工作状态进行调整，从而可以调整工作磁场的不同工作参数，使磁导航仪可以根据工作需要对工作磁场进行便捷、高效地调节，运行噪声低。而且，磁场发生器采用多个电磁单元克服了相关技术中采用永磁体体积大而重，不便于运输、安装、维护和修理的缺陷，降低了占地面积和对地面结构强度的要求，并解决了相关技术中使用永磁体，导致磁场强度固定，不能根据需要改变场强大小的问题。另外，当磁导航系统处于非工作状态时，可以通过控制系统关闭电磁单元，从而消除了工作磁场，由此，不会影响磁导航系统周围物品摆放和使用。

根据本发明的一些实施例，所述控制系统包括：

场强大小控制模块，用于控制所述电磁单元产生的磁场的场强大小；

磁场方向控制模块，用于控制所述工作磁场的磁场方向。

在本发明的一些实施例中，所述场强大小控制模块通过控制多个所述电磁单元中的至少部分所述电磁单元的电流实现场强大小多级调节，所述场强方向控制模块通过控制多个所述电磁单元中的至少部分所述电磁单元的电流实现磁场场强方向的控制。

根据本发明的一些实施例，所述磁导航系统还包括：

调节组件，所述调节组件与所述磁场发生器连接，以带动调节所述磁场发生器的位置。

在本发明的一些实施例中，所述调节组件包括：

基座，所述基座可移动地设于承载面；

伸缩臂，所述伸缩臂的一端与所述基座连接，所述伸缩臂的另一端与所述磁场发生器连接。

根据本发明的一些实施例，所述承载面设有导轨，所述基座与所述导轨可滑动配合。

在本发明的一些实施例中，所述磁场发生器为两个，两个所述磁场发生器并排设置于人体承载台的两侧，两个所述磁场发生器上的多个所述电磁单元一一对应设置。

根据本发明的一些实施例，所述磁场发生器的一端设有放置手臂的容纳部。

在本发明的一些实施例中，每个所述磁场发生器上的所述电磁单元的数量不少于30个，每个所述电磁单元的直径不大于10cm，高度不大于10cm。

根据本发明的一些实施例，所述磁导航系统还包括：冷却组件，用于对所述电磁单元进行冷却降温。

附图说明

图1 为根据本发明实施例的磁导航系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的磁导航系统的磁场发生器的第一视角的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的磁导航系统的磁场发生器的第二视角的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的磁导航系统的磁场发生器的第三视角的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的磁导航系统的磁场发生器的第四视角的结构示意图；

图6为根据本发明实施例的磁导航系统的磁场发生器的第五视角的结构示意图。

附图标记：

磁导航系统100，

磁场发生器10，电磁单元110，容纳部120，

调节组件20，基座210，伸缩臂220，

承载台30。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

相关技术中，磁导航系统的工作原理如下：采用经过设计和实际测定的不同长度、大小和形状的多个永磁体，排列粘结成半球形工作磁体，磁体的梯级排列面指向工作区，两个相对安放的半球形工作磁体共同构建工作磁场和工作区。将半球形工作磁体按照8向工作模式固定在10个高速马达基座上，通过数控马达的运动，使单个工作磁体完成前后、上下、左右上旋、左右下旋、正反向旋转。通过两组工作磁体的同步运动，达到改变工作区柔性磁导管快速变化方向的目的。通过驱动器驱动磁导管前进和后退，结合磁场方向的变化，完成对柔性磁导管的空间导航和定位。

上述技术方案存在如下缺陷：

为了达到800高斯的场强，磁体大而重，对导管室面积和地面结构强度要求高，限制了使用范围；由于使用永磁体，所以无论是否处于工作状态，磁场都持续存在，限制了磁体周围物品的摆放和使用，影响导管室的整体功能发挥；由于是通过控制磁体运动来改变磁场方向，所以在多轴向运行的马达有速率上限，影响磁场使用效率。而且噪声大；由于磁体质量决定磁场强度，所以其磁场是固定场强，不能随使用需要随时改变场强；由于磁体质量大，运输、安装、维护和修理很不方便；由于工作磁体体积庞大，所以只能适配专用影像设备，限制了其通用性。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。如图1所示，根据本发明实施例的磁导航系统100，包括：磁场发生器10和控制系统（图中未示出）。

具体而言，磁场发生器10包括多个按照预设规则排列的电磁单元110；需要说明的是，这里所述的“预设规则”可以理解为电磁单元110的排列形式是根据磁导航系统100的工作磁场需求进行排列设置的。

如图2-图5所示，多个电磁单元110可以排列为多行多列的矩阵形式，多行电磁单元110可以沿图2中所示的轴线A-A呈轴对称分布。其中，位于轴线A-A同一侧的不同行上的电磁单元110可以位于不同的平面上，从而使多个电磁矩阵整体构成向内凹陷的排列形式。可以理解的是，上述电磁单元110的排列形式仅是举例说明，不应理解为对电磁单元110的排列形式的限制。在实际加工过程中，可以根据电磁导航仪的实际工作磁场的需求，对电磁单元110进行排列和调整。

控制系统与磁场发生器10连接，控制系统控制多个电磁单元110中的至少部分电磁单元110的工作状态，以产生满足预设条件的工作磁场。

需要说明的是，每个电磁单元110通电后均可以产生磁场，多个电磁单元110产生的磁场共同构成工作磁场。通过控制系统可以对多个电磁单元110的部分或全部的工作状态进行调整，从而可以调整对应的电磁单元110产生的磁场，由此，可以对工作磁场进行调整。例如，通过调整不同位置处电磁单元110产生的磁场的大小，可以实现对工作磁场的场强大小和方向的调节。

根据本发明实施例的磁导航系统100，磁场发生器10包括多个电磁单元110，通过多个电磁单元110产生的磁场可以形成工作磁场。而且，通过控制系统可以对电磁单元110的工作状态进行调整，从而可以调整工作磁场的不同工作参数，使磁导航仪可以根据工作需要对工作磁场进行便捷、高效地调节，运行噪声低。而且，磁场发生器10采用多个电磁单元110克服了相关技术中采用永磁体体积大而重，不便于运输、安装、维护和修理的缺陷，降低了占地面积和对地面结构强度的要求，并解决了相关技术中使用永磁体，导致磁场强度固定，不能根据需要改变场强大小的问题。另外，当磁导航系统100处于非工作状态时，可以通过控制系统关闭电磁单元110，从而消除了工作磁场，由此，不会影响磁导航系统100周围物品摆放和使用。

根据本发明的一些实施例，控制系统包括：场强大小控制模块和磁场方向控制模块。

其中，场强大小控制模块可以用于控制电磁单元110产生的磁场的场强大小。可以理解的是，通过场强大小控制模块调整对应的电磁单元110生成的场强大小，可以实现对工作磁场场强大小的控制调节，操作便捷、可靠。

磁场方向控制模块可以用于控制工作磁场的磁场方向。需要说明的是，如图1所示，在人体承载台30两侧并排设置两个磁场发生器10，两个磁场发生器10上的多个电磁单元110可以一一对应设置。当通过磁场方向控制模块调整不同的电磁单元110产生的场强大小时，可以实现对整体工作磁场的不同位置处的场强方向进行调整。

在本发明的一些实施例中，场强大小控制模块通过控制多个电磁单元110中的至少部分电磁单元110的电流实现场强大小多级调节。例如，通过场强大小控制模块调整对应的电磁单元110的电流，可以实现梯级为1高斯、3高斯、5高斯、10高斯、50高斯以及100高斯的多级调节。由此，可以根据实际工作需要，方便、准确地调整工作磁场的场强大小。

场强方向控制模块通过控制多个电磁单元110中的至少部分电磁单元110的电流实现磁场场强方向的控制。也就是说，可以通过场强方向控制模块调整对应的电磁单元110的电流大小，实现磁导航仪整体磁场方向的控制调节。相较于相关技术中，通过调整永磁体的方向来调整工作磁场的磁场方向的技术手段，本发明通过控制调节电磁单元110电流来调整工作磁场的磁场方向的方式更加准确、快捷。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，磁导航系统100还可以包括：调节组件20，调节组件20与磁场发生器10连接，以带动调节磁场发生器10的位置。也就是说，可以通过调节组件20调整磁场发生器10的位置。例如，当磁导航系统100处于非工作状态时，可以通过调整组件将磁场发生器10移动调整至放置位置。当磁导航系统100处于工作状态时，可以通过调整组件将磁场发生器10移动调整至适宜的工作位置。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，调节组件20可以包括：基座210和伸缩臂220。

其中，基座210可移动地设于承载面，以便于带动调整磁场发生器10的位置。伸缩臂220的一端与基座210连接，伸缩臂220的另一端与磁场发生器10连接。通过伸缩臂220的伸长和缩短，可以进一步对磁场发生器10的位置进行微调，以使磁场发生器10可以准确地调整至合适的工作位置。

根据本发明的一些实施例，承载面可以设有导轨，基座210与导轨可滑动配合。由此，通过基座210与导轨的配合，可以方便地调整基座210的位置，从而带到调整磁场发生器10的位置。

在本发明的一些实施例中，磁场发生器10的长度不大于70cm，高度不大于70cm，厚度不大于20cm。由此，可以在保证磁场发生器10产生足够工作场强的情况下，有效减小磁场发生器10的占用面积。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，磁场发生器10的一端可以设有放置手臂的容纳部120。由此，通过对磁场发生器10的人体工学设计，使磁场发生器10的形状适配不同人体参数需求，当病人躺卧至承载台30时，可以将手臂放置于容纳部120处，使病人治疗过程中更加舒适，而且，可以有效避免病人手臂对治疗操作的干扰。

在本发明的一些实施例中，每个磁场发生器10上的电磁单元110的数量不少于30个。经过实验验证，当电磁单元110的数量大于等于30个时，可以产生足够的工作场强。每个电磁单元110的直径不大于10cm，高度不大于10cm。需要说明的是，如图2-图6所示，电磁单元110可以设置为圆柱状，每个电磁单元110的直径不大于10cm，高度不大于10cm，可以在保证电磁单元110可以产生足够强度的磁场的情况下，有效降低磁场发生器10的体积。

根据本发明的一些实施例，磁导航系统100还包括：冷却组件，用于对电磁单元110进行冷却降温。需要说明的是，电磁单元110通电产生磁场的过程中，电磁单元110会产生热量。为了保证磁导航系统100工作的可靠性和安全性，设置冷却组件，可以对电磁单元110进行有效第冷却降温。例如，可以在靠近电磁单元110的位置处设置风扇以对电磁单元110进行风冷，也可以在磁场发生器10上设置液冷系统，对电磁单元110进行冷却降温。当然还可以采用风冷和水冷组合或其他冷却方式，只要可以实现电磁单元110的有效冷却降温即可。

下面参照附图以一个具体的实施例详细描述本发明的磁导航系统100。值得理解的是，下属描述仅是示例性描述，而不应理解为对本发明的限制。

如图1所示，磁导航系统100，包括：磁场发生器10、控制系统、调节组件20、冷却组件、承载台30、计算主机和人机界面（图中未示出）。

其中，如图1所示，磁导航仪处于工作状态时，病人可以躺于承载台30上，将两个磁场发生器10移动至病人的两侧并使其并排设置。每个磁场发生器10的朝向病人头部的一端各设有放置手臂的容纳部120，其长度不小于10cm，宽度不小于6cm，磁导航系统100工作状态时插入病人腋下，用于容纳病人肩部。

两个磁场发生器10所构建的可变工作磁场的场强不小于800高斯，工作磁场的磁场强度可多级调节，递增和递减梯级不少于1高斯、3高斯、5高斯、10高斯、50高斯、100高斯。每个磁场发生器10的长度不大于70cm，高度不大于70cm，厚度不大于20cm。每个磁场发生器10上的电磁单元110的数量不少于30个，每个电磁单元110的直径不大于10cm，高度不大于10cm。

如图2-图6所示，磁场发生器10包括多个按照预设规则排列的电磁单元110，多个电磁单元110可以排列为多行多列的矩阵形式，多行电磁单元110可以沿图2中所示的轴线A-A呈轴对称分布。其中，位于轴线A-A同一侧的不同行上的电磁单元110可以位于不同的平面上，从而使多个电磁矩阵整体构成向内凹陷的排列形式。冷却组件靠近或设于磁场发生器10内，用于对电磁单元110进行冷却降温，冷却方式为水冷与风冷混合。

控制系统与磁场发生器10连接，控制系统控制多个电磁单元110中的至少部分电磁单元110的工作状态，以产生满足预设条件的工作磁场。

控制系统包括：场强大小控制模块和磁场方向控制模块，场强大小控制模块通过控制多个电磁单元110中的至少部分电磁单元110的电流实现场强大小多级调节，场强方向控制模块通过控制多个电磁单元110中的至少部分电磁单元110的电流实现磁场场强方向的控制。

调节组件20包括：基座210和伸缩臂220。

基座210可移动地设于承载面，承载面设有导轨，两组导轨对称设置于DSA（数字剪影血管照影机）检查床两侧并与检查床的长度方向垂直，每组导轨的长度不短于2米，基座210与导轨可滑动配合，用于在工作区和存放区之间移动电磁矩阵对。

基座210可以为可升降基座210，以用于支撑、移动和升降磁场发生器10，基座210的移动距离适配单侧导轨的长度，水平移动速度不低于2cm/s，基座210的高度不大于50cm，升降范围不小于20cm，升降速度不低于1cm/s。基座210的升降和水平运动均可由高速马达驱动。

伸缩臂220的一端与基座210连接，伸缩臂220的另一端与磁场发生器10连接。磁导航系统100的主机和电源可以设于基座210或伸缩臂220内，或者主机和电源也可以设于设备间，通过线缆与基座210相连，主机采用风扇散热。伸缩臂220的升降范围不小于20cm，升降速度不小于1cm/s。

计算机和人机界面，用于综合处理系统参数、发出指令、显示操控过程和结果等。

另外，磁导航系统100还可以配合磁场定位电极、体表传感器以及三维标测仪等部件使用，实现预设个体化基础磁场场强和快速变化磁场方向。

预设个体化基础磁场步骤如下：

S100，实时测定经胸阻抗。

S200，基础实验取得经验常数。

S300，制作个体化基础磁场场强与计算积分对照表。

S400，计算积分公式：个体积分=经验常数×（年龄+身高+体重+经胸阻抗）/100。

S500，计算个体积分，查个体化基础磁场场强与计算积分对照表取得基础场强值。

其中，磁场定位电极由4个体表电极组成，分别粘贴在病人后胸壁指定部位，用于指示有效磁场部位和范围，磁场定位电极通过导线连接到主机。

体表传感器粘贴于病人右前胸壁第四肋间与锁骨中线的交点，用于检测经胸阻抗，体表传感器通过导线与主机相连，结合计算公式设置个体化基础磁场场强。

快速变化磁场方向步骤如下：

A100，构建目标心腔标准三维模型。

A200，显示磁场矢量标志。

A300，鼠标选定目标磁场方向。

A400，磁场方向和矢量标志同步变化到位，角度变化精度为1度以下，磁场方向变化速度为10mm/s以上。

其中，与三维标测仪配合可实现磁场内部的磁导管在不规则球体内表面精确定位和快速变化标测点，通过与三维标测仪配合，准确测算磁场内磁导管与不规则球体内表面的接触质量和压力，根据指令智能控制接触压力范围5-20克单位。接触力计算公式：导管心内膜接触力=基础场强接触力（1+接触角度校正参数）。由此，可以在真实个体心腔三维模型上完成柔性磁导管精准定位和心内膜接触压力显示。

另外，磁导航系统100可以与驱动器配合能够引导磁场内部磁导管在磁场内任意两点间快速精确移动，通过快速计算优选磁导管的最佳方向、角度、路径和速度，完成快速精确移动指令。

综上所述，本发明提出的磁导航系统100采用经过精细布局的电磁单元110形成工作磁场具有如下优点：

整机体积小、重量轻、噪音小、搬运安装维护方便；通过控制系统可以智能控制和调节电磁单元110的电流，从而可以按需调整瞬间磁场强度和磁场方向，快速改变磁场方向引导磁场内部磁导管随意精确移动，角度变化精度为1度以下，磁场方向变化速度为10mm/s以上，满足个体化瞬间工作场强的实际需求。

由于电流控制速度明显快于马达响应和运行速度，因此明显提高整机的工作速率和效率，工作噪声小；通过对磁场发生器10的人体工学设计，使电磁矩阵板外形适配不同人体参数和商业影像设备，解决了整机的通用性问题。

另外，由于工作场强能够精细调节，可以通过经验常数和计算公式，个体化预设基础工作场强，提高工作效率和质量。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (8)

1.一种磁导航系统，其特征在于，包括：

两个磁场发生器，两个磁场发生器并排正对设置，两个所述磁场发生器上包括多个按照预设规则排列且一一对应设置的电磁单元，所述磁场发生器的一端设有放置手臂的容纳部；

控制系统，所述控制系统与所述磁场发生器连接，所述控制系统控制多个所述电磁单元中的至少部分所述电磁单元的工作状态，以产生满足预设条件的工作磁场；

所述磁导航系统还包括：

调节组件，所述调节组件与所述磁场发生器连接，以带动调节所述磁场发生器的位置。

2.根据权利要求1所述的磁导航系统，其特征在于，所述控制系统包括：

场强大小控制模块，用于控制所述电磁单元产生的磁场的场强大小；

磁场方向控制模块，用于控制所述工作磁场的磁场方向。

3.根据权利要求2所述的磁导航系统，其特征在于，所述场强大小控制模块通过控制多个所述电磁单元中的至少部分所述电磁单元的电流实现场强大小多级调节，所述磁场方向控制模块通过控制多个所述电磁单元中的至少部分所述电磁单元的电流实现磁场场强方向的控制。

4.根据权利要求1所述的磁导航系统，其特征在于，所述调节组件包括：

基座，所述基座可移动地设于承载面；

伸缩臂，所述伸缩臂的一端与所述基座连接，所述伸缩臂的另一端与所述磁场发生器连接。

5.根据权利要求4所述的磁导航系统，其特征在于，所述承载面设有导轨，所述基座与所述导轨可滑动配合。

6.根据权利要求1所述的磁导航系统，其特征在于，两个所述磁场发生器并排设置于人体承载台的两侧。

7.根据权利要求1所述的磁导航系统，其特征在于，每个所述磁场发生器上的所述电磁单元的数量不少于30个，每个所述电磁单元的直径不大于10cm，高度不大于10cm。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的磁导航系统，其特征在于，所述磁导航系统还包括：冷却组件，用于对所述电磁单元进行冷却降温。

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