CN114377290A - 一种磁控收缩-舒张装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种磁控收缩‑舒张装置及系统，其包括磁性软体套管和磁场发生装置。其中，所述磁性软体套管由软体材料和磁性颗粒构成，其内部形状与呈舒张状态的器官外部形状相适应。所述磁场发生装置用于产生均匀磁场，并用于驱动经初始磁化的、且植入体内的磁性软体套管，在所述均匀磁场下利用磁转矩的作用发生可控收缩和舒张的动作。通过对在目标收缩状态下进行初始磁化的磁性软体套管进行相同磁场方向的磁控驱动，利用磁转矩原理实现心脏或膀胱的磁控收缩‑舒张动作，解决了现有利用磁梯度力原理的驱动技术存在需要驱动磁场大、驱动装置成本高、设计难度大等问题。

Description

一种磁控收缩-舒张装置及系统

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种磁控收缩-舒张装置及系统。

背景技术

目前许多疾病以及术后的并发症会对患者器官的功能造成影响，可能将造成器官肌无力，从而影响人体的循环和代谢过程。例如，许多心血管疾病病程发展至终末期阶段的表现形式为心力衰竭，其主要症状为心肌无力、心脏泵血能力不足从而导致动脉供血不足且静脉系统瘀血，极大地影响人体的血液循环。此外，心血管意外以及脊髓麻醉等医源性因素可能会导致神经源性膀胱，具体表现为无法通过神经系统控制逼尿肌的运动，通过逼尿肌的收缩与舒张使膀胱和尿道完成排尿等功能，最终可导致肾衰竭、膀胱肿瘤等并发症。综上，器官衰竭所导致的器官肌无力现象将极大地影响器官的正常功能，从而对患者的生命健康造成巨大的威胁。

目前针对器官肌无力的治疗方法大体上可以分为药物治疗法和辅助装置治疗法。其中药物治疗副作用大，适用范围也较为局限，对于许多中晚期患者药物治疗可能效果甚微。而通过医疗辅助装置来对器官功能进行辅助，可以有效改善器官肌无力所引发的循环代谢不畅现象，从而避免了对患者健康的进一步损伤。针对心力衰竭现象，通常考虑用心脏辅助泵血装置来对患者进行治疗。例如采用机械循环泵血装置，通过植入或体外循环来代替一部分心脏的功能，但此种装置结构复杂，植入有困难，还极易引起败血症等并发症。此外采用气动、电动以及磁力悬浮作为动力的心室泵血装置同样存在着与装置血液直接接触从而引发溶血、血栓等问题。针对神经源性膀胱，目前临床上采用插管引流、膀胱造瘘等方式对膀胱进行辅助，但医疗装置与尿液的直接接触将导致尿路结石、尿道感染等并发症。

为克服传统泵血装置的不足，一些新的针对器官肌无力的装置被提出。例如，采用磁动力的方法对心肌或逼尿肌的收缩与舒张产生驱动力，从而辅助心脏的泵血以及膀胱排尿过程。在专利文献CN113546300A中，利用磁性梯度力对固定在心脏上的磁性活块进行驱动，从而对心脏进行泵血，其避免了与血液的直接接触，大大减少了血栓、出血、感染以及导线缠绕等问题。在专利CN101176689A中提出了一种利用体外磁力驱动膀胱排尿的膀胱动力泵，利用体外的电磁驱动装置驱动永磁体制成的磁动子配合定子完成对膀胱排尿的辅助。但现有磁装置所采用的基于磁梯度力驱动模式存在以下不足：1)梯度磁场力随空间距离的衰减速度很快，因此，为了对心脏泵血产生足够强的驱动效果，通常需要在体外产生很强的磁场，用于实际人体医疗时的装置设计难度高、投入成本大；2)梯度磁场力的方向性较为单一，基于该特性下的泵血装置存在控制精度较低的缺点；3)现有利用磁动力对心脏泵血进行辅助的方案是采用多个磁片的方式来产生局部驱动，虽然提升了心脏泵血辅助区域的灵活性，但一方面磁驱动系统复杂(需要多个磁片配合)，另一方面所产生的驱动效果是通过局部受力带动整体变形，连续性较差，与人体心肌组织的整体收缩与舒张的形状与趋势不一致，可能会在患者的康复过程中令患者产生不适感。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种磁控收缩-舒张装置及系统，通过对在目标收缩状态下进行初始磁化的磁性软体套管进行相同磁场方向的磁控驱动，利用磁转矩原理实现心脏或膀胱的磁控收缩-舒张动作，解决了现有利用磁梯度力原理的驱动技术存在需要驱动磁场大、驱动装置成本高、设计难度大等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种磁控收缩-舒张装置，包括磁性软体套管和磁场发生装置；其中：

所述磁性软体套管的内部形状与呈舒张状态的器官外部形状相适应；该磁性软体套管中包括软体材料，还包括磁性颗粒；所述磁性软体套管中的磁性颗粒为在其目标收缩状态下经过初始磁化的永磁颗粒。

所述磁场发生装置用于产生均匀磁场，并用于驱动经初始磁化的、且植入体内的磁性软体套管，在所述均匀磁场下利用磁转矩的作用发生可控收缩和舒张的动作；且所述磁场发生装置产生的用于驱动所述磁性软体套管发生收缩和舒张动作的磁场方向与所述磁性软体套管进行初始磁化时的磁场方向相同。

可选地，所述器官为心脏或膀胱。

可选地，所述软体材料为聚二甲基硅氧烷树脂或硅胶，所述磁性颗粒为NdFeB、SmCo和AlNiCo等材料的一种或者几种材料的混合。

可选地，所述磁性软体套管为单层或多层结构，且所述磁性软体套管表面为生物相容性材料，内部设置有磁性颗粒和软体材料；该磁性软体套管通过注塑成型或3D打印制备得到。

可选地，所述磁性软体套管的制备，包括如下步骤：

S1：将软体材料与磁性颗粒混合得到磁性软体混合物：

S2：将所述磁性软体复合物注入模具，进行注塑固化成型，得到磁性软体套管粗品；

S3：使所述磁性软体套管粗品的内表面与生物相容性材料发生交联，得到所述磁性软体套管；

S4：采用夹具将所述磁性软体套管夹持至目标收缩状态，采用磁场发生装置对处于目标收缩状态的磁性软体套管中的磁性颗粒进行磁化，得到经过初步磁化的磁性软体套管。

可选地，所述生物相容性材料为水凝胶，可通过自由基聚合法以丙烯酰胺和海藻酸钠等为原料来制备。

可选地，所述初始磁化为整体充磁或局部充磁。

可选地，所述初始磁化采用大于1T的脉冲磁场进行磁化，用于驱动所述磁性软体套管发生收缩和舒张动作的磁场大小为10mT至300mT。

可选地，所述磁场发生装置包括电源、电源控制系统和线圈；其中：

所述电源用于为线圈提供电能；

所述电源控制系统用于根据监测到的患者生理指标对所述电源的输入波形进行控制，从而控制电源对所述磁性软体套管施加的磁场的大小和方向，以满足器官收缩和舒张动作的频率和周期性要求；

所述线圈用于产生磁场以驱动植入体内的且经过初始磁化的所述磁性软体套管发生收缩变形，且所述线圈产生的磁场方向与所述磁性软体套管中磁性颗粒初始磁化时的磁场方向一致。

按照本发明的另一个方面，提供了一种磁控收缩-舒张系统，包括所述的磁控收缩-舒张装置，还包括夹具。其中，所述夹具用于将所述磁性软体套管按照其目标收缩形状进行夹持，并在该夹持状态下利用所述磁场发生装置对所述磁性软体套管中的磁性颗粒进行初始磁化。

优选地，所述磁场发生装置为脉冲磁场发生装置。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)采用本发明所述的基于磁转矩原理的包含磁性软体套管的磁控收缩-舒张装置，解决了传统心脏泵血装置或膀胱泵等使用寿命短、易引发微生物感染等问题，采用磁场驱动方式，避免了设备与装置的直接接触，减少了血栓、溶血等现象的出现。

(2)本发明对磁性软体套管首先采用夹具夹持为其目标收缩状态，然后对其进行体外磁化，利用磁化来达到利用较低的外部磁场实现对磁性软体套管的有效驱动。所述磁性软体套管的外部磁场驱动的原理主要是，将磁性软体套管保持为所需形变的状态下进行磁化，充磁完成后撤去夹具使其恢复到初始形状。当再次施加与磁化时相同方向且强度较弱的磁场时，基于磁对齐原理，磁性软体机器人套管的内部磁畴的磁化方向趋于外界磁场方向偏转从而产生磁转矩，因此导致磁性软体套管产生弹性形变，从而做出“收缩”和“舒张”的动作。采用磁转矩原理进行驱动，解决了利用磁梯度力的驱动装置所需磁场强度大、装置复杂等问题。

(3)本发明磁性软体套管部分可采用3D打印方法或一体式注塑成型方法，令其形状贴近于人体心脏或膀胱，使其运动趋势与心肌组织运动的趋势一致，有助于减轻患者佩戴心室泵血装置或膀胱泵的不适感。

附图说明

图1为本发明一些实施例中磁性软体套管制备示意图。

图2为本发明一些实施例中磁性软体套管磁化示意图。

图3为本发明一些实施例中磁性软体套管驱动装置示意图。

图4为本发明一些实施例中磁性软体套管收缩-舒张体外模拟实验图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的一种磁控收缩-舒张装置，包括磁性软体套管和磁场发生装置；其中，所述磁性软体套管的内部形状与呈舒张状态的器官外部形状相适应；该磁性软体套管中包括软体材料，还包括磁性颗粒；所述磁性软体套管中的磁性颗粒为在其目标收缩状态下经过初始磁化的永磁颗粒；所述磁场发生装置用于产生均匀磁场，并用于驱动经初始磁化的、且植入体内的磁性软体套管，在所述均匀磁场下利用磁转矩的作用发生收缩和舒张的动作；且所述磁场发生装置产生的用于驱动所述磁性软体套管发生收缩和舒张动作的磁场方向与所述磁性软体套管进行初始磁化时的磁场方向相同。本发明所述“目标收缩状态”或“目标收缩形状”即为将该经初始磁化的磁性软体套管植入体内，比如心脏心室外用于心脏泵血或膀胱外用于膀胱泵时，心脏或膀胱处于收缩的状态即为目标收缩状态；相对应地，舒张状态即为心脏舒张状态或膀胱充盈的状态。

本发明磁控收缩-舒张装置适用于心脏的泵血舒张收缩，也适用于膀胱的舒张和收缩。因此本发明所述器官可以为心脏或膀胱。

本发明所述磁性软体套管可以为单层或多层结构，该磁性软体套管表面为生物相容性材料，内部设置有磁性颗粒和软体材料；该磁性软体套管通过注塑成型或3D打印制备得到。

一些实施例中，该控制系统使用时，所述磁性软体套管在磁场作用下发生弹性变形驱动心脏或膀胱发生舒张和收缩动作，可以是表层涂有生物相容性材料(如水凝胶)的单层磁性软体套管结构，可通过3D打印或者注塑成型方式实现；亦可是内中外层分别是生物相容性材料(如水凝胶)、磁性软体材料、生物相容性材料(如水凝胶)构成的多层结构，三层或多层均可通过3D打印或者注塑成型方式实现。

一些实施例中，本发明所述磁性软体套管的制备，包括如下步骤：

S1：将软体材料与磁性颗粒混合得到磁性软体混合物：

S2：将所述磁性软体复合物注入模具，进行注塑固化成型，得到磁性软体套管粗品；

S3：使所述磁性软体套管粗品的内表面与生物相容性材料发生交联，得到所述磁性软体套管；

S4：采用夹具将所述磁性软体套管夹持至目标收缩状态，采用所述磁场发生装置对处于目标收缩状态的磁性软体套管中的磁性颗粒进行磁化，得到经过初始磁化的磁性软体套管。

一些实施例中，所述生物相容性材料为水凝胶，可通过自由基聚合法以丙烯酰胺和海藻酸钠等为原料来制备。

一些实施例中，步骤(2)得到所述磁性软体套管粗品后，在所述磁性软体套管粗品内侧和外侧通过物理方法固定生物相容性良好的医用植入膜，然后再进行步骤(3)的交联处理。

本发明对磁性软体套管进行初始磁化，可以为任意方向，一些实施例中，所述初始磁化的磁化方向为水平方向或垂直方向；所述初始磁化为整体充磁或局部充磁。

一些实施例中，所述磁场发生装置包括电源、电源控制系统和线圈；其中：

所述电源用于为线圈提供电能；所述电源控制系统用于根据监测到的患者生理指标对所述电源的输入波形进行控制，从而控制电源对所述磁性软体套管施加的磁场的大小和方向，以满足器官收缩和舒张动作的频率和周期性要求；所述线圈用于产生磁场以驱动植入体内的且经过初始磁化的所述磁性软体套管收缩变形，且所述线圈产生的磁场方向与所述磁性软体套管中磁性颗粒的初始磁化方向一致。

一些实施例中，所述电源控制系统可以通过压力传感器等设备监测和记录患者心脏自然周期的种血流动力学的指标，如心率、肺动脉和主动脉的压强以及血流流速等，并根据各指标值对电源的输入波形进行控制，从而控制磁场的大小以及方向，达到磁性软体套管和心脏搏动周期运动(或膀胱周期运动)的一致性。一些实施例中，电源为交流电源。所述交流电源在给线圈进行通电的过程中，根据不同患者的心脏搏动情况订制输入波形，根据不同患者的情况，输入波形可以是方波波形，也可以是正弦波形等，同时电源可以设定不同的幅值以及频率，从而控制磁性软体机器人套管以不同的振幅和频率进行收缩和舒张，用以贴合不同情况下的心脏搏动。

具体地，以控制心脏收缩-舒张为例，电源的输入信号值达到信号的高水平值时，线圈可以在磁性软体套管周围产生近似均匀磁场，且磁场强度值达到最大值，由于受到磁转矩的作用，磁性软体套管内部粒子磁矩趋于磁力线方向，软体套管整体产生收缩的弹性形变，其形变将导致套管内部贴合的心脏中的心室发生收缩动作，将血液泵出心脏外；当输入信号达到低水平值时，磁场趋于0，磁性软体套管受到磁转矩消失，由于材料的特性，套管的弹性形变消失，心脏舒张，血液流回心脏。

所述线圈用于产生磁场来驱动磁性软体套管变形。其中，线圈可采用直径较大的空心螺线管结构或一对亥姆霍兹线圈，线圈内部将产生近似均匀的同向磁场，使用时患者位于线圈内部，保证心脏及其磁性软体套管部分位于均匀磁场中。同时，根据需要，线圈可以做成可穿戴形式，如可将一对亥姆霍兹线圈组固定在患者的前胸和后背靠近心脏的对应位置，线圈绕制中可以在线的匝与匝之间添加柔性材料，便于散热以及患者运动的便利性。

一些实施例中，将磁性颗粒(或称永磁颗粒)按照设定体积与所述聚二甲基硅氧烷按照设定比例混合均匀，形成未固化的铁磁混合物；将所述磁性混合物混合均匀，使用注射器将其灌注入打印好的模具中，并加热进行固化，获得固化的磁性软体套管粗品。同样使所述磁性软体套管粗品的内表面与生物相容性材料发生交联，得到所述磁性软体套管。本发明将所述磁性软体套管粗品采用夹具进行先压缩后单向充磁，得到磁化后的磁性软体套管。所述磁性软体套管的磁化方向可以是任意方向(包括典型的水平方向和垂直方向)，可以是整体充磁，也可以是局部充磁，根据不同患者的心脏结构损伤情况来判定。

采用本发明所述的基于磁转矩原理的磁性软体套管的心脏泵血控制系统解决了传统心脏泵血装置使用寿命短、易引发微生物感染等问题，采用磁场驱动方式，避免了设备与装置的直接接触，减少了血栓、溶血等现象的出现；采用磁转矩原理进行驱动，解决了利用磁梯度力的驱动装置所需磁场强度大、装置复杂等问题；磁软体套管部分可采用3D打印方法或一体式注塑成型方法，令其形状贴近于人体心脏，使其运动趋势与心肌组织运动的趋势一致，有助于减轻患者佩戴心室泵血装置的不适感。采用本发明的磁控收缩-舒张控制系统用于膀胱的收缩-舒张动作与之类似。将所述磁性软体套管的内部形状做成与膀胱充盈时的外部形状一致，首先同样对收缩状态的磁性软体套管进行磁化，撤去磁场，使得该套管恢复舒张状态。然后将其植入体内，利用磁场发生装置在与初始磁化相同的磁场方向下，利用磁转矩原理实现使得该磁性软体套管收缩，撤去磁场，恢复舒张充盈状态。

基于磁转矩原理，实现软体套管可控的弹性收缩以及舒张，从而实现对心脏的泵血功能，减轻患者心脏负担。其中，磁性软体套管为永磁颗粒和柔性材料的复合物，对其结构进行压缩充磁；磁驱动装置包括驱动线圈、电源。所用的驱动方法简述如下：通过电源给线圈供电以产生均匀磁场，通过改变电源输入波形，改变磁场大小以及方向，驱动磁性软体机器人套管实现弹性形变以做出收缩以及舒张的动作，从而实现对心脏泵血功能的泵血，本发明解决了传统气动心脏泵血装置需要导管连接从而易引发感染的问题，采用磁转矩对装置进行驱动，大大减小了所需要磁场强度的大小，同时降低了装置的复杂度，对心衰患者的康复和提升生活质量均有较大的帮助。

本发明还提供了一种磁控收缩-舒张系统，包括如上所述的磁控收缩-舒张装置，还包括夹具。其中，所述夹具用于将所述磁性软体套管按照其目标收缩形状进行夹持，并在该夹持状态下利用脉冲磁场发生装置对所述磁性软体套管中的磁性颗粒进行初始磁化。该夹具可以采用任意能够实现磁性软体套管灵活、精细形态控制的非铁磁性材质的夹具。

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决传统器官比如心脏泵血或膀胱泵装置导管连接所引起的感染和并发症以及血液直接与人工表面接触所引起的血栓等问题，同时改善了利用磁梯度力驱动磁片的方式所需磁场强度较大、能耗较多的问题，同时改善了多个数量的磁片在磁场驱动下运动的不连续性对患者心脏产生不适感的现象。

下面以心脏泵血为例，基于本发明所述的磁控收缩-舒张装置和控制系统，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明所提供的一种磁性软体套管的制备过程示意图，其主要的制备过程包括：

S1：根据患者心脏的具体尺寸设计模具，再利用3D打印技术制造模具；

S2：将磁性颗粒与柔性基底材料(或称软体材料)按照设定的质量比进行混合，并用搅拌机搅拌均匀得到磁性复合物液体；

S3：将上一步骤所制备得到的磁性混合物液体通过注射器注射入打印好的3D模具中，在70℃～80℃的温度下加热100～120min，使其进行固化；

S4：将固化的套管进行脱模处理，在套管内侧和外侧根据需要采用缝合等物理方法固定生物相容性良好的医用植入膜，比如PLGA(聚乳酸羟基乙酸)等以提高该磁性软体套管的生物相容性；

S5：将磁性软体套管置于亲水性以及生物相容性良好的水凝胶中，进行交联处理，使水凝胶作为人体组织和心室泵血装置之间的介质；

S6：根据患者需要对磁性软体套管在合适方向下进行均匀磁化。

作为一种优选的实施方式，在步骤S1中，可以运用CT或MRI对患者心脏的具体尺寸进行测量，根据尺寸数据设计模具，使磁性软体套管尽可能接近患者心脏结构。采用3D打印技术制造模具。具体步骤分为两步：

S101：根据患者心脏舒张时的尺寸数据设计出凹模，用树脂材料光固化打印凹模；

S102：由上一步所得到的凹模复模得到所需要的模具。

打印模具采用两个步骤而并非直接对模具进行打印的原因是，采用树脂光固化方法的打印精度较高，对于人体心脏这样一个尺寸较小且功能重要的人体器官，其泵血装置的打印精度的提升尤为重要，但由于树脂材料的脱模效果较差，不利于磁性软体套管的制作，因此采用先打印树脂凹模，再对其进行复模的方法制造模具。

作为一种优选的实施方式，在设计模具时，可以充分考虑人体心脏心室外心肌结构，由于心脏的肌层呈螺旋状和环状排列，同时进行扭转和压缩的运动，为了更佳贴合人体心脏的运动，可以将套管内侧形状设定为螺旋状和环状。

作为一种优选的实施方式，在打印好的模具上应涂抹脱模剂。

作为一种优选的实施方式，在步骤S2中，磁性颗粒可以选择NdFeB、SmCo和AlNiCo等材料的一种或者几种材料的混合。柔性基底材料可以选择聚二甲基硅氧烷以及有机硅胶等。

作为一种优选的实施方式，利用混合脱泡机对磁性粉末和柔性材料进行混合搅拌，并在搅拌过后对其进行消泡，通常将搅拌时间控制在1.5min，转速控制在800～1000r/min，在搅拌过程结束后，对样品进行脱泡，脱泡时间控制在1min左右，脱泡过程转速控制在1000～1200r/min。

作为一种优选的实施方式，在将磁性混合物注入打印好的模具中，最好控制注射速度不要太快，避免包裹住空气形成气泡。注射时应当控制好混合物的用量，避免因为用料过多或过少造成气泡的形成。一般注塑时间控制在30min之内。

进一步的，在磁性软体套管脱模后，用乙醇和异丙醇来对磁性软体复合物进行清洗，并放在氮气流中进行干燥。为下一步的充磁过程进行准备。

在磁性软体套管经过注塑和清洗过程之后，再对套管进行充磁。下面以垂直方向充磁实现的磁性软体来进行说明。

图2为磁性软体机器人套管的磁化和变形示意图。其中，给磁性软体套管进行垂直方向充磁的流程如下：

S601：首先利用夹具对套管进行夹持，使其在磁化过程中保持压缩状态发生弹性形变，该压缩状态为该磁性软体套管植入体内后的目标压缩(收缩)状态；

S602：将磁性套管装入充磁设备中，给磁性软体套管施加垂直方向的充磁磁场(>1T的脉冲磁场)。

给磁性软体套管充磁的方向也可以是水平方向。在这种情况下，将图2中的充磁方向旋转90度。在实际操作过程中，亦可在保持充磁方向不变的情况下，将套管整体旋转90度来实现。也可以根据具体情况对磁性软体套管进行其他方向的充磁，可以改变套管与磁化方向的夹角来实现。

对磁性软体套管进行磁化的原因是，可以利用磁化来实现利用较低外部磁场来对磁性软体套管进行驱动。所述磁性软体套管的外部磁场驱动的原理主要是，将磁性软体套管保持为所需形变的状态下进行磁化，充磁完成后恢复到初始形状。当再次施加与磁化时相同方向的磁场时，基于磁对齐原理，磁性软体机器人套管的内部磁畴的磁化方向趋于外界磁场方向偏转从而产生磁转矩，因此导致磁性软体套管产生弹性形变，从而做出“收缩”和“舒张”的动作。具体地，将磁性软体机器人套管内部磁性粒子的磁矩定义为m，外部磁场的磁感应强度为B，则其受到的磁转矩为τ_m＝m*B。当磁性软体机器人套管通过手术植入人体心脏的心室心外膜时，套管在磁场作用下受到的磁转矩施加在患者心时处，减轻了心衰患者的泵血的功能负担。

另外，磁性软体套管和驱动线圈的示意图如图3所示，驱动装置主要包括交流电源、线圈以及电源控制系统。其中，线圈可以是螺线管线圈，螺线管线圈长度应当尽可能长，保证线圈内部的磁场尽量均匀且方向一致，患者在治疗时应将身体置于线圈内部，将心脏所在身体部位尽量靠近线圈中央部位，使其在磁转矩的作用下可以发生更好的形变。从实际人体医疗角度来说，螺线管线圈的轴向方向沿着人身高方向时，便于设计，因此采用螺线管线圈时，磁性软体套管的磁化方向应沿着人身高方向(即垂直方向磁化)。此外，线圈可以是一对亥姆霍兹线圈组，在该类线圈模式下，由于中间区域为中空结构且两个子线圈可以拆解，所以线圈轴向方向可沿着人身高方向(垂直方向)，亦可沿着水平方向。因此，采用亥姆霍兹线圈组时，磁性软体套管的磁化方向可以垂直或者水平，具体与线圈组的轴向方向保持一致，如图3所示。

作为一种优选的实施方案，利用传感器对患者的各项生理性能参数进行监测和采集，主要记录患者的主动脉血流量、血压等数据，根据患者的各项生理指标对磁性软体套管的收缩幅度以及收缩频率进行控制。

为了验证磁性软体套管的有效性，按照上述步骤制作一个顶部直径59mm，高度为54mm的磁性软体套管，并对其进行垂直方向充磁，并将其置于30mT的磁场下，观察其收缩-舒张的形变情况。可以看到，通过添加和撤去外加磁场，可以控制磁性套管进行收缩和舒张的形变，从而达到辅助心脏泵血的功能，实验效果图如图4所示。

本发明以心脏辅助泵血装置为实施例，对基于磁转矩原理的磁控收缩-舒张辅助治疗装置进行说明，该装置用作磁控膀胱泵的实现方法与之类似。

本发明提供的一种基于磁转矩驱动原理的磁控收缩-舒张装置及系统，通过一体式的轻薄、柔性的软体磁性材料套管和外加驱动磁场，为器官功能受损的患者提供体液循环以及人体代谢的支持。一方面，通过利用外部线圈所产生的磁场进行无线驱动，解决了现有的器官动力辅助装置感染风险较大的问题，同时也减少与体液直接接触从而导致的各种并发症；另一方面，磁转矩驱动所需的驱动磁场较磁场梯度随距离衰减的程度明显得到抑制(以导线产生的磁场为例，外部磁场随离导线距离增加近似成线性衰减，而磁场梯度随距离增减近似成平方衰减)，解决了利用磁梯度力原理实现驱动所需要的驱动磁场大、驱动装置成本高、设计难度大的问题。此外，所采用的磁性软体套管为一连续体结构，可以通过控制套管不同区域的磁化情况来实现对器官的精准辅助控制，不仅提升了对器官不同位置辅助动力的控制精度，而且缓解了分块磁片的不连续性变化给患者带来的不适感。同时，给出了一种注塑的制造方式，使磁性套管一体式注塑成型，制作工艺简单，可以针对不同患者的器官尺寸进行订制，使得套管更加贴合患者器官，从而使动力辅助效果更佳。对于器官肌无力从而导致体液循环功能受损的患者，依靠外科手术植入该磁性软体机器人套管，可以利用外部磁场对磁性软体套管施加磁转矩从而促使套管产生形变，促进器官进行收缩-舒张动作，以此达到实现器官正常功能的目的，在心力衰竭(辅助心脏泵血)和神经源性膀胱(磁控膀胱泵：辅助膀胱排尿)治疗中具有重要应用价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁控收缩-舒张装置，其特征在于，包括磁性软体套管和磁场发生装置；其中，

所述磁性软体套管的内部形状与呈舒张状态的器官外部形状相适应；该磁性软体套管中包括软体材料，还包括磁性颗粒；所述磁性软体套管中的磁性颗粒为在其目标收缩状态下经过初始磁化的永磁颗粒；

所述磁场发生装置用于产生均匀磁场，并用于驱动经初始磁化的、且植入体内的磁性软体套管，在所述均匀磁场下利用磁转矩的作用发生可控收缩和舒张的动作；且所述磁场发生装置产生的用于驱动所述磁性软体套管发生收缩和舒张动作的磁场方向与所述磁性软体套管进行初始磁化时的磁场方向相同。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述器官为心脏或膀胱。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述软体材料为聚二甲基硅氧烷树脂或硅胶，所述磁性颗粒为NdFeB、SmCo和AlNiCo材料的一种或者几种材料的混合。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁性软体套管为单层或多层结构，且所述磁性软体套管表面为生物相容性材料，内部设置有所述磁性颗粒和所述软体材料；该磁性软体套管通过注塑成型或3D打印制备得到。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁性软体套管的制备，包括如下步骤：

S1：将软体材料与磁性颗粒混合得到磁性软体混合物：

S2：将所述磁性软体复合物注入模具，进行注塑固化成型，得到磁性软体套管粗品；

S3：使所述磁性软体套管粗品的内表面与生物相容性材料发生交联，得到所述磁性软体套管；

S4：采用夹具将所述磁性软体套管夹持至目标收缩状态，采用磁场发生装置对处于目标收缩状态的磁性软体套管中的磁性颗粒进行磁化，得到经过初步磁化的磁性软体套管。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述生物相容性材料为水凝胶，该水凝胶通过自由基聚合法以包括丙烯酰胺和海藻酸钠的原料制备得到。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述初始磁化为整体充磁或局部充磁。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述初始磁化采用大于1T的脉冲磁场进行磁化，用于驱动所述磁性软体套管发生收缩和舒张动作的磁场大小为10mT至300mT。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁场发生装置包括电源、电源控制系统和线圈；其中：

所述电源用于为所述线圈提供电能；

所述电源控制系统用于根据监测到的患者生理指标对所述电源的输入波形进行控制，从而控制电源对所述磁性软体套管施加的磁场的大小和方向，以满足器官收缩和舒张动作的频率和周期性要求；

所述线圈用于产生磁场以驱动植入体内的且经过初始磁化的所述磁性软体套管发生收缩变形，且所述线圈产生的磁场方向与所述磁性软体套管中磁性颗粒初始磁化时的磁场方向一致。

10.一种磁控收缩-舒张系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的磁控收缩-舒张装置，还包括夹具；其中，所述夹具用于将所述磁性软体套管按照其目标收缩形状进行夹持，并在该夹持状态下利用所述磁场发生装置对所述磁性软体套管中的磁性颗粒进行初始磁化。

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