CN115670653A - 磁阱系统和用于显微设备的导航方法 - Google Patents

磁阱系统和用于显微设备的导航方法 Download PDF

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Abstract

本文涉及一种磁阱系统(1000)，包括：显微设备(300)，其包括：沿纵向延伸的主轴；用于将显微设备磁约束在约束区(CR)中的陷阱(100)；用于接收生物物质(400,800)的接受区(RZ)，该接受区(RZ)包括该约束区(CR)；用于促成在该接受区(RZ)与显微设备(300)之间相对运动的机械装置(200)；其中，该陷阱(100)绕纵轴线(A)是空心的，包括该接受区，并且提供配置用于将该显微设备约束至该陷阱(100)约束区(CR)的磁场梯度；其中，约束区(CR)内的磁场的取向用于将该约束区(CR)中的显微设备与该约束区的纵轴线(A)彼此对齐。

Description

磁阱系统和用于显微设备的导航方法
发明背景
本发明涉及生物物质中的微型设备(例如远程无线可控式毫米级机器人) 导航领域，具体涉及一种相应的方法和一种用于执行该方法的系统和一种计算机程序产品。
过去十年中，在制造可在人体内操作的小型医疗机器人方面取得了一些显著进展。这种微型机器人所提供的主要好处是其体积小，因为它们不需要大开口来侵入性进入许多人体部位，由此将手术创伤最小化。然而，由于难以将机载机器人部件如执行器、传感器、电源、计算、通信和控制电子设备放置到微型机器人机身中，故这些毫米级机器人的小尺寸也带来许多挑战。近十年来，使用无线操作式微型机器人的方法取得了显著进展。即，利用涉及磁场、声波和光的远程驱动原理，许多无线小型机器人已被用于在体内导航和执行医疗功能。
由于人体主要由软物质组成，故小型移动机器人在流体和这种软物质两者中均能达成的导航对于能够进入人体的一些难触及部位并治疗其中的疾病是重要的。例如可以在大脑内导航的机器人可以治疗脑癌，而甚至不需要在颅骨和大脑物质中产生(大)手术开口。最近的尝试允许远程致动式微型机器人在物质内部导航，目标是清除血块、物质钻孔和在大脑中导航。然而，这些方法仅限于使用简单的一维驱动和低控制和定位带宽，同时伴有可能由强磁力引起的控制不稳定问题。已经考虑了产生强磁力以穿透物质，但当定位和控制系统未被很好地设计成具有快速响应时间时，这种强磁力可能导致磁力机器人在外科手术期间快速移向磁源。因此看起来医疗磁力机器人系统牵涉到高的安全风险。
发明内容
如独立权利要求的主题所述，各不同实施例提供一种磁阱系统和一种用于在生物物质(例如生物组织)中引导显微设备的方法。在从属权利要求中描述了有利的实施例。本发明的实施例在不相互排斥情况下可自由相互组合。
在一个方面，本发明涉及一种磁阱系统。该磁阱系统包括：
-显微设备，其包括沿纵向延伸的主轴；
-用于将该显微设备磁约束在约束区中的陷阱；
-该陷阱内的用于接收生物物质的接受区，所述接受区包括该约束区；
-用于提供该接受区与该显微设备之间相对运动的机械装置；
其中，该陷阱绕纵轴线是空心的并包括该接受区；
其中，该陷阱被配置成提供配置用于将所述显微设备约束至所述陷阱约束区的磁场梯度；并且
其中，在该陷阱的约束区内的磁场的取向被配置成将在该约束区中的显微设备的主轴与该约束区的纵轴线或者与同该约束区的纵轴线偏差不超过 30°、最好不超过15°的轴线对齐。
因此，约束区可被定义为满足上述标准的区域，即，显微设备受到约束 (尤其是磁梯度分布在纵向具有零梯度并在CR中心沿纵向改变正负符号(即“横穿轴线”))并且显微设备主轴达成所述对齐。
这可以提供一种独特的多维度导航方式，取决于由机械装置提供的自由度。显微设备尤其可以是机器人，其用于提供可供机器人插入的生物物质的诊断数据(例如局部且可控的成像造影剂输送、可视摄像机监控和活检(取回物质或液样))。在这种物质中，作为诊断的替代或补充，还可以通过机器人达成对物质部分的医治。这种医治可包括烧灼、神经记录和/或刺激、刺穿特定物质或膜、局部去除凝块或物质、热疗、给物(例如药物、干细胞、基因、显像剂、RNA、蛋白质、生物标志物、放射性物质、生物细胞)和在大脑和其它物质中的栓塞。
该陷阱可以通过陷阱的一个或多个磁体与显微设备的一个或多个磁体的相互作用而将显微设备磁约束在约束区中。陷阱的磁体可以是永磁体或电磁体、特别是超导磁体。显微设备的磁体可以是NdFeB磁体，例如可从德国 Gottmadingen的Webcraft有限公司获得。
通过将显微设备约束在陷阱中，可用于获得显微设备关于陷阱的、即在陷阱的空心空间内的清晰限定的位置。如果显微设备通过机械装置相对于陷阱接受区被移动，则可能有施加在显微设备上的反作用力，用以总是将其推回到约束区。
如果将显微设备插入生物物质等物体中并与该物质一起相对于陷阱运动，则反作用力可能只作用在显微设备上、而不会作用在物质上，这导致显微设备在物质内部相对运动，即，在3D空间中的导航。这种运动可以具体地在没有对显微设备的单元进行主动控制的情况下达成。
接受区和显微设备的相对运动可以通过例如使用机械台装置移动显微设备来实现。这样的机械台装置可以包括一个或两个线性平移台(例如来自美国新泽西州牛顿的Thorlabs有限公司的型号LTS300/M)，还可以包括用于旋转运动的步进电机(例如德国Neukirchen-Vluyn的型号NEMA17-01)。整个系统可以由在Linux操作系统(Ubuntu18.04)中运行的机器人操作系统(ROS Melodic) 来驱动。
操作员可通过无线操作手柄(例如型号F710，Logitech，Newark CA，美国)来调节对机械设备的控制输入。作为相对于固定式陷阱来移动显微设备的替代方案，可通过合适的手段移动磁阱。如果包括显微设备的生物物质是活体(例如人脑)的物质，则移动磁阱可能是更舒适的解决方案。于是活体无需在手术室内进行对地移动。或者，陷阱和显微设备也可以都是可运动的。
“在约束区内的显微设备的主轴对准方向”这一特征可用于避免显微设备因径向力而能从约束区径向“逃离”。通过将主轴与约束区纵轴线对齐(因此垂直于径向)，显微设备的最大表面将沿径向来取向。因此机器人的(很)大部分表面(优选超过机器人表面的70％，更优选80％)具有垂直于纵向的表面法线。
因此，即使小的径向磁力可能会作用到约束区中的显微设备上，但因为机器人的绝大部分表面垂直于作用力的径向，故机器人的这种大表面导致与接纳机器人的物质发生严重摩擦。因此，由于这种大的摩擦表面，机器人可能会被施以高的阻力，以至于尽管有径向磁力，但在物质中不会发生不希望的径向运动。这种径向运动还可能导致损害可容置有显微设备的生物物质。
所述对齐也可以对由机械装置引起的运动的反作用运动进行减缓。换言之，由于对齐，在陷阱中的显微设备的移动基本上仅沿着陷阱纵轴线发生，此时显微设备具有关于其主轴的明确限定的取向。因此该约束区可被进一步限定为任何下述区域，在该区域内，垂直于纵向(即沿径向)作用的力小于预定值、例如小于在显微设备与物质之间的沿径向的最大潜在摩擦力。
在一个实施例中，该显微设备具有一个优选为圆筒形的管状主体和一个从主体延伸出的尖端、优选锥形尖端。这可能会增强显微设备在生物物质中移动的能力。该尖端的作用是减小物质的机械阻力，特别是当配置为锥形尖端时。该主体使该运动保持稳定，具体说该圆筒形主体可以很容易地在物体中滑动而没有任何额外机械阻力。
在一个实施例中，该显微设备所具有的总长度与主体直径的纵横比在0.1 至1000之间，优选在0.5到5之间，更优选在1.5到3.5之间，还更优选在2.3到 2.8之间。这对于显微设备向前移动和不易发生径向运动而言可能是合适的尺寸，并且可以有助于将陷阱的约束区内的显微设备对齐。
在一个实施例中，该显微设备具有在0.1至100mm之间、优选在0.75至 4mm之间的长度和在0.001至5.0mm之间、优选在0.25至1.8mm之间的宽度或直径。这可能适应于生物物质，例如大脑动脉和静脉的典型直径。
在一个实施例中，显微设备配置为医疗或外科治疗用机器人。因此，由于该系统保证在生物物质中的完美导航，故这可能是待治疗的活体物质。
在一个实施例中，该陷阱包括多个适于提供磁场的永磁体。例如可以使用60到145个磁体，例如90到100个磁体，例如95个永磁体。替代方案可以是或包括电磁体或超导磁体。电磁体可具有如下好处，即，只有当该物质已经被放置在约束区中时，电磁体才可被激发以产生其磁场。因此，这可以有助于在没有外磁场作用下将物质引入约束区。
在一个实施例中，陷阱被配置为提供具有至少一个下述性能的磁场：
-在约束区中心的磁场矢量平行于纵轴线或平行于一个偏离纵轴线不超过 30°、优选不超过15°的轴线，
-磁场强度平行于纵轴线地从该接受区的左边界和右边界(其值优选在 1mT到100mT之间、优选在50mT到60mT之间)起增大至在约束区中限定的值，
-该约束区中的磁场强度值在1mT到500mT之间，优选在140mT到180mT 之间，
-磁场强度从约束区的中心起沿径向从最小值增大到不超过最小值15％的值，
-磁场强度从约束区的中心沿径向增大到在10mT到500mT之间的、优选在180mT到200mT之间的最大值，
-平行于纵轴线地，在陷阱约束区中的磁场梯度所具有的值在约束区中心为0，并且在紧邻约束区边缘的区域内介于0.1～30T/m、优选5～10T/m、更优选6～8T/m之间，
-吸引区边界处的磁场梯度的绝对值大于5T/m，优选大于6.5T/m，
-在约束区内的磁场梯度的绝对值从约束区边界到约束区中心最小值地单调减小，优选严格单调减小，更优选线性减小。
这些值已被证明是有用的并有助于显微设备的稳定导航。即，a)可帮助稳定陷阱中的显微设备，b)可帮助将显微设备以适当方式插入物质中并将该物质连同显微设备一起以适当方式插入陷阱中，c)可帮助在约束区内稳定约束显微设备，d)可帮助对齐显微设备，e)避免其沿径向朝约束区外的磁体逃出，f)可导致在包含磁偶极子的显微设备上提供最佳偶极矩，g)可被提供用于将显微设备插入物质中，h)可等同于描述磁场强度与纵轴线上的位置之间相关性的平方函数。这可能有助于将显微设备平稳送入陷阱的约束区中。
在一个实施例中，该陷阱可以被配置成提供第一磁场，其中，该显微设备被配置成提供第二磁场，其中，第一和第二磁场包括以下特性中的至少一种：
以磁性方式对约束区中的显微设备施加的径向力的绝对值小于10mN，优选小于8mN，更优选小于4mN，还更优选小于2mN；
在约束区中平行于纵轴线地以磁性方式对显微设备施加的轴向力的绝对值在约束区中心为0，并且在紧邻约束区边界的区域内为F，F在4～24mN之间、优选在8～18mN之间、更优选在12～16mN之间。
这可能有助于尽量减小在约束区中的显微设备的移动。b)这可用于对显微设备施加作用，以始终迫使其进入(返回)约束区的中心。
在一个实施例中，该陷阱和显微设备按下述方式彼此匹配，即，该约束区的长度是该显微设备沿其主轴的长度的1倍到500倍、优选是10倍到30倍、更优选是15倍到25倍，和/或该约束区的宽度为该显微设备的垂直于其主轴的宽度(例如直径)的1倍至500倍、优选是10倍至20倍、更优选是13倍至18倍。由于合适的磁场，该实施例允许很稳定地对齐该陷阱中的显微设备。
在一个实施例中，该系统包括成像设备、优选是X射线透视或超声成像设备，其适于监视该约束区中的显微设备。
在其一个实施例中，该系统包括控制器，用于执行在接受区与显微设备之间相对运动的机械装置，其中，该控制器被配置成接收由成像设备拍摄的图像的图像数据、分析数据并根据数据和分析结果来控制该机械装置。
在一个实施例中，由机械装置(200)提供的相对运动是纵向运动、径向运动和相对于陷阱(100)的纵轴线(A)的旋转中的任一种。这允许多个自由度(例如多达5个)，因此便于导航。
另一方面，本发明涉及一种在生物物质如组织中引导显微设备的方法，该方法包括：
提供一种磁阱系统，该磁阱系统包括：
-显微设备，其包括沿纵向延伸的主轴；
-用于将该显微设备磁约束在约束区中的陷阱；
-用于接收生物物质的接受区，该接受区包括该约束区；
-用于提供该接受区与该显微设备之间的相对运动的机械装置；
其中，该陷阱绕纵轴线是空心的并包括该接受区；
其中，该陷阱被配置成提供磁场梯度，磁场梯度配置成将该显微设备约束到该陷阱的约束区；并且
其中，在该陷阱的约束区中的磁场取向被配置成将该约束区内的显微设备的主轴与该约束区的纵轴线或者与同该约束区的纵轴线的偏差不超过30°、优选不超过15°的一个轴线对齐。
该方法因此提供以上所解释的磁阱系统的优点。
在一个实施例中，该方法还包括将生物物质定位在接受区中，其中，该显微设备可能已被插入该物质中，并且还包括操作该机械装置，这可达成该显微设备在物质中的导航。
在一个实施例中，该方法包括提供一种成像装置，优选是一种X射线透视成像装置，其适于在该约束区中监测该显微设备，该方法还包括：
接收导航路径，该导航路径描述显微装置相对于生物物质的期望的相对运动，其中，操作机械装置以执行可接收区和显微装置之间的相对运动，以针对显微装置根据生物体内的导航路径进行导航，该方法在导航过程中还包括：
-接收成像装置从约束区拍摄的图像的图像数据，
-根据导航路径接收显微设备相对于生物物质的期望空间位置，
-分析数据以获得显微设备相对于生物物质的实际空间位置，在实际位置和期望位置之间不匹配的情况下，根据数据和分析结果来控制机械装置以校正显微装置的实际空间位置，校正导致显微设备的实际空间位置匹配于所需空间位置。因此，成像可以适当地帮助提供沿着期望导航路径的最佳导航。
在一个实施例中，提供陷阱包括提供朝着约束区来取向的磁场以使显微设备朝着约束区中心，因此如期望的那样吸引显微设备。
陷阱和显微设备的磁场可以适应生物物质，从而在约束区中，作用于显微设备的径向磁力小于或等于在物质与显微设备之间沿径向作用的摩擦力，而在纵向上，作用于显微设备的磁力大于在物质与显微设备之间作用的摩擦力。例如，作用于显微设备的径向磁力可以按照在0.25到0.9之间、优选在0.7 到0.8之间的系数小于或等于在径向上在物质和显微设备之间作用的摩擦力，并且作用于显微设备纵向的磁力以在1.1到1.8之间、优选在1.2到1.3之间的系数大于在物质和显微设备之间作用的摩擦力。这些值可保证在约束区中使显微设备保持稳定。
一般来说，稳定的约束区可以通过增大在物质中的显微设备的径向阻力系数c_r和减小轴向阻力系数c_a而被扩大。此外，小的径向阻力系数和大的轴向阻力系数会使约束区域非常小，从而使机器人容易变得不稳定。在这里，阻力系数是显微设备造型和周围物质的函数，其应被仔细选择以便通过增大径向阻力和最小化轴向阻力来最大化稳定区域。应注意的是，这些阻力系数可通过计算阻力-穿透速度曲线的斜率来试验测定。
阻力-穿透速度曲线在本领域中是已知的。阻力-穿透速度曲线的斜率可以通过线性回归来得到。具体说，阻力-穿透速度实验的测量数据可以被拟合成线性多项式，其中，项的系数、即“速度项”成为阻力系数。
在一个实施例中，显微设备的形状和在陷阱内部的磁场强度与供导航的生物物质的类型如此相匹配、特别是如此与这种物质的粘性相匹配，即，当显微设备在陷阱内部位于这种物质中时，不会损坏该物质。后者是要实现的期望效果。
在一个实施例中，显微设备在导航期间被成像，并且其中，该机械装置通过控制器至少被部分自动操作以确保该机械装置遵循在生物物质中的预定路径。这种自动化可能使得该方法更可靠。
在一个实施例中，该方法可以包括提供陷阱，其包括多个磁体，其中，所述提供包括确定磁体的彼此相对布置，采用使用磁偶极子模型的数值非线性优化求解器来执行该确定。这样的特征确保可以定义并实现以上在a)到l)中所解释类型的特征。
应该注意的是上述系统和方法也可被应用于除生物物质外的其它物质例如任何类型的流体或例如粘性物质。
另一方面，提供一种计算机程序产品、特别是计算机可读介质，该计算机程序产品载有计算机可执行代码，用于由控制权利要求1所述系统的处理器执行，其中，该指令的执行使处理器控制该机械装置以执行在接受区与显微设备之间的相对运动。
附图说明
以下仅以示例方式并参照附图来更详细解释本发明的实施例，其中：
图1示意性示出本发明实施例的整个系统。
图2A以正面俯视透视图示出根据本发明主题的用于对显微设备进行磁约束的磁阱100的例子。
图2B以侧视图示出图1所示的陷阱100的例子。
图3示出根据本发明主题的整个磁阱系统1000的例子，包括图2A和2B所示的陷阱100、机械台200以及物质虚拟轮廓(连同机器人)。
图4示出设计用于根据本发明主题的磁阱所需的力分布的例子。
图5A示出根据本发明主题的在图2A和2B所示类型的磁阱中的磁场分布的例子，该磁阱提供图4的力分布。
图5B示出根据本发明主题的在图2A和2B所示类型的磁阱中的磁力分布的例子，该磁阱实现图4的力分布。
图6示出根据本发明主题的能被用在图3的磁阱系统中的示例性机器人的形状的例子。
图7A示出根据本发明主题的图5A中的磁阱的磁场分布如何将图6的机器人约束在磁阱约束区中。
图7B示出根据本发明主题的图5B中的磁阱的磁力分布如何在磁阱约束区中对齐图6的机器人。
图8示出示例性机器人可具有的假想运动。
图9示出根据本发明主题可如何监视图2A/2B的磁阱的约束区中的机器人。
图10示出大脑以解释根据本发明主题的脑内机器人导航方法的步骤以及大脑治疗方法步骤(本文未要求保护)。
图11是示出根据本发明主题的通过在患体物质中对机器人进行导航以便医疗治疗或外科治疗患体的方法(本文未要求保护)的步骤的流程图。
图12示出一连串透视图像，表明机器人在生物物质中的导航。
具体实施方式
出于说明目的将呈现本发明的各不同实施例的描述，但并非想要穷举或局限于所公开的实施例。在不脱离所述实施例的范围和精神情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择本文所用的术语是为了最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场上现有技术的技术改进，或者使本领域的其它普通技术人员能理解本文所公开的实施例。
图1示出磁阱系统1000，其包括显微设备300，显微设备包括主轴PA、用于将显微设备300磁约束在约束区CR中的陷阱100、用于接收生物物质且包括约束区CR的接受区RZ以及用于在接受区RZ与显微设备300之间促成相对运动的机械装置200。
陷阱100绕纵轴线A是空心的并包括接受区RZ，并且进一步配置成提供磁场梯度FB，其配置成将显微设备约束至陷阱的约束区。约束区CR中的磁场 B的取向被配置成将陷阱约束区中的显微设备的主轴PA与约束区CR的纵轴线 A或与同约束区CR的纵轴线A的偏差不超过10°的一轴线彼此对齐。
图2A和2B以不同视图示出根据本文例子的磁阱100的例子。磁阱100的总体形状关于中心纵轴线A是六重旋转对称的。其它形状也是可能的，包括三重、四重、五重、七重等旋转对称形状。磁阱架构受到Halbach和Aubert阵列的启发。在此，磁阱是空心的并且在中心纵轴线A的方向上约6厘米长。这适用于在中空空间内在相当小的物体中对机器人进行导航。如果要在活人大脑中进行机器人导航，则应该放大该尺寸，例如放大五倍以上。
如图2B中的r1、r2、r3、r4和r5所示，磁阱100可以包括五行或五层。除了五之外的其它行数是可能的(二、三、四、六……)，并且由于对称原因而最好是奇数(三、七、九、十一……)。
每行可以包括已通过3D打印形成的塑料材料的外壳主体110，并且每个这样的外壳主体110可以承载例如图2A和2B在120处所示的永磁体阵列。永磁体120可以具有彼此相同的形状和材料。每个阵列可以有至少五个磁体，并且在本例子中每个阵列使用大约15到25个，使得行r1、r2、r3、r4和r5中的五个阵列总共包括约100个永磁体(例如95个)。
图3作为整体示出磁阱系统1000的例子。图2A和2B的磁阱在此以剖视图被示出且仅示出其下半部。机械装置的例子被示为机械台200。机械台200可以包括下线性台210和对平台230进行支承的上线性台220。上线性台220可由下线性台210在平行于磁阱100的纵轴线A的(水平)方向上移动。平台230可由上线性台220在垂直于磁阱100的纵轴线A的(优选水平)方向上移动。
平台230可以承载步进电机240，其(通过图中未示出的杆)在平台底侧连接到皮带250(步进电机型号可以是：NEMA17-01，Neukirchen-Vluyn，德国)。步进电机造成杆旋转并移动皮带250。在平台的远端有一个相应的机构，皮带在此使承载样品(如生物物质)的、在此由培养皿260表示的支架旋转，作为可供机器人在其中移动的虚拟轮廓。当支架旋转一个角度θ时，机器人会随着生物物质一起旋转。
通常，图3所示的磁阱系统1000的基本原理如下：生物物质连同在其中的机器人的运动是由线性台210和线性台220的运动和/或由步进电机240的动作而引起的旋转中的至少一种造成的。但对于机器人，这种运动被磁场作用抵制。由于施加在机器人上的磁场会由于物质和在其中的机器人的运动而变化，故机器人被迫回到其在磁阱中的初始位置。另一方面，由于生物物质不受磁场影响，故机器人相对于生物物质且在生物物质内部移动。因此，机器人可以通过提供线性平台210和线性平台220以及步进电机240的可控运动被精确地导航。
图4示出可在设计磁阱时预限定的磁力分布的例子，该磁力分布允许实现在前一段中解释的磁阱系统1000的原理。图4中的图表的x轴表示机器人的沿磁阱100的纵轴线的位置。
图4中的图表的y轴表示施加于机器人上的力。位置和磁力的绝对值不是必需的，力分布关于不同的量而起作用。但图4所示的值最适合图2A和2B所示设计的磁阱及以下所述的具体显微设备。即，轴向力在极限处大于 12mN，用于物质穿透。
力分布包括将机器人吸引到中心的部分CR(即“约束区”)，此处指示为 C。一旦机器人在CR中，则不能轻易离开CR，因为力在两个方向上都会将其移回至CR。在此，力分布在约束区中是部分线性的，但可能有不同的图形形状。在此，力分布被具体示出为：在约束区CR中的力值从约正14mN严格单调递减、即线性减小到在相反侧的负14mN。
为了能够将显微设备引入生物物质中，可能需要大于12mN的值。在约束区CR外，在其边界处出现力分布的突变(在不超过1～4mm的宽度内)，在左侧为从负到正的突变，在右侧为从正到负的突变。因此在约束区之外，力斥离陷阱。
因此，永磁体阵列被设计为在空间中很小的区域CR处产生强磁力陷阱。这个设计优化问题基于磁偶极子模型来说明。由磁偶极子产生的磁场是：
Figure RE-GDA0003890634590000111
其中，
Figure RE-GDA0003890634590000112
是磁场，μ0是自由空间的磁导率，
Figure RE-GDA0003890634590000113
是目标点从磁源中心的位移向量，
Figure RE-GDA0003890634590000118
是向量归一化算子，I是3乘3单位矩阵，
Figure RE-GDA0003890634590000114
是磁源的磁矩。在另一磁源上产生的磁力为：
Figure RE-GDA0003890634590000115
此时，具有磁矩
Figure RE-GDA0003890634590000116
的磁力机器人位于r处。
为了在阵列中心轴线处产生一个磁力陷阱，限定出图4的力分布。该力分布显示出至少12mN的磁力用于物质穿透，并在CR中与x轴相交，用于将机器人自动稳定在约束区内的力陷阱。该力分布成为设计优化问题的约束条件之一。
此外，可以限定其它约束条件来限制径向力，以便机器人不会在物质阻力的帮助下偏离中心轴线。在这里，优化目标是最大化轴向磁力。永磁体的配置(例如磁体的位置和取向)成为优化用参数。所有这些都能在非线性优化例程中被表述为：
Figure RE-GDA0003890634590000117
对此适用
fa(p1)＞12mN
fa(p2)＜0mN
max(|fr(p3)|)＜5mN
Figure RE-GDA0003890634590000121
其中，fa(p)是在点p处评估的轴向力，fr(p)是在点p处评估的径向力，p1是工作空间中关于轴线的既定最大力点(例如离阵列中心20mm)，p2是在轴线另一侧的限制力分布以穿过x轴的点，p3是用于表示工作空间内用以评估多个径向力的分布点(在2mm网格中的每个点)的连接位置向量，x是包括在轴对称情况下的位置和取向的永磁体配置，p4是关于阵列的中心轴线的连接点。
在这里，微分必须为负而使得力分布呈单调递减，如图4所示。作为非线性求解器，以商用计算语言编程的内点算法(fmincon.m in MatLab, Mathworks有限公司，美国马萨诸塞州)可被用于解决公式化设计优化问题。该问题可以在大约150次迭代内得到解决，产生如图5A和5B所示的配置。虽然优化是在局部进行的，但即使有多个随机初始参数，优化也能收敛得到最终解，这意味着优化接近全局最优。
阵列的最终设计可以借助商用有限元分析磁模拟工具(COMSOL Multiphysics5.4，COMSOL有限公司，瑞典斯德哥尔摩)通过以从设计优化中获得的配置形态来安放永磁体而被验证。
图5A示出通过以上解释的过程获得的磁场分布连同呈阴影度形式示出的磁场强度。图5B相似地示出磁力分布连同呈阴影度形式示出的磁力强度。
如从图5A中可最容易得知地，在磁场内存在与偶极子相对应的偶极子场分布。因此可以识别出约束区CR(在此简化为矩形，用虚线表示)。在CR外，磁场是一个反向偶极子场。换言之，表示磁场方向的箭头在右侧向左进入磁阱并在左边向左侧离开。在内部约束区CR中，磁场取向为从左指向右。图 5A的接受区RZ可以延伸经过陷阱的整个纵向长度。例如，RZ可以由陷阱磁体周围的空间形成。在图2A的例子中，RZ将是一个长度为5厘米、直径约为6厘米的管。
如从图5B可以得知地，由磁场梯度引起的作用于磁力机器人的磁力在磁阱的左侧相接区域Vic1以及在右侧相接区域Vic2都排斥机器人(见指向外侧的力箭头)。与此相反，在约束区CR中，在点P1处的箭头将迫使机器人进入中心区C，在点P2处的箭头将迫使机器人朝相反方向进入中心区C。这是图3中的力分布的结果，见其中所指出的点P1和P2。
在本例子中，中央区C内的磁场强度为约140至180mT。施加的力在 4～8mN之间。磁场强度从中心区C起沿径向增大到180～200mT的值。沿径向在约束区CR内侧所施加的力不超过12mN，甚至优选小于8mN，更优选小于 4mN。
磁场强度从约束区CR的左边界和右边界(其值约为50或60mT)两处起沿轴向增大至在中心区C内的上述最大值。纵向力在点P1和P2附近具有最大值。
图5A和5B的磁场和力分布通过永磁体的特定取向来获得。如可在图5A 中看出地，第二和第四行中的永磁体的取向与第一、第三和第五行中的永磁体截然不同。用于限定分布的算法可能能够详细向磁阱构造者指示如何准确放置永磁体。
机器人在被送入磁阱的邻接区域Vic1(或Vic2)时不会主动进入接受区 RZ，而是被排斥。一旦通过机械台200迫使机器人进入磁阱100的内部、即进入接受区RZ，它就被自动强制进入约束区CR。在替代方案中，所使用的磁体不是永磁体，而是可以由相应的控制装置接通和关断的电磁体。因此，机器人可能已经位于物质中的期望位置，并且该物质可以相对于CR被定位，优选位于CR的中心C。然后可以接通电磁体，于是提供将机器人保持在其当前位置C的磁阱或迫使机器人移动到位置C。
图6示出可被用在根据一个实施例的磁阱系统中的机器人300的示例性形状。
机器人300可以包括主体310，主体可以是圆筒形的并且其中可以装有同样为圆筒形的永磁体312。永磁体312可以完全或至少部分包括NdFeB。机器人300还可以包括尖端314，其可以是锥形的。通过适当地塑造该尖端，在有磁力作用于机器人300(即永磁体312)时，该尖端通过将障碍物移到侧面来增强运动便利性。
机器人300的整个长度l1可以约为3mm(在1.5至5mm之间)。主体的长度l2 可以约为2mm(在1.5至2.5mm之间)。永磁体312可以具有相同的长度，或者其长度至少在圆筒体长度的95％到99.8％之间。圆筒形主体310的直径d可以约为1mm(在0.5mm至2mm之间)。永磁体312可以具有相同的直径，或其直径至少在圆筒体直径的95％到99.8％之间。锥形尖端314在其远端具有约50μm(在 35至65μm之间)的半径r。
机器人300可以具有沿纵向延伸的主轴。这可以通过指示长度l1与直径d 的纵横比大于1.5、优选大于2来定义。如果纵横比小于8、优选小于6、更优选小于4，则在导航时可以获得相当高的稳定性。除了使用长度l1与直径d的纵横比，作为替代方案，可以将长度l2与直径d的纵横比例如限定为具有在2 到3之间的值。
图7A示出机器人300在磁阱100、即约束区CR中的示例性情况。机器人 300被嵌入生物物质400中。磁阱的磁场通过施加如箭头ar1和ar2等所表示的轴向力来迫使机器人保持(被约束)在约束区CR。另一方面，生物物质本身具有阻碍机器人径向运动的粘性。该粘性施加如箭头ar3和其它符号所象征的反作用力。由于能将机器人300沿径向移出到约束区CR外的施加力不超过 6～8mN(如图5B所示)，故机器人300因此将不会径向移出到约束区CR外。就以下系统性能而言的约束条件可被施加于整个系统：
-机器人有特定重量，
-机器人中的永磁体具有特定性能，
-陷阱具有特定场强，
-陷阱具有特定场梯度，
这些性能如此与待导航的物质的性能匹配，即，机器人不会在磁阱约束区CR 中径向移动。这保护生物物质免受“退离机器人”的伤害。以上的6～8mN的值适用于上述机器人。如果机器人具有不同的形状、重量和磁体，则其它值可能是需要的并且是合适的。
图7B也示出在磁阱中的机器人300的示例性情况。从永磁体120延伸出的箭头象征磁场取向。可以看到，除了物质粘性的影响，永磁体120的特定取向还帮助以某些角度例如10°的精确度将机器人300与纵轴线对齐。通过这种对齐，可以更可靠地进行导航，因为机器人取向不成问题。
图8说明可能是期望的机器人300假想运动、即在生物物质(介质)中的旋转以及并非期望的物质径向穿透。
图9示出可如何监视在图2A/2B的磁阱的约束区中的机器人：在例子中，磁阱100在其内部、即接受区RZ内包括摄像头500(例如型号YC225-P/FBA， CORPRIT，中国)。然后，可以使样本400'(软物质或相应的虚拟轮廓)进行成像。摄像头500可以象征任何类型的成像技术，不仅是光学的，还有红外线、紫外线或X射线透视(例如型号XPERT80，KUBTEC，StratfordCT，美国)或声学和/或超声波。成像装置可以至少部分安放在磁阱100外。于是可以省略磁阱100的多个(例如95个)永磁体120中的一个、两个、三个或更多个，以便允许辐射或声音穿过接受区RZ。这种省略通常对磁场分布只有微小影响。
成像系统可以采集样本400'的成像区410。成像对于监视物质中的机器人是有意义的。成像系统可被接合到充当机械台200的控制器的计算机系统 600(例如在Linux操作系统(Ubuntu18.04)中运行的机器人操作系统(ROS Melodic))。计算机系统600可以包括能检测机器人300在样本400'中的位置的图像识别软件。于是可以将各自(反馈)控制信号发送到机械台200以使机器人 300沿着期望路径移动。该系统可以包括输入/输出设备700，以使操作员能在其显示屏上查看采集的图像并通过输入控制命令对其作出反应。可以通过无线操作手柄(型号F710，Logitech，Newark CA，美国)提供输入。
图10示出大脑用于解释在其中引导机器人的方法以及治疗大脑的方法(本文未要求保护)的步骤。
可用在如上解释的导航方法中的机器人可以像常见的那样用于特定治疗目的。
例如，一个能在大脑内部被引导的机器人可通过在期望位置释放某种抗癌药物来治疗脑癌，而不会在颅骨和脑部组织中产生大的手术开口。最近试图使远程致动的微型机器人在物质内被引导，旨在去除血凝块和物质钻孔。
因此，机器人原则上可能看起来像以上关于图6所描述的机器人300，但可能配备有其它装置例如药物用容器、用于机械作用于物质的机械单元或发热单元(使用化学品或电力)。尤其可以包括电能源(如电池)。也可以有通信装置(用于无线机器人控制)例如电磁收发器等。也可能有微处理器或微控制器，用于机器人单元的整体控制。
导航方法已经用猪脑样本做了测试，如在图10中的800处以体外方式所示。机器人300在开口810处被插入到大脑800中。大脑中有一条自然路径820 例如动脉或静脉，机器人使用上述系统和方法可沿着该路径被导航。机器人在路径820中的830处在中间位置被示出。机器人最终被导航到目标位置 840，在此，该机器人可能能够对物质提供治疗。
图11是表示通过在患体物质中引导机器人来对患体进行医学治疗或外科治疗的方法的步骤的流程图，该导航按照本发明主题来达成。
以步骤S10开始，将物质放置在平台230的相应支架上并将平台230引入接受区RZ，随后在步骤S12将机器人插入物质中并与物质一起进入约束区 CR，并且在步骤S14中操作机械台200，使得该物质相对于磁阱100移动，在此，在磁场作用下机器人被施以反作用，如上所解释的那样。机器人到达其目标位置并在步骤S16中被自动无线操作以进行治疗(释放热等)。步骤S10和 S12可以互换，即，机器人先被插入物质中，然后再被放入接受区RZ中。在此要求保护的方法不包括步骤S12和S16。
图12示出一连串透视图像，其说明在生物物质中的机器人导航。
其中，机器人在一个物质虚拟轮廓中被引导，以经历呈无限符号形式的路径(横置的“8”)。
如本领域技术人员将理解地，本发明的各方面可以按照设备、方法、计算机程序或计算机程序产品的形式实现。故本发明的这些方面可以呈现纯硬件实施方式、纯软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或软硬件组合实施方式的形式，它们都可以在此被统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取在一个或多个计算机可读介质中实现的计算机程序产品的形式，其中载有计算机可执行代码。计算机程序包括计算机可执行代码或“程序指令”。
可以使用一种或多种计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。如本文所用的“计算机可读存储介质”包括可以存储可由计算设备的处理器执行的指令的任何有形存储介质。计算机可读存储介质可被称为计算机可读非暂态存储介质。计算机可读存储介质也可被称为有形计算机可读介质。在一些实施例中，计算机可读存储介质也可能能够存储能被计算设备处理器访问的数据。计算机可读存储介质的例子包括但不限于：软盘、磁硬盘驱动器、固态硬盘、闪存、USB拇指驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、磁光盘和处理器的寄存器文件。光盘的例子包括压缩盘(CD)和数字多功能盘(DVD)，例如CD-ROM、CD-RW、CD-R、DVD-ROM、DVD-RW或DVD-R盘。术语“计算机可读存储介质”也是指能由计算机设备通过网络或通信链路访问的各种记录介质。例如可以通过调制解调器、互联网或局域网检索数据。包含在计算机可读介质上的计算机可执行代码可以使用任何适当的介质来传输，包括但不限于无线、有线、光纤缆、RF等或前述的任何适当组合。
计算机可读信号介质可包括传播的数据信号，其中包含计算机可执行代码，例如在基带中或作为载波的一部分。这种传播的信号可采用多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是除了计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，并且可以进行通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与之结合使用。
“计算机内存”或“内存”是计算机可读存储介质的一个例子。计算机内存是处理器可直接访问的任何内存。“计算机存储器”或“存储器”是计算机可读存储介质的另一例子。计算机存储器是任何非易失性计算机可读存储介质。在一些实施例中，计算机存储器也可以是计算机内存，或反之。
如本文所用的“处理器”包括能执行程序或机器可执行指令或计算机可执行代码的电子部件。关于包括“处理器”的计算设备，应被解读为可能包含多于一个的处理器或处理核心。处理器例如可以是多核处理器。处理器也可以指在单个计算机系统内或分布在多个计算机系统中的处理器集合。术语“计算设备”也应该被解读为可能是指计算设备的集合或网络，每个计算设备包括一个或多个处理器。计算机可执行代码可以由多个处理器执行，这些处理器可以在同一计算设备内或者甚至可以分布在多个计算设备中。
计算机可执行代码可包括机器可执行指令或使处理器执行本发明的一个方面的程序。用于执行用于本发明各个方面的操作的计算机可执行代码可以采用一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括诸如Java、Smalltalk、C++ 等面向对象的编程语言和诸如“C”编程语言或类似编程语言的传统程序编程语言，并被编译成机器可执行指令。某些情况下，计算机可执行代码可呈高级语言形式或预编译形式并与即时生成机器可执行指令的解读器结合使用。
计算机可执行代码可以按照完全在用户计算机上、部分在用户计算机上、作为独立软件包、部分在用户计算机上和部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上的方式来执行。在后者场景下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，或者可以连接到外部计算机(例如通过由互联网服务供应商提供的互联网)。
通常，程序指令可以在一个或多个处理器上执行。在多个处理器的情况下，它们可以分布在多个不同的实体如客户端、服务器等。每个处理器可执行既定用于该实体的部分指令。因此，就牵涉多个实体的系统或过程而言，计算机程序或程序指令被理解为适于由与各自实体关联或相关的处理器执行。
参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本发明的各个方面。应当理解的是，流程图、图示和/或框图的每个区块或各区块的组成部分可以通过合适的呈计算机可执行代码形式的计算机程序指令来实现。还将理解的是，如果不相互排斥，在不同的流程图、图示和/或框图中的区块的组合则可被相互组合。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以生产机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令来创建用于实现在流程图和/或框图的一个或多个区块中明确说明的功能/动作的机构。
这些计算机程序指令也可被存储在计算机可读介质中，其可以指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，其包含实现在流程图和/或框图的一个或多个区块中明确说明的功能/动作的指令。
计算机程序指令也可被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它设备上，使得一系列操作步骤在计算机、其它可编程设备或其它设备上被执行以产生计算机实现过程，促使在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个或多个区块中明确说明的功能/动作的过程。

Claims (20)

1.一种磁阱系统(1000)，包括：
-显微设备(300)，其包括沿纵向延伸的主轴；
-用于将该显微设备(300)磁约束在约束区(CR)中的陷阱(100)；
-该陷阱(100)内的用于接收生物物质(400,800)的接受区(RZ)，所述接受区(RZ)包括该约束区(CR)；
-机械装置(200)，用于提供在该接受区(RZ)与该显微设备(300)之间的相对运动；
其中，该陷阱(100)绕纵轴线(A)是空心的，并且包括该接受区(RZ)；
其中，该陷阱(100)被配置用于提供磁场梯度，该磁场梯度被配置用于将所述显微设备约束至所述陷阱(100)的约束区(CR)；并且
其中，在该陷阱(100)的约束区(CR)内的磁场的取向被配置用于将在该约束区(CR)中的显微设备(300)的主轴与该约束区的纵轴线(A)或者与关于该约束区(CR)的纵轴线(A)具有不超过30°偏差的轴线彼此对齐。
2.根据权利要求1所述的系统(1000)，其中，该显微设备(300)具有管状的且优选圆筒形的主体(310)和从该主体(310)伸出的尖端(314)、优选是锥形尖端。
3.根据权利要求2所述的系统(1000)，其中，该显微设备(300)所具有的总长度(l1)与该主体(310)的直径(d)的纵横比在0.1到1000之间，优选在0.5到5之间，更优选在1.5到3.5之间，还更优选在2.3到2.8之间。
4.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，该显微设备(300)具有在0.1到100mm之间的长度(l1)和在0.001到5.0mm之间的宽度或直径(d)。
5.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，所述显微设备被配置为用于医学或外科治疗或诊断的机器人(300)。
6.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，所述陷阱(100)包括适于提供最佳陷留磁场的多个永磁体(120)。
7.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，所述陷阱(100)被配置用于在所述陷阱内提供具有以下特性中的至少一种特性的磁场：
a)在该约束区(CR)的中心处的磁场矢量平行于该纵轴线(A)或平行于一个与该纵轴线(A)的偏差不超过30°、优选不超过15°的轴线，
b)该磁场强度按照平行于该纵轴线(A)的方式从该接受区(RZ)的左边界和右边界起都增大至限定在该约束区(CR)内的值，其中，左边界和右边界处优选具有在1mT到100mT之间的值，
c)在该约束区(CR)内的磁场强度的值在1mT到500mT之间，
d)该磁场强度从该约束区(CR)的中心起沿径向从最小值增大到下述值，该值不超过最小值的15％，
e)该磁场强度从该约束区(CR)的中心起沿径向增大到最大值，该最大值介于10mT到500mT之间，
f)按照平行于该纵轴线(A)的方式，该陷阱(100)的约束区(CR)内的磁场梯度的值在该约束区的中心为0，并且在该约束区的边界的邻接区域内为G，G在0.1至30T/m之间、最好在6至8T/m之间，
g)在约束区(CR)的边界处的磁场梯度具有大于5T/m的绝对值，用以将该显微设备压迫向该约束区(CR)，
h)该约束区(CR)内的磁场梯度的绝对值从该约束区(CR)的边界起单调减小、优选严格单调减小、还更优选线性减小到该约束区(CR)中心的最小值。
8.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，所述陷阱(100)被配置用于使用第一磁场来提供所述磁场梯度，并且其中，所述显微设备被配置用于提供第二磁场，其中，所述第一磁场和所述第二磁场包括以下特性中的至少一种特性：
a)在该约束区(CR)中以磁性方式对该显微设备(300)施以的径向力的绝对值小于10mN、优选小于4mN、更优选小于2mN，
b)在该约束区(CR)中按照平行于该纵轴线(A)的形式以磁性方式对该显微设备(300)施以的轴向力的绝对值在该约束区中心为0，并且在该约束区边界的邻接区域内为F，F在4～24mN之间、优选在12～16mN之间。
9.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，所述陷阱(100)和所述显微设备(300)按下述方式彼此匹配，即，所述约束区(CR)所具有的长度是该显微设备(300)沿其主轴的长度的1倍至500倍、优选是15倍到25倍，和/或该约束区(CR)所具有的宽度为该显微设备(300)的垂直于其主轴的宽度的1倍至500倍，优选为13倍至18倍。
10.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，还包括医学成像设备(500)、优选是X射线透视或超声成像设备，其适于监测在所述约束区(CR)中的所述显微设备。
11.根据权利要求10所述的系统(1000)，包括控制器(600)，该控制器用于控制所述机械装置(200)以执行在所述接受区(RZ)与所述显微设备(300)之间的相对运动，其中，所述控制器(600)配置用于接收由该成像装置采集的图像的图像数据、用于分析该数据并且用于根据该数据和分析结果来控制该机械装置(200)。
12.根据前述权利要求之一所述的系统(1000)，其中，由所述机械装置(200)促成的相对运动是纵向运动、径向运动和相对于所述陷阱(100)的纵轴线(A)的旋转中的任一种。
13.一种在生物物质中对显微设备进行导航的方法，该方法包括：
提供一种磁阱系统(1000)，该磁阱系统(1000)包括：
-显微设备(300)，其包括沿纵向延伸的主轴；
-用于将该显微设备(300)磁约束在约束区(CR)中的陷阱(100)；
-用于接收生物物质(400,800)的接受区(RZ)，该接受区(RZ)包括该约束区(CR)；
-机械装置(200)，用于促成在该接受区(RZ)与该显微设备(300)之间的相对运动；
其中，该陷阱(100)绕纵轴线(A)是空心的，并且包括该接受区(RZ)；
其中，该陷阱(100)被配置用于提供磁场梯度，该磁场梯度配置用于将该显微设备(300)约束到该陷阱的约束区(CR)；并且
其中，在该陷阱的约束区(CR)中的磁场取向被配置用于将该约束区(CR)内的显微设备(300)的主轴与该约束区(CR)的纵轴线(A)或者与关于该约束区(CR)的纵轴线(A)的偏差不超过30°的轴线彼此对齐。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括：
-将所述生物物质(400,800)连同插入其中的显微设备一起定位(S12)在该接受区(RZ)中；
-操作(S14)该机械装置(200)以执行在该接受区(RZ)与该显微设备(300)之间的相对运动，用以达成该显微设备(300)在该生物物质(400,800)中的导航。
15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括：提供成像设备(500)、优选是X射线透视或超声成像设备，其适于监测所述约束区(CR)中的所述显微设备，所述方法还包括：
接收导航路径，该导航路径描述该显微设备相对于该生物物质的期望相对运动，其中，操作(S14)该机械装置(200)以执行在该接受区(RZ)与该显微设备(300)之间的相对运动，用以达成该显微设备(300)根据该导航路径在所述生物物质(400,800)中的导航，该方法在所述导航期间还包括：
-接收由该成像装置从该约束区采集的图像的图像数据，
-根据该导航路径，接收该显微设备相对于该生物物质的期望空间位置，
-分析该数据以获得该显微设备相对于该生物物质的当前空间位置，并且在该当前位置与该期望位置失配的情况下，根据该数据和分析结果来控制该机械装置(200)以校正该显微设备的当前空间位置，该校正促使该显微设备的当前空间位置与该期望空间位置匹配。
16.根据权利要求13至15之一所述的方法，所述陷阱的和所述显微设备的磁场按下述方式适配于所述生物物质，即，在所述约束区(CR)中作用于所述显微设备的径向磁力小于或等于在径向上在所述物质与所述显微设备之间作用的摩擦力，而在纵向上作用于该显微设备的磁力的值在零到下述值之间，该值大于在所述物质与所述显微设备之间作用的摩擦力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，作用于该显微设备的径向磁力按照在0.25到0.9之间、优选在0.7到0.8之间的系数小于或等于在所述物质与所述显微设备之间沿径向作用的摩擦力。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，沿纵向作用于所述显微设备的磁力按照在1.1到1.8之间、优选1.2到1.3之间的系数大于在所述物质与所述显微设备之间作用的摩擦力。
19.根据权利要求12至18之一所述的方法，其中，所述方法还包括：提供所述陷阱，所述陷阱包括多个磁体，其中，所述“提供”包括：确定所述磁体的彼此相对布置，其中，使用采用磁偶极子模型的数值非线性优化求解器来进行确定。
20.一种计算机程序产品、特别是计算机可读介质，该计算机程序产品载有用于由控制根据权利要求1的系统的处理器执行的计算机可执行代码，其中，该指令的执行促使该处理器控制该机械装置(200)来执行在所述接受区(RZ)与所述显微设备(300)之间的相对运动。
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