熱線圈組、每個加 熱線圈組對應設置一組或多組加熱區域選擇線圈的方式來構成可選加熱區域磁納米粒子 熱療結構，當所需加熱的目標對象形狀特殊，例如長條狀腫瘤時，運種多組加熱線圈的方式 尤為有利。為上述加熱線圈組和加熱區域選擇線圈分別提供勵磁電流的驅動電路和控制電 路可W采用各種已知的勵磁驅動技術方案來進行設計。
[0070] 一種控制磁納米粒子加熱區域的方法，其可控制磁納米粒子的加熱區域，具體包 括：
[0071] 步驟1，根據加熱對象確定加熱區域選擇線圈的分布半徑。
[0072] 對于圖2的具體結構示意圖，各個加熱區域選擇線圈所在平面平行于X軸，所有加 熱區域選擇線圈的圓屯、均勻分布于YOZ平面上的一圓形，此圓的半徑即為加熱區域選擇線 圈的分布半徑。在熱療過程中，可將目標加熱對象劃分為一個或多個加熱對象，每個加熱對 象視為一個對加熱區域進行控制的單元，加熱對象需置于上述加熱區域選擇線圈和加熱線 圈所構成的圓柱體形區域內，因此加熱區域選擇線圈的分布半徑必須大于加熱對象的外形 輪廓，即加熱區域選擇線圈的分布半徑必須大于所需加熱的機體的橫截面，或者說加熱區 域選擇線圈的分布半徑是由可加熱的機體的最大橫截面所確定。在設計開始首先根據熱療 結構所針對的需加熱的最大機體的橫截面積，計算出能覆蓋此橫截面的最小覆蓋圓，確定 出該最小覆蓋圓的半徑；然后使加熱區域選擇線圈的分布半徑大于該最小覆蓋圓的半徑， 從而確定出加熱區域選擇線圈的分布半徑。當所需加熱的對象為人體時，加熱區域選擇線 圈的分布半徑一般可W確定為0.IOm至0. 45m，該分布半徑的尺寸范圍可W滿足人體的肢 體至內臟器官的治療需要。
[0073] 步驟2,根據加熱對象所需的加熱區域疏密確定加熱區域選擇線圈數量。
[0074] 加熱區域選擇線圈的數量可根據所需加熱的區域的空間范圍及疏密程度來進行 選擇，其實質為確定加熱區域選擇線圈數量n的數值。根據垂直于交變磁場的靜磁場對磁 納米粒子磁滯損耗產熱的影響，首先確定加熱區域選擇線圈分布范圍內的區域網格劃分， 每個區域網格即為熱療的最大區域范圍。然后通過對每一網格邊界的靜磁場強度計算，檢 查是否每一網格邊界的靜磁場強度均滿足靜磁場闊值，從而確定出現有加熱區域選擇線圈 數量是否滿足加熱區域選擇的需要，如不滿足，則增加加熱區域選擇線圈，直至每一邊界靜 磁場場強均滿足為止。
[0075] 步驟3,根據加熱區域選擇線圈的分布半徑和數量確定每個加熱區域選擇線圈的 半徑。
[0076] 由步驟1和步驟2所確定的區域選擇線圈的分布半徑及其數量計算出每一加熱區 域選擇線圈的半徑，使得每一加熱區域選擇線圈盡可能覆蓋最大的區域空間。在實際的設 計過程中，加熱區域選擇線圈的半徑及數量均可能由于后續的計算而做調整。
[0077] 步驟4,根據所需靜磁場強度確定加熱區域選擇線圈的應數。
[0078] 從磁場強度的計算公式可知，在所需加熱的區域空間范圍內，如圖2所示，其磁場 強度是由圓屯、分布在YOZ平面上的加熱區域選擇線圈在所包含空間范圍內任一點產生的 直流磁場場強矢量和確定。則對于在此范圍內的任一點P(X，y,Z)，第i個加熱區域選擇線 圈產生的磁場強度矢量為 陽079] =J,/y/> ",".)/(、4?小,,I ) (7，
[0080] 其中，Ii為第i個加熱區域選擇線圈中微小線元長度4的導體中流過的電流， i《4"(n>l) 為點P至第i個加熱區域選擇線圈的徑向單位矢量，I而i為其徑向距離； L為線圈中源電流的積分路徑，Ni為第i個線圈的應數。為了簡化設計和計算方便可W取 各個線圈的應數一樣。由此可W得到點P對應于圓屯、在YOZ平面上的各個加熱區域選擇線 圈所產生磁場強度的矢量和為
[0082] 則加熱區域選擇線圈對加熱區域進行選擇，由此可W得出加熱區域選擇線圈區域 選擇的計算模型為
[0084]其中，Hpiy為各個加熱區域選擇線圈在P點處y軸上的分量，HPU為各個加熱區域 選擇線圈在P點處,軸上的分量，f(11)為對應于P點處y軸方向上的磁場場強分量關于各 加熱區域選擇線圈內電流的函數，g(Ii)為對應于P點處Z軸上的磁場場強分量關于各加熱 區域選擇線圈的電流的函數，C為任意小的值，Q為病變組織相對于熱療結構中的相對區 域范圍位置。為設計方便，可設置各個加熱區域選擇線圈的應數相等（當然也可W不等，只 是計算過程會復雜一些），若上述模型不能在全部Q區域范圍內收斂，則增加加熱區域選 擇線圈應數，若達到加熱區域選擇線圈應數的上限，仍不能收斂，則說明所設置的加熱區域 選擇線圈數量過少，需增加相應的加熱區域選擇線圈數量。運一過程計算算法如下：
[0085] ①初始化加熱區域選擇線圈的數量n、電流Ii、應數Ni、加熱線圈半徑r(i初始值 為1)，根據加熱機體橫截面確定加熱區域選擇線圈的分布半徑；
[0086] ②將整個加熱區域選擇線圈分布區域分割為若干個病變組織區域，并編號為 Q，(j的取值取決于分割的精細程度，初始值為1)，然后對每一個分割的區域進行離散化；
[0087] ③對第j個病變組織區域Q，按上述模型公式（9)進行計算；
[008引④若上述模型公式（9)在第Q,個區域范圍內收斂，則i=i+1，若所有區域對上 述模型公式（9)均收斂則轉至⑥；否則j=j+1轉至③對下一個病變組織區域進行計算；若 上述模型公式（9)在Q,內不收斂，則增加加熱區域選擇線圈的應數Ni,若應數Ni未達到上 限（上限怎么區）轉至②，若Ni線圈應數達到上限，則增加加熱區域選擇線圈的數量n，并 改變加熱區域選擇線圈的半徑r，然后轉至②；
[0089] ⑥確定加熱區域選擇線圈數量n、半徑r及應數Ni,計算過程完成。
[0090] 通過上述算法，可W實現加熱區域選擇線圈的數量、半徑及應數的確定。
[0091] 步驟5,根據加熱區域選擇線圈分布半徑確定加熱線圈半徑：
[0092] 為獲得較為均勻的加熱磁場，加熱線圈采用類赫姆霍茲化elmholtz)線圈的形 式，且加熱線圈的半徑大于等于加熱區域選擇線圈的分布半徑，兩加熱線圈間的距離為加 熱區域選擇線圈線圈的直徑，并可根據需要改變。
[0093] 步驟6,根據磁納米粒子粒徑及特性確定加熱線圈應數。
[0094] 研究表明在交變磁場中，由于磁滯損耗和磁弛豫損耗的存在，磁性納米粒子會產 生的熱量，并W此加熱病變組織，誘導病變組織調亡，從而獲得較好的治療效果。從公式（3) 和（4)可知，磁納米粒子熱療中在交變磁場的感應下產生的熱功率與加熱磁場場強、交變 磁場頻率f成正比。因此，從理論上，加熱磁場場強越大、頻率越高，則產生的熱功率越高。 但由于人體組織由大于微米級的細胞構成，若選取的加熱交變磁場頻率f過高，會致使正 常組織因滿流效應而發熱，從而使正常組織受到損傷。下面給出加熱線圈產生的磁場，假設 加熱線圈的半徑為rh，應數為Nh,電流幅值為I，其中一個加熱線圈位于X= 0的YOZ平面 上，另一加熱線圈位于X=Th平面上。于是在X軸上任一點的磁場為
[0096] 且由對稱性可知軸線上的徑向分量為零。當HWX為變量作級數展開時，上式變 為
[009引其中，
為線圈中屯、處的磁場強度。由此可知
變化微小時，在X軸線方 向為均勻磁場。在X軸線W外，根據畢奧?薩瓦爾定律可得
陽100] 則相應的磁場強度為
陽102] 其中，X是磁場強度計算點在X軸的坐標值，Z是Z軸的坐標值，0為計算點與X 軸向分量的夾角。
[0103] 因此，可W建立加熱線圈在加熱區域選擇磁場的作用下，在近似零直流磁場的加 熱區域內產生的熱功率的計算模型
陽105] 上式中的&A是通過公式（13)計算求得，且求解的范圍由公式巧）中給出的Q確 定。
[0106] 通過上述計算模型可W從需要進行加熱的目標對象的形狀來設計加熱區域選擇 線圈所需要產生的靜磁場的作用范圍和強度，進而計算得到各個加熱區域選擇線圈的靜磁 場電流強度，從而實現磁納米粒子加熱區域的準確控制。 陽107] 驗證實例：
[0108] 為了驗證上述控制磁納米粒子加熱區域的熱療有效性，可W設計實驗對所設計的 裝置進行了驗證。由上面給出的加熱區域控制的基本原理可知，加熱區域選擇的關鍵是根 據加熱區域選擇線圈的數量、分布及應數計算出每一線圈產生的直流（靜）磁場強度，進 而使得相應加熱區域的直流（靜）磁場強度為零或低于相應的闊值，而加熱范圍外的直流 (靜）磁場強度較高。當加熱線圈在施加交變磁場時，在病變組織區域內由于有磁納米粒 子的存在，并且與加熱交變磁場垂直的直流（靜）磁場強度為零或很小，而不影響加熱的效 果；對于周圍的正常組織，即使有磁納米粒子擴散至此區域，但由于有垂直于加熱交變磁場 的直流（靜）磁場的存在，正常組織也基本不會被加熱，從而實現了對正常組織的保護。
[0109] 在設計的示例性實例中，根據熱療對象首先確定加熱區域選擇線圈分布半徑為 0.40m，可滿足一般被加熱對象的需要。由加熱區域選擇線圈的分布半徑和公式（9)及相應 的算法，計算出加熱區域選擇線圈的數量為8、每個加熱區域選擇線圈的半徑為0. 13m及應 數分別為500。為保證加熱的均勻性，加熱線圈的半徑要大于等于加熱區域選擇線圈的分布 半徑，本實例中為0. 42m，加熱線圈的應數為200。在進行試驗時，采用肝臟作為加熱對象， 假設腫瘤為中屯、坐標位于熱療結構的相對