坐標為（〇，-〇. 115,-0.059)的半徑為0.05m的球 體內，在腫瘤外部包覆相同中屯、坐標，半徑為0.Im的正常的肝臟組織球體。將粒徑分布為 14±5nm的磁性納米粒子注射入相應的腫瘤區域，在腫瘤區域的分布濃度為30g/m3。
[0110] 圖3(a)-3(d)所示分別為加熱區域選擇線圈的靜磁場場強分布的S維視圖、俯視 圖、主視圖、右視圖。每一線圈所施加的電流根據實施方式中步驟相應算法計算而得，不同 的是運里只需要計算一個或若干個Q，區域。本例中計算得到相應直流電流從19. 8A至 60.IA不等。圖3(a)為加熱區域選擇線圈產生的靜磁場的=維切面圖，為圖示方便將= 維切面的交匯點置于腫瘤重屯、坐標（0, -0. 115, -0. 059)。因此，從切面圖中可W看出坐標 (0,-0. 115,-0. 059)為中屯、的0. 05cm區域范圍內的磁場強度要遠小于周圍區域，也就是說 交變的加熱磁場在中屯、區域范圍內所產生的熱量遠多于周圍區域，加熱磁場所作用的加熱 區域范圍與腫瘤的形狀相匹配，從而實現針對腫瘤目標的祀向熱療。圖3(b)是僅顯示YOZ 面的主視圖，由圖可W清楚的看到腫瘤區域在YOZ平面上的磁場強度的分布及其相對位 置。圖3(c)和圖3(d)為相應的俯視圖和右視圖，同樣可W看出在腫瘤中屯、處的靜磁場強 度最小，且在0. 05m的范圍內磁場強度均遠小于周圍正常組織內的磁場強度。 陽111] 圖4為腫瘤和正常機體組織區域施加的用于加熱的交變磁場，頻率與場強同樣通 過求解計算模型公式（14)計算而得，分別為IOOkHz和5A。從圖4中可W看出在腫瘤區域 的交變磁場強度是均勻分布，因此可W實現對腫瘤組織的均勻加熱。
[0112] 圖5為腫瘤及正常機體組織溫度隨施加交變磁場的時間變化情況示意圖。隨著加 熱時間的變化，從圖5可W看出腫瘤組織的核屯、處溫度逐漸由37°C上升至44"CU上，正常 組織與腫瘤的邊緣則維持在40°C，而正常組織只有37°C從而實現了對腫瘤加熱而保護正 常組織的目的。實驗證明，本發明所提供的運種能夠對磁納米加熱區域進行選擇控制的結 構對熱療器械的研究具有重要的意義。
[0113] 雖然上述舉例是針對腫瘤部位進行特定區域加熱來進行具體說明，但是本領域技 術人員能夠理解，本發明所提出的技術方案還W適用于任何需要控制磁納米粒子加熱區域 的任何其他應用場景中。
[0114] 本領域的技術人員容易理解，W上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用W 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：包括至少一個加熱線圈組、至 少兩個加熱區域選擇線圈和與加熱線圈組、加熱區域選擇線圈相連接的驅動電路和控制電 路； 所述加熱線圈組產生用于使磁納米粒子產生熱量的交變的加熱磁場； 所述加熱區域選擇線圈產生加熱區域選擇靜磁場，通過所述驅動電路調整輸入各個加 熱區域選擇線圈的直流電流的大小來控制加熱區域選擇靜磁場的區域和強度； 加熱區域選擇線圈與一個加熱線圈組相關聯，加熱區域選擇線圈至少部分地圍繞加熱 線圈所產生的加熱磁場的邊緣分布，加熱區域選擇線圈所產生的靜磁場的方向垂直于相關 聯的加熱線圈組的加熱磁場的方向，使得加熱線圈組所產生的加熱磁場上至少部分地疊加 有與該加熱磁場方向垂直的加熱區域選擇靜磁場，且在加熱磁場所覆蓋的需要加熱的區域 上疊加的垂直方向上的加熱區域選擇靜磁場強度小、在加熱磁場所覆蓋的不需要加熱的區 域上疊加的垂直方向上的加熱區域選擇靜磁場強度大。2. 根據權利要求1所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：所述在加熱 磁場所覆蓋的不需要加熱的區域上所疊加的垂直方向上的加熱區域選擇靜磁場的強度遠 大于加熱磁場的強度，使得該區域內的磁納米粒子在加熱磁場作用下幾乎不產生熱量或僅 產生較少的熱量。3. 根據權利要求1或2所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：所述加 熱線圈組包括至少兩個加熱線圈，以使得在所需加熱的區域上產生強度均勻分布的交變加 熱磁場；每組所述加熱線圈的邊緣均勻布置有與其相關聯的多組加熱區域選擇線圈。4. 根據權利要求3中所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：所述控制 磁納米粒子加熱區域的裝置包括一組加熱線圈和八個加熱區域選擇線圈，加熱線圈組包括 兩個加熱線圈；所述兩個加熱線圈以共軸線方式對稱設置于兩個平行平面內；所述八個加 熱區域選擇線圈設置在兩個加熱線圈之間、繞兩個加熱線圈的邊緣分布，且每個加熱區域 選擇線圈設置于與兩個加熱線圈的軸線平行的八個平面上；所述八個加熱區域選擇線圈中 兩兩關于加熱線圈的軸線對稱。5. 根據權利要求1中所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于，其控制磁 納米粒子加熱區域的方法，步驟如下： 步驟1，根據加熱對象確定加熱區域選擇線圈的分布半徑； 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的數量； 步驟3,根據加熱區域選擇線圈的分布半徑及數量確定每個加熱區域選擇線圈的半 徑； 步驟4,根據所需靜磁場強度確定加熱區域選擇線圈的匝數； 步驟5,根據加熱區域選擇線圈分布半徑確定加熱線圈的半徑； 步驟6,根據磁納米粒子粒徑及特性確定加熱線圈的Bi數。6. 根據權利要求5所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：所述加熱區 域選擇線圈的分布半徑的實現方法是：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，確定出加熱區域選擇線圈的分布半徑。7. 根據權利要求5所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：所述加熱區 域選擇線圈的數量、半徑及匝數的確定方法是： ① i = 1，j = 1，初始化加熱區域選擇線圈的數量η、電流Ii、匝數Ni、加熱線圈半徑r， 根據加熱機體橫截面確定加熱區域選擇線圈的分布半徑； 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Ω ,，j的 最大值為病變組織區域的個數，并對每一個分割的病變組織區域Ω ,進行離散化； ③ 對第j個病變組織區域Ω,按加熱區域選擇線圈區域選擇的計算模型進行計算；其中，Hpiy為各個加熱區域選擇線圈在p點處y軸上的分 量，Hpiz為各個加熱區域選擇線圈在p點處z軸上的分量，f(I J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 (I1)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，ζ為任意小的值； ④ 若上述加熱區域選擇線圈區域選擇的計算模型在第Ω ,個區域范圍內收斂，則i = i+Ι，若所有病變組織區域對上述加熱區域選擇線圈區域選擇的計算模型均收斂則轉至⑤； 否則j = j+Ι，轉至③對下一個病變組織區域進行計算；若上述加熱區域選擇線圈區域選擇 的計算模型在病變組織區域\內不收斂，則增加加熱區域選擇線圈的匝數N 1，若匝數隊未 達到加熱磁場場強的最大值的上限轉至②，若加熱區域選擇線圈的線圈匝數N1達到加熱磁 場場強的最大值的上限，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； ⑤ 確定加熱區域選擇線圈數量n、半徑r及匝數N1，計算過程完成。8. 根據權利要求5中所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征在于：所述加熱 線圈為類赫姆霍茲線圈，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 線圈之間的距離為加熱區域選擇線圈的直徑。9. 根據權利要求5至8中的任意一項所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其特征 在于：所述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其中，μ。為真空磁導率，Ms為磁性納米粒子的飽和磁化強度，H。為磁性納米粒子的矯 頑力，P為磁性納米粒子的密度，f為施加在加熱線圈上的交變磁場頻率，X "(f)是復磁化 率的虛部；X是磁場強度計算點在X軸的坐標值，\為加熱線 圈的匝數，I為加熱線圈的電流幅值，rh為加熱線圈的半徑，z是Z軸的坐標值，Θ為計算 點與X軸向分量的夾角。10.根據權利要求1、2、4、5、8中任意一項所述的控制磁納米粒子加熱區域的裝置，其 特征在于：所述加熱線圈需要產生的激勵磁場的頻率f范圍為lkHz-500kHz，激勵磁場的幅 值范圍為 l〇A/m-100000A/m。
【專利摘要】本發明公開了一種控制磁納米粒子加熱區域的裝置，包括至少一個加熱線圈組、至少兩個加熱區域選擇線圈和與加熱線圈組、加熱區域選擇線圈相連接的驅動電路和控制電路；加熱區域選擇線圈與一個加熱線圈組相關聯，加熱區域選擇線圈至少部分地圍繞加熱線圈所產生的加熱磁場的邊緣分布。根據所需要的不同加熱區域位置，計算出對應的直流選擇磁場、交流加熱磁場場強及頻率。在直流選擇磁場和交流加熱磁場的共同作用下，可實現對選取的特定區域病變組織加熱，而正常組織則由于區域的選擇性免受損傷。本發明根據所選定對病變組織進行加熱的加熱區域，確定出對加熱區域進行選擇的選擇磁場及加熱磁場的場強及頻率，實現加熱、殺死病變組織，保護正常組織。
【IPC分類】A61N2/04
【公開號】CN105169560
【申請號】
【發明人】蘇日建, 甘勇, 杜中州, 郭功兵, 張濤
【申請人】鄭州輕工業學院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年6月12日