操縱可吞入式體內裝置的操縱線圈結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及在磁場中操縱磁體，更具體涉及以磁場為基礎的操縱系統和操縱可吞 入式體內裝置的方法，以及涉及用作該磁操縱系統的結構單元的三元線圈組件。
【背景技術】
[0002] 體內測量系統在本領域內廣為人知。一些體內裝置/系統，其可穿過腸胃（"GI"） 系統或者其他身體器官/系統，包括成像傳感器，或成像器，用來在腸胃系統內部造像（例 如拍攝圖像）。體內裝置可包括一個或多個成像器。其他體內裝置可代替地或額外地包括 藥物容器和向腸胃系統用藥的裝置。其他體內裝置可包括在體內進行外科手術的裝置，等 等。
[0003] 自主型體內裝置是通過被消化系統施加的蠕動力推動通過腸胃系統而穿過腸胃 系統的裝置。自主型體內裝置也可在腸道中間歇性地斷續移動。在體內通過利用蠕動力移 動裝置具有缺點。例如，體內裝置可能會在某段未知時間里卡在腸胃系統的某處；裝置可能 會在某一方向拍攝圖像，而對臨床上可能更感興趣的附近區域成像不全或根本未成像。另 外，由于腸道長度（幾米），體內裝置需要數個小時才能穿過整個腸胃系統。為了最大減輕 患者在此期間的不適感，使他/她盡可能正常活動，患者需要帶數據記錄儀，該數據記錄儀 記錄體內拍攝的圖像，以在后面階段（例如體內裝置最終被排除腸胃外之后）分析它們。當 內科醫生在檢查圖像或其選擇時，他/她并不能確定腸胃系統中所有臨床感興趣的或其預 期的地方都被拍攝到。
[0004] 由于腸胃系統在解剖學上的非均勻性一一它在解剖學上具有明顯不同部分如小 腸和結腸一一和/或由于不同部分對疾病的敏感性不同，體內裝置無差別掌控大量圖像和 構造圖經常是多余無用的。部分地，這是因為相對敏感性低的腸道區域被成像過多。另一 方面，腸道中相對更敏感的區域可能成像不足。腸道敏感區域捕捉到的圖像數量可能少于 臨床需要。僅僅檢查胃腸道一特定部分如小腸（"SB")、結腸、胃區或食道可能經常是期望 的。
[0005] 存在磁操縱系統用于磁學上操縱體內裝置。裝置可以通過并入磁鐵磁性操縱。這 種操縱系統通常產生磁場，磁場在所施加磁場的方向上對齊或移動裝置磁鐵的磁矩，并在 磁梯度的方向上移動體內裝置，該磁梯度的方向也在與磁場的方向相同的方向上對齊或定 位。由于所述磁場和所述磁力梯度均在磁場方向對齊，因此裝置的操作性受到限制。
[0006] 盡管在腸胃中移動體內裝置是有益的，但存在與在胃腸道中的自主型體內裝置相 關的一些缺陷。對這種運動充分控制將會是有益的，包括操縱體內裝置到達腸胃系統中期 望位置和/或方位和/或角度位置或狀態，或者其他身體器官，以及保持所述位置/方位/ 角度位置或狀態要求的或需要的時間長度，例如以便在一部位拍攝圖像和/或在該部位釋 放藥物，或者在要求的途徑/路線上移動體內裝置。
【發明內容】
[0007] 提供了三元線圈組件（"TCA"），其可包括前置線圈，相對于前置線圈相鄰并排安 裝、與其電絕緣且與其形成一平面的后置線圈，可附著或包圍所述前置線圈和所述后置線 圈且與其電絕緣的輔助線圈。（術語"三元線圈組件"在這里是指一種磁線圈結構，其包括緊 密連接的三個線圈。）產生磁場的線圈結構，或磁系統，可包括可環形放置的N個三元線圈 組件。通過控制其電流環形放置的三元線圈組件可被操縱，以產生磁場操控模式（"MMP")， 以便在第一方向上可產生磁場，以將磁裝置定向在該方向，所述磁場是磁場操控模式的一 部分或構成，以及可產生磁場梯度，所述磁場梯度是磁場操控模式的另一部分或構成，以在 第二方向產生磁力以在與第一方向不同的方向（如所述第二方向）施加該磁力。所述磁場 的方向（第一方向）和所述磁場梯度的方向（例如第二方向）因其可被獨立控制而不同。
[0008] -些實施例可包括優化可向N個三元線圈組件提供的電力，其中優化過程可包括 選擇三元線圈組件，和/包括其電流，使得被選三元線圈組件以盡可能少的電力聯合產生 符合要求的磁場操控模式。
【附圖說明】
[0009] 多種示例性實施例在附圖中被圖解，旨在這些實例不是限制性的。應當理解，為了 圖解的簡潔和明晰，下面提及的圖中顯示的元件不必按照比例繪制。此外，在認為適當之 處，在圖中參考數字可重復，以表示相同、相應或類似的元件。在附圖中：
[0010] 圖1圖解根據本發明實施例的成對結合的線圈組件/結構；
[0011] 圖2說明根據本發明實施例的一對成對結合的線圈組件/結構；
[0012] 圖3說明根據本發明示例實施例的三元線圈組件；
[0013] 圖4說明根據本發明示例實施例的展開的八個三元線圈組件；
[0014] 圖5說明根據本發明示例實施例放置的八個環形放置的三元線圈組件；
[0015] 圖6A-6F描繪根據本發明示例實施例的三元線圈組件的組成部分和三元線圈組 件；
[0016] 圖7A描繪根據本發明示例實施例的環形放置的三元線圈組結構；
[0017]圖7B描繪根據本發明示例實施例的操縱線圈系統，其包括圖7A中的環形三元線 圈組結構和Z形線圈；
[0018] 圖8A是根據本發明示例實施例的磁操縱系統的框圖；
[0019] 圖8B是根據本發明示例實施例的磁操縱控制系統的框圖；
[0020] 圖9是根據本發明示例實施例的體內系統的框圖；
[0021 ] 圖10顯示根據本發明示例實施例的磁操縱方法；
[0022] 圖11顯示根據本發明另一示例實施例的磁操縱方法；
[0023] 圖12A-12F描繪根據本發明另一示例實施例的三元線圈組件；以及
[0024] 圖13A-13B顯示根據本發明另一示例實施例的操縱線圈結構。
【具體實施方式】
[0025] 以下描述提供示例實施例的各個細節。但是，本描述并非用于限制權利要求的范 圍，而是用于解釋本發明多種原理和其實踐方式。
[0026] 此處所述的磁場操縱系統能夠獨立于磁場梯度方向確定磁場的方向。換言之，取 決于環境（例如，擬定的/下一個的裝置位置和/或方向相對于現有裝置位置和/或方向）， 磁場方向和磁場梯度方向可相異，以使操縱裝置（如體內裝置）的可操作性最大化。將兩個 方向分開可通過例如以下操作完成：將磁場"彎曲"，例如利用同一平面上相鄰并排安裝的 成對結合線圈，如圖中比如圖1、2、3、6E和6F所示。（術語"成對結合線圈組件/結構"指 的是兩個磁線圈相鄰并排放置的磁線圈結構）。此處將某些實施例描述為包括或使用八個 三元線圈組件。但是，可使用其他數量的三元線圈組件，例如，少于八個三元線圈組件（如 兩個三元線圈組件、三個三元線圈組件、四個三元線圈組件，等等），或者多于八個三元線圈 組件（如九個三元線圈組件、十個三元線圈組件等）。
[0027] 圖1圖解根據本發明實施例的成對結合的線圈組件/結構110。成對結合的線圈 結構110可包括前置線圈112和后置線圈114。前置線圈和后置線圈可在公共面100上相 鄰并排安裝。（此處使用的相對術語'前置'和'后置'指在Z向（如在Z軸上）上的相對 位置。（就在Z向或Z軸上而言，'前置'可表示或是靠前的線圈，'后置'可表示或是靠后 的線圈。）前置線圈112和后置線圈114可分別具有前軸102和后軸104,后軸104與前軸 102平行。每個前置線圈112和后置線圈114可配置為各自產生其方向與各自軸一致的磁 場，而且共同地產生方向與前軸和后軸（102,104)垂直（但絕非必須）的磁場。例如，由前 置線圈和后置線圈（112,114)共同產生的磁場可在Z向（圖不中142表不Z向）。
[0028] 磁場方向（其一些線以Ll、L2、L3等顯示）在操作區域/空間106中任何特定空 間點上可作為分別流經線圈112和線圈114的電流II和12 (116和118各自顯示II和12) 的強度和方向的函數而可控地改變。磁場梯度和磁場梯度方向也可依賴于電流II和12的 強度和方向。舉例說明，顯示永磁體120位于點130上，此處磁場（磁力線L4)與方向140 一致（與Z向一致）并且在此點磁場梯度與垂直于磁場方向140的方向150 -致。永磁體 120具有'北'極122和一個'南'極124,并且永磁體120的磁矩在點130上在Z向由磁場 校直。
[0029] 后置線圈114和前置線圈112在Z向上產生有非零磁場梯度
的磁場，如通過改 變磁力線L1-L5的密度圖解的（例如在Y向梯度更致密）。磁場梯度對永磁體120在Y向 上產生力180,該磁力可抵消重力190。例如，可分別操縱前置線圈和后置線圈中電流II和 12的強度和方向，以使永磁體120向上/垂直運動（例如在方向150上），或者相對于前置 線圈112和后置線圈114的平行軸（或者相對于Z向）歪斜移動（成某一角度）。
[0030] 圖2示意圖解了根據本發明示例實施例的一對成對結合的線圈組件（"CCAs"）/ 結構（210,220)。成對結合線圈組件210可包括前置線圈212和后置線圈214。前置線圈 212和后置線圈214相鄰并排安裝，以使它們形成或置于一個公共面202上。前置線圈212 和后置線圈214可各自具有前軸250和后軸260,后軸260可與前軸250平行。成對結合線 圈組件/結構220包括前置線圈222和后置線圈224。前置線圈222和后置線圈224可相 鄰并排安裝，以使它們形成或置于一個公共面204上。前置線圈222的前軸可與前軸250 完全重合一致，后置線圈224的后軸可與后軸260 -致。
[0031] 在結構上，成對結合線圈組件210和成對結合線圈組件220可相互平行（例如平 面202和204可平行）或相互間成某一角度。成對結合線圈組件210和成對結合線圈組 件220在結構上平行是指在某些實施例中前置線圈212與前置線圈222平行以及后置線圈 214與后置線圈224平行。成對結合線圈組件210和成對結合線圈組件220在結構上可部 分或全部重疊。例如，前置線圈212可與前置線圈222完全重疊，但后置線圈214可僅與后 置線圈224部分重疊，反之亦然；或者前置線圈212和后置線圈214都各自與前置線圈222 和后置線圈224部分重疊。
[0032] 前置線圈212和222以及后置線圈214和224可配置為各自產生的磁場的方向與 各自軸一致，而且共同產生的磁場的方向可與前軸和后軸（250,260)垂直（但絕非必須）。 例如，由線圈212、214、222和224共同產生的磁場可在Z向或在相對Z向成某一角度的任 何方向上。
[0033] 磁場方向在操作區域/空間206中某一特定空間點上可作為分別流經線圈212、 214、222和224的電流11_1、11_2、12_1和12_2的強度和方向的函數而改變。磁力梯度包 括其方向也可依賴于這些電流的強度和方向。舉例說明，永磁體230顯示為被包括于實例 體內裝置240中，該裝置位于空間點208。永磁體230可具有"北"（N)極和"南"（S)極，其 磁矩Μ在Z向。
[0034] 假設成對結合線圈組件210和成對結合線圈組件220在操作區域/空間206產生 的磁場是對稱的，意味著磁場中心（例如點208)的強度在理論上是零。這意味著永磁體 230在任何方向上都未受到凈力（F)。因此，永磁體230以及體內裝置240不會離開（保持 在）點208。
[0035] 正如上文有關圖1解釋，僅用一個成對結合線圈組件（CAA)會導致系統在運動可 控性方面不穩定。但是，加入第二個"反向的"或相反的成對結合線圈組件能夠穩定磁運動 可控性，這是因為第二個成對結合線圈組件能夠產生維持磁體運動可控性的阻力。例如，在 永磁體230上施加的磁力可被控制，以使體內裝置240在操作區域/空間260中任何期望 的{X，Υ，Ζ}點上對抗重力290而浮起。
[0036] 可以可控制