CN108853733A - 一种超导体聚焦磁场装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导体聚焦磁场装置，属于医疗器械技术领域，包含控制器、超导线圈、超导外壳和霍尔传感器，所述超导线圈为超导螺线管线圈，所述超导线圈通过导线与控制器电连接，所述超导线圈放置于所述超导外壳中，所述超导外壳为封闭腔体的超导材料，所述超导外壳在对应所述超导线圈的两端处各设有一个小孔，所述控制器与霍尔传感器电连接。这种超导体聚焦磁场装置通过超导线圈产出电磁场，再用超导外壳将电磁场聚焦到小孔进行释放，获得一个可变、可控、可测、可移动的超强聚焦磁场，将聚焦磁场作用在骨部，可促进骨骼生长，改善骨质疏松等疾病。

Description

一种超导体聚焦磁场装置

技术领域

本发明涉及一种磁疗装置，具体为一种超导体聚焦磁场装置。

背景技术

随着磁生物学研究的深入，发现磁场能加速新骨形成，促进骨折愈合，磁场已被广泛运用于多种骨骼相关疾病的预防和治疗。基础研究和临床使用均表明磁场在辅助治疗骨关节炎、促进骨折愈合、骨缺损、骨折不愈合和骨折延迟愈合方面取得了较好的效果。动物水平研究显示一定强度的静磁场能加速新骨形成，促进骨折愈合；体外研究也发现，一定强度的静磁场对成骨细胞具有促增殖、促分化和促矿化作用，并抑制破骨细胞的分化和活性。因此，静磁场是一种潜在的物理疗法，可用于多种骨骼相关疾病的预防和治疗。虽然很少有临床研究涉及静磁场疗法，但是已经开展了一些动物水平实验来研究静磁场对骨骼生长的效应。一般大部分的研究利用永磁体来进行曝磁，在曝磁方式上只采用了少数几种磁场强度和长期曝磁。这些研究表明永磁体施加的静磁场有助于在手术损伤、去势、截骨术以及骨折等所致的骨损伤模型中促进骨形成并加速骨折愈合。同时研究也并没有发现严重的副作用或不良反应。

随着现代超导技术的应用，使得强磁场（>1T）在医学检测、科学研究中得到越来越多的应用，如核磁共振成像、抗磁悬浮等。其中抗磁悬浮由超导磁体产生的大梯度强磁场实现，是地基模拟失重研究中的重要平台。随着磁生物学研究的深入，发现一定强度的静磁场在骨折愈合、骨损伤愈合、关节炎所致骨质流失、去势大鼠模型中骨质流失、缺血性骨质流失等模型中具有正向的促进效应。这些研究表明，静磁场可以作为一种辅助预防和治疗多种骨骼相关疾病的物理疗法。总之，磁场生物学效应的研究可以帮助我们进行趋利避害。目前国内外有关电磁场生物学效应的研究多集中于脉冲电磁场，近年来正弦波电磁场也日趋得到人们的关注，但总体而言，已使用的电磁场类型偏少，各种电磁场类型的防治效果也缺乏比较，大多数研究所采用的磁场强度也都集中在由永磁体产生的中强磁场范围，很少有利用聚焦磁场作用在骨骼上的研究。

有临床研究静磁场疗法通过一些动物水平实验得出静磁场对骨骼生长会一定的效应。Yan 等人在大鼠股骨中段以横穿皮质骨的方式植入一磁铁棒。这种手术损伤会导致股骨骨密度降低以及钙的流失。然而，经过 12 周磁铁棒产生的磁场长期曝磁后其骨密度的降低可以被抑制。2001年，这个研究小组利用同样的曝磁方法研究静磁场对大鼠胫骨动脉切断所致骨质流失的影响，他们发现经过 3 周的曝磁后，静磁场能显著抑制缺血骨质疏松所致的骨密度的降低。Xu 等人推测对骨形成的增加可能与增加的侧支循环相关。骨骼并不是一个独立的***，其正常代谢依赖于许多因素，例如局部分泌的细胞因子、交感神经***、激素水平、糖代谢等。这些因素也很有可能会受到静磁场的影响。不论是局部曝磁还是全身曝磁，静磁场可能通过作用于其它器官***间接影响骨骼***。

静磁场可以促进骨填充物周围的新骨形成以及骨折愈合过程。Puricelli 等人在大鼠的胫骨上***两个带有磁性不锈钢垫圈的钛合金螺钉产生静磁场，并打一骨洞研究静磁场对骨洞中新骨形成的影响。经过15至45天后，静磁场显著促进骨愈合的速度。当用骨移植物填充满这个骨洞时，他们发现静磁场不仅能够加速新骨形成，也能够促进新骨与骨移植物的整合程度。Saifzadeh 等也发现静磁场处理促进了经过截骨术的骨愈合速度。此外，Aydin 和 Bezer在兔子胫骨骨髓腔植入以磁铁棒，证实了静磁场确实可以促进骨的愈合，然而并不能增加骨折区的骨密度。Kotani 等人也证实，8T 强磁场可以刺激骨骼的生长。

用于治疗骨质疏松的电磁场多选用低频脉冲电磁场和正弦波电磁场，而对静磁场的相关研究尚不多见。由于静磁场是一种强度和方向均恒定、频率为零的最简单、最基本的磁场形式，其生物学效应的发生机制也必然相对简单。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术困难，提供一种超导体聚焦磁场装置。

为达到上述目的，采用的技术方案为：

一种超导体聚焦磁场装置，包含控制器、超导线圈、超导外壳和霍尔传感器，所述超导线圈为超导螺线管线圈，所述超导线圈通过导线与控制器电连接，所述超导线圈放置于所述超导外壳中，所述超导外壳为封闭腔体的超导材料，所述超导外壳在对应所述超导线圈的两端处各设有一个小孔，所述控制器与霍尔传感器电连接。

进一步，所述控制器包含电源组件、开关组件、显示组件和电流控制组件。

进一步，所述控制器包含处理器、存储器和I/O端口。

进一步，所述控制器包含智能操作***。

进一步，所述霍尔传感器固定设置于所述小孔旁。

采用上述方案的有益效果为：这种超导体聚焦磁场装置通过超导线圈产出电磁场，再用超导外壳将电磁场聚焦到小孔进行释放，获得一个可变、可控、可测、可移动的超强聚焦磁场，将聚焦磁场作用在骨部，可促进骨骼生长，改善骨质疏松等疾病。

附图说明

图1为本发明超导体聚焦磁场装置的结构示意图。

图中，控制器1，霍尔传感器2，超导线圈3，超导外壳4，小孔5。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步介绍本发明，但本发明不仅限于下述实施例，可以预见本领域技术人员在结合现有技术的情况下，实施情况可能产生种种变化。

如图1，一种超导体聚焦磁场装置，包含控制器1、超导线圈3、超导外壳4和霍尔传感器2，所述超导线圈3为超导螺线管线圈，所述超导线圈3通过导线与控制器1电连接，所述超导线圈3放置于所述超导外壳4中，所述超导外壳4为封闭腔体的超导材料，所述超导外壳4在对应所述超导线圈3的两端处各设有一个小孔6，所述控制器1与霍尔传感器2电连接。

所述控制器1包含电源组件、开关组件、显示组件和电流控制组件。所述控制器1包含处理器、存储器和I/O端口。所述控制器1包含智能操作***。所述霍尔传感器2固定设置于所述小孔6旁。

所述超导线圈3和超导外壳4的测量电阻低于10^-15，所述霍尔传感器2可采用TO-92S和SOT23-3型号的IC元件，超导外壳4的内直径和超导线圈3的外直径相等，约为10-15厘米。若采用低温超导体材料，外层需包裹保温层，增设制冷剂（如液氮）。控制器1可选用单片机、微机***或ARM***，霍尔传感器2用于检测小孔6外部的磁场强度，小孔6的孔径为0.1-0.5毫米。

磁场的应用非常广泛，人类已经制造出来了磁场强度很强的磁场，但还不能满足人类科研的需求, 那么如何制造出挑战人类极限并且可变可控可测的磁场呢。本研究就是使用超导体方法获得一个可变、可控、可测、可移动的聚焦磁场，并且聚焦磁场对生物体的组织、生化反应、生长过程、基因、细菌的新陈代谢等均能产生显著的影响。

利用超导技术和电磁技术制备一种用超导体对超导体线圈磁感线进行聚焦的聚焦磁场。主要技术是在超导体内部留有一个球形状的空腔，空腔内部放置一个用超导线圈缠绕的螺线管（超导线圈是用导材料紧密缠绕在螺线管）上，在超导体线圈对应面的两极的超导体材料处留有两个小孔，超导体会把磁感线向中间挤压，然后从两边的小孔激发出去，从而在小孔处形成聚焦磁场。同时在超导体的出口处安装一个霍尔器件，此霍尔器件是用来自动调节和校正出口的磁场强度，在超导体材料的外部设计一个智能控制***，智能控制***内部包含整流板、液晶显示屏、移动装置以及电源，整流板作用是是把交流电能转换为直流电能的电路，液晶显示屏显示数值参数，移到装置是可以将仪器上下移动。

利用超导与永磁强磁场技术研制不耗费很大的电功率并且可以获可变、可控、可测、可移动的聚焦磁场，用超导体对超导体线圈形成的磁场进行聚焦可以满足。

在球形超导体里面留有一个空间，这个空间的形状是一个球形状，可以根据设计需求，可把球形向两侧拉伸或向里面压扁变形成椭圆，超导体材料是包在球形状的外面，在内部球形状空间的两极的超导体材料上留有对称的两个孔，孔的大小是根据设计要求设计的，孔的大小的主要依据，是根据里面超导体线圈的面积和孔的面积的比例。

超导体线圈的重心和球形状的重心重叠，由于超导体对磁感线有排斥作用，使磁感线向中间聚集，因为在球形状空间的两极的超导体材料上有两个个孔，这两个孔没有被超导体材料覆盖，所以磁感线就被压缩到这两个孔的位置，然后从这两个孔出去，在外面形成回路，这样磁感线就被聚焦在两个孔内，孔内或孔的口上的磁场强度就被提高很多倍，提高了多少倍的计算方法是，里面的超导体线圈的面积是小孔的多少倍，那么小孔里面的磁场强度就是超导体线圈的磁场强度的多少倍。

配套部件

第一，霍尔传感器

聚焦口的数据需要霍尔器件的反馈，用于探测聚焦口磁场大小，从而反馈给智能控制器，这样就可以使用孔内或孔口上超强的磁场了，把超导体的线圈引脚引出来，连接在智能控制器上，并且把放在超导体口上的霍尔器件也连接到智能控制器上把电源也连接在智能控制器上，这样就可以通过智能控制器来调节超导体线圈的电流来改变磁场的大小，通过霍尔器件的反馈精确的控制磁场强度。

第二，控制器

智能控制***内部包含整流板、液晶显示屏、移动装置以及电源，整流板作用是是把交流电能转换为直流电能的电路，液晶显示屏显示数值参数，移到装置是可以将仪器上下移动。

本发明提供了一种可以提高磁场强度多倍的聚焦磁场，并且可以控制聚焦磁场的大小以及方向。超导体对超导体线圈形成的磁场进行聚焦。利用超导与永磁强磁场技术研制不耗费很大的电功率并且可以获可变、可控、可测、可移动的聚焦磁场。

用超导体对超导体线圈形成的磁场进行聚焦。超导体线圈的重心和球形状的重心重叠，由于超导体对磁感线有排斥作用，使磁感线向中间聚集，因为在球形状空间的两极的超导体材料上有两个孔，这两个孔没有被超导体材料覆盖，所以磁感线就被压缩到这两个孔的位置，然后从这两个孔出去，在外面形成回路，这样磁感线就被聚焦在两个孔内，孔内或孔的口上的磁场强度就被提高很多倍，从而得到聚焦磁场。

本实验将使用超导体方法获得一个可变、可控、可测、可移动的聚焦磁场，利用超导技术和电磁技术制备一种用超导体对超导体线圈磁感线进行聚焦的聚焦磁场，将聚焦磁场作用在腰椎，利用磁场对骨生长的促进作用治疗骨质疏松。

Claims (5)

1.一种超导体聚焦磁场装置，其特征是：包含控制器（1）、超导线圈（3）、超导外壳（4）和霍尔传感器（2），所述超导线圈（3）为超导螺线管线圈，所述超导线圈（3）通过导线与控制器（1）电连接，所述超导线圈（3）放置于所述超导外壳（4）中，所述超导外壳（4）为封闭腔体的超导材料，所述超导外壳（4）在对应所述超导线圈（3）的两端处各设有一个小孔（6），所述控制器（1）与霍尔传感器（2）电连接。

2.根据权利要求1所述的超导体聚焦磁场装置，其特征是：所述控制器（1）包含电源组件、开关组件、显示组件和电流控制组件。

3.根据权利要求1所述的超导体聚焦磁场装置，其特征是：所述控制器（1）包含处理器、存储器和I/O端口。

4.根据权利要求1所述的超导体聚焦磁场装置，其特征是：所述控制器（1）包含智能操作***。

5.根据权利要求1所述的超导体聚焦磁场装置，其特征是：所述霍尔传感器（2）固定设置于所述小孔（6）旁。