CN109839952A - 一种基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法，包括：pc机、单片机和靶向控制器；所述靶向控制器包括模拟人体血管模型、新型三维磁场传感器、电磁铁和磁流体球；所述电磁铁、新型三维磁场传感器均与所述单片机的串口相连接；所述新型三维磁场传感器固定于模拟人体血管模型底部，用于反馈的磁流体球位置信息，所述磁流体球位于模拟人体血管模型中，所述模拟人体血管模型外部铺满电磁铁，并将所述电磁铁固定位置；所述pc机向所述单片机发送指令，所述单片机基于所述新型三维磁场传感器反馈的磁流体球位置信息向所述电磁铁发送脉冲信号来控制所述磁流体球的运动。采用本发明，可以实现控制磁流体球在模拟人体血管模型中的运动。

Description

一种基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法

技术领域

本发明涉及磁流体控制领域，特别是涉及一种基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法。

背景技术

磁流体是由固相直径约10纳米的磁性微粒悬浮在非磁性载体液中形成的稳定悬浮液，呈黑色，既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。在强磁场下利用磁流体导向性好及方向性好的特点，将对人体无害的水基磁流体混入药物，将药物进入病人体内后，利用外加磁场，将药物放到病灶部位进行治疗，达到高效的局部治疗而并非全身遍布的效果。目前实验研究以及临床的治疗试验多是经过直接注射的方法来完成的，这样会导致药物粒子在病灶部位分布不均匀。尽管这一治疗方法在恶性肿瘤的治疗中具有很多的潜在发展前景，但是在进入临床治疗中还有很长一段路要走，很多细节工作需要完善。比如说粒子如何精确导入到病灶部位，如何解决药物粒子分布不均等问题，还需要更加深入的研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，可以实现在模拟人体血管模型中对磁流体球的运动较为精准的控制。

基于此，本发明提供了一种基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法,包括：pc机、单片机和靶向控制器；

所述靶向控制器包括模拟人体血管模型、新型三维磁场传感器、电磁铁和磁流体球；

所述电磁铁、新型三维磁场传感器与所述单片机的串口相连接；

所述磁流体球位于模拟人体血管模型中，所述新型三维磁场传感器固定于于模拟人体血管模型底部，所述模拟人体血管模型外部铺满电磁铁，并将所述电磁铁固定位置；

所述新型三维磁场传感器用于向单片机反馈磁流体球位置，所述pc机向所述单片机发送指令，所述单片机基于所述新型三维磁场传感器反馈的磁流体球位置信息来向所述电磁铁发送脉冲信号，通过控制不同方向的所述电磁铁的通放电来控制所述磁流体球的运动方向，通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球运动速度的大小。

其中，所述模拟人体血管模型包括建立人体血管模型并通过3D打印机打印出来的模拟人体血管模型。

其中，所述磁流体球包括将磁流体注入空心的热塑性弹性体橡胶球而成的磁流体球。

其中，所述单片机包括型号为Arduion的单片机。

其中，所述单片机与所述pc机之间通过ASCII码进行通信，当所述pc机发送给所述单片机第一预设值时，所述单片机发出高水平脉冲信号，当所述pc机发送给所述单片机第二预设值时，所述单片机发出低水平脉冲信号。

其中，当所述单片机发出高水平脉冲时，所述电磁铁通电，当所述单片机发出低水平脉冲时，所述电磁铁放电。

本发明提供的一种基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，所述新型三维磁场传感器用于向单片机反馈磁流体球位置，pc机控制单片机，再通过单片机控制电磁铁的通电与放电，所述电磁铁产生磁场来控制磁流体球，通过控制不同方向的电磁铁的通电放电，实现磁流体小球在模拟血管中的***，所述新型三维磁场传感器再次反馈磁流体球位置给单片机，往复循环，实现磁流体球的精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法的示意图；

图2是本发明实施例提供的模拟人体血管模型的示意图；

图3是本发明实施例提供的模拟人体血管模型的俯视图；

图4是本发明实施例提供的模拟人体血管模型的侧视图；

图5是本发明实施例提供的磁流体球的示意图；

图6是本发明实施例提供的靶向控制器的示意图。

具体实施方式

下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法的示意图，所述方法包括：pc机10、单片机20和靶向控制器30；

所述靶向控制器30包括模拟人体血管模型、新型三维磁场传感器、电磁铁和磁流体球；

所述新型三维磁场传感器、电磁铁均与所述单片机20的串口相连接；

所述新型三维磁场传感器固定于模拟人体血管模型底部，所述磁流体球位于所述模拟人体血管模型中，所述模拟人体血管模型外部铺满电磁铁，并将所述电磁铁固定位置；

所述新型三维磁场传感器用于向单片机反馈磁流体球位置，所述pc机10向所述单片机20发送指令，所述单片机20基于所述新型三维磁场传感器反馈的磁流体球位置信息来向所述电磁铁发送脉冲信号，通过控制不同方向的所述电磁铁的通放电来控制所述磁流体球的运动方向，通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球运动速度的大小，所述新型三维磁场传感器再次反馈磁流体球位置给单片机，往复循环，实现磁流体球的精确控制。

所述电磁铁通放电的过程中，会产生电磁场，所述磁流体球在所述电磁场里运动时，所述磁流体中就会产生电流。所述电流与电磁场相互作用，产生洛伦兹力，从而改变所述磁流体球的运动，同时所述电流又会导致电磁场的改变，越靠近所述电磁铁的磁感应强度就越大，也就是吸引力越大，所述磁流体球的加速度就越大，速度就会增大。所述单片机20通过发送脉冲信号来控制所述模拟人体血管模型周围的所述电磁铁，通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球的运动速度，所述脉冲信号的强度越大，所述磁流体球运动速度大小也越大。

通过基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法，pc机控制单片机，再通过单片机基于新型三维磁场传感器反馈的磁流体球位置信息来向所述电磁铁发送脉冲信号控制电磁铁的通电与放电，电磁铁控制磁流体球，通过控制不同方向的电磁铁的通电放电，实现磁流体小球在模拟血管中的***，磁流体球的运动可被较为精准的控制。

图2是本发明实施例提供的模拟人体血管模型的示意图，图3和图4分别是所述模拟人体血管模型的俯视图和侧视图。所述模拟人体血管模型可以是通过用建模软件仿造人体血管建立如图2样式的模型，并通过3D打印机打印出来的模拟人体血管模型。

所述模拟人体血管模型的形状可以根据人体主动脉树结构制作成型，主要结构包括升主动脉，主动脉弓，主动脉弓上3条分支(头臂干动脉，左颈总动脉，左锁骨下动脉)，降主动脉，腹主动脉，左右髂总动脉(腹主动脉主要分支)，所述模拟人体血管模型可按正常人体血管***的大小、形态制作出人体血管***模型，所述模拟人体血管模型的特定部位设有切入口，每个切入口安装有封盖均可密封。

图5是本发明实施例提供的磁流体球的示意图,所述磁流体球可由磁流体注入热塑性弹性体橡胶做成的空心球制备而成，由于热塑性弹性体橡胶的超弹性，磁流体能够密封于球中。

其中，磁流体是一类智能材料，它可在外部磁场作用下可逆地并且快速地(毫秒)改变了自身的性能。所述磁流体可以在施加磁场如1T量级的磁通量密度时表现出表观粘度几个数量级的改变。磁流体涉及这样的液体，其在磁场存在下变成强磁化的。典型地，磁流体是胶体液体，其是由悬浮在载体流体(通常是有机溶剂或者水)中的纳米级铁磁性或者亚铁磁性。

图6是本发明实施例提供的靶向控制器的示意图,将所述磁流体球通过所述模拟人体血管模型的切口置于所述模拟人体血管模型中并将所述切口密封，在所述模拟人体血管模型的六个面均放置电磁铁，所述电磁铁铺满并且覆盖所述模拟人体血管模型，并固定所述电磁铁的位置，所述新型三维磁场传感器固定于模拟人体血管模型底部。

其中，所述电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，通电流的线圈像磁铁一样具有磁性，即称作电磁铁，所述电磁铁可通过胶带或其他方式固定在所述模拟人体血管模型。

所述新型三维磁场传感器包括型号为TLV493D-A1B6的新型三维磁场传感器，用于向单片机反馈磁流体球位置。

将在所述模拟人体血管模型覆盖的电磁铁和固定于模拟人体血管模型底部的新型三维磁场传感器通过导线连接到所述单片机20的串口上，所述单片机20包括型号为Arduion的单片机，所述PC机10通过串口调试助手与所述单片机20进行通信，所述单片机20与所述PC机10之间是以ASCII码的形式通信的，当所述pc机10发送给所述单片机20第一预设值时，所述单片机20发出高水平脉冲信号，当所述pc机10发送给所述单片机20第二预设值时，所述单片机20发出低水平脉冲信号,从而实现所述PC机10向所述单片机20发送指令。

所述单片机20基于所述新型三维磁场传感器反馈的磁流体球位置信息来向所述电磁铁发送脉冲信号。

当所述单片机20发出高水平脉冲时，所述电磁铁通电，当所述单片机20发出低水平脉冲时，所述电磁铁放电。

所述通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球的运动速度，所述脉冲信号的强度越大，所述磁流体球运动速度的大小也越大。

当所述单片机20发出高水平脉冲时，所述电磁铁通电产生电磁场，所述磁流体在电磁场里运动时，所述磁流体中就会产生电流。所述电流与电磁场相互作用，产生洛伦兹力，从而改变磁流体的运动，同时所述电流又会导致电磁场的改变，越靠近所述电磁铁的磁感应强度就越大，也就是吸引力越大，所述磁流体球的加速度就越大，速度就会增大。所述单片机20通过发送脉冲信号来控制所述模拟人体血管模型周围的所述电磁铁，通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球的运动速度，所述脉冲信号的强度越大，所述磁流体球的运动速度也越大。

通过基于磁流体的靶向控制器的设计与控制方法，pc机控制单片机，再通过单片机控制电磁铁的通电与放电，电磁铁控制磁流体球，通过控制不同方向的电磁铁的通电放电，实现磁流体小球在模拟血管中的***，所述新型三维磁场传感器再次反馈磁流体球位置给单片机，往复循环，实现磁流体球运动的精确控制。

所述基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法可应用于多个领域，举例来讲，可用于磁性药物靶向治疗，所述磁性药物靶向治疗是靶向治疗的一种，主要应用在肿瘤的治疗上，目前大多数药物运载***的主要局限是它们不能穿过肿瘤组织内皮细胞进入组织间隙内和细胞内，因此其包含的药物就不能在细胞水平和亚细胞水平供药，而磁性药物的重要特征是具有穿过靶细胞内皮细胞的能力，并将所包含的化疗药物在细胞或亚细胞水平释放，从而使抗癌药物更容易到达恶性肿瘤细胞，更好的发挥抗癌作用。

所述磁性药物为带磁性的纳米或微米药物，可采用物理或化学方法，将抗癌药物和磁性材料——磁粉、铁磁流体、磁性蛋白微球或磁性脂质体包裹于高分子材料中。

所述铁磁流体、磁性蛋白微球或磁性脂质体作为抗癌药物的载体，使肿瘤部分暴露在磁场中，将磁性药物通过肿瘤部分附近合适的静脉或动脉注射进去，通过血液流动和磁场力的作用，使具有磁响应的药物在所需部分滞留，缓慢释药，提高肿瘤部分药物的浓度，减少药物对全身正常细胞和组织的毒副作用，对患者的病情恢复有极大的帮助。

作为一个例子，将结合到磁性流体上的化学药品注入癌症肿瘤中，并且通过使用磁场将它在肿瘤中保持规定量的时间例如1小时。这种处理的结果是化学药品具有非常强的作用，并且所需药量远低于它分散在整个身体中所需的量，可以节省用药量，减轻患者的经济负担。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，包括：pc机、单片机和靶向控制器；

所述靶向控制器包括模拟人体血管模型、电磁铁、新型三维磁场传感器和磁流体球；

所述电磁铁、新型三维磁场传感器与所述单片机的串口相连接；所述三维磁场传感器固定于模拟人体血管模型底部，用于反馈的磁流体球位置信息，所述磁流体球位于模拟人体血管模型中，所述模拟人体血管模型外部铺满电磁铁，并将所述电磁铁固定位置；

所述pc机向所述单片机发送指令，所述单片机基于所述新型三维磁场传感器反馈的磁流体球位置信息向所述电磁铁发送脉冲信号，通过控制不同方向的所述电磁铁的通放电来控制所述磁流体球的运动方向，通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球运动速度的大小。

2.如权利要求1所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，所述模拟人体血管模型包括建立人体血管模型并通过3D打印机打印出来的模拟人体血管模型。

3.如权利要求1所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，所述磁流体球包括将磁流体注入空心的热塑性弹性体橡胶球而成的磁流体球。

4.如权利要求1所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，所述单片机包括型号为Arduion的单片机。

5.如权利要求1所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，所述单片机与所述pc机之间通过ASCII码进行通信，当所述pc机发送给所述单片机第一预设值时，所述单片机发出高水平脉冲信号，当所述pc机发送给所述单片机第二预设值时，所述单片机发出低水平脉冲信号。

6.如权利要求5所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，当所述单片机发出高水平脉冲时，所述电磁铁通电，当所述单片机发出低水平脉冲时，所述电磁铁放电。

7.如权利要求1所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，所述通过控制所述脉冲信号的强度大小来控制所述磁流体球运动速度的大小，所述磁流体球的运动速度的大小与所述脉冲信号的强度成正比。

8.如权利要求1所述的基于磁流体的靶向控制器的设计与制造方法，其特征在于，所述新型三维磁场传感器包括型号为TLV493D-A1B6的新型三维磁场传感器。