[发明专利]基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法

说明书

本发明公开了基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统及其参数优化方法。现有肿瘤块热疗的技术中采用磁介质或单圈圆形线圈植入的放置进行加热；本发明一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置，包括接收线圈和发送线圈。接收线圈为多匝线圈；接收线圈绕置在铁氧体磁芯上。铁氧体磁芯采用居里温度为42～50℃的铁氧体。工作过程中发送线圈的输入信号频率等于接收线圈的自谐振频率。本发明利用磁芯的高磁导率和人体组织的高介电常数，使线圈形成自谐振，提高能量传输效率、减少接收端尺寸。此外，本发明使用绕在铁氧体磁芯上的多匝螺旋线圈作为植入体内的接收线圈，提高接收端能量。

技术领域

本发明属于生物医学电子技术领域，具体涉及一种基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统。

背景技术

热疗法在肿瘤治疗、肌肉损伤康复、血管支架收缩后的扩张等方面已经得到了一定的应用，对于改善人类生活质量，延长人类寿命发挥了重要作用。热疗法在肿瘤治疗中，有微波法、磁性纳米粒子注射法、微米粒子注射法、铁磁热籽等多种方法。这些方法都是通过将粒子注入肿瘤组织，利用体外施加的磁场在体内的介质中实现加热。使肿瘤组织温度升高到50℃左右杀死肿瘤细胞，同时还需要保证正常组织温度不升高。注射纳米或微米粒子的方法虽然效率相对较高，但是一个明显的缺点在于：粒子无法实现永久定位，粒子会随着体液的流动而逐渐流失。采用铁磁热籽作为介质注射的方法，虽然介质不会随体液流失，但是其感应加热效率低，且介质尺寸较大，损伤相对较大。还有的方法采用单圈圆形线圈植入的方法，但是这种方法存在明显的不足：一是采用单圈圆形线圈的方法不易植入；二是从WPT技术的能量传输效率角度分析，由于接收端没有电容进行阻抗补偿，使得传输效率很低。若要采用电容进行补偿又会增加尺寸，且电容材料的生物兼容性也需要严格设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统。

本发明一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置，包括接收线圈和发送线圈。接收线圈为多匝线圈；接收线圈绕置在铁氧体磁芯上。铁氧体磁芯采用居里温度为42～50℃的铁氧体。工作过程中发送线圈的输入信号频率等于接收线圈的自谐振频率。

作为优选，本发明一种基于微型植入式自谐振线圈的肿瘤磁介导热疗装置还包括发送端ZVS电路。发送端ZVS电路的输出频率等于接收线圈的自谐振频率。

作为优选，所述的发送线圈为开环的单圈圆形线圈。发送线圈的两个接线端与发送端ZVS电路的供电接口相连。

作为优选，所述的接收线圈为开环的多匝三层螺旋线圈。

作为优选，接收线圈的自谐振频率为950kHz。

该基于微型植入式自谐振线圈的热疗系统的参数优化方法具体如下：

步骤一、根据肿瘤的位置，确定接收线圈在使用中的植入深度d。

步骤二、在发送端ZVS电路能够达到的输出频率范围内确定工作频率f。

步骤三、取工作频率f作为接收线圈的自谐振频率f_SRF。

步骤四、确定接收线圈内的铁氧体磁芯的半径r_f、高度l_f以及居里温度，并确定接收线圈半径r₂＝r_f+(2s-1)r_w2；其中，r_w2为接收线圈的线半径。s为接收线圈的绕线层数。接收线圈的自谐振频率其中，c为光速；lw₂为接收线圈的导线长度；

建立接收线圈的导线长度lw₂的表达式如式(8)所示，

式(8)中，p为接收线圈螺距，表达式为l为接收线圈高度。

建立匝数N的表达式如式(9)所示。