一种用于消化道治疗的超导电磁设备的制作方法

1.本发明属于医疗设备技术领域，特别涉及一种用于消化道治疗的超导电磁设备。


背景技术：

2.先天性消化道闭锁是新生儿常见消化道发育畸形，病情严重，死亡率高，部分儿童病情复杂，传统手术治疗方法创伤大，并发症多，喂养困难，长期影响患儿正常发育。在儿童先天性消化道闭锁疾病治疗过程中，无论是食管闭锁近、远侧盲端之间，还是肛门闭锁直肠盲端与肛穴皮肤之间，缺失正常消化道结构的长度，也即是“盲端距离”，始终是决定手术效果和术后并发症的关键因素，也是外科医生临床治疗的难点，缺失的结构越多，距离越远，则并发症越严重，因组织回缩造成的张力过大往往是导致吻合口裂开、狭窄、感染等并发症的主要因素，因此处理吻合口并发症是术后长期治疗的主要内容，严重影响患儿正常发育。长久以来，如何缩短消化道闭锁疾病近、远侧“盲端距离”以减少各种并发症的发生率，已成为医学临床治疗的世界难题和技术瓶颈。
3.在专利cn210811275u、cn210811282u中，采用加磁装置在治疗台的范围内产生磁场，利用磁力使消化道闭锁盲端的两个吻合块吻合，进而治疗消化道闭锁。然而，在其方案中，钕铁硼和镍钴合金等永磁材料及常导电磁设备(如铜导)随着距离增加磁力急剧衰减，无法达到治疗复杂消化道畸形疾病目的。另外常导电磁线圈中心磁场弱的固有缺点使该装置存在诸多问题：(1)达到3000gs磁场就需要600～800a大功率电源，噪音和产热量都非常大，需要配备庞大的水冷却装置，使设备更加笨重。(2)在线圈中央患者所处的治疗位置也会产生35℃以上高温，易导致患者发生脱水及热损伤风险。(3)常导电磁线圈因在大功率过程中不可避免产生强噪声，易造成患儿紧张失控，影响患儿休息，重复治疗过程中均需要持续给予大剂量镇静剂，对病人身体不利；(4)磁场感应芯即吻合块必须定位于电磁线圈中心位置，如果患病儿童轻微偏离中心轴线则极易因磁场引力不均而发生侧移，对患者胸腔脏器造成严重意外损伤，实际操作过程中将患病儿童身体在线圈中长时间保持固定在同一位置非常困难。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于消化道治疗的超导电磁设备，以期至少解决电源要求高、噪声大、发热严重以及需精确定位等问题之一或者全部。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种用于消化道治疗的超导电磁设备，包括第一超导体装置、第二超导体装置、治疗台和牵引装置，其中：
7.所述第一超导体装置和第二超导体装置的机电结构相同，均为环状，包括环形外壳、布置在环形外壳内的电磁线圈外圈和布置在电磁线圈外圈内的电磁线圈内圈，所述电磁线圈外圈和所述电磁线圈内圈均采用超导材料nbti或nb3sn；
8.所述第一超导体装置和第二超导体装置同轴设置且具有间距，通过电磁感应在第一超导体装置和第二超导体装置之间的区域产生超导匀磁场范围；
9.所述治疗台用于承载患者并能够设置于所述超导匀磁场范围；
10.所述牵引装置包括分别置于闭锁消化道相对盲端的第一超顺磁牵引体和第二超顺磁牵引体，所述第一超顺磁牵引体和第二超顺磁牵引体在所述超导匀磁场范围内受磁力作用相互吸引。
11.在一个实施例中，所述第一超导体装置的电磁线圈外圈和电磁线圈内圈、第二超导体装置的电磁线圈外圈和电磁线圈内圈，施加大小、方向相同的直流电，电流范围80～120a。
12.在一个实施例中，在靠近超导匀磁场范围的一端，所述电磁线圈内圈和电磁线圈外圈的端面平齐，在远离超导匀磁场范围的一端，所述电磁线圈内圈凸出于所述电磁线圈外圈。
13.在一个实施例中，所述环形外壳内设置有制冷剂，所述电磁线圈外圈和电磁线圈内圈浸泡于所述制冷剂中。
14.在一个实施例中，所述第一超导体装置的环形外壳和第二超导体装置的环形外壳之间以平行于轴向的若干支撑管连接。
15.在一个实施例中，所述第一超导体装置的环形外壳和第二超导体装置的环形外壳分别通过若干制冷管连接制冷剂存储箱，所述制冷剂在冷剂存储箱、制冷管、支撑管和环形外壳之间循环。
16.在一个实施例中，所述制冷剂为液氦。
17.在一个实施例中，所述治疗台与所述第一超导体装置和第二超导体装置同轴设置，所述治疗台配置有导轨，所述治疗台沿所述导轨滑动，调整在超导匀磁场范围的轴向位置。
18.在一个实施例中，所述超导匀磁场范围为位于第一超导体装置和第二超导体装置正中央位置的圆柱体空间，该空间内的磁场强度达到使第一超顺磁牵引体和第二超顺磁牵引体在距离0～100mm之间产生磁感应，磁感应强度在2000gs～15000gs之间。
19.在一个实施例中，所述第一超顺磁牵引体和第二超顺磁牵引体为圆柱体，材料为纯铁dt4，未充磁，表面采用物理真空气相沉积法覆以氮化钛涂层。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、采用两个超导装置产生超导匀磁场范围，电源电流80～120a即可满足磁感应强度要求，避免了对大功率电源的依赖。
22.2、采用超导装置并进一步将其置于制冷剂中，解决了发热严重的问题，避免对设备和患者造成伤害。
23.3、超导匀磁场范围的性质使得无需对体内牵引装置精确定位，有效避免因磁场分布不均造成意外损伤风险，降低了操作难度，且使得患者在治疗过程中更加舒适。
附图说明
24.图1是本发明结构示意图(视角一)。
25.图2是本发明结构示意图(视角二)。
26.图3是本发明结构示意图(左视图)。
27.图4是本发明结构示意图(右视图)。
28.图5是本发明治疗台及其导轨结构示意图。
29.图6是本发明制冷管安装结构示意图。
30.图7是本发明结构示意图(去除壳体)。
31.图8是本发明原理示意图一。
32.图9是本发明原理示意图二。
33.图10是本发明原理示意图三。
34.图11是本发明原理示意图四。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
36.如前所述，现有磁性材料与常导电磁设备难以实现远距离复杂消化道闭锁畸形治疗等问题。本发明基于超导电磁感应，寄以通过更加强大、稳定的磁力以及低温技术解决该问题，实现闭锁消化道修复与重建。
37.如图1～图11所示，本发明用于消化道治疗的超导电磁设备，主要包括：第一超导体装置1、第二超导体装置2、治疗台3和牵引装置。
38.其中，第一超导体装置1和第二超导体装置2的机电结构完全相同，均为环状，包括环形外壳，第一超导体装置1的环形外壳内设置电磁线圈外圈a102，电磁线圈外圈a102内设置电磁线圈内圈a101，电磁线圈外圈a102可紧贴设置在电磁线圈内圈a101外。第二超导体装置2的环形外壳内设置电磁线圈外圈b202，电磁线圈外圈b202内设置电磁线圈内圈a201，电磁线圈外圈b202可紧贴设置在电磁线圈内圈a201外。电磁线圈外圈a102、电磁线圈内圈a101、电磁线圈外圈b202和电磁线圈内圈a201均呈与环形外壳同轴的环形，且导线绕制方向均为轴向，绝缘管可以是空心，也可以包含铁芯或磁粉芯。所述电磁线圈外圈和所述电磁线圈内圈均采用超导材料，示例地，可采用nbti、nb3sn等、其匝数和密度、直径等参数根据需求进行调整。
39.第一超导体装置1和第二超导体装置2同轴设置且具有间距，加电后，基于电磁感应原理，在第一超导体装置1和第二超导体装置2之间的区域，产生超导匀磁场范围11。由于第一超导体装置1和第二超导体装置2的机电结构完全相同，因此在施加相同电参数的电流之后，于二者之间一定范围内产生的磁场强度是均匀一致的，称之谓“匀磁场”，即超导匀磁场范围11。超导匀磁场范围11位于第一超导体装置1和第二超导体装置2的正中间，便于操作，并可避免单电磁线圈中心磁场分布不均易导致磁芯偏移的问题。
40.治疗台3用于承载患者7，其能够移至超导匀磁场范围11，并进行临时固定。
41.牵引装置包括两块超顺磁牵引体，即第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14，分别置于闭锁消化道的两个相对盲端内。当其随患者7一并置于超导匀磁场范围11内时，第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14受磁力作用相互吸引，牵引消化道两个相对盲端生长靠近，最终实现消化道连续性重建，达到吻合目的，从而治疗消化道闭锁。
42.在本发明的实施例中，为产生超导匀磁场范围11，第一超导体装置1的电磁线圈外圈和电磁线圈内圈、第二超导体装置2的电磁线圈外圈和电磁线圈内圈，均施加大小、方向
相同的直流电，电流范围80～120a，无需变频。
43.在本发明中，超导匀磁场范围11为位于第一超导体装置1和第二超导体装置2正中央位置的圆柱体空间。示例地，可通过控制线圈参数，使得超导匀磁场范围11为直径20cm，长度30cm的圆柱体空间。该空间内的磁场强度达到使第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14在距离0～100mm之间产生磁感应，且磁感应强度一般在2000gs～15000gs之间。在强匀磁场作用下，位于磁场内相隔一定距离的第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14互相吸引靠近，距离越远，所需磁场强度越大，随着距离缩缩短，所需磁场强度减小，根据病人治疗需要，可通过调整外加电流强度控制匀磁场强度大小。
44.参考图8～图11，其中示出了超导匀磁场中心轴线12和超导匀磁场磁力线16，容易理解，通过调整环形外壳的内径等参数，可使得超导匀磁场中心轴线12恰好位于一般患者的身体部位。而从图中可以看出，超导匀磁场磁力线16为轴向的平行线。
45.第一超导体装置1和第二超导体装置2中心所产生的匀磁场内强度远远超过普通常规铜导电磁设备，一般可超过100倍以上。此外，超导体因为电阻接近于零，因此在产生强大磁场的条件下释放的热量非常低，耗能远低于常规电磁设备，克服了常导电磁线圈高温热辐射的弊端。
46.在本发明的实施例中，在靠近超导匀磁场范围11的一端，电磁线圈内圈和电磁线圈外圈的端面平齐，在远离超导匀磁场范围11的一端，电磁线圈内圈凸出于电磁线圈外圈。采取该结构的原因在于，电磁线圈内圈较长，可尽量提供患者身体治疗需要的一定长度的匀磁场空间范围，且在该范围内达到相对均匀的磁感应强度，而电磁线圈外圈较厚短，是为了加强临近治疗区域的磁感应强度，从而达到促进距离较远的铁芯在足够的磁感应强度下互相吸引靠近，从而牵引患者消化道闭锁盲端相向生长并接近，最终实现吻合目的。
47.为实现必要的机械支撑，本发明中，第一超导体装置1的环形外壳和第二超导体装置2的环形外壳均以设置于带横杆10的支柱5上，其高度可根据需要调整，以满足治疗便利为原则。
48.为了将可能产生的热辐射进一步降低，在一个实施例中，本发明在环形外壳内添加制冷剂，使得电磁线圈外圈和电磁线圈内圈浸泡于制冷剂中。示例地，该制冷剂可以为液氦。
49.为了使得第一超导体装置1和第二超导体装置2具有平衡稳定的结构，在一个实施例中，第一超导体装置1的环形外壳和第二超导体装置2的环形外壳之间以平行于轴向的四根支撑管8连接，显然支撑管8的根数可以根据需要自行选定，无需特殊限制。
50.支撑管8为空心管，一方面起到支撑作用，另一方面，还可将第一超导体装置1的环形外壳和第二超导体装置2的环形外壳内的制冷剂连通，使得制冷剂可在其中流动。
51.为进一步促进流动，本发明的一个实施例中，第一超导体装置1的环形外壳和第二超导体装置2的环形外壳分别通过四根制冷管9连接制冷剂存储箱6，同理，显然制冷管9的根数可以根据需要自行选定，无需特殊限制。制冷剂存储箱6可设置在治疗台3的底部位置，并位于第一超导体装置1和第二超导体装置2的中央，制冷剂在其内部存储，并在冷剂存储箱6、制冷管9、支撑管8和两个环形外壳之间循环，显然为促进或阻止这种循环，可通过泵、阀等基本部件给予干预控制，此为较为常规之现有技术，本发明对此不做过多描述与限定。
52.在本发明的一个实施例中，为便于操作，治疗台3与第一超导体装置1和第二超导
体装置2皆同轴设置，容易理解，治疗台3为平板结构，以供患者平躺，其配置有导轨4，以进行轴向的滑动。示例地，导轨4设置在治疗台3的底面，至少为两根，以保障平衡。沿导轨4，可方便地调整治疗台3在超导匀磁场范围11的轴向位置。当患者平躺在治疗台3上，患病部位颈部、胸部位于第一超导体装置1和第二超导体装置2之间的正中位置，即可保证其处于超导匀磁场范围11内。
53.在本发明的一个实施例中，第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14为圆柱体，分别设置在闭锁畸形的消化道(食管或直肠)盲端15内。其材料选择纯铁dt4，未充磁，表面采用物理真空气相沉积法在铁芯表面覆以氮化钛涂层，从而增强铁芯在消化道中耐腐蚀性能力，进一步提高生物安全性。
54.本发明的使用方法如下：
55.在闭锁消化道近、远侧的盲端15内分别植入第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14后，将患者身体平卧位安置于超导匀磁场范围11中，在超导强匀磁场作用下，第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14牵引消化道两侧的盲端15缓慢持续生长靠近，达到“零距离”接触后，再利用以永磁体为基础的磁牵引技术完成闭锁消化道的修复与重建。由于超导所特有的强磁场物理特性，可以牵引相距5～10cm范围的第一超顺磁牵引体13和第二超顺磁牵引体14相互靠近，满足临床患者长距离食管闭锁与高位肛门闭锁治疗需求，同时有效避免了常导电磁场内磁芯侧向移位导致患者胸腔器官损伤的风险，因此无需考虑置身于匀磁场内的患者体位偏移造成磁芯受力不均等问题，将更有利于患者在恒定磁场中接受安全且持续稳定的治疗，最终实现消化道闭锁盲端“零距离”接触，从而消除牵引口因组织回缩产生的“张力”导致的一系列并发症问题。
56.综上，本发明利用超导匀磁场牵引联合磁牵引技术治疗先天性消化道闭锁畸形，有望彻底解决复杂畸形病变部位近、远侧“消化道盲端距离远”这一长期以来制约临床手术治疗效果的关键问题，实现牵引口“零距离接触”，避免牵引口回缩产生的“张力”，从而最大程度避免牵引口狭窄、瘘、感染等并发症，缩短治疗周期，改善治疗效果，避免多次手术对患者造成的打击和创伤，促进正常发育。