CN102429857A - 采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，包括步骤一：将三个形状规则的永磁磁体I、II和III按同一方向依次紧密排列，其中，位于两侧的两个永磁磁体I、III的形状和大小相同且以位于中间的永磁磁体II的中线为对称轴左右对称，沿排列方向，三个永磁磁体的磁化方向按Halbach阵列方式进行排列，用于靶向定位的那一面，即工作面连续；步骤二：将按照步骤一制成的磁体装置用于磁性药物靶向定位，本发明还公开了一种采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，与现有单侧应用方式的磁体相比，在具有相同的作用深度上能提供更高的磁场强度和磁场梯度；同时结构优化、加工容易，能够克服普通靶向定位磁体有效作用深度浅的缺点，对于要求在中深度部位定位磁性药物微粒的场合特别适用。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用永磁磁体实现磁性药物物理靶向定位的方法，同时还涉及一种装置。
背景技术
癌症是严重危害人类健康的常见病、多发病，是疾病导致死亡的主要原因之一。癌症是通过减少或降低细胞控制和正常成熟机制。它的特征包括细胞过度增殖、未分化的细胞和组织、对临近组织侵犯以及转移。治疗手段包括手术切除、化疗、免疫治疗和放疗等。由于完全根除癌细胞才能成功地治愈癌症，但往往由于肿瘤的定位、浸润转移等因素的影响，外科切除手术不能完全根除癌细胞，这这种情况下，化疗是必须的。而常规的化疗药物从被注射的地方或者经胃肠吸收进入血液循环，运动到心脏再到全身其它区域，对于药物要靶向的小区域来说，这个方法的效率非常低，想达到希望浓度就导致要使用大剂量化疗剂，大药物剂量能明显提高药物疗效但增加药物剂量势必增加药物的全身毒性反应，使化疗药物的临床应用受到很大限制。因此如何提高药物的局部浓度同时减少全身的毒副反应一直是研究的热门课题。
早在本世纪初，Paul Ehrlich就提出了导向药物的设想，即用某种具有特殊亲和力的载体把药物定向输送到靶器官发挥作用。这类药物载体系统由药物、导向机制和载体相互协调的三部分构成。20世纪70年代Widder（Seyei A.,Widder K.,Czerlinski G.,J.Appl.Phys.1978.）等近一步提出磁控靶向药物传递系统的概念，并进行了载药磁性微粒的研究。磁控药物靶向治疗是将药物和适当的磁性材料及必要辅助材料配置成磁性药物， 通过足够强的外磁场定位，随血流运行有选择性地到达并定位于肿瘤组织，在细胞或亚细胞水平上发挥药效作用，因此对正常组织无太大影响，适用于多种肿瘤的靶向治疗，近年来，业已成为肿瘤导向治疗及药物新剂型研究的热点。
磁性药物靶向治疗主要需要解决三个基础技术：①磁性载药颗粒的稳定性：虽然磁性载药颗粒的制备并不复杂，但其久置后相互融合、药物渗漏等问题并未完全解决；②体外磁场系统设置的优化：涉及到磁场的定位、磁场强度、磁场梯度、放置时间；③必须开发支持磁性靶向药物在肿瘤血管内递送的运动传输和动力学理论，以确定最佳载药磁性微粒大小、磁流体浓度、粘度、外磁场强度以及注入速度等关系。本发明涉及的是第②个技术问题。
一个涉及到人体内磁性药物颗粒靶向的关键问题是靶向点的深度问题。一般来说，靶向点在人体内超过2cm，就很难用外部磁场靶向，因为磁场强度随着距离增加而减小。另一方面，几乎所有的药物都是通过肝脏发送的，而在肝脏，药物都变得无活性。另外，如果要把磁性药物载体颗粒保持在大动脉里就要求更强的磁场，因为大动脉里的血液线速度比毛细血管流动快50-100倍，大约为0.5cm/s。
为了能够在外磁场引导下使磁性药物颗粒聚集在更深的靶向部位，通常有两种技术来实现：①植入辅助磁性药物靶向定位方法，原理就是考虑通过在局部区域放置一个磁体金属丝，利用金属丝尖端对外磁场的畸变，以增强靶向点局部的磁场强度和梯度，以使得靶向点具有较高的磁性保持力；②采用超强电磁铁和超导体来产生比一般磁体更强的磁场和更大磁场梯度。但是这两种技术都有各自我们不愿面对的缺点，如需要侵入手术、大的能耗和高的加工难度和成本。
因此，需要设计合适的永磁磁体阵列以产生更大磁场强度和磁场梯度来靶向更深部位的靶向目标。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，本发明的目的之二是提供一种采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，该装置可以引导磁性药物颗粒在人体内更深的部位(3cm以上)有效聚集的体外永磁磁体装置，就人体肺部或其它中浅层部位的靶向定位3-4cm这个深度是足够的。本发明的方案克服了前述两种技术的部分缺点和限制，与同类型的靶向磁体机构相比具有结构简单、永磁体利用效率高、深度方向上磁场梯度大、有效作用距离长、制造成本低等优点。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
本发明的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，包括以下步骤：
步骤一：将三个形状规则的永磁磁体I、II和III按同一方向依次紧密排列，其中，位于两侧的两个永磁磁体I、III的形状和大小相同且以位于中间的永磁磁体II的中线为对称轴左右对称，沿排列方向，三个永磁磁体的磁化方向按Halbach阵列方式进行排列，用于靶向定位的那一面，即工作面连续；
步骤二：将按照步骤一制成的磁体装置用于距离磁体表面0-4cm的磁性药物靶向定位。
进一步，在步骤一中，为了适应人体或其它应用对象有一定弧度的表面形状，两边的两个永磁磁体可对称的分别向上旋转0°-10°的角度；
进一步，永磁磁体的永磁材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体；
进一步，所述永磁磁体为方形；
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的:
所述装置包括三个形状规则的永磁磁体I、永磁磁体II和永磁磁体III且三个永磁磁体按同一方向依次紧密排列，其中，位于两侧的两个永磁磁体I、III的形状和大小相同且以位于中间的永磁磁体II的中线为对称轴左右对称，沿排列方向，三个永磁磁体的磁化方向按Halbach阵列方式进行排列，用于靶向定位的那一面，即工作面连续；
进一步，永磁磁体的永磁材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体；
进一步，所述永磁磁体之间采用高强度胶粘合；
作为另一种更为灵活的磁体连接方式，是将永磁磁体采用可调节非导磁支架进行固定，所述可调节非导磁支架用于调节永磁磁体I的工作面、以及永磁磁体III的工作面与永磁磁体II的工作面之间的夹角；
进一步，所述永磁磁体为方形。
本发明的有益效果是：
本发明的方法实施容易，效果良好，相比于现有技术来说，在有效作用距离上具有独特的优势，在具有相同的作用深度上能提供更高的磁场强度和磁场梯度；而根据方法思想制得的装置更具有结构简单、永磁体利用效率高、深度方向上磁场梯度大、有效作用距离长、制造成本低的优点，其结构优化，在磁体装置不利用的一侧只有很少的杂散场；加工容易；应用本发明提供的永磁磁体制成的用于磁性药物靶向定位的磁体装置，在与磁体表面距离3cm的工作区域处的场强梯度可以达到9特斯拉/米以上，这种磁体阵列能够克服普通靶向定位磁体有效作用深度浅的缺点，对于要求在中深度部位定位磁性药物微粒的场合特别适用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置的三维视图；
图2为本发明一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置的俯视剖面图；
图3为本发明一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置的转角度情况的侧视剖面图 ；
图4为本发明一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置加了外壳的侧视剖面图；
图5为本发明一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置加了外壳的俯视剖面图；
图6为磁体表面中心0-4cm线上的磁场强度和梯度分布；
图7为距离磁体表面中心3cm处水平1cm线上的磁场强度和梯度分布；
图8为2、3转过一定角度后磁体表面中心0-4cm线上的磁场强度和梯度分布；
图9为2、3转过一定角度后距离磁体表面中心3cm处水平1cm线上的磁场梯度分布；
图10为可调节角度的非导磁支架的结构示意图；
图11为实施例5的可调节角度的非导磁支架的结构示意图；
图12为实施例6的可调节角度的非导磁支架的结构示意图；
图13为实施例6的旋转放置架的结构示意图；
图14为实施例6的底座的结构示意图；
图15为实施例6的钮件保持处于轴向固定位置时的铰接处剖面图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，包括以下步骤：
步骤一：将三个形状规则的永磁磁体I、II和III按同一方向依次紧密排列，其中，位于两侧的两个永磁磁体I、III的形状和大小相同且以位于中间的永磁磁体II的中线为对称轴左右对称，沿排列方向，三个永磁磁体的磁化方向按Halbach阵列方式进行排列，用于靶向定位的那一面，即工作面连续；其中磁体的永磁材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体。
步骤二：将按照步骤一制成的磁体装置用于距离磁体表面0-4cm的磁性药物靶向定位。
基于上述方法的思想，本发明还提出了一种采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，下面结合附图和实施例对该装置作进一步的说明。在附图中，1、2和3分别表示中间磁体、左边磁体和右边磁体，4不锈钢外壳。在所有附图中，用粗箭头表示永磁体磁矩的大小和方向。
简而言之，本发明的实施例是永久磁铁的一种特殊排列，可作为磁性药物的靶向定位的体外磁体机构，在更大的距离上生成比现有永久磁铁排列强度更高、梯度更大以及横向分布更加均匀的空间磁场。实施例的永久磁铁排列是基于永久磁铁的Halbach排列。增大的磁场强度、梯度和横向均匀性可在更大的距离上束缚更多的磁性药物微粒，以达到更理想的治疗效果。
实施例中所用永磁磁体的永磁材料为钕铁硼永磁材料，如果选用合适规格的钐钴或铁氧体永磁材料，也可以实现相同的效果。
实施例1
图1表示根据本发明第一实施例的一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置的三维视图；图2根据本发明第一实施例的一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置的俯视剖面图。
如图所示，本实施例的永磁磁体阵列包括设置在中间的永磁磁体I 1和设置在永磁磁体I两侧的永磁磁体II 2和永磁磁体III 3。本实施例中所用的永磁材料牌号为N38，材料的剩磁Br =1.28T，内禀矫顽力iHc≥12Koe，最大磁能积(BH)max =37MGOe。用相同的永磁材料烧结成截面形状为边长为40mm的正方形，长为50mm的棒状永磁体块。事实上，截面形状采用方形或者圆形或者其他规则形状都是可以的，但是方形截面组成的磁体阵列的表面连续，在近表面产生的磁场横向分布更加均匀，有利于进行磁性药物的靶向输运，另外两边的两个永磁磁体的形状和大小要相对于中间的永磁磁体对称；
由于永磁体充磁时的误差，为了使空间磁场分布尽量匀称，在实际组装时应从多个永磁体块中经高斯计测量选择三个表面磁场接近的磁体，用选出来的三个磁体按图1中标注的磁化方向依次排列，三个永磁磁体的磁化方向从左向右依次看，后一个的磁化方向是前一个逆时针旋转90°的结果，即线性Halbach阵列方式。本实施例中，采用高强度较直接粘结在一起图6是磁体表面中心0-4cm线上的磁场强度和梯度分布，可以看出在距表面3cm处的磁场强度和梯度分别达到300mT和9T/m，这已经达到了在血管内束缚磁性纳米颗粒的基本要求。图7为距离磁体表面中心3cm处水平1cm线上的磁场强度和梯度分布，可以看出在在目标区域（3cm）附近磁场强度和梯度都有很好的均匀性，这样就可以在这个区域附近聚集更多的磁性纳米颗粒。
实施例2
为了适应人体不同部位或某些应用对象有一定弧度的表面形状，相对于实施例1的水平工作面，实施例2是弯曲折线的工作面，即两边的两个永磁磁体可以对称的分别向上旋转一定的角度，这其中要保证永磁磁体装置所利用的那面（工作面）连续，中间的永磁磁体保持不变。
图3为本发明一种用于磁性药物物理靶向定位的永磁磁体装置的转角度情况的侧视剖面图。
如图所示，本实施例的永磁磁体阵列组成和实施例1是相同的，包括中间磁体1和边磁体2和边磁体3。本实施例中所用的永磁材料牌号为N38，材料的剩磁Br =1.28T，内禀矫顽力iHc≥12Koe，最大磁能积(BH)max =37MGOe。用相同的永磁材料烧结成截面形状为边长为40mm的正方形，长为50mm的棒状永磁体块。与实施例1不同的是，2和3分别以其左上边和右上边为轴向中间旋转了5°。图8为2、3转过一定角度后磁体表面中心0-4cm线上的磁场强度和梯度分布；图9为2、3转过一定角度后距离磁体表面中心3cm处水平1cm线上的磁场梯度分布，可以看出相比与实施例1的情况，磁场强度和梯度都有所增强。
要指出的是，虽然本实例中旋转的角度是5°，但是针对不同的应用对象的表面曲率，这个旋转角度是可以变的，而目标区域的磁场强度和梯度的分布形状不变。
实施例3
本实施例中，永磁磁体阵列组成和实施例1是相同的，本实施例中所用的永磁材料牌号为N38，材料的剩磁Br =1.28T，内禀矫顽力iHc≥12Koe，最大磁能积(BH)max =37MGOe。
而本实施例的不同之处在于，如图4和图5所示，在磁体装置的周围加上不锈钢外壳架4，从而加强其强度。
实施例4
本实施例中，永磁磁体阵列组成和实施例3是相同的，本实施例中所用的永磁材料牌号为N38，材料的剩磁Br =1.28T，内禀矫顽力iHc≥12Koe，最大磁能积(BH)max =37MGOe。
而本实施例的不同之处在于，本实施例中采用了可调节角度的非导磁支架，如图10所示，该支架包括了用于分别放置永磁磁体I和III的放置架I 4和放置架II 6，同时还包括了用于放置永磁磁体II的放置架II 5，每一放置架上均设置有用于固定永磁磁体的卡座，放置架之间铰接在一起，其连接部位位于与永磁磁体的工作面相反一侧的边缘位置，本实施例中，放置架II的位于与永磁磁体的工作面相反一侧的两侧边上分别开设有开槽，而放置架I和II的连接侧分别设置有凸台结构，通过将凸台结构分别嵌入开槽内，采用紧配合的螺栓结构将凸台结构和开槽铰接在一起，从而达到可根据需要调整永磁磁体I和永磁磁体III与永磁磁体II之间的工作面夹角，满足不同情况下的需要。
当然，放置架II的宽度和卡座的大小是可以改变的，可以根据需要放置不同的永磁磁体在放置架II上。
作为进一步的改进，在将两边的磁体转上去后，磁体间的空隙可以填充楔形导磁物质（如铁磁体），这样可以进一步减少非工作侧面的漏磁，从而增大工作侧面的磁场强度。
实施例5
如图11所示，本实施例与实施例4的不同之处在于，实施例5中的连接方式有所不同，本实施例中，放置架II的位于与永磁磁体的工作面相反一侧的两侧边上分别开设有侧边槽，而不是类似于实施例4中的夹槽，而放置架I和II的连接侧分别设置有与侧边槽相对应的凸台结构，通过采用紧配合的螺栓结构将凸台结构和侧边槽铰接在一起，从而达到可根据需要调整永磁磁体I和永磁磁体III与永磁磁体II之间的工作面夹角，满足不同情况下的需要。
实施例6
本实施例中，永磁磁体阵列组成和实施例3是相同的，本实施例中所用的永磁材料牌号为N38，材料的剩磁Br =1.28T，内禀矫顽力iHc≥12Koe，最大磁能积(BH)max =37MGOe。
本实施例中，如图12至图15所示，包括用于放置永磁磁体II的底座10和用于设置在底座两边分别用于放置永磁磁体I和永磁磁体III的旋转放置架11（该图中省略了另一侧的旋转放置架），旋转放置架11的两个侧壁的末端各自包括向外延伸的轴12，轴12沿相反方向延伸，轴12的端面设置有定位用的内齿轮121，在底座10的两个侧壁的末端处设置有一圆形的通孔111横向贯穿该侧壁，在每一通孔111的内壁上设置有一圆环状凸台112，通孔111侧壁上从圆环凸台112往底座10臂的外侧方向还形成有两个L型的滑槽，该滑槽包括了穿出通孔的端面的导引槽113和位于通孔内的容置槽114，该导引槽沿通孔111轴向设置，该容置槽114与导引槽相互垂直且连通。
为便于固定，如图11所示，该支架还包括了钮件13，该钮件为三段阶梯状的圆柱体，其依次包括直径较大的头部131、滑动部132和定位杆133，该滑动部的侧壁凸出设置有导向肋134，导向肋在滑动部132的分布于滑槽在通孔内的分布相适应，在定位杆133的末端形成与内齿轮121相适配的齿轮135，在定位杆上套设有一弹簧件14。
如图12所示，旋转配合后，该旋转放置架的两侧臂位于底座10的两侧臂之间，其轴12可以转动地收容于底座10的通孔中，钮件可以自底座10的侧壁之外可转动地插入该通孔中，其中齿轮135穿过该圆环凸台环绕的孔，与旋转放置架上的轴12的内齿轮相配合，该导向肋134可以采用滑动方式收容于该滑槽中，弹簧件14的一端抵触圆环凸台112，另一端抵触滑动部132，头部131位于该通孔之外，滑块位于滑槽中并可以沿着滑槽形状在内部绕周向滑动或轴向滑动，滑槽可以限定钮件的转动角度和轴向移动，使钮件位于一轴向可调的位置或一轴向固定位置。
旋转钮件是导向肋对准滑槽的导引槽，当受到弹簧件的弹性力作用时，按压部伸出于底座10一段距离，齿轮与内齿轮分离，此时用户可以旋转旋转放置架相对于底座的角度，在将放置架旋转至想要的角度时，按压钮件使导向肋收容至容置槽内，弹性元件在钮件与轴12的挤压下处于收缩状态，此时齿轮与内齿轮相啮合，对内齿轮的旋转进行限位，从而可以将旋转放置架限定于支撑角度，满足使用要求。
上述几种实施例的装置所产生的磁场共同的特征是在磁体装置的一侧（工作面）产生的磁场强度高且横向分布均匀，而随着距磁体表面的距离的增加呈高梯度衰减分布；在磁体装置的另一侧则只有很少的磁场分布，这就是Halbach磁体阵列的“单边”特征。这种独一无二的特性使得永磁磁体的磁能大部分分布在了面对靶向体的这一面，使得Halbach永磁磁体的磁能利用效率比普通永磁磁体呈数量级提高。本发明的磁体装置在与磁体表面距离3cm的工作区域处的场强梯度可以达到9特斯拉/米以上，而普通永磁磁体只有3-4特斯拉/米。因此，这种磁体阵列能够克服普通靶向定位磁体有效作用深度浅的缺点，对于要求在中深度部位定位磁性药物微粒的场合特别适用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将三个形状规则的永磁磁体I、II和III按同一方向依次紧密排列，其中，位于两侧的两个永磁磁体I、III的形状和大小相同且以位于中间的永磁磁体II的中线为对称轴左右对称，沿排列方向，三个永磁磁体的磁化方向按Halbach阵列方式进行排列，用于靶向定位的那一面，即工作面连续；
步骤二：将按照步骤一制成的磁体装置用于距离磁体表面0-4cm的磁性药物靶向定位。
2.根据权利要求1所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，其特征在于：在步骤一中，为了适应人体或其它应用对象有一定弧度的表面形状，两边的两个永磁磁体可对称的分别向上旋转0°-10°的角度。
3.根据权利要求1或2所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，其特征在于：永磁磁体的永磁材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体
根据权利要求3所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的方法，其特征在于：所述永磁磁体为方形。
4.采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，其特征在于：所述装置包括三个形状规则的永磁磁体I、永磁磁体II和永磁磁体III且三个永磁磁体按同一方向依次紧密排列，其中，位于两侧的两个永磁磁体I、III的形状和大小相同且以位于中间的永磁磁体II的中线为对称轴左右对称，沿排列方向，三个永磁磁体的磁化方向按Halbach阵列方式进行排列，用于靶向定位的那一面，即工作面连续。
5.根据权利要求4所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，其特征在于：永磁磁体的永磁材料为钕铁硼、钐钴或铁氧体。
6.根据权利要求5或6所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，其特征在于：所述永磁磁体之间采用高强度胶粘合。
7.根据权利要求5或6所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，其特征在于：所述永磁磁体采用可调节非导磁支架进行固定，所述可调节非导磁支架用于调节永磁磁体I的工作面、以及永磁磁体III的工作面与永磁磁体II的工作面之间的夹角。
8.根据权利要求5或6所述的采用永磁磁体用于磁性药物物理靶向定位的装置，其特征在于：所述永磁磁体为方形。
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