[发明专利]在具有壁的空间中推进和控制微型机器人的位移的方法和系统

说明书

微型机器人系统，包括微型机器人(100)，其用于通过具有壁(201)的空间的位移，并且由包含磁力场响应材料的主体形成，磁力场发生器(114)，其设计为产生磁力场以沿合力场的方向推动微型机器人通过空间的，以及控制单元，其设计为计算作用在微型机器人上的合力场(116)的方向、幅值和空间变化，控制微型机器人的位移，以及计算微型机器人在壁上的平衡点(102)，并且创建一系列依次执行的场发生步骤，每个步骤包括提供合力场(300)的方向、幅值和空间变化，以用于微型机器人从壁上的一个平衡点到壁上的另一个平衡点的位移。

技术领域

本发明涉及一种微型机器人系统，其用于在具有壁的空间中推进和控制微型机器人的位移，涉及在所述微型机器人系统中使用的控制单元，以及涉及由控制单元的处理器执行的计算机程序产品。

背景技术

微型机器人有望将治疗剂靶向输送到人体内的精确位置。但是，磁性微型机器人的使用由于无法在较大的工作体积中对其进行导航而受到限制，如S.Martel在下文所述：“Microrobotics in the vascular network:present status and next challenges,”Journal of Micro-Bio Robotics,vol.8,no.1,pp.41–52,2 2013。

致动微/纳米机器人的普遍方法是通过磁场对它们进行无线控制，如B.J.Nelson、I.K.Kaliakatsos和J.J.Abbott在下文所公开的：“Microrobots for Minimally InvasiveMedicine,”Annual Review of Biomedical Engineering,vol.12,no.1,pp.55–85,72010。

可以使用磁场梯度牵引、旋转磁场和振荡磁场在3D流体环境中实现磁致动。设计为用于在2D表面上进行微操作的磁性微型机器人，通过振荡磁场进行推进以产生机械共振，并且通过在旋转磁场中翻滚进行推进。

在US 2004/210 128 A1中描述了微型机器人系统，其示出了旨在推进和控制微型机器人通过患者血管的位移的方法和系统。微型机器人形成有包含力场响应材料的主体，其中，响应于力场，该材料在力场方向上承受力。微型机器人设计为放置在血管中以位移通过血管，以及考虑到沿力场的方向推进微型机器人通过血管，会产生力场并将其施加到微型机器人上。计算力场的方向和幅值，从而控制微型机器人通过患者血管的位移。建议使用MRI系统生成磁场梯度并跟踪微型机器人的位移，该位移可用作位置反馈。使用水而不是血液在塑料(PMMA)管中进行测试，将水泵入塑料管中以产生由流量计调节的水流。微型机器人以3.175mm的碳钢球的形式形成为铁磁球，并放置在管中。施加磁场梯度到微型机器人以产生磁力，从而抵消由于水流而使微型机器人经受的阻力。在测试期间，调节流量计的阀门，直到施加在微型机器人上的阻力被磁力抵消，并且微型机器人到达管中称为水流中平衡位置的位置。没有公开一种微型机器人系统，其允许从一个平衡点将磁性机器人导航到另一个平衡点，特别是在微型机器人在其中移动的空间的壁上(此处为管)。