磁性微粒的驱动系统和方法、存储介质

本技术涉及磁场驱动，尤其涉及一种磁性微粒的驱动系统和方法、存储介质。

背景技术：

1、在现代医学和医疗技术的条件下，通常通过口服或者静脉注射药物，让药物经过人体的循环系统达到靶向位置来治疗各种疾病，如炎症、癌症、组织损伤等。这样的给药方式不仅会使得药物在循环系统中发生损失导致靶向位置的药物浓度降低，药物的疗效降低，还会影响正常的组织。为了减少传统给药方式对于人体正常组织的副作用以及提高药物在靶向位置的浓度，利用具有生物和医学功能的微纳米颗粒，进行载药的技术得到迅速发展。

2、随着科学技术的发展以及学科之间的融合，机器人与控制工程，人工智能技术，材料学以及生物医学等学科相交叉，微纳载药体可控性差的缺陷得到改善。相关研究使用不同的功能性材料制备微纳载药体，使得微纳载药体能够将外部的驱动能量源(例如磁场、光、超声、电)转换成机械运动，进而能够让微纳载药体成为微型机器人一样在模拟体内的流体环境中完成精确的运动和导航。在这些外部驱动场中，磁场因高可控性、无污染、能够穿透生物组织等优点，而被广泛应用于驱动微型机器人。然而目前由于单一的载药微型机器人或颗粒递药量十分有限，如何增加载药纳米颗粒到达目标区域的药物量，增强疾病治疗的效果，成为了亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种磁性微粒的驱动系统和方法、存储介质，旨在将磁性微粒形成涡流状集群，驱动涡流状微粒集群到达目标位置进行药物递送，增加到达目标区域的药物量提高递送效率增加到达目标区域的药物量，提升疾病治疗的效果。

2、为实现上述目的，本技术实施例的第一方面提出了一种磁性微粒的驱动系统，所述磁性微粒的驱动系统包括：

3、支架；

4、多个电磁线圈，所述电磁线圈由导线螺旋包络在铜芯上组成，所述铜芯用于增加生成磁场的磁场梯度，并朝向所述目标磁性微粒；

5、线圈电磁驱动模组，电连接所述电磁线圈，各个所述电磁线圈输入信号均为正弦交流信号，各个所述电磁线圈输入信号之间存在着固定的相位差以形成工作空间内的旋转梯度磁场，以驱动所述目标磁性微粒汇集形成涡流状微粒集群，并在不同应用场景调整驱动系统的旋转频率或是单个所述电磁线圈的电压。

6、在一些实施例，所述线圈电磁驱动模组，包括：

7、上位机，用于远程接收外部的操控指令；

8、控制器，电连接所述上位机，用于基于所述操控指令生成控制信号，并将控制信号发送给驱动电路；

9、驱动电路，电连接所述控制器，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号调节所述第一线圈组和所述第二线圈组的旋转磁场频率和输入电压。

10、在一些实施例，多个所述电磁线圈划分成第一线圈组和第二线圈组；所述第一线圈组设置于所述支架的上方，且所述第一线圈组朝向目标磁性微粒；

11、所述第二线圈组设置于所述支架的下方，且所述第二线圈组朝向所述目标磁性微粒；

12、所述第一线圈组和所述第二线圈组之间的距离为10厘米，所述第一线圈组内的所述电磁线圈之间的夹角为120°，所述第二线圈组内的所述电磁线圈之间的夹角为120°，所述目标磁性微粒的尺寸为100nm至100um。

13、为实现上述目的，本技术实施例的第二方面提出了一种磁性微粒的驱动方法，应用于如第一方面所述的磁性微粒的驱动系统，所述方法包括：

14、获取目标磁性微粒的尺寸参数和所述目标磁性微粒所在溶液的环境参数；

15、根据所述尺寸参数和所述环境参数从预设的候选电压区间中筛选出目标电压区间；

16、根据所述尺寸参数和所述环境参数从预设的候选旋转磁场频率中筛选出目标旋转磁场频率；

17、根据所述目标电压区间和所述目标旋转磁场频率对各个所述电磁线圈的正弦输入信号进行设置，在工作平面内生成旋转梯度，以驱动所述目标磁性微粒聚拢成涡流状微粒集群；

18、接收电压调节指令，并根据所述电压调节指令更改单个或至少两个所述电磁线圈的输入电压，以驱动所述涡流状微粒集群向着目标方向移动至目标区域或者分裂成多个集群。

19、在一些实施例，所述根据所述尺寸参数和所述环境参数从预设的候选电压区间中筛选出目标电压区间，包括：

20、根据所述尺寸参数从所述候选电压区间中筛选出选定电压区间；

21、根据所述环境参数从所述选定电压区间中选出对应的电压区间，得到所述目标电压区间。

22、在一些实施例，在所述根据所述目标电压区间和所述目标旋转磁场频率对各个所述电磁线圈的正弦输入信号进行设置，在工作平面内生成旋转梯度，以驱动所述目标磁性微粒聚拢成涡流状微粒集群之后，所述方法还包括：

23、获取微粒图像；其中，所述微粒图像通过拍摄多个所述目标磁性微粒得到；

24、根据所述微粒图像对所述目标磁性微粒的聚集状态进行检测，得到微粒聚集状态；

25、若所述微粒聚集状态为聚集失败状态，根据所述微粒图像对所述目标磁性微粒进行聚集失效因素检测，得到微粒聚集失效因素信息；

26、根据所述微粒聚集失效因素信息调节所述目标电压区间和所述目标旋转磁场频率。

27、在一些实施例，所述根据所述微粒聚集失效因素信息调节所述目标电压区间和所述目标旋转磁场频率，包括：

28、若所述微粒聚集失效因素信息表征所述目标磁性微粒的磁场强度不足，增大所述目标电压区间；

29、若所述微粒聚集失效因素信息表征所述目标磁性微粒的旋转磁场频率不足，增大所述目标旋转磁场频率。

30、在一些实施例，在所述根据所述目标电压区间和所述目标旋转磁场频率对各个所述电磁线圈的正弦输入信号进行设置，在工作平面内生成旋转梯度，以驱动所述目标磁性微粒聚拢成涡流状微粒集群之后，所述方法还包括：

31、获取目标应用场景信息；

32、根据所述目标应用场景信息对所述集群的形态进行调整；

33、增大任意方向两侧所述电磁线圈的电压，使得两侧磁场梯度增大，以使所述集群由涡流状变为长条形；

34、继续增大所述两侧所述电磁线圈的电压，以使所述长条形的所述集群分裂为多个较小集群。

35、在一些实施例，在所述获取微粒图像之后，所述方法还包括：

36、根据所述集群所处位置和目标区域位置，确定所述集群所需移动方向，得到所述集群移动方向信息；

37、接收根据集群移动方向信息反馈的聚集方向调节信息；

38、根据所述聚集方向调节信息从多个所述电磁线圈中筛选出选中线圈；

39、根据预设的输入参数调节所述选中线圈的电压和旋转磁场频率。

40、为实现上述目的，本技术实施例的第三方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。

41、本技术提出的磁性微粒的驱动系统和方法、存储介质,其通过基于不同目标磁性微粒的尺寸参数和目标磁性微粒所处溶液的环境参数，针对性地调节第一线圈组和第二线圈组的电压区间和旋转磁场频率，让第一线圈组和第二线圈组之间产生固定相位差使得空间内生成旋转磁场驱动原本均匀分散在溶液中的目标磁性微粒形成涡流状微粒集群，当第一线圈组和第二线圈组之间存在电压差以驱动涡流状微粒集群朝着高电压的线圈方向移动，并达到目标区域。因此，驱动涡流状微粒集群到达目标位置进行药物递送，增加到达目标区域的药物量提高递送效率，提升疾病治疗的效果。