US20260014382A1 Multipole magnet for medical implant system

摘要

• 问题：外部发射单元的轴向磁化单极磁体在MRI静磁场中产生大力矩（τ = m × B），对植入者存在疼痛或器械损伤风险；改用直径磁化单极磁体虽可降低MRI力矩，但其杂散磁场平行于平面铁氧体屏蔽层，导致铁氧体饱和、感应通信链路屏蔽性能下降，且小间距下保留力劣于轴向方案。
• 方案：设计单体多极磁体，包含至少两个等大反向磁偶极矩的磁化区段；净偶极矩趋近于零使MRI扭矩大幅削减，同时磁场以垂直方式截止铁氧体平面，避免铁氧体饱和。
• 效果：据FIG. 8（直径12 mm、高6 mm圆柱磁体），多极外磁体与直径磁化内磁体组合在皮瓣间距小于约3–4 mm时保留力高于等尺寸直径磁化外磁体与直径磁化内磁体组合；轴向外磁体加轴向内磁体组合在全部间距下保留力最大；MRI扭矩削减量无定量公开，FIG. 8为保留力对比曲线而非扭矩曲线（stub有误）。
• 形态：21项权利要求；外部磁体与内部磁体均可为多极单体设计；直径10–14 mm、高0.8–8 mm；极化段布置含半圆切分、同心圆环及含垂直过渡段的复合构型共六种（FIG. 7A–7F）；形状兼容圆柱、矩形棱柱、六边形棱柱。

机理与方案

耳蜗植入体外部发射单元磁体在MRI静磁场中所受力矩为：

$\vec{\tau }=\vec{m}\times {\vec{B}}_0$

其中 $\vec{m}$ 为磁体净磁偶极矩，${\vec{B}}_0$ 为MRI主磁场，$\vec{\tau }$ 为力矩矢量。

轴向磁化单极外磁体（FIG. 2A–2C，[0031]）：$\vec{m}$ 垂直皮肤，与植入内磁体偶极矩对齐以维持外部单元定位，该方向使 $|\vec{\tau }|$ 最大，存在对植入者造成疼痛或器械损伤的风险。其磁场214垂直截止铁氧体平面220（FIG. 2C），不导致铁氧体饱和。

直径磁化单极外磁体（FIG. 3A–3B，[0034]）：$\vec{m}$ 平行皮肤，MRI扭矩较轴向方案低，但其杂散磁场414平行于铁氧体平面220（FIG. 3C），可使铁氧体趋于饱和（[0035]）。专利列举饱和后果：电池续航缩短约30%、RF链路功耗增加、调谐范围扩大、感应线圈对准容差下降。

多极单体磁体530（FIG. 5A–5B，[0047]–[0049]）：第一磁化区段531产生 ${\vec{m}}_1$，第二磁化区段533产生 ${\vec{m}}_2$，两者大小相等、方向相反：

${\vec{m}}_{net}={\vec{m}}_1+{\vec{m}}_2\approx \vec{0}$

由此净MRI扭矩：

${\vec{\tau }}_{net}={\vec{m}}_{net}\times {\vec{B}}_0\approx \vec{0}$

净偶极矩接近零使MRI扭矩接近消除；同时两区段间局域磁场梯度仍能产生足以吸引直径磁化内磁体630的保留力（[0046]）。多极磁体的合成磁场514以垂直方式截止铁氧体平面220（FIG. 5C，[0048]），与轴向磁化单极磁体行为一致，铁氧体不饱和。

专利给出六种极对几何构型（FIG. 7A–7F，[0052]–[0058]）：7A为外/内磁体均采用两个半圆截面区段互反；7B/7C为两主区段加第三垂直过渡区段（类Halbach过渡，外/内过渡区段磁矩亦相反）；7D为中央圆柱区段531与同心圆环区段533等大反向；7E/7F为同心圆柱加同心环，中间插入环形垂直过渡区段。内磁体630亦可同为多极构型（[0051]），外/内均为多极时保留力增益更为显著（[0059]）。

效果与证据

FIG. 8为唯一定量对比，测试三种构型（右圆柱体，直径12 mm、高6 mm）的保留力随间距变化：构型一（轴向外 + 轴向内）在全部间距下保留力最大；构型二（多极外 + 直径磁化内）在间距小于约3–4 mm时保留力高于构型三（直径磁化外 + 直径磁化内）；间距大于约3–4 mm时构型三优于构型二。MRI扭矩削减量、铁氧体饱和磁通密度及保留力绝对值均无定量数据公开；MRI兼容性结论仅有定性描述，无实测或仿真数值支撑。

对我方产品的意义

本专利对应我方磁铁力学（B₀扭矩）挑战：净偶极矩对消机理提供了一种无需物理旋转磁体即可将MRI扭矩归零的结构方案，同时在皮瓣厚度小于约3–4 mm时保留力优于直径磁化方案、且与平面铁氧体屏蔽兼容。我方若在外部单元集成磁耦合定位与感应线圈（WPT或数据链路），可借鉴其铁氧体-磁场垂直截止约束分析方法：将多极磁体合成场取向对铁氧体平面的影响作为线圈-磁-铁氧体布局场仿真的硬约束，可同时满足保留力与屏蔽完整性两项设计指标。

关联

• 原文(Google Patents):https://patents.google.com/patent/US20260014382A1/en
• 危害:Hazard-b0-torque