物理学家和生物工程师可以通过使用远程磁力操纵和微创医疗程序的范围来操纵磁力驱动的导丝。磁转向策略目前受到低磁场的限制，从而阻止它们集成到在超高场下运行的医疗系统中，包括磁共振成像(MRI)扫描仪。在现已发表在《科学进展》杂志上的一项新研究中，MehmetTiryaki和德国、瑞士和土耳其物理智能、生物医学工程和医学系的研究团队开发了一种磁性导丝设计以及超高场的转向策略。

这项工作展示了广泛的研究范围，以及原位再磁化的潜力。结果说明了在临床前磁共振成像扫描仪中由钕磁铁和光纤棒制成的磁引导的转向原理。新开发的超高场磁驱动框架可以促进下一代磁自动化在临床MRI扫描仪中发挥作用。

推进磁共振成像(MRI)系统

尽管磁共振成像方法已经发展了十年之久，但与X射线透视相比，该技术仍存在不足。X射线透视的无电离辐射特性及其卓越的软组织对比度使其成为更先进的替代方案。MRI系统目前受到扫描仪工作区区域及其较低分辨率的限制，因此提出了一系列改进该方法的新建议。

例如，完全远程MRI驱动的驱动方法可以集成铁磁永磁体以实现直观的三维(3D)转向。然而，该方法需要实时软件访问和附加功能才能在MRI扫描仪内运行。在这项工作中，Tiryaki及其同事在MRI扫描仪中展示了一种超高场磁导丝转向策略，并展示了其在具有动脉血流的生理相关3D血管模型以及动物模型肾脏MRI扫描过程中的转向能力。

在低磁场下的高磁扭矩和力传输的磁致动过程中，通常使用永磁体(例如钕磁体)。永磁体的开发具有在低磁场下与磁体易磁化轴对齐的恒定磁化矢量。虽然物理学家已经研究了超高磁场下永磁体的磁学理论，但他们仍在研究该概念在自动磁致动过程中的影响。

例如，在超高磁场下，永磁体呈现为软磁体的形式。因此，该团队检查了磁化矢量并计算了作用在永磁体上的磁力和扭矩。他们专注于块状钕磁铁，使用振动样品磁强计推导磁性材料常数，并研究磁滞效应，以验证磁化强度。

MRI扫描仪中的磁驱动和导丝设计

Tiryaki及其同事测量了MRI扫描仪中的磁场和磁梯度，以模拟磁扭矩和磁力。他们计算了在超高场下作用在永磁体上的磁化角和扭矩，并研究了形成导丝弹性芯的伴随柔性结构的设计，优化了柔性体的刚度以磁致动导丝和操纵磁致动系统。

该团队使用开源软件并开发了Cosserat杆模型动态模拟来模拟导丝的形状，并包括弹性和重力以了解它们对MRI磁力和扭矩的影响。他们进行了弯曲模拟，以验证杨氏模量和导丝动力学基础的其他参数，以主动使用磁性导丝。

磁转向模式和原位磁化

科学家们研究了多种具有高自由度的自动磁致动系统，以在低场下实现磁导丝转向。在没有高自由度的情况下，磁致动系统和超高场之间的相互作用导致MRI扫描仪中的导丝转向受阻。因此，该团队研究了导丝的主要配置以了解这种效果，并将永磁体与导丝尖端平行、垂直和反平行放置。

Tiryaki及其同事探索了多种转向模式，通过在MRI扫描仪中手动插入导丝来执行各种导航任务。超高场原位再磁化的概念导致了一种更有趣的具有双重稳定性的磁性导丝设计，导丝尖端有两个永磁体，可在二维平面内进行各种转向实验。

该团队在肾动脉、主动脉弓、颈总动脉和大脑中动脉的逼真3D血管结构中进行了转向实验，同时使用心脏流动模拟泵模拟动脉流动。结果强调了在临床应用的各种情况下导航3D血管的能力。

此外，他们还探索了MRI期间的超高场磁致动，通过在离体猪肾脏的肾腔中进行导丝转向实验，使用不同磁性配置的导丝来靶向器官的不同区域。他们进行了临床前MRI以观察肾腔的边界，随后进行了一系列跨越肾腔、下肾盏和上肾盏的可视化实验，以检查导丝的转向能力。

外表

通过这种方式，MehmetTiryaki及其同事介绍了在超高场中使用磁导丝进行磁转向的概念。他们将磁学理论与力学相结合，建立了改进MRI扫描仪转向能力的设计原则。

物理学家通过一系列3D导航步骤确定了MRI成像期间磁导转向的可行性。他们期望超高场驱动的新方法能够影响MRI干预期间的临床场景，最终促进自动化临床干预实践所需的物理智能。

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