专利名称：基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置，具体是一种基于数字图像导航的 体外磁控制热疗胶囊系统。
背景技术：
现代人由于工作节奏加快、饮食不均、导致消化道疾病的发病率日趋升高，消化道 疾病成为影响现代人健康的常见的一种疾病，据统计分析发现，消化道疾病正在向低龄化 和隐蔽化方向发展。消化道疾病的可视化检测对于消化道疾病的预防和诊疗具有非常重要 的作用，而成人人体全消化道总长9米，由于消化道形状属于细长管道，分布于人体躯干各 个器官之间，全消化道结构的不规则封闭性，给临床上消化道疾病的检测和治疗带来很大 的挑战。临床上实施的消化道疾病的可视化检测主要有两种胃肠、肠镜和胶囊内窥镜两 大类。胃镜、肠镜检测属于主动检测，能够实现对全消化道疾病“定点”诊断，但胃镜、肠镜 检测过程中可能存在导致胃创伤、肠创伤的风险，检测过程中会给病人带来巨大的痛苦。胶 囊内窥镜检测属于无创检测方法，患者口服胶囊内窥镜后即可实施消化道疾病的检测，不 会给患者带来不适或痛苦的感觉，但胶囊内窥镜在患者消化道内只能跟随消化道的蠕动开 展诊断，胶囊内窥镜的运动完全属于被动运动方式，胶囊内镜对于消化道疾病的诊断也属 于“局部性”和“随机性”诊断，不能对消化道疾病实施主动“定点”诊断，胶囊内窥镜诊断全 过程存在很大的盲区，极大限制了胶囊内窥镜在全消化道疾病可视化诊断中的临床应用。另一方面，在确诊消化道发现浅表性恶性肿瘤等疾病时，临床上可以采用的治疗 方案对于胃部以上消化道和结肠以下消化道可在胃镜和肠镜的视频图像导航下开展治 疗，但在治疗过程中仍然存在导致胃创伤、肠创伤的风险，治疗过程中患者需要承受巨大的 痛苦；而对于小肠所在的消化道存在的浅表性恶性肿瘤，无法采用传统的胃镜和肠镜进行 治疗，对于小肠存在的疾病必须通过手术方法开展治疗，这对于患者而言造成的痛苦是可 想而知的。而现有胶囊内窥镜仅仅具体消化道图像的拍摄功能，完全不具体消化道疾病的 治疗功能，因此无法对消化道疾病开展治疗。经过对现有技术的检索发现，发表在《Gastrointestinal Endoscopy)) Vol. 72， No. 5,2010 上的论文"Remote magnetic control of a wireless capsule endoscope inthe esophagus is safe and feasible :results of a randomized,clinical trial in healthy volunteers”公开了一种体外磁控制图像胶囊技术，该论文通过体外磁场控制志 愿者吞服的磁控图像胶囊，完成在志愿者胃部疾病的图像图像诊断，通过与没有体外磁控 制的图像胶囊对比实验，证明利用体外磁场控制图像胶囊在消化道内的姿态和位置是安全 和可行的。该论文的研究成果虽然证明体外磁控制图像胶囊的安全性和可行性。但该论文公布的技术缺乏治疗功能，即通过胶囊图像发现消化道疾病后，无法对 消化道疾病病理组织开展热疗治疗工作。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于数字图像导航的体外磁控制 热疗胶囊系统，实现由体外磁场主动驱动控制，克服胶囊系统受消化道蠕动“被动”运行方 式的制约，为操作者的体外磁控制和热疗控制提供图像导航，直至完成胶囊部位的热疗治 疗全过程；利用本热疗胶囊，对消化道浅表性恶性肿瘤可以实现真正意义上在无创图像导 航下的无创诊断和治疗，最大限度降低给患者带来的痛苦和创伤。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括热疗胶囊、体外磁驱动装置、体 外热疗控制装置和体外图像实时处理装置，其中热疗胶囊位于消化道内并实施局部热疗 处理，体外热疗控制装置与热疗胶囊以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时 处理装置与热疗胶囊以无线方式连接并传输热疗胶囊视频信息并以图形方式输出，体外磁 驱动装置与热疗胶囊采用磁力实现对热疗胶囊的姿态和位置的控制。所述的热疗胶囊包括照明系统、温度测量系统、光学系统和热生成装置、外壳及 设置于其内部的主控制系统、数字图像传感器、图像无线发送装置、无线收发模块、电源管 理模块、电池和永磁体，其中热生成装置和温度测量系统安装在热疗胶囊外壳的外表面以 实现局部热疗以及热疗部位温度实时测量，永磁体安装在外壳与热生成装置之间并接收由 体外磁驱动装置发送的交变磁场并转化为动能控制所述热疗胶囊，电源管理模块与电池相 连并将直流电压分别输出至数字图像传感器、照明系统、主控制系统、无线收发模块和热生 成装置，光学系统、照明系统和数字图像传感器依次串联并设置于外壳的端部，数字图像传 感器与主控制系统相连并输出数字图像，无线收发模块与主控制系统相连并将数字图像传 感器采集到的视频信息以及温度测量系统采集到的温度信息转化为电磁波并发送至体外， 热生成装置与主控制系统相连并接收控制指令。所述的外壳为胶囊体状，两端部为球状结构。所述的体外磁驱动装置包括磁场发生装置和位置调整机架，其中磁场发生装 置固定设置于位置调整机架上并对热疗胶囊提供永久磁场。所述的体外热疗控制装置为具有温度显示屏和无线单元的温度调节装置，其中 无线单元与温度显示屏和温度调节装置相连并将接收到温度传送至温度显示屏并显示在 温度显示屏上，温度调节信号通过无线单元传送至热疗胶囊实现热疗温度的控制。所述的体外图像实时处理装置包括体外图像实时接收模块和计算机工作站，其 中体外图像实时接收模块由具有数字无线通讯功能的通用电子器件构成并接收由热疗胶 囊发出的数字图像信号，体外图像实时接收模块实时接收由热疗胶囊发送到体外的拍摄图 像并传送到计算机工作站，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现热 疗胶囊姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。本发明与现有技术相比，实现体外操作控制者对体内热疗胶囊的姿态和位置的主 动控制，可以完成消化道图像的“定点”诊断，为热疗操作实现“定点”操作控制，同时体外 主动控制体内热疗胶囊的操作均在视频图像引导下进行，实现真正意义上的图像导航下的 消化道疾病的无创诊疗。相比于现有胃镜、肠镜和图像胶囊系统，具有明显的优点。本发明 在消化道疾病诊断和浅表性恶性肿瘤的早期治疗方面具有非常重要的实际应用价值。
图1为本发明工作原理示意图。图2为热疗胶囊结构示意图。图3为体外磁驱动结构示意图。图4为体外热疗控制装置结构示意图。图5为体外图像实时处理装置示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施包括热疗胶囊1、体外磁驱动装置2、体外热疗控制装置3和 体外图像实时处理装置4，其中热疗胶囊1位于消化道内并实施局部热疗处理，体外热疗 控制装置3与热疗胶囊1以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时处理装置4 与热疗胶囊1以无线方式连接并传输热疗胶囊1视频信息并以图形方式输出，体外磁驱动 装置2与热疗胶囊1采用磁力实现对热疗胶囊1的姿态和位置的控制。如图2所示，所述的热疗胶囊1包括照明系统5、温度测量系统6、光学系统7和 热生成装置8、外壳9及设置于其内部的主控制系统10、数字图像传感器11、无线收发模块 12、开关13、电源管理模块14、电池15和永磁体16，其中热生成装置8和温度测量系统6 安装在热疗胶囊1外壳9的外表面以实现热疗治疗以及热疗部位温度实时测量，永磁体16 安装在热疗胶囊1 一端，永磁体16产生的永久磁场与体外磁驱动装置2产生的永久磁场之 间的磁力控制热疗胶囊1的姿态和位置，电源管理模块14与电池15通过开关13相连，当 开关13闭合时，电源管理模块14将电池15电压转变为合适的直流电压分别输出至数字图 像传感器11、照明系统5、主控制系统10、无线收发模块12和热生成装置8，光学系统7、照 明系统5和数字图像传感器11依次串联并设置于外壳9的端部，数字图像传感器11与主 控制系统10相连并输出数字图像，无线收发模块12与主控制系统10相连并将数字图像传 感器11采集到的视频信息以及温度测量系统6采集到的温度信息转化为电磁波并发送至 体外，热生成装置8与主控制系统10相连并接收控制指令。所述的外壳9为胶囊结构状，两端部为球状结构。如图3所示，所述的体外磁驱动装置2包括永磁体17和位置调整机架18，其中 永磁体17固定设置于位置调整机架18上并对热疗胶囊1提供永久磁场。如图4所示，所述的体外热疗控制装置3为具有温度显示屏19、无线单元20和温 度调节装置21，其中无线单元20与温度显示屏19和温度调节装置21相连，并将接收到 温度传送至温度显示屏19并显示在温度显示屏19上，温度调节装置21的控制信号通过无 线单元20传送至热疗胶囊1实现热疗温度的控制。如图5所示，所述的体外图像实时处理装置4包括体外图像实时接收模块22和 计算机工作站23，其中体外图像实时接收模块22由具有数字无线通讯功能的通用电子器 件构成并接收由热疗胶囊1发出的数字图像信号，体外图像实时接收模块22实时接收由热 疗胶囊1发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站23，计算机工作将图像显示在计算 机屏幕上，为操作控制者实现热疗胶囊1姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
本装置通过以下方式进行工作患者吞服热疗胶囊1，热疗胶囊1开关13闭合，电 源管理模块14将电池15电压转化为合适电压，热疗胶囊1开始工作。数字图像传感器11 通过光学系统7和照明系统5采集到消化道壁的数字图像，该数字图像通过主控制系统10 传送到无线收发装置，并通过无线收发装置传送到体外，由体外图像实时接收模块22接收 并传送到计算机工作站23，计算机工作站23将图像显示在屏幕上，操作者根据图像，控制 体外磁驱动装置2改变永磁体17的方向和位置，根据相同极性永磁场相互吸引和异极性永 磁场相互排斥的原理，体内热疗胶囊1系统的永磁体16跟随体外永磁体17姿态和位置发 生改变，改变热疗胶囊1在消化道内的姿态和位置，数字图像传感器11可以检测不同姿态 和位置情况下消化道壁的图像并传送到体外，从而确保操作者在图像导航下对消化道开展 “定点”和“定向”的诊断。在诊断过程中，当发现有浅表性恶性肿瘤疾病时，在图像导航帮 助下，操作者控制热疗胶囊1停留在浅表性恶性肿瘤疾病表面，使热疗胶囊1的热生成装置 8紧贴浅表性恶性肿瘤疾病表面，操作者利用体外热疗控制装置3的温度调节装置21发出 热疗控制信号，该控制信号通过无线单20传送到热疗胶囊1，由无线收发模块12接收并传 送到主控制系统10，主控制系统10启动热生成装置8工作，对浅表性恶性肿瘤表面开展热 疗治疗，在热疗过程中，温度测量系统6实时检测热疗部位的温度，该温度由主控制系统10 进行AD转换后传送到无线收发模块12，并由无线收发模块12传送到体外，体外热疗控制装 置3的无线单元20接收到该温度信号后，传送到温度显示屏19上，操作者可以实时掌握热 疗部位的温度，并结合数字图像传感器11检测到的图像对浅表性恶性肿瘤表面开展热疗， 在热疗过程中，操作者可以操作体外磁驱动装置2改变热疗胶囊1的姿态和位置，借助于工 作站23上的数字图像导航，以实现对浅表性恶性肿瘤部位的全方位彻底热疗。
权利要求
1.一种基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征在于，包括热疗胶囊、 体外磁驱动装置、体外热疗控制装置和体外图像实时处理装置，其中热疗胶囊位于消化道 内并实施局部热疗处理，体外热疗控制装置与热疗胶囊以无线方式连接并传输热疗控制信 息，体外图像实时处理装置与热疗胶囊以无线方式连接并传输热疗胶囊视频信息并以图形 方式输出，体外磁驱动装置与热疗胶囊采用磁力实现对热疗胶囊的姿态和位置的控制。
2.根据权利要求1所述的基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是， 所述的热疗胶囊包括照明系统、温度测量系统、光学系统和热生成装置、外壳及设置于其 内部的主控制系统、数字图像传感器、图像无线发送装置、无线收发模块、电源管理模块、电 池和永磁体，其中热生成装置和温度测量系统安装在热疗胶囊外壳的外表面以实现局部 热疗以及热疗部位温度实时测量，永磁体安装在热疗胶囊一端，永磁体产生的永久磁场与 体外磁驱动装置产生的永久磁场之间的磁力大小和方向控制热疗胶囊的姿态和位置，电源 管理模块与电池相连并将直流电压分别输出至数字图像传感器、照明系统、主控制系统、无 线收发模块和热生成装置，光学系统、照明系统和数字图像传感器依次串联并设置于外壳 的端部，数字图像传感器与主控制系统相连并输出数字图像，无线收发模块与主控制系统 相连并将数字图像传感器采集到的视频信息以及温度测量系统采集到的温度信息转化为 电磁波并发送至体外，热生成装置与主控制系统相连并接收控制指令。
3.根据权利要求1或2所述的基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征 是，所述的外壳为胶囊体状，两端部为球状结构。
4.根据权利要求1或2所述的基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征 是，所述的体外磁驱动装置包括磁场发生装置和位置调整机架，其中磁场发生装置固定 设置于位置调整机架上并对热疗胶囊提供磁场。
5.根据权利要求1所述的基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是， 所述的体外热疗控制装置包括温度显示屏、无线单元和温度调节装置，其中无线单元与 温度显示屏和温度调节装置相连并将接收到温度传送至温度显示屏并显示在温度显示屏 上，温度调节信号通过无线单元传送至热疗胶囊实现热疗温度的控制。
6.根据权利要求1所述的基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是， 所述的体外图像实时处理装置包括体外图像实时接收模块和计算机工作站，其中体外 图像实时接收模块由具有数字无线通讯功能的通用电子器件构成并接收由热疗胶囊发出 的数字图像信号，体外图像实时接收模块实时接收由热疗胶囊发送到体外的拍摄图像并传 送到计算机工作站，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现热疗胶囊 姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
全文摘要
一种医疗器械技术领域的基于数字图像导航的体外磁控制热疗胶囊系统，包括热疗胶囊、体外磁驱动装置、体外热疗控制装置和体外图像实时处理装置，热疗胶囊位于消化道内并实施局部热疗处理，体外热疗控制装置与热疗胶囊以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时处理装置与热疗胶囊以无线方式连接并传输热疗胶囊视频信息并以图形方式输出，体外磁驱动装置与热疗胶囊采用磁力实现对热疗胶囊的姿态和位置的控制。本发明实现由体外磁场主动驱动控制热疗胶囊姿态和位置，为操作者的体外磁控制和热疗操作提供图像导航，在胶囊图像导航下，对消化道浅表性恶性肿瘤可以实现真正意义上的无创诊断和治疗，最大限度降低给患者带来的痛苦和创伤。
文档编号A61B1/045GK102085085SQ20111005170
公开日2011年6月8日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者刘华, 姜萍萍, 王志武, 颜国正 申请人:上海交通大学