专利名称：基于无线供能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，具体是一种基于无线供能的体外 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、 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。而胶囊内镜仅仅 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 in the 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，提供一种基于无线供能的体外磁控制热疗 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 外热疗操作控制装置、体外无线供能装置和体外图像实时处理装置，其中热疗胶囊位于消 化道内并采集消化道环境信息，体外热疗操作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，体外无线供能装置向热疗胶囊以交变磁场方式提供能量，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模拟图像传感器、照明系统、温度检测系统和热生成装置、 外壳及设置于其内部的主控制系统、图像无线发送装置、数字无线收发装置、整流装置、无 线能量接收线圈和永磁装置，其中模拟图像传感器和照明系统安装在外壳的外侧端部， 热生成装置和温度检测系统安装在热疗胶囊外壳的外表面，永磁装置安装在外壳与热生成 装置之间，无线能量接收线圈接收由体外无线供能装置发送的交变磁场并转化为交流电动 势，整流装置与无线能量接收线圈相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置分别与 模拟图像传感器、照明系统、主控制系统、图像无线发送装置、热生成装置相连并提供直流 电源，图像无线发送装置直接将模拟图像传感器采集到的视频图像通过无线方式发送至患 者体外，主控制系统与模拟图像传感器连接并对模拟图像传感器的成像参数进行调节，主 控制系统与温度检测系统连接，并接收温度检测系统采集到的温度信号，主控制系统分别 与热生成装置和数字无线收发装置连接并输出控制指令和进行信息传输。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为具有永磁装置的磁驱动控制装置，其中磁驱动控制装 置通过调节永磁装置与热疗胶囊之间的位移和方向实现对热疗胶囊姿态和位置的调整。所述的体外热疗操作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 的体外无线供能装置包括体外无线能量发射线圈和电源控制器，其中电源控制器与直 流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈，体外无线能量发 射线圈将控制信号转变为交变电磁场并输出至热疗胶囊。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为体外热疗操作控制装置结构示意图。图5为体外无线供能装置示意图。图6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、体外热疗操作控制装置 3、体外无线供能装置4和体外图像实时处理装置5，其中热疗胶囊位于消化道内并采集 消化道环境信息，体外热疗操作控制装置3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5与热疗胶囊以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方 式输出，体外无线供能装置4向热疗胶囊以交变磁场方式提供能量，体外磁驱动装置2与热 疗胶囊根据永磁场相互作用原理开展工作，即同极性永磁场相吸排斥、异极性永磁场相吸 引，并且两永久磁场之间的距离与磁力有关，当体外磁场驱动装置产生永久磁场与热疗胶 囊产生永久磁场极性相同，并且体外磁场驱动装置靠近热疗胶囊时，热疗胶囊远离体外磁 场驱动装置，当体外磁场驱动装置产生的永久磁场与热疗胶囊产生的永久磁场极性相异， 并且体外磁场驱动装置靠近热疗胶囊时，热疗胶囊靠近体外磁场驱动装置。根据以上原理， 当改变体外磁场驱动装置相对于热疗胶囊的方向和距离时，热疗胶囊的姿态和位置会发生 相应改变，从而保证体外磁场驱动装置控制消化道内热疗胶囊的姿态和位置。所述的热疗胶囊1包括模拟图像传感器6、照明系统7、温度检测系统15和热生 成装置8以及外壳9及设置于其内部的主控制系统10、图像无线发送装置11、数字无线收 发装置12、整流装置13、无线能量接收线圈14和永磁装置16，其中模拟图像传感器6和 照明系统7安装在外壳9的外侧端部，温度检测系统15和热生成装置8安装在热疗胶囊外 壳9的外表面，永磁装置16安装在外壳9与热生成装置8之间，无线能量接收线圈14接收 由体外无线供能装置4发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置13与无线能量接收 线圈14相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置13分别与模拟图像传感器6、照明 系统7、主控制系统10、图像无线发送装置11、热生成装置8相连并提供直流电源，图像无线 发送装置11直接将模拟图像传感器6采集到的视频图像以无线通讯方式传送到患者体外， 主控制系统10与模拟图像传感器6相连，实现对模拟图像传感器的成像参数调节，主控制 系统10与温度检测系统15相连，实现对温度的采样，主控制系统10与热生成装置8相连， 实现对热生成装置8的控制，主控制系统10与数字无线收发装置12相连，并实现与数字无线收发装置12配置与通讯。所述的外壳9为胶囊体状，两端部为球状结构。本实施例中的体外磁驱动装置2通过永磁场相互作用原理开展工作，当体外磁驱 动装置2形成的永久磁场与热疗胶囊1形成的永久磁场极性相同时，热疗胶囊1远离体外 磁驱动装置2，当体外磁驱动装置2形成的永久磁场与热疗胶囊1形成的永久磁场极性相异 时，热疗胶囊1靠近体外磁驱动装置，通过这一原理使体外磁驱动装置2能够改变热疗胶囊 1的姿态和位置。本实施例中的热生成装置8通过电流加热方式生成热，主控制系统10控制通过热 生成装置8的电流，从而实现对热生成装置8的加热控制。本实施例中的数字无线收发装置12通过接收到体外热疗操作控制装置3的无线 单元20发现的温度改变控制信号，将控制信号传送至主控制系统10，主控制系统10根据该 控制信号启动或停止热生成装置8，实现对热生成装置8的控制。本实施例中的无线能量接收线圈14通过接收到体外无线供能装置4的发射线圈 22发射的交变电磁场，在无线能量接收线圈14内产生交变电动势，该交变电动势由整流装 置13进行滤波和整流获得合适的直流电压，并将该直流电压提供至模拟图像传感器6、照 明系统7、温度检测系统15和热生成装置8、主控制系统10、图像无线发送装置11和数字无 线收发装置12。本实施例中的温度检测系统15直接与主控制系统10相连，主控制系统10对温度 进行模数转换，将转换后的数字温度传送至数字无线收发装置12，并传送至患者体外。本实施例中的永磁装置16形成的永久磁场与体外磁控制装置2形成的永久磁场 产生相互作用，当永磁装置16形成的永久磁场和体外磁控制装置2形成的永久磁场极性相 同时，永磁装置16远离体外磁控制装置2，当永磁装置16形成的永久磁场和体外磁控制装 置2形成的永久磁场极性相反时，永磁装置16靠近体外磁控制装置2。所述的体外磁驱动装置2为具有永磁装置18的磁驱动控制装置，其中包括永磁 驱动装置17和永磁装置18，永磁装置18安装在永磁驱动装置17上，根据永久磁场相互作 用原理，通过改变永磁装置18与热疗胶囊1之间的方向和距离，可以实现对热疗胶囊1的 姿态和位置的调整。所述的体外热疗操作控制装置3为具有温度显示屏19和无线单元20的温度调节 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，无线单元20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，操作者根据显示的温度，通过温度 调节装置21发出温度调节信号，该温度调节信号通过无线单元传送至热疗胶囊1的数字无 线收发装置12，并传送给主控制系统10，主控制系统10根据该温度控制信号，控制热生成 装置8实现热疗温度的控制。所述的体外无线供能装置4包括体外无线能量发射线圈22和电源控制器23，其 中电源控制器23与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发 射线圈22，体外无线能量发射线圈22将控制信号转变为交变电磁场并输出至热疗胶囊1。所述的体外图像实时处理装置5包括体外图像实时接收模块对和计算机工作站 25，其中体外图像实时接收模块M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，计算机工作站25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。 本装置通过以下方式进行工作患者通过吞服热疗胶囊，体外无线供能装置开始 工作，电源控制器将直流电源转变为一定频率的交变信号并传送到体外无线能量发射线 圈，体外无线能量发射线圈将电能转变为一定频率的交变磁场，该交变磁场被体内热疗胶 囊里的无线能量接收线圈接收，在线圈内部产生交变电动势，该交变电动势被整流装置进 行滤波整流后生成直流电源，该直流电源给照明系统、温度测量系统、模拟图像传感器、热 生成装置、主控制系统、图像无线发送装置和数字无线收发装置提供电源。照明系统、模拟 图像传感器、主控制系统和图像无线发送装置即开始工作。模拟图像传感器将消化道壁的 图像通过图像无线传送装置传送到体外，由体外图像实时接收模块接收并传送到计算机工 作站，计算机工作站将图像显示在屏幕上，操作者根据图像，控制永磁装置驱动装置改变永 磁装置的位置和方向，体内热疗胶囊的永磁装置跟随体外永磁装置的位置和姿态发生改 变，从而改变热疗胶囊在消化道内的位置和状态，模拟图像传感器可以检测不同位置和姿 态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，当发现有肿瘤疾病时，在图像引导下，操作者控制热 疗胶囊停留在肿瘤疾病表面，使热疗胶囊的热生成装置紧贴肿瘤疾病表面，操作者利用体 外热疗操作控制装置的温度调节系统发出热疗操作控制信号，该控制信号通过无线单元传 送热疗胶囊，由数字无线收发装置接收并传送到主控制系统，主控制系统启动热生成装置 工作，对肿瘤表面开展热疗治疗，在热疗过程中，温度测量系统实时检测热疗部位的温度， 该温度由主控制系统进行模数转换后传送到数字无线收发装置，并由数字无线收发装置传 送到体外，体外热疗操作控制装置的无线单元接收到该温度信号后，传送到温度显示屏上， 操作者可以实时掌握热疗部位的温度，并结合模拟图像传感器检测到的图像对肿瘤表面开 展热疗，在热疗过程中，操作者可以操作体外磁驱动装置改变热疗胶囊的姿态和位置，借助 于工作站上的图像导航，以实现对肿瘤部位的全方位彻底热疗。
权利要求
1.一种基于无线供能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、体外热疗操作控制装置、体外无线供能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采集消化道环境信息，体外热疗操作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 胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向热疗胶囊以交变磁场方式提供能 量，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所述的基于无线供能的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是，所述 的热疗胶囊包括模拟图像传感器、照明系统和热生成装置以及外壳及设置于其内部的主 控制系统、图像无线发送装置、数字无线收发装置、整流装置、无线能量接收线圈、温度检测 系统和永磁装置，其中模拟图像传感器和照明系统安装在外壳的外侧端部，热生成装置安 装在热疗胶囊外壳的外表面，永磁装置安装在外壳与热生成装置之间，无线能量接收线圈 接收由体外无线供能装置发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置与无线能量接收 线圈相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置分别与模拟图像传感器、照明系统、主 控制系统、图像无线发送装置、热生成装置相连并提供直流电源，图像无线发送装置直接将 模拟图像传感器采集到的视频图像通过无线方式发送至患者体外，主控制系统与模拟图像 传感器连接并对模拟图像传感器的成像参数进行调节，主控制系统与温度检测系统连接并 接收温度检测系统采集到的温度信号，主控制系统分别与热生成装置和数字无线收发装置 连接并输出控制指令和进行信息传输。
3.根据权利要求2所述的基于无线供能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2所述的基于无线供能的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是，所述 的体外磁驱动装置为具有永磁装置的磁驱动控制装置，其中磁驱动控制装置通过调节永 磁装置与热疗胶囊之间的位移和方向实现对热疗胶囊姿态和位置的调整。
5.根据权利要求2所述的基于无线供能的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是，所述 的体外热疗操作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。
6.根据权利要求1所述的基于无线供能的体外磁控制热疗胶囊系统，其特征是，所述 的体外无线供能装置包括体外无线能量发射线圈和电源控制器，其中电源控制器与直 流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈，体外无线能量发 射线圈将控制信号转变为交变电磁场并输出至热疗胶囊。
7.根据权利要求1所述的基于无线供能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无线供能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、体外热疗操作控制装置、体外无线供能装置和体外图像实时处理装置，热疗胶囊位于消化道内并采集消化道环境信息，体外热疗操作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胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向热疗胶囊以交变磁场方式提供能量，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。本发明实现体外操作控制者对热疗胶囊的姿态和位置的主动控制。
文档编号A61B1/04GK102085086SQ201110051748
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