一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统的制作方法

本发明属于内窥镜技术领域，更为具体地讲，涉及一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统。

背景技术：

人类的消化系统疾病，特别是胃肠道疾病的发生率明显增加，而传统的胃镜和肠镜检查是将带有摄像镜头的细管插入口腔或肛门进入消化道，给患者带来一定的痛苦和不适，也带来了一定的心理恐惧；同时，如果卫生处理不好，还会造成交叉感染和发炎，甚至会引起更加严重的肠胃道穿孔的危险。因此患者对胃肠镜检查一直有着排斥心理，尤其是老人和儿童，更加不便诊断。这就促进了胶囊内窥镜的快速发展，其借助消化道蠕动使之在消化道内运动并拍摄图像，医生利用体外的图像工作站，了解受检者的整个消化道情况，从而对其病情做出诊断。胶囊内窥镜具有检查方便、无创伤、无导线、无痛苫、无交叉感染、图像资料可反复分析等优点，扩展了消化道检查的视野，克服了传统的插入式内窥镜的一些缺陷。

然而，胶囊内窥镜仍具有一定的局限性，它无法提供检测区域精确的位置和方向信息，使得胶囊内镜检查存在一定的漏检风险，医生不能确定病理组织的位置，也不能实时、及时的检查消化道情况，使得不能进一步制定合适的医疗方案，也不能为后期的三维图像重建和消化道定点施药提供重要的位置和方向参数。目前已有的技术是遥控释药胶囊的提出，其利用外部磁场触发磁开关控制药物释放，通过一个齿轮的旋转来确定药丸在肠道中的位置，药丸将药物密封于一个充分膨胀的气球囊中，遥控刺破气球囊而释放药物。该方法药物的释放依赖于气球被刺破，如果气球内部压力不够大，则药物释放速度较慢，而且，该技术方案只适合液体药物释放，不适合粉末、固体颗粒等药物。而目前的胶囊内窥镜技术还无法对病变的部位直接进行施药，也就不能对小肠出血或其他的疾病有直接的疗效。因此，本发明具有重要的研究价值及良好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统，通过对在消化道内运动的胶囊内窥镜进行定位，然后对病灶部位进行定点释药，具有结构简单、使用方便、可靠性高，以及适应多种药物剂型的特点。

为实现上述发明目的，本发明一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统，其特征在于，包括：胶囊内窥镜、磁感应背心和信息处理控制中心；

所述的胶囊内窥镜包括透明胶囊外壳、成像元件、六个均匀分布在成像元件周围的LED灯、图像处理模块、电池、微控制单元、药物驱动单元、储药仓，活塞a，以及位于图像处理模块和电池之间的圆柱形永磁体；

其中，透明胶囊外壳采用密封性能良好的材料，能很好的将胶囊内窥镜的其它部件进行包裹，使其与外部隔绝，避免体液污染；

图像处理模块，包括图像处理芯片和射频单元；图像处理芯片接收成像元件发送的图像，并对图像进行处理后发送给微控制单元；其中，射频单元采用2.45GHz的ZL70102无线射频芯片包括无线发射天线和遥控接收单元；

药物驱动单元包括一个凹型活塞b，相互接触的微发热器阵列、嵌入在活塞b中的粘接层，以及一个位于微控制单元与粘接层之间且处于压缩状态的弹性波纹管；

活塞a位于胶囊内镜的后端并嵌入到透明胶囊外壳中，与透明胶囊外壳形成一个整体的密封环境；

储药仓是由活塞a、活塞b和透明胶囊外壳内壁之间的空腔构成，并且由多个存储小格组成，存储小格间相互独立，每个小格可存储一种药物，存储小格在外力的作用下能够将药物释放；

所述的磁感应背心内置有多个对称均匀分布的霍尔传感器阵列、控制电路和数据采集单元；

所述的信息处理控制中心包括带有三维重建和定位软件的PC机以及体外遥控单元；

当患者需要内窥检查时，开启PC机并打开三维重建和定位软件，同时让患者穿上磁感应背心，取出胶囊内窥镜，并启动胶囊内窥镜的电源开关，使其各元件正常工作，当患者吞服胶囊本体后，胶囊内窥镜经过食道进入其胃部；

LED灯将胃内壁充分照亮，成像元件中的光学透镜和CCD图像传感器配合工作，并以t帧/秒的速度对胃内壁进行清晰拍摄成像，CCD图像传感器同时以t帧/秒的速度将拍摄的图像传输给图像处理芯片，图像处理芯片对图像进行编码、压缩处理后传输到微控制单元，微控制单元中的调制发射芯片再以调制频率为2.4GHZ ISM频段的模拟信号进行调制，再将调制后的图像信号反馈给图像处理模块，最终由射频单元中的无线发射天线转发至数据采集单元；

同时，圆柱形永磁体等效为磁偶极子并产生局部磁场，霍尔传感器阵列实时感应圆柱形永磁体的磁感应强度，并将感应到的磁感应强度传至控制电路，控制电路对磁感应强度进行采样，得到磁感应信号并传输到数据采集单元；

数据采集单元将磁感应信号及图像信号进行编码、压缩处理，再通过射频单元中的无线发射天线传输到PC机；

PC机利用三维重建软件和定位软件对磁感应信号及图像信号进行处理，重建出三维图像，同时计算出胶囊内窥镜的位置和方向参数并描绘其三维轨迹，通过显示器实时显示；

医生根据三维图像和三维轨迹观察病灶位置，再通过体外遥控单元发送遥控指令至遥控接收单元，并转发至药物驱动单元，控制药物驱动单元中的微发热器阵列迅速发热，软化低熔点粘接层，使弹性波纹管由压缩状态变为拉伸状态，使其前端的活塞b向前运动，在活塞b运动产生的压力下，将活塞a推出透明胶囊外壳，此时，连接在药物驱动单元上的储药仓中的药物通过已被打开的透明胶囊外壳释放出来，从而实现了对病灶位置定点给药的功能。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统，通过胶囊内窥镜在体内移动时，将病灶图像信息通过USB接口传输到信息处理控制中心，同时，磁感应背心通过采集永磁体的信号并传输到信息处理控制中心，再根据定位软件定位出永磁体的空间位置并描绘三维轨迹，最后结合病灶图像和三维轨迹进行体外遥控释药；本发明具有结构简单、使用方便、可靠性高和实时观测等特点，同时还能适应多种药物剂型极大地提高了疗效的同时，大大减少了药物的副作用。

附图说明

图1是本发明一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统结构图；

图2是图1所示胶囊内窥镜的结构示意图；

图3是磁感应背心工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统结构图。

在本实施例中，如图1所示，胶囊内窥镜系统包括：用于获得患者体内信息并进行定点释药的可吞入型胶囊内窥镜3；穿戴在患者体外的磁感应背心1，用于测量患者体内的磁体的磁场强度；数据采集单元2用于将采集的磁场信息传输到信息处理控制中心4；信息处理控制中心4包括个人电脑和软件平台，用于显示图像信息并得到胶囊的空间位置信息便于医生了解患者的病灶情况，体外遥控单元用于发射射频遥控信号最终使药物得以释放。

图2是胶囊内窥镜的结构示意图。

在本实施例中，如图2所示，胶囊内窥镜包括胶囊形状的透明外壳301，用于对消化道内壁进行照明的照明元件302，用于对消化道内壁进行拍摄成像的透镜303和图像传感器304，用于将图像信息无线发射到外部的射频单元305，用于产生局部磁场的永磁体306，用于对胶囊内部各电路提供能量的电池307，用于接收体外遥控单元发射的信号的遥控接收单元308，用于推动活塞b310向前运动的弹性波纹管309，用于粘接弹性波纹管与微发热器阵列312的低熔点粘接剂311，用于储藏药物的储药仓313，使得药物能够释放的活塞a314。

图3是磁感应背心工作示意图。

传感器阵列201、202等为一定数量的霍尔传感器，并均匀分布在磁感应背心1中，具有实时感应胶囊内窥镜3所处磁场强度的功能，并将信息传输到数据采集单元205，数据采集单元将参数信息传输到信息处理控制中心206，最终计算得出永磁体的空间位置并描绘其三维轨迹，便于医生对病灶位置进行观察并及时给药。

下面对本发明一种具有定点施药功能的胶囊内窥镜系统进行详细说明。

胶囊内窥镜包括透明胶囊外壳、成像元件、六个均匀分布在成像元件周围的LED灯、图像处理模块、电池、微控制单元、药物驱动单元、储药仓，活塞a，以及位于图像处理模块和电池之间的圆柱形永磁体；

在本实施例中，六个均匀分布在成像元件周围的LED灯选取六个低功耗(电压3.5V、功率0.1W)、小体积的LED灯。

其中，透明胶囊外壳采用密封性能良好且透光性高的材料，能很好的将胶囊内窥镜的其它部件进行包裹，使其与外部隔绝，避免体液污染，同时胶囊内窥镜可以照亮消化道内壁并进行拍摄；

图像处理模块，包括图像处理芯片和射频单元；图像处理芯片接收成像元件发送的图像，并对图像进行处理后发送给微控制单元；其中，射频单元采用2.45GHz的ZL70102无线射频芯片包括无线发射天线和遥控接收单元；

药物驱动单元包括一个凹型活塞b，相互接触的微发热器阵列、嵌入在活塞b中的粘接层，以及一个位于微控制单元与粘接层之间且处于压缩状态的弹性波纹管；

活塞a位于胶囊内镜的后端并嵌入到透明胶囊外壳中，与透明胶囊外壳形成一个整体的密封环境；

储药仓是由活塞a、活塞b和透明胶囊外壳内壁之间的空腔构成，并且由多个存储小格组成，存储小格间相互独立，每个小格可存储一种药物，存储小格在外力的作用下能够将药物释放；储药仓可以适应多种药物剂型，如溶液、悬浮液、粉末和药丸

磁感应背心内置有多个对称均匀分布的霍尔传感器阵列、控制电路和数据采集单元；

信息处理控制中心包括带有三维重建和定位软件的PC机以及体外遥控单元；

当患者需要内窥检查时，开启PC机并打开三维重建和定位软件，同时让患者穿上磁感应背心，取出胶囊内窥镜，并启动胶囊内窥镜的电源开关，使其各元件正常工作，当患者吞服胶囊本体后，胶囊内窥镜经过食道进入其胃部；

LED灯将胃内壁充分照亮，成像元件中的光学透镜和CCD图像传感器配合工作，并以t帧/秒的速度对胃内壁进行清晰拍摄成像，CCD图像传感器同时以t帧/秒的速度将拍摄的图像传输给图像处理芯片，图像处理芯片对图像进行编码、压缩处理后传输到微控制单元，微控制单元中的调制发射芯片再以调制频率为2.4GHZ ISM频段的模拟信号进行调制，再将调制后的图像信号反馈给图像处理模块，最终由射频单元中的无线发射天线转发至数据采集单元；

同时，圆柱形永磁体等效为磁偶极子并产生局部磁场，霍尔传感器阵列实时感应圆柱形永磁体的磁感应强度，并将感应到的磁感应强度传至控制电路，控制电路对磁感应强度进行采样，得到磁感应信号并传输到数据采集单元；

数据采集单元将磁感应信号及图像信号进行编码、压缩处理，再通过射频单元中的无线发射天线传输到PC机；

PC机利用三维重建软件和定位软件对磁感应信号及图像信号进行处理，重建出三维图像，同时计算出胶囊内窥镜的位置和方向参数并描绘其三维轨迹，通过显示器实时显示；

医生根据三维图像和三维轨迹观察病灶位置，再通过体外遥控单元发送遥控指令至遥控接收单元，并转发至药物驱动单元，控制药物驱动单元中的微发热器阵列迅速发热，软化低熔点粘接层，使弹性波纹管由压缩状态变为拉伸状态，使其前端的活塞b向前运动，在活塞b运动产生的压力下，将活塞a推出透明胶囊外壳，此时，连接在药物驱动单元上的储药仓中的药物通过已被打开的透明胶囊外壳释放出来，从而实现了对病灶位置定点给药的功能。

在本实施例中，采用分辨率为512×512、低功耗、速度2帧/秒的CCD图像传感器，能够对消化道内部进行清晰拍摄成像。

电池采用蓄电能力强的微型纽扣型干电池，用于对胶囊内部电路提供能量，使其内部元件能够进行正常工作。

微控制单元采用低功耗并且有2路串行外设接口的MSP430F2370芯片。

综上所述，本发明将胶囊内窥镜与定点释药装置结合起来，并且加上磁感应背心、信息处理控制中心通过对胶囊的定位和遥控信号的传输形成一个系统。在整个系统的工作下，胶囊内窥镜的图像和位置信息可以实时显示在信息处理控制中心的显示器上，并且可以通过信息处理控制中心的体外遥控单元控制胶囊储药仓释放药物。

因此，本发明实现了胶囊内窥镜可实时定位的功能，同时还实现了定点释放药物的功能，可以准确得到病灶位置信息并及时给药，极大地提高了疗效的同时，大大减少了药物的副作用，缩短了患者的康复疗程，有着极广泛的应用前景。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。