一种胶囊内窥镜系统

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种胶囊内窥镜系统。


背景技术：

2.目前，胶囊内窥镜是一种患者可以通过口服进行检查的内窥镜。它具有内置图像采集摄像头，并与体外无线通信装置无线通信，使之在消化道内采集图像，医生利用体外的仪器接收胶囊内窥镜拍摄的图像，了解受检者的消化道情况，从而对其病情做出诊断。胶囊内窥镜检查具有检查方便、无创伤、无导线、无痛苦、无交叉感染、不影响患者的正常工作等优点，扩展了消化道检查的视野，克服了传统的插入式内镜检查所具有的耐受性差、不适用于年老体弱和病情危重等缺陷，可作为消化道疾病尤其是小肠疾病诊断的首选方法。
3.现有的胶囊内窥镜仅仅能够在人体内起到检查和诊断的作用，不具有治疗功能。现有的胶囊内窥镜的运动控制可通过内置微型电机控制和体外设置磁场源控制的方式，仅仅通过人体自身的消化道蠕动是不能满足检查要求的。微型电机控制运动的方式，电机需要能耗高，并且需要体外精准复杂的控制系统。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种胶囊内窥镜系统，采用磁控式控制胶囊内窥镜与被检体内运动的同时，还能对病变部位进行磁热治疗，其技术方案如下：
5.一种胶囊内窥镜系统，包括胶囊内窥镜和体外控制系统，所述胶囊内窥镜包括：
6.数据采集部，其用于采集机体内的图像信息，所述图像信息包括正常图像信息和病变图像信息；
7.磁性部，包括支撑件、磁性圆球和磁热件，所述磁性圆球置于所述支撑件部形成的球形腔内，所述磁性圆球于所述球形腔内自由转动，所述磁热件在体外交变磁场作用下产生磁感应热效应；
8.通信部，对所述数据采集部采集的所述图像信息进行处理，并通过无线通信进行发送；
9.所述体外控制系统包括：
10.胶囊驱动单元，其为所述磁性圆球提供动作磁场、及为所述磁热件提供交变磁场；
11.控制单元，接受经由所述通信部发送的所述正常图像信息或病变图像信息后发送不同的控制指令至所述胶囊驱动单元，所述胶囊驱动单元基于所述控制指令提供所述动作磁场或所述交变磁场。
12.本发明提供的技术方案至少包括以下有益效果：
13.本发明提供的胶囊内窥镜具有对被检体内进行拍摄的摄像功能，向体外控制系统发送体内信息的无线通信功能，以及被体外控制系统控制进行移动和产生磁热效应的功能。胶囊内窥镜装置通过被吞入被检体内经过被检体内的食道，进入消化道，通过消化道的蠕动移动和在体外恒定磁场作用下移动。由于消化道的蠕动往往不能充分检查其内部的全
部组织，需要依靠恒定磁场对胶囊内窥镜内部的磁性圆球产生作用，通过体外控制系统的控制移动而带动胶囊内窥镜在被检体内的移动。当通过控制单元获得的图像信息进行判断发现病变部位时，对被检体的腔道内病变部位进行磁热治疗。
14.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
15.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”术语应做广义理解，能够是静连接或动连接，也可以是不可拆卸连接或可拆卸连接，也可以是搁置于其上或者具体的布置方位；“固定”是静连接；“套接”可以是套在某部件的体外而不接触、套在某部件体外并与其螺纹连接、或套在某部件外可拆卸式连接；“螺纹连接”即是指通过螺纹咬合、旋转式连接；“转动连接”即是指通过滚珠、滚轮等连接，且两个连接件中之一或二者均可自转；“传动连接”即是指通过链条、传送带或连杆等方式的间接连接且同步动作的连接方式；“连通”是指“固定”或“连接”在一起且内部空间相通；“电连接”即是指电子元件用导电介质连接起来；除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的胶囊内窥镜系统结构示意图；
17.图2是本发明实施例提供的胶囊内窥镜功能结构框图；
18.图3是本发明实施例提供的体外控制系统功能结构框图；
19.图中：
20.1胶囊内窥镜、10胶囊、11数据采集部、12磁性部、120支撑件、1200球形腔、121磁性圆球、122磁热件、122a磁热体、122b封膜、13通信部、130安装板、131电路板、1310第二通信模块、132连接部、133电池、
21.2体外控制系统、20胶囊驱动单元、200亥姆霍兹线圈、201工作台、21控制单元、210第一通信模块、211磁场控制模块、2110信号发生模块、2111幅值调节模块、2112信号处理模块、2113信号反馈模块、212上位机。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.实施例一
25.本实施方式是由胶囊内窥镜1和体外控制系统2组成的胶囊内窥镜系统整体应用的例子。胶囊内窥镜1包括数据采集部11、磁性部12和通信部13。体外控制系统2包括胶囊驱动单元20和控制单元21。胶囊内窥镜1通过数据采集部11采集机体内的图像信息和生物学信息，通过通信部13发送给控制单元21，控制单元21通过图像信息和生物学信息进行分析判断或者人工判断，启动胶囊驱动单元20产生体外恒定磁场使得磁性部12的磁性圆球121在恒定磁场中动作，或者产生交变磁场使得磁热件122在交变磁场中产生磁热效应，对被检体的腔道内病变部位进行磁热治疗。
26.本发明提供的胶囊内窥镜具有对被检体内进行拍摄的摄像功能，向体外控制系统发送体内信息的无线通信功能，以及被体外控制系统控制进行移动和产生磁热效应的功能。胶囊内窥镜装置通过被吞入被检体内经过被检体内的食道，进入消化道，通过消化道的蠕动移动和在体外恒定磁场作用下移动。由于消化道的蠕动往往不能充分检查其内部的全部组织，需要依靠恒定磁场对胶囊内窥镜内部的磁性圆球产生作用，通过体外控制系统的控制移动而带动胶囊内窥镜在被检体内的移动。当通过控制单元获得的图像信息和生物学信息进行判断发现病变部位时，对被检体的腔道内病变部位进行磁热治疗。
27.实施例二
28.本实施例为本发明提供的胶囊内窥镜结构的实施方式。
29.请参阅图1，本发明提供的胶囊内窥镜1整体成椭圆形，两端固定两个数据采集部11，中间为磁性部12，磁性部12的磁热件122延伸至胶囊10表面，胶囊10表面除磁热件122的其他部位为透明材质，数据采集部11以从胶囊内窥镜1的一端侧朝向外侧的状态被固定于通信部13的安装板130。
30.胶囊10为不被消化的高分子透明材料制成，如聚4-甲基-1-戊烯(pmp)、苯乙烯/丁二烯共聚物(k树脂)、苯乙烯/丙烯腈共聚物(as)、聚降冰片烯、纤维素类透明塑料(ca、cn)等。
31.磁性部12，包括支撑件120、磁性圆球121和磁热件122，磁性圆球121置于支撑件120内部形成的球形腔1200内，磁性圆球121于球形腔1200内自由转动，磁热件122在体外交变磁场作用下产生磁感应热效应。
32.由于其内部设置的磁性圆球121具有磁性，在体外控制系统产生的恒定磁场作用下，能够对其产生作用，亦带动磁性圆球121跟随动作，从而带动整个胶囊内窥镜1动作。
33.当通过数据采集部11发现病变部位时，体外控制系统切换至产生交变磁场的模式，使得磁性圆球121于球形腔100内自转，胶囊内窥镜1停止在病变部位附近；同时磁热件122产生磁热效应。
34.支撑件120延伸至胶囊10的表面，且与其他部位隔开，其由无机绝热材料制成，减少磁热件122发热对的其他部位的影响。磁性圆球121为表面光滑的巴克磁性球，直径为3-8mm，由ndfeb钕铁硼磁矿石经各种精细加工而成的球状强磁体。
35.磁热件122包括磁热体122a和封膜122b，封膜122b设置于环形槽开口将所述磁热体122a包裹于环形槽内，磁热体122a于胶囊驱动单元20提供的交变磁场中发热。
36.磁热体122a为一整体的铁磁热籽，铁磁热籽具有铁磁性的金属集体中掺杂非磁性金属元素制成。
37.磁热体122a包括磁性金属有机框架复合物的核壳型颗粒，颗粒尺寸为40-70nm。核
壳型颗粒的具体结果举例，如：fe3o
4-sh@pda@au、fe3o
4-sh@pda@mnfe2o4、fe3o
4-sh@pda@znfe2o4、fe3o
4-sh@pda@znfe2o4、mn
x
zn
(1-x)
fe2o4@dspe-peg2000、mn
x
zn
(1-x)
fe2o
4-dmsa@dspe-peg2000(包覆peg化磷脂的磁性纳米颗粒)。磁热体提供与外加交变磁场下释放热量，于病变部位进行治疗，并能取得对正常组织的最小化毒副作用。
38.具体的，fe3o
4-sh@pda@au磁热体制备方法如下。
39.fe3o
4-sh的制备：将fe3cl3和naac加入到乙二醇中于70℃水浴溶解30min，得到棕色溶液，随后快速加入2-巯基乙醇。将溶液迅速转移至聚四氟乙烯内胆中，装入反应釜于205℃反应10小时，取出冷却至室温。去上清液，底物多次水洗磁分离，最终分散在水中。
40.fe3o
4-sh@pda的制备：取fe3o
4-sh的悬浮液，磁分离去掉水分，随后加入至hcl-tris缓冲液，超声分散，向加入盐酸多巴胺(pda)和十二烷基硫酸钠(sds)，搅拌反应4-6小时。反应完成后，磁分离水洗多次，至上清液无色透明，没有泡沫为止。
41.fe3o
4-sh@pda@au的制备：称取agno3溶于乙二醇中，随后加入聚乙烯吡咯烷酮(pvp),溶解完全后,将该溶液至于油浴，从室温加热至160℃，磁搅拌反应1.5h，时间从开始加热计,得到银纳米立方溶液；加水稀释，继续磁搅拌使其均匀，然后逐滴滴加的氯金酸(haucl4)，滴完继续反应20min。随后加入巯基丙酸(mpa)反应30min，加nacl固体溶解至饱和，搅拌过夜溶解生成氯化银(agcl)，所得的反应液离心，去上清液，加水后超声分散，再离心，重复3遍，洗去多余的nacl，即得到aunanocage储备液；将合成好的fe3o
4-sh@pda纳米例子与aunanocage储备液混合超声分散，于30℃下振荡吸附12h以上，磁分离水洗后即可得到产物。
42.磁热体122a基载液和表面活性剂。基载液包括水基、烃基、煤油基或有机化合物基。基载液选用0.01mpbs，表面活性剂选用油酸或聚乙二醇。
43.封膜122b壁材能够耐受消化道的消化，但于磁性纳米颗粒产生磁热效应时，其由于磁热融开。具体的封膜壁材，能够耐受胃酸且不易被消化道内的各种蛋白消化酶降解，在磁热作用下可融化。如石蜡，氧化石墨烯改性石蜡等材料制成的封膜壁材，将磁性纳米颗粒包裹在内。
44.实施例三
45.本实施例为本发明提供的胶囊内窥镜系统数据采集、传输以及磁场控制的实施方式，请参阅图2和图3。
46.数据采集部11，其进行采集被检体内的图像信息和生物学信息；数据采集部11包括光源和摄像头，光源和摄像头均由电源模块供电。光源能够向被检体内照射照明光，使用led(light emitting diode：发光二极管)等方式来实现。摄像头具有使光学图像成像的光学系统和ccd(charge coupled device：电荷耦合器件)、cmos(complementary metal oxide semiconductor：互补金属氧化物半导体)等摄像元件，摄像头的光学系统与后述的通信部13的电路板131通信连接，该摄像元件是将多个像素二维状地排列而成的，各像素通过接收由该光学系统在受光面上形成的光学图像并对该光学图像进行光电转换来生成被检体的体内图像数据。
47.通信部13，通过无线通信向体外控制系统发送图像信息。通信部13包括安装板130、电路板131、连接部132及电池133。安装板130对整个胶囊10起到支持作用，防止胶囊10塌陷，还对电路板121、连接部132、电池133和支撑件120提供安装基础。
48.电路板131设置于胶囊内窥镜1内的一端的安装板130上，电路板131上设置有电源管理模块、第二无线通信模块1310及信号处理模块；另一侧的安装板130上亦设置第一无线通信模块1310，并通过连接部132与电路板131上的信号处理模块连接。两端各自的数据采集部11将采集的数据发送至电路板131处理后，分别通过各自的两端的第一无线通信模块1310分别与体外控制系统通信连接。
49.电池133与电路板131上的电源管理模块电连接，安装板130上设置延伸至胶囊10表面电池安装盒，便于在经过被检体使用后，能够从胶囊10体外打开后取出电池安装盒内的电池，同时，能够重新在磁热件122装配磁热体122a和封膜122b，以循环利用整个胶囊内窥镜。电池123能够设置两个，以备用。
50.电路板131通过对数据采集部11输出的模拟图像数据进行a/d转换来生成数字图像数据，并降数字信号进行放大、滤波等处理，通过数据电路板131上的无线通信模块1310向外发送。无线通信模块1310能够是digi的micro xbee模块或mbh7wlz17模块。micro xbee支持zigbee 3.0标准，同时支持低功耗蓝牙，尺寸为13mm
×
19mm。mbh7wlz17支持ieee802.11b/g标准，在8.0mm
×
8.0mm
×
1.2mm的封装尺寸的芯片上集成了rf、基带和mac，还能对rf部分的滤波器进行加强，可有效地降低干扰。连接部122嵌入支撑件10，以连接两端的数据采集部11。
51.光线从体外能够最大范围地从胶囊10两端的摄像头111接收，各自产生图像由其形成的图像通过电路板131进行处理后返回至无线通信模块1310，无线通信模块1310与体外控制系统的接收单元之间传输图像数字信号。对于采集的图像数字信号在体外控制系统的图形用户界面上进行显示，通过对被检体内的识别和辅助以人工经验的判断，能够准确识别肿瘤部位，如采用水平集方法获取种类轮廓特征，采用基于mumford-shah模型对肿瘤部位进行分隔计算。
52.请参阅图3，体外控制系统2包括胶囊驱动单元20和控制单元21。
53.胶囊驱动单元20，其为磁热件122提供交变磁场、及为磁性圆球121提供动作磁场，具体的，胶囊驱动单元20包括亥姆霍兹线圈200、其内部磁场中设置用于被检体放置的工作台201及动作驱动件(附图未示出)，工作台201包括台面与动作驱动件，动作驱动件能够是三轴系统或者机械臂，动作驱动件通过后述的上位机212控制台面在亥姆霍兹线圈产生的磁场中动作。
54.控制单元21，包括第一通信模块210、磁场控制模块211及上位机212。上位机212为一计算机，其包括能够清洗显示数据采集部11采集的图像的液晶显示器。磁场控制模块211包括信号发生模块2110、幅值调节模块2111、信号处理模块2112及信号反馈模块2113。上位机212采用直接数字频率合成技术(direct digital synthesis，简称dds)，通过微控制器对dds信号发生器2110进行频率预置、控制字的设置，以输出直流信号或正弦交流信号。dds信号发生器2110采用dds芯片，如ad公司的ad9850、ad9851或ad9852。
55.幅值调节模块2111通过da转换器和乘法器相结合实现对正弦交流信号幅值的可调性，从而间接控制磁热件122的发热效果。da转换器的型号如tlc5615，乘法器的型号如ad633。
56.信号处理模块2112主要由滤部电路和功率放大电路组成，对于dds信号发生器2110产生的直流信号只需通过功率放大电路来获得亥姆霍兹线圈的驱动电流；对于信号发
生器2110产生的正弦交流信号，通过滤部电流处理和功率放大来获得稳定的一定幅值的亥姆霍兹线圈的驱动交变电流。
57.信号反馈采集模块2113主要用于采集亥姆霍兹线圈产生的磁场并将其反馈至上位机212。具体的信号反馈采集模块2113为磁通门计，包括磁通门探头和主机，二者通过电缆连接，主机与上位机212电缆连接；主机提供控制信号驱动探头和处理探头的输出信号至上位机212，并分析磁场角度及矢量合成值，便于上位机212实时监控，以控制信号发生模块2110来对输入的电流信号进行调节，从而达到自动调节亥姆霍兹线圈产生的磁场的目的。具体的信号反馈采集模块2113可采用ch-370型号(北京翠海佳诚磁电公司生产)。
58.第一通信模块210通过无线通信接收通信部13发送的图像信息、并发送至上位机212，具体的第一通信模块210亦采用digi的micro xbee模块或mbh7wlz17模块。
59.对体外控制系统1的软件程序设计，主要是针对胶囊内窥镜1于被检体内的动作控制或者磁热件12的磁热控制。
60.本发明的工作流程为：
61.对于胶囊内窥镜1的动作模式，数据采集部11采集的图像数据通过无线通信传输至上位机212，并于上位机212的液晶显示器上显示，通过人工判断所述图像信息为正常图像信息时，启动上位机212的软件控制按钮发出第一控制指令至磁场控制模块211和工作台201，胶囊内窥镜1在动作磁场中动作，同时工作台201在亥姆霍兹线圈产生的磁场中动作，以带动胶囊内窥镜1于被检体内移动。
62.当胶囊内窥镜1于被检体内移动过程中，医生发现疑似病变部位，人工通过上位机212的软件控制控制磁场控制模块211和工作台201停止动作，并同时对疑似病变部位进行分割，分割结果通过与上位机212的训练集的数据库进行比对，当比对结果显示为病变部位时(实际诊断和治疗过程中，需要结合其他检测手段进行诊断)，上位机212发出第二控制指令至dds信号发生器，dds信号发生器发送正弦交流信号，启动亥姆霍兹线圈产生交变磁场，使得胶囊内窥镜1的磁热件12内的磁热体122a产生磁热效应，使得封膜122b受热融化，释放至病变部位进行治疗。
63.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。