囊内镜，本发明提出的胶囊内窥镜采用高频单振元超声换能器获得高分辨率超声图像。因为只使用一个超声换能器，因此系统设计简单，功耗和成本都比较低。本发明是一种基于微型电机和齿轮结构的超声胶囊内窥镜，可以使单振元超声换能器更好的实现360°旋转成像。医生利用体外的图像记录仪和影像工作站(如图1(b)中所示)，了解受检者的整个消化道情况，从而对其病情做出更确切的诊断。
[0024]图2为本发明实施例的超声胶囊内窥镜的结构示意图。如图2所示，本实施例所提出的超声胶囊内窥镜包括:微型电机4、电机控制电路5、齿轮组3以及超声换能器6;所述电机控制电路5用于控制所述微型电机4摆动，并带动所述齿轮组3转动，所述齿轮组3带动所述超声换能器6进行旋转进行超声成像。其中，所述微型电机4为可连续摆动的微型旋转电磁铁，所述齿轮组3包括一个内齿轮和两个外齿轮，啮合后以实现所述超声换能器6进行360°旋转摆动。
[0025]在本实施例中，如图1所示，所述超声胶囊内窥镜还包括超声成像控制电路7，与所述超声换能器6相连，用于向所述超声换能器6发送脉冲信号，对所述超声换能器6接收的回波信号进行处理，并将处理后得到的数据经过无线通信装置8发送至所述超声胶囊内窥镜的外部。
[0026]在本实施例中，如图1所示，所述超声胶囊内窥镜还包括电源2，用于为所述超声胶囊内窥镜提供工作所需能源。
[0027]在本实施例中，所述超声胶囊内窥镜还包括光学成像单元，用于进行光学拍照。
[0028]在本实施例中，所述超声胶囊内窥镜包括胶囊壳体I，用于容纳所述电源2、微型电机4、电机控制电路5、齿轮组3、超声换能器6、超声成像控制电路7以及光学成像单元。具体的，壳体I可以设置为胶囊形状，以便于观察成像。
[0029]下面对该结构中的各个单元进行具体的描述:
[0030]所述电机控制电路5用于控制所述微型电机4摆动，所述微型电机4带动所述齿轮组3转动，所述齿轮组3带动所述超声换能器6进行旋转进行超声成像；[0031 ]所述超声换能器6，用于在所述齿轮组3的带动下旋转，并将来自所述超声成像控制电路7的脉冲信号转化为超声波发射出去，并接收回波信号；
[0032]所述超声成像控制电路7，与所述超声换能器6相连，用于向所述超声换能器6发送所述脉冲信号，对所述超声换能器6接收的回波信号进行处理，并将处理后得到的数据经过所述无线通信装置8发送至所述超声胶囊内窥镜的外部。
[0033]具体的，为了实现尚精度的超声成像，超声换能器6可以选取尚性能、尚带宽、尚灵敏度的微型超声换能器，例如，选取能够产生1MHz至80MHz超声波的高频超声换能器。进一步的，考虑到超声换能器6表面尺寸要求非常小，频率较高，从而导致超声信号转换效率比较低，在本例中，为了克服上述问题，采用高性能压电材料进行微小超声换能器的设计及加工，因为高性能压电材料拥有非常好的压电特性、很高的压电常数和机电耦合系数，因此，非常适合制作高灵敏度的超声换能器。进一步的，考虑基于超声成像的胶囊内窥镜的实现成本，降低电路的复杂性，可以选取单振元的超声换能器而并非使用超声换能器阵列，从而有效降低了成本。
[0034]电机控制电路5，用来控制微型电机4按照要求进行摆动，在这个电路的输出部分实际上输出的是正负的直流电流，用以实现微型电机4的来回摆动，由于微型电机4与齿轮组3相连，与此同时也实现了齿轮组3的转动。如图3(a)所示，齿轮组3与超声换能器6相连接，当齿轮组3在微型电机4的带动下进行转动时，超声换能器会进行360°的旋转，全面采集信号，如图3(b)所示。在本实施例中，如图3(c)所示，齿轮组3由一个内齿轮和两个不同规格的外齿轮组成，啮合后实现的功能是完成电机回来360°摆动，此装置克服了微型电机4摆动时的角度限制，实现了全方位的组织特征的采集。
[0035]在本发明实施例中，如图2所示，所述超声胶囊内窥镜还包括电机限位装置9，连接于所述微型电机4，用于提供所述微型电机4来回摆动时的弹力。
[0036]图4为本发明一具体实施例的超声胶囊内窥镜的系统结构图。如图4所示，电机控制电路5包括:控制模块、电流驱动模块和电流放大模块，其中:控制模块与电源2相连，用于产生控制信号；电流驱动模块，与控制模块相连，用于在控制信号的控制下输出驱动电流；电流放大模块，与电流驱动模块相连，用于对驱动电流进行放大，并将放大后的电流信号输出至微型电机4，控制微型电机4旋转。即，电机控制电路5控制模块控制电流驱动输出电流，进而控制微型电机4旋转。
[0037]如图4所示，超声成像控制电路7包括:激励发送模块、接收处理模块和发送模块，其中:激励发送模块，通过T/R开关与超声换能器6相连，用于产生脉冲信号，并将脉冲信号传送至超声换能器6中，激励超声换能器6发射超声波;接收处理模块，与超声换能器6相连，用于接收超声换能器6返回的回波信号，并将回波信号转换为数字化的图像数据;发送模块，与接收处理模块和无线通信装置8相连，用于将数字化的图像数据发送至胶囊内窥镜外部的成像控制系统。进一步的，考虑到设备的空间非常有限，因此相关的电路设计需要进行优化并提高系统集成度以满足实际系统需要。其中，激励发送模块可以采用单极性高压负脉冲的激励方式，采用MOSFET(金氧半场效晶体管)单芯片进行开关形式的设计，接收处理模块均采用模电电子电路的方法完成放大器、检波器、滤波器和ADC(模/数转换器)的设计，以满足高集成度的设计需要，发送模块完成超声回波信号的模式转换处理，并将数字化的图像数据传送到胶囊内窥镜外部的成像控制系统进行显示处理。具体的，超声图像的对数压缩、坐标转换、滤波等处理均在胶囊内窥镜外部的成像控制系统总机上完成以降低胶囊内窥设备上的数据处理压力。
[0038]具体的，如图4所示，在超声胶囊内窥镜中还可以设置光学成像单元，用于进行光学拍照，位于壳体I内，靠近壳体I的其中一个圆端设置，可以由光学拍照器件和LED(半导体发光二极管)组成，其中，LED用于照明消化道内部，光学拍照器件用于进行光学拍照，主要观测前向组织信息。
[0039]在本实施例中，如图5所示，微型电机4可以包括:圆环柱型永磁铁31、电磁铁32、线圈33和转轴34，具体的，线圈33缠在电磁铁32上，转轴34插入圆环柱型永磁铁31中，并且转轴34和圆环柱型永磁铁31设为一体，圆环柱型永磁铁31外面套上电磁铁32，其中，电磁铁32作为定子，圆环柱型永磁铁31作为转子，当电磁铁32上的线圈33通电时产生磁场，圆环柱型永磁铁31受到吸引力和排斥力发生转动从而带动转轴34转动。微型电机4通过微型电机控制电路5的控制进行有规律的旋转，微型电机控制电路5的输出产生正负直流电压，用于带动齿轮组3旋转。
[0040]本发明创新性地提出了一个利用旋转电磁铁来带动微型齿轮组以实现360°全方位的成像方案，这可以降低超声成像系统的复杂度，并缩减了超声成像的实现成本，同时由于采用的是单振元成像，使得超声功耗降低，并使胶囊的工作时间得以延长。
[0041]本发明可应用于医疗内窥镜中，胶囊系统中包含超声成像和光学成像两个系统，超声成像主要用于获取肠道壁的信息，光学成像用于获取肠道表层的信息。超声胶囊内窥镜主要由外壳装置、