一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，包括外部磁控装置和磁性螺旋型胶囊内窥镜，磁性螺旋型胶囊内窥镜包括胶囊内窥镜和包覆在其外的一层磁壳，所述磁壳为在胶囊内窥镜截面径向充磁的磁体，磁壳表面设有螺纹结构，磁性螺旋型胶囊内窥镜用于置于人体肠道内，所述外部磁控装置置于人体上方，用于产生和控制驱动磁性螺旋型胶囊内窥镜旋转的磁场，外部磁控装置包括永磁体、步进电机、旋转轴、控制板和底座，步进电机安装底座内，永磁体通过夹具和旋转轴与步进电机相连，控制板上设有单片机和用于控制步进电机的控制按钮。本实用新型专利技术采用旋转前进方式，使胶囊内窥镜使用过程中对人体肠胃损伤最小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置
本技术属于内窥镜领域，涉及一种胶囊内窥镜，具体涉及一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置。
技术介绍
现有的针对胶囊内窥镜的主动控制技术主要有电刺激法、仿生机器人法以及磁控制法。1、电刺激法电刺激法主要是通过刺激肌肉收缩的方式推进胶囊内窥镜的行进，虽然到目前为止并未出现有关电刺激导致胃肠道不适的报道，但实际上，电刺激对肠道的损伤是未知的。2、仿生机器人法仿生机器人主要有三种：一是使用形状记忆合金控制的微型机器人，形状记忆合金需要不断地进行加热和冷却，而在胃肠道这种封闭环境内，该机构的冷却速度将会很慢，导致机器人的移动速度变慢；二是利用桨划动原理驱动的微型机器人，而此机器人需有线电源提供动力，导致尺寸过大，需严格削减才能使用；三是由磁场驱动产生动力的带腿胶囊型机器人，其缺点也在于体积过大。3、磁控制法磁控制法主要分为两种:一是静磁拖动法，这种方法会使胶囊内窥镜在前进过程中与肠壁产生很大的摩擦力，导致肠壁组织损伤；二是用亥姆霍兹线圈产生的旋转磁场主动控制胶囊内窥镜，但亥姆霍兹线圈产生的电磁辐射对人体会产生伤害，且操作过程复杂，价格高昂。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种成本低廉的胶囊内窥镜移动技术，减少胶囊内窥镜使用过程中对人体肠胃的损伤。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：包括外部磁控装置和磁性螺旋型胶囊内窥镜，所述磁性螺旋型胶囊内窥镜包括胶囊内窥镜和包覆在其外的一层磁壳，所述磁壳为在胶囊内窥镜截面径向充磁的磁体，磁壳表面设有螺纹结构，磁性螺旋型胶囊内窥镜用于置于人体肠道内，所述外部磁控装置置于人体上方，用于产生和控制驱动磁性螺旋型胶囊内窥镜旋转的磁场。作为改进，所述磁壳表面的螺纹结构为通过铁丝在磁壳表面缠绕而成。作为改进，所述铁丝两端通过热熔胶固定在磁壳端部。作为改进，所述螺纹结构由两根铁丝缠绕而成。作为改进，所述外部磁控装置包括永磁体、步进电机、旋转轴、控制板和用于手持的底座，所述步进电机安装底座内，所述旋转轴安装在底座侧面，旋转轴一端与步进电机轴连接，另一端与永磁体通过夹具固定相连，所述控制板设于底座表面上，所述控制板上设有单片机和用于控制步进电机的控制按钮。作为改进，所述控制板上的控制按钮包括减速按钮、加速按钮、前进后退按钮和启动停止按钮，控制板上还设有显示步进电机状态信息的显示屏。作为改进，所述永磁体为圆柱形永磁体，且与旋转轴同轴设置。作为改进，所述步进电机为二相六线混合式步进电机。作为改进，所述夹具为铝制夹具。作为改进，所述永磁体和磁壳均采用钕铁硼制成。本技术的有益效果是：1、本技术采用上侧位控制，当外部永磁体处于上侧位，磁性螺旋型胶囊内窥镜在肠道中所受的重力G和来外部永磁体对其的磁性吸引力F吸方向相反，抵消了胶囊内窥镜对下部肠壁的部分压力，加上肠道对胶囊内窥镜的包裹作用，使胶囊内窥镜在肠道移动的过程中处于一种悬浮状态，从而使磁性螺旋型胶囊内窥镜在运动过程中对肠壁内侧的径向摩擦力降到最小，对肠壁组织产生的伤害最小。2、“同步”旋转驱动，外部永磁体通过绕轴旋转产生的外部旋转磁场，给磁性螺旋型胶囊内窥镜施加磁矩TE，当TE大于驱动磁性螺旋型胶囊内窥镜所需的转矩TD的时候，磁性螺旋型胶囊内窥镜开始旋转，与此同时其表面上的螺纹结构也开始旋转。当外部永磁体逆时针旋转时的情况，磁壳会随着外部永磁体的旋转而顺时针旋转，相反，当外部永磁体顺时针旋转时，磁壳会随着外部永磁体的旋转而逆时针旋转。当外部永磁体旋转一周时，磁壳也正好随之旋转一周，从而实现了磁壳与外部永磁体的“同步”旋转。在肠道的包裹中，胶囊内窥镜由旋转运动转化为直线运动。实际控制中，可以通过正反转外部永磁体来控制磁性螺旋型胶囊内窥镜在肠道中的前进和后退运动，通过改变外部永磁体的旋转速度可以改变磁性螺旋型胶囊内窥镜前进或后退运动时的速度。3、相对现有的对胶囊内窥镜进行主动控制的其他方法，磁控制法是无线控制，操作简单，另外无需电源提供驱动力，体积更小，适合在人体肠胃中的实际应用。磁控制法中，磁拖动法易对肠壁组织产生损伤，而亥姆霍兹线圈法产生的电磁辐射对人体伤害也很大，且操作复杂、成本高，为解决磁控制法的上述缺陷，本技术提出旋转外部永磁体在磁性螺旋型胶囊内窥镜一侧产生旋转磁场以驱动其在肠道中的旋转运动，而该旋转运动在肠道中又转化为直线运动，从而实现主动控制。由旋转外部永磁体产生的旋转磁场能很好地控制磁性螺旋型WCE在小肠肠道中的运动，避免了传统的亥姆霍兹线圈法中复杂的设备和带来的电磁辐射，降低了整装设备的成本，增大了对磁性螺旋型WCE的控制范围。4、与其他侧位控制对比，在磁性螺旋型胶囊内窥镜一侧旋转外部永磁体可分为：上下侧位、左右侧位、同轴侧位，在这几种产生旋转磁场的情况中，上侧位控制磁性螺旋型胶囊内窥镜的方法最优。①当外部永磁体处于下侧位，此时胶囊内窥镜的重力G和外部永磁体对胶囊内窥镜的吸引力F吸方向相同，这两种力的合力不仅使磁性螺旋型胶囊对下部肠壁产生很大正压力，使胶囊内窥镜在旋转运动过程中肠壁之间产生很大的摩擦力，从而伤害到肠壁组织。②当外部永磁体处于左右侧位，此时F吸的方向分别指向左侧和右侧，而在这两种情况下，磁性螺旋型胶囊内窥镜会在F吸的作用下朝左侧或右侧偏移，这种偏移不仅会使左侧或右侧肠壁内壁所受的很大的摩擦力，对肠壁组织产生损伤，而且会使肠道在F吸的作用下发生偏移，甚至使肠道发生翻转打结的情况，严重威胁人体健康。③当外部永磁体位于同轴左侧位和同轴右侧位，假设磁性胶囊内窥镜此时在胃肠道内向左运动。当此时为同轴左侧位控制磁性永磁体时，F吸的方向与胶囊内窥镜的移动方向相同，F吸的作用会给磁性螺旋型胶囊内窥镜的移动增加动力，但当外部永磁体与胶囊之间距离过近，就会使胶囊内窥镜在过强的磁吸引力和运动惯性的作用下撞向外部永磁体，从而对人体肠道造成严重伤害。当此时为同轴右侧位控制磁性永磁体时，F吸的方向与胶囊内窥镜的移动方向相反，这大大阻碍了胶囊内窥镜在人体肠道中的运动，在实际操作中是不可行的。④当外部永磁体处于上侧位，磁性螺旋型胶囊内窥镜所受的重力G和来外部永磁体对其的磁性吸引力F吸方向相反，抵消了胶囊内窥镜对下部肠壁的部分压力，加上肠道对胶囊内窥镜起到包裹作用，使胶囊内窥镜在肠道移动的过程中处于一种悬浮状态，从而使胶囊内窥镜对肠壁内侧的径向摩擦力降到最小，这保证了上侧位控制法相对于其他侧位控制法对肠壁组织产生的伤害最小。附图说明图1为本技术基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置结构示意图。图2为磁性螺旋型胶囊内窥镜结构示意图。图3为夹具和永磁体安装示意图。图4为外部永磁体绕轴产生的外部旋转磁场示意图。图5为外部的永磁体驱动磁性螺旋型胶囊内窥镜旋转示意图。图6为磁性螺旋型胶囊内窥镜在肠道内受力分析图。图7为本技术基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置控制流程图。图8为外部磁控装置技术流程图。附图标记：1-胶囊内窥镜，2-磁壳，3-螺纹结构，4-永磁体，6-旋转轴，7-底座，8-减速按钮，9-加速按钮，10-前进后退按钮，11-启动停止按钮，12-显示屏，13-单片机，14-夹具，15-电源，16-导线，17-肠道。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：包括外部磁控装置和磁性螺旋型胶囊内窥镜，所述磁性螺旋型胶囊内窥镜包括胶囊内窥镜和包覆在其外的一层磁壳，所述磁壳为在胶囊内窥镜截面径向充磁的磁体，磁壳表面设有螺纹结构，磁性螺旋型胶囊内窥镜用于置于人体肠道内，所述外部磁控装置置于人体上方，用于产生和控制驱动磁性螺旋型胶囊内窥镜旋转的磁场。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：包括外部磁控装置和磁性螺旋型胶囊内窥镜，所述磁性螺旋型胶囊内窥镜包括胶囊内窥镜和包覆在其外的一层磁壳，所述磁壳为在胶囊内窥镜截面径向充磁的磁体，磁壳表面设有螺纹结构，磁性螺旋型胶囊内窥镜用于置于人体肠道内，所述外部磁控装置置于人体上方，用于产生和控制驱动磁性螺旋型胶囊内窥镜旋转的磁场。2.如权利要求1所述的一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：所述磁壳表面的螺纹结构为通过铁丝在磁壳表面缠绕而成。3.如权利要求2所述的一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：所述铁丝两端通过热熔胶固定在磁壳端部。4.如权利要求2所述的一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：所述螺纹结构由两根铁丝缠绕而成。5.如权利要求1或2所述的一种基于磁主动控制法的胶囊内窥镜装置，其特征在于：所述外部磁控装置包括永磁体、步进电机、旋转轴、控制板和用于手...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芷君，叶波，郭琳，蒋碧波，钟志峰，王雨竹，易娜，伍嘉丽，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42