基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于三维正交磁场控制的胶囊式内窥镜智能驱动装置，以及利用该装置实现的一种胶囊式内窥镜智能驱动控制方法。属于临床医学检测技术领域，胶囊式内窥镜驱动装置包括三组通电线圈、操作台、电流控制电路模块、信号接收与处理模块、图像PC显示模块；三组通电线圈和电流控制电路相连，电流控制电路和操作台以及外部民用电源相连，显示器接收从体内内窥镜胶囊无线发送的图像信息，作为医务操作者具体操作的依据。本发明专利技术增加了消化道疾病检查的成功率，降低了医务工作者的病检时间，减轻了医院和患者的压力和治疗成本。

【技术实现步骤摘要】
基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置及控制方法
本专利技术属于临床医学检测
，涉及一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置及控制方法。
技术介绍
目前我国消化道疾病的发病率超过13％，患者总人数超过1.5亿人，并且还有逐年上升趋势。如果不能有效地进行早期发现与诊断，未来5-10年消化道疾病的晚期发病率还将大幅度地上升。传统的软管式胃肠镜检查给患者带来了很大的痛苦，有些患者因难以忍受而放弃检查，对于严重的肠胃病患者，软管式胃肠镜检查极易导致二次伤害。相比常规胃肠镜，胶囊式内窥镜扩展了消化道检查区域和视野，提高了病灶检出率，而且使用更加安全、舒适。然而，胶囊的移动完全依靠消化道蠕动推进，因其不受控制而导致每例检查耗时过长，制约了胶囊式内窥镜实时显示技术的进一步发展，提高了医院和患者的检测成本。胶囊式内窥镜在临床上普及证实了其在人体消化道内的运行是安全无创的。在合适受力范围内的加速状态下，胶囊式内窥镜光滑的外型不会对消化道造成损伤，已有研究机构对此进行了研究报道。目前的驱动方式主要存在以下三个方面的不足：(1)运动模式单一(只有向前或向后驱动)。这是由内置驱动器的驱动模式所决定的，如带螺旋槽圆柱利用磁转矩的旋进式驱动、仿生的蚯蚓式驱动、尺蠖式驱动等，都只能使内窥镜做向前或向后的移动。这种单一的驱动模式使得在患者吞服下胶囊内窥镜后，内窥镜的摄像头可能根本没有对准病灶(尤其在胃部分)，从而出现漏查，导致肠胃疾病检查的失败；(2)造成人体不适或消化道损伤。螺旋式驱动、蚯蚓式驱动、尺蠖式驱动和划桨式等方式不仅对内置电池的要求很高，而且会对患者造成严重不适。即使是驱动“动作”最小的螺旋式驱动方式，螺旋纹可能使患者吞咽、排出不便并可能在消化道蠕动时造成损伤，消化道食糜也容易填塞螺纹，使推进器无法工作，因此难以保证旋进的效率；(3)实验环境简单，不能体现人体消化道复杂的内环境。很多研究者在模拟人体消化道时，采用充满食用油的弯曲的玻璃管，也有采用洗干净的猪小肠来模拟人体消化道环境的，这些都与实际的人体消化道相差甚远。人类肠胃消化道是弯曲的、多褶皱的、表面附有粘液和食糜的，这使得模拟实验的难度实际上增大了许多。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置，本专利技术所要解决的技术问题是如何通过磁场驱动胶囊式内窥镜在人体内移动。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置，其特征在于，包括胶囊式内窥镜和套设在胶囊式内窥镜外的永磁筒，还包括一个三维正交磁场，所述三维正交磁场均为通过绕设通电电流产生磁场的励磁结构，各通电线圈产生的磁极连线相互垂直，各通电线圈的电流分别控制。一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置的控制方法，其特征在于，通过过胶囊式内窥镜拍摄的图像，实时监测其在消化道内的位置和运行姿态，医生根据自诊断需要决定胶囊的驱动或定位；三维正交磁场通过位于患者体外的三组相互垂直的通电线圈建立，通过改变通电线圈的电流，可得到任意大小和方向的合磁场，从而实现对处在磁场中的、外层套有圆筒型永磁材料的胶囊前后驱动和多角度偏转，使内窥镜在可疑区域定位检查，在无关区域则加速前行；医生根据显示屏的图像数据判断胶囊当前所处的状态，然后决定下一步操作。由于本专利技术只需要在胶囊表面套一层圆筒型永磁材料，其表面保持光滑，因此很好地避免了驱动过程中对人体消化道造成的不适或损伤。本专利技术提供的一种基于三维正交磁场控制的胶囊式内窥镜智能驱动过程如下：通过该合磁场，对外层套有圆筒型永磁材料的内窥镜胶囊产生作用力，使胶囊产生前后驱动和多自由度偏转；进一步地，胶囊的移动受操作台控制，操作台由医务人员操控。根据内窥镜胶囊反馈在显示屏上的图像，医务人员结合自己的诊断需要，决定胶囊的下一个动作。操作台即为胶囊与医务操作者的互动平台，由摇杆，转球和显示模块组成；摇杆操控内窥镜胶囊的前/后移动，转球操控内窥镜胶囊的多自由度偏转，两者使得胶囊产生任意方向的合运动；摇杆移动的幅度决定了胶囊内窥镜前/后移动的幅度，转球转动的幅度决定了胶囊偏转的角度。这都是由于体外三组正交磁场对包裹胶囊的永磁体产生合作用力的结果，亦即此合力的大小和方向由三组通电线圈的电流大小决定。线圈电流越大，线圈所产生的磁场也越大，反之，则所产生的磁场越小；进一步地，通过每组线圈的电流大小受操作台的摇杆和转球控制，位于线圈组和操作台之间有嵌入式ARM计算机主板，用于依据医务人员的操作，智能控制通过每组线圈的电流大小，ARM嵌入式处理器是具有极低功耗、极低成本的高性能处理器，而且运算速度快、精度高，是真正的实时多任务系统；作为优选，外部民用电源通过电流控制电路分流为Ia、Ib和Ic。电流控制电路接收并按照操作台发送过来的指令，改变Ia、Ib和Ic的大小和方向，使线圈A、B、C产生适当的合磁场，从而驱动消化道内的胶囊；进一步地，显示屏用于实时显示内窥镜胶囊在人体消化道所处的状态，显示数据即为医务操作者判断下一步动作的依据。显示器模块用PC机显示，随时截取内窥镜胶囊传送过来的图像，并做存储和分析。本专利技术的积极进步效果在于：一、增加消化道疾病检查的成功率，避免出现漏查(尤其是空间较大的部位，如胃部)，在可疑区域定位检查，获得更详细的影像信息；二、极大提高医生的工作效率，减少病检时间，减轻医院和患者的压力和治疗成本；三、设计更为人性化，避免了其它的检查方式给患者带来的压迫感；四、为胶囊式内窥镜实时显示技术的临床普及提供重要的技术支持，让更多的患者享受到高科技带来的成果。附图说明图1为本专利技术一种基于三维正交磁场控制的胶囊式内窥镜智能驱动装置的结构示意图。图2为本专利技术操作台各功能模块示意图。图3为本专利技术电流控制电路原理框图。图4为本专利技术民用电源控制转换电路设计流程图。图5是胶囊式内窥镜智能驱动装置中磁场示意图。图中，1、胶囊式内窥镜；2、永磁筒。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。如图1所示，三组通电线圈A，B，C和电流控制电路连接，电流控制电路和操作台以及外部电源相连接，PC显示器接收内窥镜胶囊M无线发送的图像信号，接收前需对信号进行去噪等技术处理，医务操作者通过PC显示器的图像，判断胶囊当前所处的状态，然后根据诊断需要对操作台进行操作，操作台的主要控制部件为摇杆和转球。如图1所示，PC机除了接收来自胶囊M的信号，还具有图像截取，以及对所截取图像展开分析和存储的功能。如图1所示，操作台通过对摇杆和转球的操作，将控制信号传递给电流控制电路，进而电流控制电路将外部民用电源(AC220V)进行电流调制后传递给线圈A，B，C。电流控制电路内有三个电路调制端口，分别对应线圈A，B，C。如图1所示，内窥镜胶囊外部套有一层光滑的圆筒型永磁材料，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置，其特征在于，包括胶囊式内窥镜和套设在胶囊式内窥镜外的永磁筒，还包括一个三维正交磁场，所述三维正交磁场均为通过绕设通电电流产生磁场的励磁结构，各通电线圈产生的磁极连线相互垂直，各通电线圈的电流分别控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置，其特征在于，包括胶囊式内窥镜和套设在胶囊式内窥镜外的永磁筒，还包括一个三维正交磁场，所述三维正交磁场均为通过绕设通电电流产生磁场的励磁结构，各通电线圈产生的磁极连线相互垂直，各通电线圈的电流分别控制。


2.一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置的控制方法，其特征在于，通过过胶囊式内窥镜拍摄的图像，实时监测其在消化道内的位置和运行姿态，医生根据自诊断需要决定胶囊的驱动或定位；三维正交磁场通过位于患者体外的三组相互垂直的通电线圈建立，通过改变通电线圈的电流，可得到任意大小和方向的合磁场，从而实现对处在磁场中的、外层套有圆筒型永磁材料的胶囊前后驱动和多角度偏转，使内窥镜在可疑区域定位检查，在无关区域则加速前行；医生根据显示屏的图像数据判断胶囊当前所处的状态，然后决定下一步操作。


3.根据权利要求2所述一种基于三维正交磁场的胶囊式内窥镜驱动装置的控制方法，其特征在于，胶囊的移动受操作台控制，操作台由医务人员操控，根据内窥镜胶囊反馈在显示屏上的图像，医务人员结合自己的诊断需要，决定胶囊的下一个动作。操作台即为胶囊与医务操作者的互动平台，由摇杆，转球和显示模块组成；
摇杆操控内窥镜胶囊的前/后移动，转球操控内窥镜胶囊的多自由度偏转，两者使得胶囊产生任意方向的合运动；
摇杆移动的幅度决定了胶囊内窥...

【专利技术属性】
技术研发人员：史贵连，叶福丽，范灼，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42