一种靶向药物输送微纳机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种靶向药物输送微纳机器人，其特点是，包括：释药模块、驱动模块、图像采集模块三个部分构成，当靶向药物输送微纳机器人进入人体后，该机器人所携带的微型相机将会对患者肠胃部分进行拍照，当识别到发生病变的部位时，通过上位机发出指令将药物释放到患处。该发明专利技术解决了传统插管式胃镜在诊段过程中对患者造成剧烈的不适和疼痛，以及在治疗阶段针对普通药剂难以到达的狭小胃肠部区域，药物在未达抵达目标区域时就已经被消化液分解，使许多具有良好功效的药物无法发挥其作用等问题。实现了对肠胃诊断和治疗阶段的自动化、精准化、无痛化。

【技术实现步骤摘要】
一种靶向药物输送微纳机器人
本专利技术属于纳米机器人
，具体为一种靶向药物输送微纳机器人，并提出一种新型自动化释药方法。
技术介绍
传统插管式胃镜等内窥镜在胃肠部诊断时都是通过直接从口部直接插入胃部，这种诊断方法有如下三个弊端，第一，人类的消化道迂回狭窄，胃镜等内窥镜很难插入到深处，一些狭窄部位很难达到。给诊断带来麻烦。第二，在胃镜等内窥镜诊断期间，胃镜等内窥镜和消化系统之间直接接触摩擦可能会造成消化腔组织受损。造成人体剧烈的疼痛和不适,很多患者因此放弃诊疗。第三，医生在为患者诊疗过程的同时，也要受患者情绪和状态的影响，无形之中为诊疗过程增加困难。传统靶向药物机器人，通常只能携带一种特定的药物，并且通常对胃肠部诊断和治疗是分开进行，即先通过诊断机器人对病变部位和病变类型进行诊断后，靶向药物机器人携带一种特定药物二次进入体内在特定区域人工控制进行药物释放。并且治疗过程分步，治疗类型单一，极大降低了治疗效率。药物释放过程中需要人工辅助干预释放，自动化程度低，精准度差。基于以上技术问题，本专利技术提供了一种靶向药物输送微纳机器人，并提出一种新型的自动化释药方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种靶向药物输送微纳机器人，该机器人具有体积小、自动化、智能化的优点，可用于人体肠胃部病变部位、病变类型、病变治疗一系列过程，从而实现胃肠部诊断治疗精准化、自动化，患者无痛化、舒适化。为实现上述目的，本专利技术采用如下方案:一种靶向药物输送液体微纳机器人，其包括释药模块、驱动模块、图像采集模块。由圆柱状透明壳体包裹，顶部为图像采集模块，整个模块由镜头、支架、贴片LED探照灯、电路板以及单片机五部分组成。其特征在于，对病变类型进行诊断和病变部位锁定并自动决定释放哪种药物或哪几种药物。中间部分为电磁驱动模块，整个模块由磁芯和绕组线圈两部分构成。其特征在于，通过法拉第电磁感应原理产生稳定电流为整个机器人提供所需的电能。机器人尾部为释药模块，整个模块由驱动电机、凸轮杆、凸轮、药仓、储能弹簧、滑块、药物活塞七部分构成。其特征在于，并可同时携带3种不同的药物对病变部位自动打开药仓同时或延时释放药物。进一步，作为优选，所述图像采集模块通过灰度共生矩阵(GLCM)结合BP神经网络自适应方法对胃肠部所提取的图像进行提取、处理和识别。其过程是，先将图像转化为灰度图像，在通过灰度共生矩阵得到处理结果。将结果输入已经学习完成的BP神经网络输入层后得到肠胃部健康程度。从而实现图像部位的自动采集和自动处理。进一步，作为优选，所述驱动模块通过在磁芯和绕组线圈之间闭合回路的磁通量变化而产生电流。通过电磁耦合激励，以非直接接触的方式向负载设备传送能量，将电量从电力供应系统直接传送到用电设备上。进一步，作为优选，所述释药模块当药释模块接收到释药指令后，释药模块上的电机通过驱动模块供能后自动开启，与电机相连的凸轮杆开始旋转，当凸轮旋转至药仓位置时，会接触储能弹簧，推动底部直至药物释放。释药模块结构上采用压缩状态下的弹簧驱动模式。一端连接在药释模块机架上，另一端按压在滑块上，滑块下方为药物活塞。未工作时，弹簧作为储能装置，始终保持压缩状态。与弹簧相连接的滑块的凸起部分抵在凸轮装置的凹糟位置，当凸轮旋转时凹槽位置时，通过对滑块推动，将滑块推出，弹簧储存的弹性势能得以释放，推动活塞，最终将药物释放。一种新型的自动化释药方法，其特征在于，即通过电磁驱动提供电能，通过图像识别、信息处理自动识别并诊断胃肠部病变部位和病变类型，通过自动释药将药物直达患处的全自动化释药方法。具体释药方法如下：第一步：电磁驱动装置提供电能。驱动模块则根据法拉第电磁感应原理，通过在磁芯和绕组线圈之间闭合回路的磁通量变化而产生电流。其产生的感应电压E强度公式为：E＝∑BLVsinA其中E为感应电压；B为磁感应强度；L为导线切割磁感线长度；V为导线切割磁场线速度；A为导线和磁感线之间的夹角。第二步：对图像进行采集。通过图像采集模块的摄像头对肠胃部进行拍照，形成图片。第三步：对图像进行处理。将图片首先转化为灰度图像，转化公式为:GRAY＝R×0.3+G×0.6+B×0.1其中，GRAY为灰度值；R为图片中红色像素值；G为绿色像素值；B为蓝色像素值。图像转化为灰度图像后，提取灰度像素后利用灰度像素建立灰度共生矩阵。通过归一化处理后计算角二阶矩。其中归一化公式为：其中P(X,Y)为点(X,Y)归一化概率；T为整个灰度矩阵阶数即灰度图像像素值；θ为像素原点到(X,Y)点的角度。角二阶矩计算公式为：其中A2为灰度共生矩阵的角二阶矩；T为整个灰度矩阵阶数即灰度图像像素值。G为灰度共生矩阵；(X,Y)为灰度共生矩阵上的点。第四步：自动智能诊断病变区域和病变类型。将计算所得到的角二阶矩输入BP神经网络，其中，BP神经网络学习过程公式为：其中ΔωK+1是K+1次修正时权值的变化量；α是学习速率；Ek是误差函数；n为网络输出节点个数；为理想输出；yj为实际网络输出。当BP神经网络学习完毕以后，再次输入灰度图像后即可智能自动识别图像状态即可判定出图片所拍摄的部分是否为病变区域以及病变类型。第五步：释药模块接收信号开始工作。当释药模块接收到释药信息以后，通过电机旋转带动凸轮轴旋转最终使凸轮将滑块推出，滑块上方的储能弹簧释放能量压迫药仓活塞。释药模块在释药过程中，通过内置的压缩弹簧释放能量推动活塞将药物进行释放，释药模块中弹簧所储存的弹性势能和弹簧所提供的的弹簧弹力为：F＝∑KΔX其中E为弹簧所储存的弹性势能；F为弹簧弹力；K为弹簧弹性系数；X为在弹簧弹性势能限度内所具有的变形量。释药模块中弹簧的弹性系数为：其中K为弹簧弹性系数；G为弹簧剪切弹性模量；n为弹簧的有效圈数；D为弹簧的中心直径；d为弹簧的线径。第六步：释药完成。释药模块工作完毕，储能弹簧得以释放能量推动药仓活塞，最终使药物释放完成。附图说明图1是本专利技术的靶向药物输送微纳机器人的内部结构示意图图2是本专利技术的靶向药物输送微纳机器人的外壳结构示意图图3是本专利技术的靶向药物输送微纳机器人的装配整体示意图图4是本专利技术的释药模块示意图图5是图像采集模块算法流程图其中，101、密封圈，102、挡板活塞，103、凸轮底座104、凸轮块1，105、凸轮块2，106、挡块，107、弹簧，108、密封板，109、电机，110、螺栓，111、漆包线，112、贴片LED，201、壳体外罩，202、外壳身，301、聚焦镜，302、镜头支座，303、LED电路板，304、电路板，305、铁芯，306、磁铁，307、密封圈1，308、壳体尾部，309、密封圈2，310、密封圈3，401、凸轮动圈1，402、凸轮动圈2，403、凸轮。具体实施方式一种靶向药物输送微纳机器人本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种靶向药物输送微纳机器人，其特征是，它包括：释药模块、驱动模块、图像采集模块：靶向药物输送纳米机器人尺寸为Φ13×29.5mm。由圆柱状透明壳体包裹，顶部为图像采集模块，整个模块由镜头、支架、贴片LED探照灯、电路板以及单片机五部分组成。可同时携带3种不同的药物对病变处进行同时或延时释放药物。/n

【技术特征摘要】
1.一种靶向药物输送微纳机器人，其特征是，它包括：释药模块、驱动模块、图像采集模块：靶向药物输送纳米机器人尺寸为Φ13×29.5mm。由圆柱状透明壳体包裹，顶部为图像采集模块，整个模块由镜头、支架、贴片LED探照灯、电路板以及单片机五部分组成。可同时携带3种不同的药物对病变处进行同时或延时释放药物。


2.根据权利要求1所述的一种靶向药物输送微纳机器人的释药模块，其特征在于，所述释药部分包括驱动电机、凸轮杆、凸轮、药仓、储能弹簧、滑块、药物活塞组成。


3.根据权利要求2所述的一种靶向药物输送微纳机器人的释药模块，其特征在于，当药释模块接收到释药指令后，释药模块上的电机通过驱动模块供能后自动开启，与电机相连的凸轮杆开始旋转，当凸轮旋转至药仓位置时，会接触储能弹簧，推动底部直至药物释放。


4.根据权利要求2所述的一种靶向药物输送微纳机器人的释药模块，其特征在于，释药模块结构上采用压缩状态下的弹簧驱动模式。一端连接在药释模块机架上，另一端按压在滑块上，滑块下方为药物活塞。未工作时，弹簧作为储能装置，始终保持压缩状态。与弹簧相连接的滑块的凸起部分抵在凸轮装置的凹糟位置，当凸轮旋转时凹槽位置时，通过对滑块推动，将滑块推出，弹簧储存的弹性势能得以释放，推动活塞，最终将药物释放。


5.根据权利要求1所述的一种靶向药物输送微纳机器人的图像采集模块，其特征在于，所述图像采集部分包括镜头、支架、贴片LED探照灯、电路板以及单片机组成。通过灰度共生矩阵(GLCM)结合BP神经网络自适应方法对胃肠部所提取的图像进行提取、处理和识别。其过程是，先将图像转化为灰度图像，在通过灰度共生矩阵得到处理结果。将结果输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，王锐，王俊尧，孙功臣，陈星宇，李云鹏，郎天鸿，崔博文，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22