一种胶囊内窥镜的磁控装置及导航系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种胶囊内窥镜的磁控装置及导航系统，包括永磁体胶囊内窥镜、同步混合磁场发生器、五自由度运动机构、电磁线圈供电器和控制器。同步混合磁场发生器包括永磁体和电磁线圈，电磁线圈轴线与永磁体磁极方向始终保持一致；五自由度运动机构通过机械设计，使得磁场方向改变时，电机不跟随转动，供电更为方便;电磁线圈供电器通过巧妙设计，可以维持和调节电磁线圈供电电流，从而实时控制磁控装置产生磁力大小。本发明专利技术利用电磁线圈产生的方向同步、大小可调的电磁场与永磁体产生的基础磁场配合，能够在任意方向上可控地调节磁控装置产生磁力的大小，摆脱了磁场控制范围有限的困境，从而可以在更大范围内有效控制胶囊内窥镜的运动。镜的运动。

【技术实现步骤摘要】
一种胶囊内窥镜的磁控装置及导航系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种胶囊内窥镜的磁控装置及导航系统。

技术介绍

[0002]目前，使用胶囊内窥镜对人体消化道进行常规检查，是市场上较为先进的一种诊查手段。相比于传统的胃镜检查，胶囊内窥镜具有无需麻醉，不用插管，无痛无创，无交叉感染风险等优势，可以大大减轻患者的痛苦。
[0003]近年来，可控的胶囊内窥镜往往采用外部驱动的方式，主要的思路都是采用磁场作为驱动手段，利用外磁场对胶囊内窥镜内部小磁体的作用力来控制其运动。根据磁场产生的方式，磁场控制可以分为永磁驱动和电磁驱动。对于人体来说，静磁场或者低频磁场基本都能无碍的穿过人体，不会引起任何不良反应。并且由于人体的磁导率接近真空，也不会使磁场分布出现畸变。
[0004]市面上已有的可控胶囊内窥镜系统，一般要求患者以躺卧或者站立的方式进行检查。例如国内金山、安翰等公司已经开发出了卧式的可控胶囊内窥镜系统，采用手持式或自动化的磁控装置，可有效控制体内胶囊的姿态，完成相应的检查。资福医疗开发的“大圣磁控胶囊式内窥镜系统”可以支持站卧双体位的检查模式，满足不同受测者的需求。
[0005]在使用可控胶囊内窥镜系统对胃部进行检查时，胃液会遮盖住一定的视角，使该处拍摄效果降低。而在不同的检查体位下，胃液将处在不同的位置。通过选择不同的体位进行检查，可以提高对于需要重点检查部位的成像效果。通过不同体位的组合检查，可以排除胶囊内窥镜的拍摄死角。
[0006]上海安翰医疗技术有限公司专利技术了一种基于双电机驱动永磁铁的磁控装置，并申请了专利（专利号202010664939.3）。该装置通过合理利用磁控装置的安装空间，使结构更紧凑，具有结构精简、体积小的特点。但是由于永磁铁的磁力较小， 可控范围有限，所以磁控装置需要尽可能的靠近受测者，容易引起受测者的不适。
[0007]苏州向东制造医疗科技有限公司专利技术了一种基于混合式磁场发生器的医疗用胶囊内镜磁控导航装置，并申请了专利（专利号201510975664.4），包括混合式磁场发生器、多自由度运动机构和控制器。其中混合式磁场发生器包括永磁体和电磁线圈，通过永磁体产生的基础磁场和强度可变的辅助电磁场组合形成强度可调的混合磁场，进而控制永磁体胶囊内窥镜在患者体内的位置和姿态。但是，由于电磁线圈所能产生的电磁方向固定，因此形成的混合磁场强度会受磁场方向限制。特别的，当所要求的磁场方向垂直于电磁场方向时，电磁场无法对永磁体产生的基础磁场进行任何增幅。
[0008]重庆金山医疗器械有限公司专利技术了一种胶囊内镜的控制系统，并申请了专利（专利号201820010588.2）。该装置通过连接部件同时带动两个磁铁组件，有效的控制了胶囊内窥镜的移动。但是该系统较为繁琐，包含了两套磁场发生装置，并且两组磁铁的径向旋转、轴向旋转和竖直方向的滑动仍需要分开控制，操作难度比较高。同时该系统胶囊内窥镜的控制范围依然是有限的。
[0009]因此如何有效解决胶囊内窥镜磁控装置磁力较小，摆脱磁场控制范围有限的困境是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0010]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何利用方向同步、大小可调的电磁场与永磁体磁场配合，解决胶囊内窥镜磁控装置磁力较小，摆脱磁场控制范围有限的困境，从而在更大范围内有效地控制胶囊内窥镜的运动。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了一种胶囊内窥镜的磁控装置及导航系统，可以在检查时主动改变磁控装置产生磁力的大小，使胶囊内窥镜的控制不再受磁场控制范围的限制，具体通过下述技术方案实现：所述胶囊内窥镜的磁控装置包括永磁体胶囊内窥镜、同步混合磁场发生器、五自由度运动机构、电磁线圈供电器和控制器，所述永磁体胶囊内窥镜位于患者体内，所述同步混合磁场发生器和所述电磁线圈供电器都配置于所述五自由度运动机构上，所述控制器能够控制所述五自由度运动机构的运动和所述电磁线圈供电器提供的电流大小，以此来控制同步混合磁场发生器产生的磁场方向和强度，从而实现对所述永磁体胶囊内窥镜在患者体内位置和姿态的控制。
[0012]进一步地，所述永磁体胶囊内窥镜内含永磁体，功能与一般胶囊内窥镜相同，可以在体外磁场的控制下，改变自身的位置和姿态。
[0013]进一步地，所述同步混合磁场发生器包括永磁体和电磁线圈，所述电磁线圈和所述永磁体同步运动，所述电磁线圈轴线和所述永磁体磁极方向始终保持一致，所述永磁体可以形成较强的基础磁场，所述电磁线圈通过施加可变电流形成与基础磁场方向同步、大小可调的电磁场，所述基础磁场和电磁场组合形成强度和方向可任意调节的混合磁场。
[0014]进一步地，所述五自由度运动机构包括姿态控制装置、位置控制装置和机架，所述姿态控制装置安装于所述位置控制装置上，所述位置控制装置安装于所述机架上。
[0015]进一步地，所述姿态控制装置包括第一电机、第二电机、外框和基座平台，所述第一电机安装在基座平台上，能够带动所述外框和所述同步混合磁场发生器绕第一轴线转动，所述第二电机也安装在基座平台上，能够带动所述同步混合磁场发生器绕第二轴线转动。
[0016]进一步地，第二轴线的方向与所述第一轴线垂直，并且能够跟着所述外框绕第一轴线转动，所述同步混合磁场发生器被安装在第二轴线上。
[0017]进一步地，所述位置控制装置包括第一移动部，第二移动部、第三移动部、第一平台和第二平台，所述第一移动部安装在所述机架上，能够带动所述第一平台沿与竖直方向平行的Z轴移动，所述第二移动部安装在所述第一平台上，能够带动所述第二平台沿与水平方向平行的X轴移动，所述第三移动部安装在所述第二平台上，能够带动所述姿态控制装置沿与水平方向平行的Y轴移动。
[0018]进一步地，通过所述第一移动部、所述第二移动部和所述第三移动部能够使所述同步混合磁场发生器分别沿Z方向、X方向、Y方向运动，实现了对所述同步混合磁场发生器位置的控制。
[0019]进一步地，所述电磁线圈供电器包括第一导电环，第二导电环，导电连接器、第一
导电环电刷和第二导电环电刷，所述第一导电环安装在所述同步混合磁场发生器上，并且和所述同步混合磁场发生器同步运动，所述第二导电环安装在所述姿态控制装置的基座平台上，所述导电连接器安装在所述姿态控制装置的外框上，利用两端的所述第一导电环电刷和第二导电环电刷分别和所述第一导电环、第二导电环保持连接，通过所述控制器控制所述第二导电环中的电流大小，就可以在运动过程中实时控制所述电磁线圈产生的电磁场磁力大小。
[0020]进一步地，所述控制器由工业控制计算机、多轴运动控制卡和电机驱动器三级结构组成，所述控制器可以根据预先设定好的导航程序，使永磁体胶囊内窥镜在受测者体内实现自动检查。
[0021]进一步地，所述控制器包括工控机、人机交互设备、多轴运动控制卡、电机驱动器、D/A转换器、电流放大器。所述工控机是控制器的核心，所述工控机根据所述人机交互设备的操作命令，向所述多轴运动控制卡发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胶囊内窥镜的磁控装置，包括永磁体胶囊内窥镜和控制器，其特征在于，还包括同步混合磁场发生器（1）、五自由度运动机构、电磁线圈供电器，所述永磁体胶囊内窥镜位于患者体内，所述同步混合磁场发生器(1)和所述电磁线圈供电器（31、32）都配置于所述五自由度运动机构上，通过控制器控制所述五自由度运动机构的运动和所述电磁线圈供电器（31、32）的电流大小，以此来控制同步混合磁场发生器（1）产生的磁场方向和强度，实现对所述永磁体胶囊内窥镜在患者体内位置和姿态的控制。2.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜的磁控装置，其特征在于，所述五自由度运动机构安装在机架（5）上，包括姿态控制装置（2）、位置控制装置（4），所述姿态控制装置（2）安装于所述位置控制装置（4）上方，所述位置控制装置（4）固定在所述机架（5）上，其中，所述姿态控制装置（2）包括第一电机（21）、第二电机（22）、锥齿轮组（23）、同步带轮（24）、外框（25）和基座平台（26），所述第一电机（21）安装在基座平台（26）上，能够带动所述外框（25）绕与第一电机（21）同轴的第一轴线（7）转动；同步混合磁场发生器（1）安装在外框（25）上，所述第二电机（22）也安装在基座平台（26）上，当第二电机（22）转动时，通过锥齿轮组（23）、同步带轮（24）带动所述同步混合磁场发生器（1）绕与第一轴线垂直的第二轴线（8）转动，而所述的第二轴线（8）跟着所述外框（25）绕第一轴线（7）转动，同步混合磁场发生器（1）绕第一轴线（7）的旋转不受第二电机（22）的控制影响；同步混合磁场发生器（1）绕其磁极轴线旋转时，磁场分布不会改变，通过第一电机（21）和第二电机（22）的配合实现磁场姿态的控制。3.根据权利要求2所述的胶囊内窥镜的磁控装置，其特征在于，所述的锥齿轮组（23）包括一对锥齿轮副：主动锥齿轮通过连接轴、联轴器与第二电机（22）相连，外框（25）可绕着该连接轴自由转动；从动锥齿轮与传动轴的一端连接，传动轴另一端通过轴承和轴承座安装在外框（25）上。4.根据权利要求2所述的胶囊内窥镜的磁控装置，其特征在于，所述的同步带轮（24）包括主动轮、从动轮和同步带，主动轮与传动轴相连，受传动轴驱动；从动轮与沿第二轴线（8）的转轴相连，可驱动转轴绕第二轴线(8)转动，进而带动同步混合磁场发生器（1）绕第二轴线(8)旋转；沿第二轴线(8)的转轴端部通过轴承和轴承座安装在外框（25）上。5.根据权利要求1或2所述的胶囊内窥镜的磁控装置，其特征在于，所述同步混合磁场发生器（1）被安装在第二轴线（8）位置上，与第一轴线（7）保持中心对称，随外框（5）绕第一轴线（7）转动，所述同步混合磁场发生器（1）包括永磁体（11）和电磁线圈（14），所述电磁线圈（14）固定在第一轴线（7）上，所述永磁体（11）固定在与第一轴线垂直的第二轴线（8）上，所述的永磁体（11）和电磁线圈（14）同步运动，由该永磁体（11）形成基础磁场，所述电磁线圈（14）和基础磁场的方向一致，所述电磁线圈（14）通过施加可变电流形成与基础磁场方向同步、大小可调的电磁场，形成强度可任意调节的混合磁场，且电磁场方向跟随基础磁场方向一起改变，即叠加后的混合磁场方向可任意调节。6.根据权利要求5所述的胶囊内窥镜的磁控装置，其特征在于，所述的永磁体（11）由钕铁硼材料的球形永磁体，用多层永磁体圆片叠加而成直径为120mm的球形永磁体，安放在球形外壳（12）内，所述的球形外壳（12）分为两部分壳体，中间圆周突缘预留连接孔，利用连接件将两部分壳体连接成球形壳体，球形外壳（12）两侧端面与法兰连接器（13）相连；所述的法兰连接器（13）和第二轴线（...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，蒋金磊，周诚，唐宁，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：