一种基于双磁扭簧具有活检施药功能的磁驱胶囊机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双磁扭簧具有活检施药功能的磁驱胶囊机器人，包括用于确定病灶位置并传递信息给外部接收端的图像模块、与图像模块一体固连的活检模块、位于所述磁驱胶囊机器人尾部的施药模块以及处于活检模块和施药模块之间的双磁扭簧模块；本发明专利技术将施药和活检两个手术功能集成至一个胶囊中，使胶囊可执行多目标复合型任务，扩大了胶囊的应用场景。只需改变外部均匀磁场的强弱即可完成操作，降低了操作难度，简化了胶囊结构。简化了胶囊结构。简化了胶囊结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双磁扭簧具有活检施药功能的磁驱胶囊机器人


[0001]本专利技术涉及胶囊机器人领域，具体涉及一种基于双磁扭簧具有活检施药功能的磁驱胶囊机器人。

技术介绍

[0002]传统方法使用内窥镜，管道进入胃部区域后将图像传输至体外供医生参考，但此类方法需进行麻醉等术前准备，内窥镜装置在胃部停留时间较短，且受限于内窥镜的伸入角度，视野范围存在死角。现如今，微型胶囊机器人技术蓬勃发展，患者只需饮水吞服，机器人内部携带摄像和无线传输装置，视角可覆盖整个胃部。胃部疾病复杂多变，活检和施药是两个高效的手术诊疗手段。由于仅靠图像无法提供充足信息，需要对病灶组织进行活检取样，带出体外进行化验分析；当发现胃部组织损伤时，需对损伤区域进行定点精准施药，使受伤组织快速愈合。因而越来越多的研究人员聚焦于将活检和施药等手术功能集成于胶囊机器人。
[0003]目前胶囊机器人已经投入临床使用，但仍存在不足和改进的空间。在驱动方式上，大部分胶囊依靠消化道的蠕动力在胃部行进，无法人为主动控制胶囊的姿态，故难以在特定位置停留进行长时间观察；在手术功能上，胶囊具有的功能单一，仅具备施药或者活检功能，这限制了胶囊的应用场景，胶囊无法执行复合多目标任务；在功能触发上，部分胶囊采用化学反应触发手术功能，这种方式仅能进行单次手术，且手术精准性较低效果较差，除此之外，部分胶囊内置电机完成手术，但这样增大了胶囊的体积，使胶囊的内部结构更加复杂，且电池需对摄像装置和电机同时供电，降低了胶囊的续航时间。

技术实现思路

[0004]本专利技术采用了双磁扭簧以触发施药和活检功能。施加均匀弱磁场，施药推杆旋转，将储存室中的药物定点释放至指定位置；施加均匀强磁场，活检刮刀旋转，开放活检腔室，逐步减小磁场，刮刀回旋，将病灶组织刮取至腔室内部完成活检。即胶囊可在外磁场控制下主动运动至目标区域，同时集成了活检和施药两个功能并简化了触发机理，弥补了上述的缺陷。
[0005]本专利技术提供了一种基于双磁扭簧具有活检施药功能的磁驱胶囊机器人，包括设置在所述磁驱胶囊机器人顶部的图像模块、与图像模块一体固连的活检模块、位于所述磁驱胶囊机器人底部的施药模块以及处于活检模块和施药模块之间的双磁扭簧模块；所述图像模块用于确定病灶位置并传递信息给外部接收端；
[0006]所述活检模块包括连接板、二级传动齿轮箱减速器、中心杆、活检外壳以及刮刀；活检外壳、刮刀以及连接板构成一个封闭活检腔室，所述活检外壳上开设有活检槽，刮刀位于初始位置时将活检槽遮挡，活检腔室处于封闭状态；所述二级传动齿轮箱减速器设置在封闭活检腔室下方，用于驱动刮刀进行旋转；所述刮刀包括刀轴以及圆弧形的刀片；所述刀轴的一端开设有穿孔，刀轴另一端与刀片的中心固定连接，刀轴指向圆弧形刀片的圆心；中
心杆一端设置在二级传动齿轮箱减速器上，另一端置在连接板上，刮刀通过穿孔套设在中心杆上，刮刀能够以中心杆为轴进行旋转；从动齿轮与刮刀固连；
[0007]所述施药模块包括同步旋台、推杆、施药外壳以及尾板；施药外壳设置有用于放置药物的储存室和药物释放的出口，推杆设置在施药外壳内部；尾板设置在施药外壳下方，尾板上设有绳孔可穿过细线用于回收胶囊；推杆和同步旋台固定连接，两者按照相同角速度旋转；双磁扭簧模块驱动同步旋台旋转，同步旋台带动推杆旋转从而将储存室中的药物经释放口输送至指定位置完成施药；
[0008]所述双磁扭簧模块包括扭簧外壳、中心径向磁化磁铁、第一径向磁化磁铁、第二径向磁化磁铁、第一轴承、第二轴承；所述扭簧外壳中心开设有中心槽，扭簧外壳一端开设有第一安装槽，另一端开设有第二安装槽；中心径向磁化磁铁置于扭簧外壳的中心槽中，且中心径向磁化磁铁与扭簧外壳固连；当外界对磁驱胶囊机器人施加旋转磁场时，中心径向磁化磁铁受外部磁场作用发生旋转，能够带动胶囊机器人滚动至目标区域；第一轴承与第二轴承分别嵌于第一安装槽和第二安装槽中；第一径向磁化磁铁和第二径向磁化磁铁分别放置于第一轴承和第二轴承内部；第一径向磁化磁铁与活检模块的二级传动齿轮箱减速器连接，并可相对于扭簧外壳旋转，为活检模块的刮刀提供活检所需扭矩；第二径向磁化磁铁与施药模块的同步转台同轴固连，也能够相对于扭簧外壳旋转，为施药模块的推杆提供施药所需扭矩。
[0009]作为本专利技术的优选方案，所述的图像模块包括图像外壳以及设置在图像外壳内的摄像头、灯光阵列、传输电路、纽扣电池；图像外壳由光固化3D打印加工成透明状，纽扣电池作为电源对传输电路、灯光阵列和摄像头供电，灯光阵列照亮胶囊机器人前方视野，摄像头拍摄的图像信息经传输电路传输至体外接收端。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所述二级传动齿轮箱减速器包括齿轮箱外壳以及设置在齿轮箱外壳内部的主动齿轮、传递齿轮以及从动齿轮；所述齿轮箱外壳为两端开口的圆筒状外壳；所述主动齿轮与双磁扭簧模块的第一径向磁化磁铁一体化连接且主动齿轮与传递齿轮啮合；传递齿轮还与从动齿轮啮合，从动齿轮与刮刀固连。
[0011]作为本专利技术的优选方案，所述推杆包括推杆轴和弧形推药端；推杆轴一端与弧形推药端的中心固连，另一端开设有穿孔并通过穿孔与同步旋台连接，推杆轴指向弧形推药端的圆心。
[0012]作为本专利技术的优选方案，中心径向磁化磁铁的直径和厚度均大于第二径向磁化磁铁的直径和厚度，第二径向磁化磁铁的直径大于第一径向磁化磁铁的直径，第二径向磁化磁铁的厚度与第一径向磁化磁铁相同；对磁驱胶囊机器人施加空间单向均匀强度磁场，且该磁场方向与中心径向磁化磁铁的磁化方向相同时，由于第二径向磁化磁铁距离中心径向磁化磁铁比第一径向磁化磁铁更远，故在单向均匀弱磁场的作用下，第二径向磁化磁铁率先克服中心径向磁化磁铁的磁力作用发生旋转，带动推杆进行施药；
[0013]随后增大单向均匀磁场强度，在均匀强磁场下，第一径向磁化磁铁克服中心径向磁化磁铁的磁力作用带动刮刀旋转，开放内部腔室，并且双磁扭簧模块受强吸引力作用，胶囊紧贴胃部表面组织使得目标病灶一部分被挤入腔室内部，再减小单向均匀磁场强度，第一径向磁化磁铁带动刮刀回旋，完成活检，将病灶捕获至腔室内部。
[0014]作为本专利技术的优选方案，所述磁驱胶囊机器人未施加单向均匀磁场时，处于初始
状态的刮刀遮挡住活检外壳的活检槽，使得腔室处于封闭状态，防止非目标组织进入；对胶囊施加均匀强磁场，双磁扭簧被激活，第一径向磁化磁铁旋转，经二级传动齿轮箱减速器传递扭矩，刮刀旋转打开腔室，由于外部磁场下，双磁扭簧模块的中心径向磁化磁铁受到吸引力，使得胶囊机器人紧贴目标组织，将目标组织经活检外壳的活检槽挤压进入腔室内部；随后逐渐减小外部磁场，第一径向磁化磁铁在中心径向磁化磁铁的磁力作用下，主动齿轮回旋，带动刮刀回旋，在旋转过程中，刮刀的刀片刮取目标组织至腔室内部；最终完全撤销外部磁场，刮刀回归至初始位置将腔室封闭，病变组织被采集并储存于腔室内部，由于腔室处于封闭状态，目标组织不会泄露至胶囊外部。
[0015]作为本专利技术的优选方案，双磁扭簧模块的中心径向磁化磁铁嵌于扭簧外壳的中心槽中，且与胶囊机器人一体化连接，始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双磁扭簧具有活检施药功能的磁驱胶囊机器人，其特征在于，包括设置在所述磁驱胶囊机器人顶部的图像模块、与图像模块一体固连的活检模块、位于所述磁驱胶囊机器人底部的施药模块以及处于活检模块和施药模块之间的双磁扭簧模块；所述图像模块用于确定病灶位置并传递信息给外部接收端；所述活检模块包括连接板、二级传动齿轮箱减速器、中心杆、活检外壳以及刮刀；活检外壳、刮刀以及连接板构成一个封闭活检腔室，所述活检外壳上开设有活检槽，刮刀位于初始位置时将活检槽遮挡，活检腔室处于封闭状态；所述二级传动齿轮箱减速器设置在封闭活检腔室下方，用于驱动刮刀进行旋转；所述刮刀包括刀轴以及圆弧形的刀片；所述刀轴的一端开设有穿孔，刀轴另一端与刀片的中心固定连接，刀轴指向圆弧形刀片的圆心；中心杆一端设置在二级传动齿轮箱减速器上，另一端置在连接板上，刮刀通过穿孔套设在中心杆上，刮刀能够以中心杆为轴进行旋转；从动齿轮与刮刀固连；所述施药模块包括同步旋台、推杆、施药外壳以及尾板；施药外壳设置有用于放置药物的储存室和药物释放的出口，推杆设置在施药外壳内部；尾板设置在施药外壳下方，尾板上设有绳孔可穿过细线用于回收胶囊；推杆和同步旋台固定连接，两者按照相同角速度旋转；双磁扭簧模块驱动同步旋台旋转，同步旋台带动推杆旋转从而将储存室中的药物经释放口输送至指定位置完成施药；所述双磁扭簧模块包括扭簧外壳、中心径向磁化磁铁、第一径向磁化磁铁、第二径向磁化磁铁、第一轴承、第二轴承；所述扭簧外壳中心开设有中心槽，扭簧外壳一端开设有第一安装槽，另一端开设有第二安装槽；中心径向磁化磁铁置于扭簧外壳的中心槽中，且中心径向磁化磁铁与扭簧外壳固连；当外界对磁驱胶囊机器人施加旋转磁场时，中心径向磁化磁铁受外部磁场作用发生旋转，能够带动胶囊机器人滚动至目标区域；第一轴承与第二轴承分别嵌于第一安装槽和第二安装槽中；第一径向磁化磁铁和第二径向磁化磁铁分别放置于第一轴承和第二轴承内部；第一径向磁化磁铁与活检模块的二级传动齿轮箱减速器连接，并可相对于扭簧外壳旋转，为活检模块的刮刀提供活检所需扭矩；第二径向磁化磁铁与施药模块的同步转台同轴固连，也能够相对于扭簧外壳旋转，为施药模块的推杆提供施药所需扭矩。2.根据权利要求1所述的磁驱胶囊机器人，其特征在于，所述的图像模块包括图像外壳以及设置在图像外壳内的摄像头、灯光阵列、传输电路、纽扣电池；图像外壳由光固化3D打印加工成透明状，纽扣电池作为电源对传输电路、灯光阵列和摄像头供电，灯光阵列照亮胶囊机器人前方视野，摄像头拍摄的图像信息经传输电路传输至体外接收端。3.根据权利要求1所述的磁驱胶囊机器人，其特征在于，所述二级传动齿轮箱减速器包括齿轮箱外壳以及设置在齿轮箱外壳内部的主动齿轮、传递齿轮以及从动齿轮；所述齿轮箱外壳为两端开口的圆筒状外壳；所述主动齿轮与双磁扭簧模块的第一径向磁化磁铁一体化连接且主动齿轮与传递齿轮啮合；传递齿轮还与从动齿轮啮合，从动齿轮与刮刀固连。4.根据权利要求1所述的磁驱胶囊机器人，其特征在于，所述推杆包括推杆轴和弧形推药端；推杆轴一端与弧形推药端的中心固连，另一端开设有穿孔并通过穿孔与同步旋台连接，推杆轴指向弧形推药端的圆心。5.根据权利要求1所述的磁驱胶囊机器人，其特征在于，中心径向磁化磁铁的直径和厚度均大于第二径向磁化...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩冬，潘越，江宇宁，卓逸天，朱锦辉，李胜，何熊熊，龚国芳，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：