一种胶囊内窥镜的无线供能系统技术方案

本发明专利技术提供了一种胶囊内窥镜的无线供能系统，包括三自由度平动基座、一维电磁发射对和胶囊内窥镜。本发明专利技术提供的无线供能方法，巧妙结合了无线供能与运动磁控，使得胶囊内窥镜诊疗过程中，可以持续进行无线供能。本发明专利技术通过一维电磁发射对和一维自准电磁接收对实现无线供能，结构简单、易控制。本发明专利技术中，一维电磁发射对和一维自准电磁接收对在无线供能时能够始终正对，不受胶囊内窥镜姿态偏转的影响，能量传输稳定。能量传输稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种胶囊内窥镜的无线供能系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域和无线能量传输领域，具体涉及一种胶囊内窥镜的无线供能系统。

技术介绍

[0002]目前，我国胃癌发病率位列所有恶性肿瘤第二位，而对胃癌进行早期筛查能够大大提高患者的存活率。使用胶囊内窥镜替代传统胃镜对人体胃部进行检查，具有无需麻醉，不用插管，无痛无创，无交叉感染风险等优势，是一种较为先进的诊查手段。
[0003]胶囊内窥镜通常采用微型电池供电。受微型电池电量的制约，目前的胶囊内窥镜存在工作时间短、图像传输质量较低、无法支持过多功耗元件等问题，而对胶囊内窥镜开展无线供能的研究和设计能够有效解决以上弊端。现有的较为可行的胶囊内窥镜无线供能方式主要包括三维接收与一维发射、一维接收与三维发射、一维接收和一维追踪发射等。
[0004]中国专利文献号CN103705200记载了一种在胶囊内部设置三维接收线圈、体外设置一维发射线圈的无线供能系统。该无线供能模式下，三维方向上都需要缠绕一层线圈，这将使接收线圈的体积较大，不利于胶囊的小型化。同时，胶囊内窥镜的姿态变化也会影响无线供能的能量传输效率，能量传输不稳定。
[0005]中国专利文献号CN115553695记载了一种在胶囊内窥镜内部设置一维接收线圈、体外设置三维发射线圈的无线供能系统。该无线供能模式下，胶囊内窥镜内部需要安装姿态传感器，通过实时检测胶囊的姿态，来调节三维发射线圈产生的交变磁场方向。然而体外三维发射线圈的互感作用无法避免，存在发热问题。
[0006]中国专利文献号 CN110380523记载了一种在胶囊内窥镜内部设置一维接收线圈、体外设置一维追踪发射线圈的无线供能系统。该系统借助运动装置不断改变体外一维发射线圈的位置和方向，通过观察图像质量是否提高，来保持与接收线圈的耦合状态。该模式下，由于体内胶囊的位姿状态未知，因而无法直接给出体外发射线圈的最优位置和方向，需要依赖医生手动进行调试，控制灵敏度和精确度较差。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的上述缺陷，本专利技术目的在于：提供一种胶囊内窥镜的无线供能系统，由无线供能结合运动磁控，使无线供能不受胶囊内窥镜姿态偏转的影响，以保证能量传输稳定。
[0008]本专利技术目的通过下述技术方案实现：在本专利技术提供了一种胶囊内窥镜的无线供能系统，用于胶囊内窥镜的无线供能，包括三自由度平动基座、一维电磁发射对、和包含一维自准电磁接收对的胶囊内窥镜，所述一维电磁发射对安装在三自由度平动基座上，通过一维电磁发射对和一维自准电磁接收对实现无线供能，且一维电磁发射对和一维自准电磁接收对在无线供能时能够始终正对，不受胶囊内窥镜姿态偏转的影响。
[0009]本专利技术提供了一种胶囊内窥镜的无线供能系统，巧妙结合了无线供能与运动磁
控，通过一维电磁发射对和一维自准电磁接收对实现无线供能，具有结构简单、易控制、能量传输稳定的优点。
[0010]进一步地，所述的三自由度平动基座包括驱动一维电磁发射对前后移动的第一移动部、左右移动的第二移动部和上下移动的第三移动部，所述第三移动部安装在所述第二移动部上，所述第二移动部可通过电机和导轨驱动第三移动部沿X轴前后移动；所述第二移动部安装在所述第一移动部上，所述第一移动部可通过电机和导轨驱动第二移动部沿Y轴左右移动；所述一维电磁发射对安装在第三移动部上，所述第三移动部可通过电机和导轨驱动一维电磁发射对沿Z轴上下移动。
[0011]进一步地，所述三自由度平动基座可以驱动所述一维电磁发射对沿X轴、Y轴和Z轴进行三自由度平动。
[0012]进一步地，所述一维电磁发射对包括两组正对的一维发射线圈和连接支架，一对一维发射线圈安装在所述连接支架的二端，一维发射线圈对的线圈轴线都沿Z轴方向，当向所述一维发射线圈对中通入直流电时，就会在轴线上产生沿Z轴方向的磁场。
[0013]进一步地，所述胶囊内窥镜包括胶囊外壳，设置于所述胶囊外壳内的光热诊疗模块，能够实时拍摄胃壁图像并通过特定波长的近红外光对病灶进行光热治疗；设置于所述胶囊外壳内的无线通讯模块，用于接收和发送信息；设置于所述胶囊外壳内的主控模块，是所述胶囊内窥镜的控制中心；设置于所述胶囊外壳内的永磁电磁模块，能在外磁场配合下实现所述胶囊内窥镜的位姿控制和无线供能；设置于所述胶囊外壳内的姿态调整模块，用于控制所述永磁电磁模块的姿态偏转；设置于所述胶囊外壳内的整流模块，用于对无线供能直接得到的电流进行整流滤波。
[0014]进一步地，所述永磁电磁模块，由圆柱永磁体、一维自准电磁接收对、圆柱磁芯和塑胶外壳组成。所述圆柱永磁体采用铷铁硼强磁材料制成，并沿轴向充磁。所述一维自准电磁接收对由两组正对的一维接收线圈构成。所述圆柱磁芯由多层硅钢制成，用于提高能量的接收效率并减少涡流。所述塑胶外壳采用高分子材料制成，用于固定所述圆柱永磁体、所述一维自准电磁接收对和所述圆柱磁芯。
[0015]进一步地，所述圆柱永磁体的轴线、所述一维自准电磁接收对的轴线、所述圆柱磁芯的轴线和所述塑胶外壳的轴线始终重合。
[0016]进一步地，所述姿态调整模块包括第一微型电机、第二微型电机、第一同步带、第二同步带、第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴、锥齿轮组、第一旋转套环，第二旋转套环。所述第一微型电机通过所述第一同步带驱动所述第一旋转轴旋转，所述第一旋转轴与所述第一旋转套环固接，可以带动所述第一旋转套环一起转动。所述第二微型电机通过所述第二同步带驱动所述第二旋转轴旋转。所述第二旋转轴与所述第一旋转套环铰接，不会影响所述第一旋转套环的运动。所述锥齿轮组包括主动锥齿轮和从动锥齿轮。所述主动锥齿轮与所述第二旋转轴固接，能随着所述第二旋转轴同步转动。所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮通过齿轮啮合，能配合进行转动。所述第三旋转轴与所述从动锥齿轮固接，受所述从动锥齿轮驱动时会绕轴线自转。所述第三旋转轴与所述第一旋转套环通过轴孔连接，所述第三旋转轴会随着所述第一旋转套环绕所述第一旋转轴的轴线公转。所述第二旋转套环外部与所述第三旋转轴固接，内部与所述永磁电磁模块固接。
[0017]进一步地，所述第一微型电机和所述第二微型电机通过转速配合，能够驱动所述
永磁电磁模块绕第一轴线和第二轴线转动。
[0018]进一步地，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴沿轴向对心装配，两者的轴线与所述第一轴线重合。
[0019]进一步地，所述第二轴线与所述第三旋转轴的轴线重合，并与所述第一轴线始终垂直。所述第二轴线能跟随所述第三旋转轴绕所述第一轴线转动。
[0020]进一步地，所述姿态调整模块实现了所述永磁电磁模块两个姿态自由度的控制，能够使所述永磁电磁模块的轴线相对初始位置偏离任意角度。
[0021]进一步地，在所述一维电磁发射对产生的Z轴方向外磁场作用下，所述圆柱永磁体的磁极朝向会始终保持与Z轴方向一致，从而使得所述永磁电磁模块的轴线方向也始终保持与Z轴方向一致。初始状态下，所述胶囊外壳的轴线与所述永磁电磁模块的轴线方向重合，在Z轴方向的强磁场作用下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胶囊内窥镜的无线供能系统，用于胶囊内窥镜的无线供能，其特征在于，包括三自由度平动基座、一维电磁发射对、和包含一维自准电磁接收对的胶囊内窥镜，所述一维电磁发射对安装在三自由度平动基座上，所述三自由度平动基座驱动所述一维电磁发射对沿X轴、Y轴和Z轴进行三自由度平动，通过一维电磁发射对和一维自准电磁接收对实现无线供能，且一维电磁发射对和一维自准电磁接收对在无线供能时能够始终正对，不受胶囊内窥镜姿态偏转的影响。2.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜的无线供能系统，其特征在于，所述的三自由度平动基座包括驱动一维电磁发射对前后移动的第一移动部（1
‑
1）、左右移动的第二移动部（1
‑
2）和上下移动的第三移动部（1
‑
3），所述第三移动部（1
‑
3）安装在所述第二移动部（1
‑
2）上，所述第二移动部（1
‑
2）可通过电机和导轨驱动第三移动部（1
‑
3）沿X轴前后移动；所述第二移动部（1
‑
2）安装在所述第一移动部（1
‑
1）上，所述第一移动部（1
‑
1）可通过电机和导轨驱动第二移动部（1
‑
2）沿Y轴左右移动；所述一维电磁发射对（2）安装在第三移动部（1
‑
3）上，所述第三移动部可通过电机和导轨驱动一维电磁发射对（2）沿Z轴上下移动。3.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜的无线供能系统，其特征在于，所述一维电磁发射对（2）包括两组正对的一维发射线圈（2
‑
1）和连接支架（2），所述一维发射线圈对（2
‑
1）安装在所述连接支架（2）的二端，一维发射线圈对的线圈轴线都沿Z轴方向，当向所述一维发射线圈对中通入直流电时，就会在轴线上产生沿Z轴方向的磁场。4.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜的无线供能系统，其特征在于，所述胶囊内窥镜（3）包括：胶囊外壳（3
‑
1），在所述胶囊外壳（3
‑
1）内设置有：光热诊疗模块（3
‑
2），用于实时拍摄胃壁图像并通过特定波长的近红外光对病灶进行光热治疗；无线通讯模块（3
‑
3），用于接收和发送信息；主控模块（3
‑
4），作为胶囊内窥镜的控制中心；整流模块（3
‑
5），利用整流滤波电路，将无线供能获得的稳定电源供电给整个胶囊内窥镜（3）；具有一维自准电磁接收对的永磁电磁模块（3
‑
7），能在外磁场配合下实现所述胶囊内窥镜（3）的位姿控制和无线供能；姿态调整模块（3
‑
6），用于控制所述永磁电磁模块（3
‑
7）的姿态偏转；由主控模块（3
‑
4）控制光热诊疗模块（3
‑
2）和姿态调整模块（3
‑
6）的工作状态。5.根据权利要求4所述的胶囊内窥镜的无线供能系统，其特征在于，所述的胶囊外壳（3
‑
1）内设有上隔板（3
‑1‑
1）、下隔板（3
‑1‑
2），在上、下隔板之间形成空间，在上隔板（3
‑1‑
1）上依序设置光热诊疗模块（3
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2）、无线通讯模块（3
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3）、主控模块（3
‑
4）和整流模块（3
‑
5），整流模块（3
‑
5）设在上隔板（3
‑1‑
1）上；在上隔板（3
‑1‑
1）下方设置姿态调整模块（3
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6）和永磁电磁模块（3
‑
7）。6.根据权利要求4所述的胶囊内窥镜的无线供能系统，其特征在于，所述永磁电磁模块（3
‑
7），由圆柱永磁体（3
‑7‑
1）、一维自准电磁接收对（3
‑7‑
4）、圆柱磁芯（3
‑7‑
2）和塑胶外壳（3
‑7‑
3）组成，所述圆柱永磁体（3
‑7‑
1）采用铷铁硼强磁材料制成，并沿轴向充磁；所述一维自准电磁接收对（3
‑7‑
4）由两组正对的一维接收线圈构成；所述圆柱磁芯（3
‑7‑
2）由多层硅钢制成，用于提高能量的接收效率并减少涡流。
7.根据权利要求6所述的胶囊内窥镜的无线供能系统，其特征在于，所述圆柱永磁体（3
‑7‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，蒋金磊，周诚，汪炜，
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：