CN101426415B - 胶囊式内窥镜 - Google Patents

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Abstract

一种胶囊式内窥镜(7)，其包括：一个明显沿一轴(5)伸展的感应线圈，用于为所述胶囊式内窥镜(7)提供能量，以及一个具有磁偶极矩(6)的磁性元件(4)，所述磁性元件与外部磁场相互作用，以对所述胶囊式内窥镜(7)进行导航。其中，所述磁偶极矩(6)垂直于所述感应线圈(2)的纵轴(5)取向。此外，所述胶囊式内窥镜(7)的横截面(II)的法线沿所述感应线圈的纵轴(5)的方向取向，所述横截面区域既包括所述磁性元件(4)的横截面，又包括所述感应线圈(2)的横截面，所述磁性元件(4)沿所述感应线圈的纵轴(5)的两个方向伸展，使其突出于所述感应线圈(2)之外。

Description

胶囊式内窥镜
技术领域
本发明涉及一种可在患者体内、尤其在其胃肠道内接受磁导航的胶囊式内窥镜。这种配有感应线圈的胶囊式内窥镜具有一磁性元件，所述磁性元件具有用于实现所述导航的磁偶极矩，并与由至少部分包围患者身体的线圈系统产生的磁场相互作用。根据本发明，对所述胶囊式内窥镜的导航不仅指所述胶囊的平动，也指所述胶囊的旋转和倾斜运动。
背景技术
微创或无创医疗技术日益发展，且越来越多地被应用于对患者或病畜的检查及治疗。长期以来应用较为普遍的是通过身体开口或小切口被置入患者体内的内窥镜。内窥镜具有长短不一的柔韧主体，其尖端处设置有用于实施预期操作的检查和操作装置，例如摄像机或夹钳。由于存在摩擦效果，以及内窥镜的长度和柔韧性有限，内窥镜的应用也相应受到了限制。
DE10142253中公开过一种用于内窥镜检查的无线式装置。长度约为2cm、直径约为1cm的胶囊式内窥镜形式的“内窥镜机器人”包括检查、诊断或治疗装置。这些装置可以是(例如)摄像机、活检钳、血管夹或储药器。所述胶囊包括一个具有磁偶极矩的磁性元件，例如永磁体。所述胶囊以无线方式在患者体内运动。为此须使患者以平躺姿势全部或部分位于由复数个(例如十四个)单个线圈构成的电线圈系统中。由这个线圈系统产生适当的梯度磁场和磁场，这些磁场在位于患者体内的胶囊上产生用于实现平动的力和用于实现旋转及倾斜运动的转矩，从而达到以此种方式对患者体内的胶囊进行导航的目的。由于作用在胶囊上的转矩或相应的力是所述磁偶极矩与胶囊所在位置上的磁场强度或磁场梯度的乘积，因此，有利做法是在胶囊中内置尽可能大的磁性元件，以便产生足够大的转矩和力。其替代方案是增强磁场或磁场梯度。但这需要极大的输入功率，从而使线圈系统产生附加损耗，其原因在于欧姆损耗是以二次幂形式随待产生的磁场或待产生的磁场梯度的增强而增大。
除具有磁偶极矩的磁性元件外，这种胶囊式内窥镜通常还具有导电物件和/或铁磁物件，例如电池或带有铁氧体磁芯的感应线圈。其中，须在胶囊式内窥镜外尺寸为给定的情况下尽可能有利地将上述部件布置在胶囊式内窥镜中，使得用于实现磁导航的磁偶极子场不会被胶囊式内窥镜中的导电物件和/或铁磁物件削弱。另一方面，所述磁性元件也须满足不对相邻物件或其功能产生不利影响的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的胶囊式内窥镜，这种胶囊式内窥镜的感应线圈和磁性元件彼此间基本不产生影响。
这个目的通过一种与独立权利要求1的特征相符的胶囊式内窥镜而达成。
据此，所述胶囊式内窥镜包括：
-一个明显沿一轴伸展的感应线圈，用于为所述胶囊式内窥镜提供能量，以及
-一个具有磁偶极矩的磁性元件，所述磁性元件与外部磁场相互作用，以对所述胶囊式内窥镜进行导航，
其中，
-所述磁偶极矩垂直于所述感应线圈的纵轴取向，
-所述胶囊式内窥镜的横截面区域的法线沿所述感应线圈的纵轴的方向取向，所述横截面区域既包括所述磁性元件的横截面，又包括所述感应线圈的横截面，以及
-所述磁性元件沿所述感应线圈的纵轴的两个方向伸展，使其突出于所述感应线圈之外。
通过在所述磁性元件和用于为所述胶囊式内窥镜提供能量的感应线圈之间采用这种相对布置方式，基本可避免平行于所述线圈纵轴的磁场分量。在此情况下，借助交变磁场以感应方式从外部向所述感应线圈传输能量这一过程就不会受到所述磁性元件的磁偶极矩的影响。
本发明的胶囊式内窥镜的有利建构方案可从权利要求1的从属权利要求中得到。
所述磁性元件至少部分被所述感应线圈包围，是有利的。
将所述磁性元件布置在所述感应线圈外部，是有利的。
此外，所述胶囊式内窥镜具有一外壁，所述感应线圈实施为至少部分与所述外壁形状配合。
所述胶囊式内窥镜具有一外壁，所述磁性元件实施为至少部分与所述外壁形状配合，是有利的。
所述感应线圈配有至少一个软磁磁芯，是有利的。由于软磁磁芯(尤其是铁氧体磁芯)具有增强感应的作用，这样就可更有效地向所述感应线圈传输能量。
所述至少一个软磁磁芯实施为至少部分与所述感应线圈形状配合，是有利的。
所述至少一个软磁磁芯具有圆形或圆弓形横截面，是有利的。
此外，所述磁性元件实施为与所述感应线圈和/或所述至少一个软磁磁芯形状配合，是有利的。
所述感应线圈配有至少一个软磁磁芯，是有利的。
所述至少一个软磁磁芯由软磁铁氧体构成，是有利的。
附图说明
下面借助附图对本发明的优选、但非限制性实施例进行详细说明，为清楚起见，附图未按比例绘制，某些角度以示意图形式加以图示，其中：
图1为具有磁性元件的胶囊式内窥镜的纵向剖面图，所述磁性元件布置在配有软磁磁芯的感应线圈内；
图2为图1所示的胶囊式内窥镜的横截面图；
图3为具有磁性元件的胶囊式内窥镜的纵向剖面图，所述磁性元件布置在配有软磁磁芯的感应线圈旁边；
图4为图3所示的胶囊式内窥镜的横截面图，其中，所述感应线圈和所述软磁磁芯具有圆形横截面；
图5为图3所示的胶囊式内窥镜的横截面图，其中，所述感应线圈和所述软磁磁芯具有圆弓形横截面；
图6为具有磁性元件的胶囊式内窥镜的纵向剖面图，所述磁性元件以形状配合的方式布置在配有软磁磁芯的感应线圈旁边；以及
图7为图6所示的胶囊式内窥镜的横截面图，其中，所述感应线圈和所述软磁磁芯具有圆弓形横截面。
具体实施方式
相同部件在图1至图7中用相同附图标记表示。
图1、图3和图6分别以纵向剖面图形式显示本发明的胶囊式内窥镜7的实施例。胶囊式内窥镜7具有(例如)一长形旋转对称的、呈雪茄状的外壁1，其内部布置有一个感应线圈2和一个磁性元件4，感应线圈2具有一个软磁磁芯3(图3和图6)或两个软磁磁芯3a、3b(图1)，磁性元件4(特定而言为永磁体)具有磁偶极矩6。特定而言，使用铁氧体磁芯作为软磁磁芯3、3a、3b。磁性元件的磁偶极矩6垂直于感应线圈2的纵轴5。因此，磁偶极矩6所基于的磁场几乎在感应线圈2及其相关软磁磁芯3、3a、3b的整个区域内均垂直于线圈纵轴5取向。为清楚起见，图1、图3和图6未对例如用于检查、治疗或诊断且同样内置在胶囊式内窥镜7中的其他物件进行图示。感应线圈2用于为胶囊式内窥镜7提供能量。布置在胶囊式内窥镜7外部的线圈系统(未作图示)在胶囊式内窥镜7所处的位置上产生一个交变磁场，这个交变磁场使感应线圈2中感应产生感应电压。各个待供电物件直接用这个感应电压进行工作，但也可将这个感应电压暂存于同样内置在胶囊式内窥镜7中的缓冲器(未作图示)内。其中，带有或不带有缓冲器(即能量暂存器)的感应线圈2是附图未作明确图示的供能单元的一部分。为实现更有效的能量传输，所述一个软磁磁芯(图3和图6)、所述两个(图1)或两个以上软磁磁芯3、3a、3b以增强感应的方式布置在相应的感应线圈2的内部。
在图1所示的实施例中，磁性元件4沿感应线圈2的纵轴5布置，因此，线圈2的纵轴5与磁性元件4的纵轴重合。配有两个软磁磁芯3a、3b的感应线圈2包围磁性元件4，且其包围方式使得磁性元件4在感应线圈纵轴5的两个方向上突出于配有软磁磁芯3a、3b的感应线圈2之外。
图2显示的是图1所示的胶囊式内窥镜7的圆形横截面II，所述圆形横截面的表面法线沿感应线圈纵轴5的方向取向。其中，横截面II既包括配有两个软磁磁芯3a、3b的感应线圈2的横截面II2，又包括磁性元件4的横截面II4。感应线圈2的横截面II2同样为圆形，这是因为感应线圈2实施为与胶囊式内窥镜7的壁1形状配合。两个软磁磁芯3a、3b的横截面II3a、II
3b则为圆弓形(即半月形)，实施为仅在一侧与感应线圈2形状配合。磁性元件4布置在两个软磁磁芯3a、3b之间，同样与这两个软磁磁芯和感应线圈2形状配合。
在图3所示的实施例中，磁性元件4与配有一个软磁磁芯3的感应线圈2彼此间隔一定距离地邻近布置。此处的磁性元件4同样在感应线圈纵轴5的两个方向上突出于配有软磁磁芯3的感应线圈2之外。磁性元件4与感应线圈2之间通过所述间隔距离而产生的空间可用于安置(例如)附图未作图示的内置式检查、诊断或治疗物件。
图4显示的是图3所示的胶囊式内窥镜7的圆形横截面IV，所述圆形横截面的表面法线沿感应线圈纵轴5的方向取向。其中，横截面4既包括配有软磁磁芯3的感应线圈2的横截面IV2，又包括磁性元件4的横截面IV4。其中，磁性元件4的横截面IV4为圆弓形，实施为与胶囊壁1部分形状配合。与磁性元件4间隔一定距离的感应线圈2布置在胶囊横截面IV另一侧靠近壁1的位置处。感应线圈2的横截面IV2和实施为与感应线圈2形状配合的软磁磁芯3的横截面IV3均建构为圆形。
图5显示的是图3所示的胶囊式内窥镜7的另一实施例的圆形横截面V，所述圆形横截面的表面法线沿感应线圈纵轴5的方向取向。其中，横截面5同样既包括配有一个软磁磁芯3的感应线圈2的横截面V2，又包括磁性元件4的横截面V4。此处的磁性元件4的横截面V4也为圆弓形，也实施为与胶囊壁1部分形状配合。配有软磁磁芯3的感应线圈2与磁性元件4间隔一定距离，在胶囊横截面V的另一侧以与胶囊壁1形状配合的方式进行布置。其中，感应线圈2的横截面V2和实施为与感应线圈2形状配合的软磁磁芯3的横截面V3均建构为圆弓形。
在图6所示的实施例中，磁性元件4与配有一个软磁磁芯3的感应线圈2彼此形状配合地相邻布置。此处的磁性元件4同样在感应线圈纵轴5的两个方向上突出于配有软磁磁芯3的感应线圈2之外。
图7显示的是图6所示的胶囊式内窥镜7的圆形横截面VII，所述圆形横截面的表面法线沿感应线圈纵轴5的方向取向。其中，横截面VII同样既包括配有一个软磁磁芯3的感应线圈2的横截面VII2，又包括磁性元件4的横截面VII4。磁性元件4的横截面VII4为圆弓形，并实施为与胶囊壁1和感应线圈2部分形状配合。与磁性元件4间隔一定距离的感应线圈2在胶囊横截面VII的另一侧以与胶囊壁1形状配合的方式进行布置。感应线圈2的横截面VII2和实施为与感应线圈2形状配合的软磁磁芯3的横截面VII3均建构为圆弓形。
口服式胶囊7特定而言具有10mm至14mm范围内的直径和10mm至30mm范围内的长度。如果仅需将胶囊7塞入直肠，则胶囊7可具有10mm至30mm范围内的直径和10mm至50mm范围内的长度。

Claims (10)

1.一种胶囊式内窥镜，其包括：
一个明显沿一纵轴(5)伸展的感应线圈，用于为所述胶囊式内窥镜(7)提供能量，以及
一个具有磁偶极矩(6)的磁性元件(4)，所述磁性元件与外部磁场相互作用，以对所述胶囊式内窥镜(7)进行导航，
其中，
所述磁偶极矩(6)垂直于所述感应线圈(2)的纵轴(5)取向，
所述胶囊式内窥镜(7)的横截面区域(II，IV，V，VII)的法线沿所述感应线圈的纵轴(5)的方向取向，所述横截面区域(II，IV，V，VII)既包括所述磁性元件(4)的横截面(II 4，IV4，V4，VII4)，又包括所述感应线圈(2)的横截面(II2，IV2，V2，VII2)，以及
所述磁性元件(4)沿所述感应线圈的纵轴(5)的两个方向伸展，使其突出于所述感应线圈(2)之外；
磁偶极矩(6)所基于的磁场在感应线圈(2)的整个区域内垂直于线圈纵轴(5)取向。
2.根据权利要求1所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述磁性元件(4)至少部分被所述感应线圈(2)包围。
3.根据权利要求1所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述磁性元件(4)布置在所述感应线圈(2)的外部。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的胶囊式内窥镜，其特征在于具有一外壁(1)，所述感应线圈(2)实施为至少部分与所述外壁形状配合。
5.根据权利要求1所述的胶囊式内窥镜，其特征在于具有一外壁(1)，所述磁性元件(4)实施为至少部分与所述外壁形状配合。
6.根据权利要求1所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述感应线圈(2)配有至少一个软磁磁芯(3，3a，3b)。
7.根据权利要求6所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述至少一个软磁磁芯(3，3a，3b)实施为至少部分与所述感应线圈(2)形状配合。
8.根据权利要求6或7所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述至少一个软磁磁芯(3，3a，3b)具有圆形或圆弓形的横截面(II3a，II3b，IV3，V3，VII3)。
9.根据权利要求6所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述磁性元件(4)实施为与所述感应线圈(2)和/或所述至少一个软磁磁芯(3，3a，3b)形状配合。
10.根据权利要求6所述的胶囊式内窥镜，其特征在于，
所述至少一个软磁磁芯(3，3a，3b)由软磁铁氧体构成。
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