CN102160774A - 无线供能的视频图像胶囊系统 - Google Patents

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颜国正
刘华
王志武
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Abstract

一种医疗器械技术领域的无线供能的视频图像胶囊系统，包括：胶囊系统、体外无线供能装置和体外图像处理装置，胶囊系统位于消化道内并采集消化道环境信息，体外图像处理装置与胶囊系统以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向胶囊系统以交变磁场方式提供能量。本发明实现体外操作控制者对胶囊系统的姿态和位置的主动控制。

Description

无线供能的视频图像胶囊系统
技术领域
本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置，具体是一种无线供能的视频图像胶囊系统。
背景技术
现代人由于工作节奏加快、饮食不均、导致消化道疾病的发病率日趋升高，消化道疾病成为影响现代人健康的常见的一种疾病，据统计分析发现，消化道疾病正在向低龄化、西方化、隐蔽化方向发展。消化道疾病的可视化检测对于消化道疾病的预防和诊疗具有非常重要的作用，而人体全消化道总长9米，由于消化道形状属于细长管道，分布于人体躯干各个器官之间，全消化道结构的不规则和封闭性，给临床上消化道疾病的检测带来很大困难。
临床上实施的消化道疾病的可视化检测主要有两种：胃肠、肠镜和胶囊内窥镜两大类。胃镜或肠镜分别从口腔和肛门插入实施消化道疾病检测，但由于受到胃镜、和肠镜长度的限制，胃镜只能检测胃部和十二指肠部位的消化道疾病，肠镜只能检测结肠以下的消化道疾病，因此胃镜和肠镜无法检测小肠部位的疾病，同时胃镜、肠镜检测过程中可能存在导致胃创伤、肠创伤的风险，检测过程中会给病人带来巨大的痛苦。胶囊内窥镜检测属于无创检测方法，患者口服胶囊内窥镜后即可实施消化道疾病的检测，不会给患者带来不适或痛苦的感觉，但现有胶囊的供电方式采用钮扣电池供电，受胶囊外形结构限制，图像胶囊携带的钮扣电池数量有限，导致图像胶囊的工作寿命有限，临床上的图像胶囊只能工作8小时左右，只能完成部分上消化道疾病的诊断，图像胶囊的工作寿命还与消化道图像的采样速率和图像分辨率有关，现有消化道图像的检测速率只有2帧/秒，提高消化道图像的检测速率和图像分辨率，可以提高疾病诊断的正确率，但提高消化道图像的检测速率和图像分辨率，会降低图像胶囊的工作时间，缩短被检测消化道的长度，因此现有图像胶囊的工作方式和供电方式不能满足检测全消化道图像的需求。
现有临床上现有胶囊系统由于受到电池供电的制约，限制了胶囊的工作寿命和无法提高图像的采样频率和分辨率，无法全面发挥图像胶囊在消化道疾病检测中的应用。
经过对现有技术的检索发现，中国授权公告号CN 100341459C、专利名称为医用无线电胶囊发明了一种可检测消化道图像的无线电胶囊，该专利采用电池供电，为解决由于电池供电带来的功耗上的限制，专利采用微功耗器件及设计专用集成电路(ASIC)来降低系统功耗。
但仅仅采用微功耗器件及设计专用集成电路的方法来延长无线电胶囊的工作寿命是远远达不到全消化道检测的目的，同时如果提高图像胶囊的采样频率和图像分辨率，该专利更无法解决系统采集电池供电带来的功耗不足的困难。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种无线供能的视频图像胶囊系统，采用体外无线供能技术，彻底消除电池供电带来的功耗不足，解决现有图像胶囊无法检测全消化道的问题和无法提高图像采集频率和提高图像成像分辨率的问题。真正实现全消化道图像的检测，同时还可以大大提高图像的采集频率，实现消化道图像的“连续”采集，提高消化道图像采集的分辨率，极大提高临床医生对疾病诊断的正确率，在临床上具有非常重要的实际意义。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：胶囊系统、体外无线供能装置和体外图像处理装置，其中：胶囊系统位于消化道内并采集消化道环境信息，体外图像处理装置与胶囊系统以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向胶囊系统以交变磁场方式提供能量。
所述的胶囊系统包括：视频图像传感器、照明系统、外壳及设置于其内部的主控制系统、光学系统、图像无线发送装置、整流装置和无线能量接收三维线圈，其中：视频图像传感器和照明系统安装在外壳的外侧端部，无线能量接收三维线圈接收由体外无线供能装置发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置与无线能量接收三维线圈相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置分别与视频图像传感器、照明系统、主控制系统、图像无线发送装置相连并提供直流电源，图像无线发送装置将视频图像传感器采集到的视频信息，该信息属于模拟视频信息，图像无线发送装置直接将该模拟视频信息转化为一定频率的电磁波，并发送至体外。
所述的外壳为胶囊体状，两端部为球状结构。
所述的体外无线供能装置包括：体外无线能量发射线圈和电源控制器，其中：电源控制器与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈，体外无线能量发射线圈将控制信号转变为交变电磁场并输出至胶囊系统。
所述的体外图像处理装置包括：体外图像实时接收模块和计算机工作站，其中：体外图像实时接收模块实时接收由胶囊系统发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现胶囊系统姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
本发明与现有技术相比，明显的优点在于无限制延长胶囊在体内的工作时间，真正实现全消化道图像检测；得益于胶囊供电方式的改进，胶囊的采样频率和图像分辨率可以极大提高，提高临床医生诊断疾病的正确率，在临床上具有非常重要的实用应用价值。
附图说明
图1为本发明工作原理示意图。
图2为胶囊结构示意图。
图3为体外无线供能装置结构示意图。
图4为体外图像处理装置示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施包括：胶囊系统1、体外无线供能装置2和体外图像处理装置3，其中：胶囊系统1位于消化道内并采集消化道环境信息，体外图像处理装置3与胶囊系统1以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置2向胶囊系统1以交变磁场方式提供能量。
所述的胶囊系统1包括：视频图像传感器4、照明系统5、外壳6及设置于其内部的主控制系统7、光学系统8、图像无线发送装置9、整流装置10和无线能量接收三维线圈11，其中：视频图像传感器4和照明系统5安装在外壳6的外侧端部，无线能量接收三维线圈11接收由体外无线供能装置2发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置10与无线能量接收三维线圈11相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置10分别与视频图像传感器4、照明系统5、主控制系统7、图像无线发送装置9相连并提供直流电源，图像无线发送装置9直接将视频图像传感器4采集到的视频信息以电磁波形式发送到患者体外。
所述的外壳6为胶囊体状，两端部为球状结构。
本实施例中的视频图像传感器4通过利用CMOS图像传感器采集消化道图像信息，并直接生成模拟图像信息，不同于数字图像信息。
本实施例中的主控制系统7采用小封装结构的微处理器，减小视频图像胶囊的尺寸。
本实施例中的图像无线发送装置9采用模拟信号无线发射原理，将模拟信号转变化一定频率的电磁波，直接发射到患者体外。
本实施例中的无线能量接收三维线圈11通过空间三维方向(X、Y、Z)的单维线圈集成在一起形成三维能量接收线圈，电气联接方式将三个单维线圈分别并联在一点上得以实现。
所述的体外无线供能装置2包括：体外无线能量发射线圈12和电源控制器13，其中：电源控制器13与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈12，体外无线能量发射线圈12将控制信号转变为交变电磁场并输出至胶囊系统1。
本实施例中的体外无线能量发射线圈12采用利兹线绕制成单维线圈，该线圈大小应该能够通过人体躯干最大截面处。
本实施例中的电源控制器13属于直流逆变器，将直流电源逆变成为一定频率的方波信号。
所述的体外图像处理装置3包括：体外图像实时接收模块14和计算机工作站15，其中：体外图像实时接收模块14实时接收由胶囊系统1发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站15，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现胶囊系统1姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
本装置通过以下方式进行工作：患者通过吞服视频图像胶囊，体外无线供能装置2开始工作，电源控制器13将直流电源转变为一定频率的交变信号并传送到体外无线能量发射线圈12，体外无线能量发射线圈12将电能转变为一定频率的交变磁场，该交变磁场被体内视频图像胶囊系统1里的无线能量接收三维线圈11接收，在线圈内部产生交变电动势，该交变电动势被整流装置10进行滤波整流后生成直流电源，该直流电源给照明系统5、视频图像传感器4、主控制系统7和图像无线发射装置。主控制系统7上电后对视频图像传感器4进行配置控制，完成配置控制后，视频图像传感器4开始正常工作。当照明系统5上电开始工作后，将有光学系统8一端的视频图像胶囊前端照亮，消化道壁的图像通过光学系统8成像在视频图像传感器4上，视频图像传感器4生成消化道壁图像的视频信号，该视频信号直接传送到图像无线发射装置上，由图像无线发射装置将视频图像信号转化为一定频率的电磁波并传送到患者体外。发送到体外的视频图像信号被体外图像处理装置3接收，有两种接收方式：当使用便携式体外图像实时接收模块14时，便携式体外图像实时接收模块14可将接收到的视频图像信号，将视频图像信号转化为数字图像信号，显示在屏幕上，同时保存在本身的存储装置上；当使用计算机工作站15时，计算机工作站15将接收到的视频图像信号，并将该视频图像信号转化为数字图像信号，实时显示在计算机屏幕上，同时存储在计算机屏幕上。计算机工作站15还具备读取并回放便携式体外图像实时接收模块14存储的数字图像信号。

Claims (5)

1.一种无线供能的视频图像胶囊系统，其特征在于，包括：胶囊系统、体外无线供能装置和体外图像处理装置，其中：胶囊系统位于消化道内并采集消化道环境信息，体外图像处理装置与胶囊系统以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向胶囊系统以交变磁场方式提供能量。
2.根据权利要求1所述的无线供能的视频图像胶囊系统，其特征是，所述的胶囊系统包括：视频图像传感器、照明系统、外壳及设置于其内部的主控制系统、光学系统、图像无线发送装置、整流装置和无线能量接收三维线圈，其中：视频图像传感器和照明系统安装在外壳的外侧端部，无线能量接收三维线圈接收由体外无线供能装置发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置与无线能量接收三维线圈相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置分别与视频图像传感器、照明系统、主控制系统、图像无线发送装置相连并提供直流电源，图像无线发送装置直接将视频图像传感器采集到的模拟视频信号转化为一定频率的电磁波，并传送到体外。
3.根据权利要求2所述的无线供能的视频图像胶囊系统，其特征是，所述的外壳为胶囊体状，两端部为球状结构。
4.根据权利要求2所述的无线供能的视频图像胶囊系统，其特征是，所述的体外无线供能装置包括：体外无线能量发射线圈和电源控制器，其中：电源控制器与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈，体外无线能量发射线圈将控制信号转变为交变电磁场并输出至胶囊系统。
5.根据权利要求2所述的无线供能的视频图像胶囊系统，其特征是，所述的体外图像处理装置包括：体外图像实时接收模块和计算机工作站，其中：体外图像实时接收模块实时接收由胶囊系统发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现胶囊系统姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
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