CN105362055B - 基于无线供能的振动胶囊系统 - Google Patents

Abstract

一种基于无线供能的振动胶囊系统，包括：振动胶囊、体外无线供能线圈和体外驱动器；所述的振动胶囊包括：外壳、设置于外壳内的至少一个振动模块、控制电路模块、电源模块、无线能量接收模块和磁控开关；所述的控制电路模块包括：整流电路、稳压电路、电压检测电路、微处理器和振动模块驱动电路；所述的无线能量接收模块包括：磁芯和环绕磁芯设置的三维线圈；所述的体外驱动器包括：体外微处理器、驱动电路、逆变电路、谐振电容和可调电感；本发明设计合理，使振动胶囊可在全消化道范围内使用，大幅提升单个振动胶囊的使用效率，具有重要的临床价值。

Description

基于无线供能的振动胶囊系统

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体是一种基于无线供能的振动胶囊系统。

背景技术

消化系统是人体从外界获取能量的重要系统，随着生活水平的提高以及多种外部因素对人体生理心理的影响，使得消化道系统疾病的发病率逐年上升，严重影响着人们的身体健康和生活质量。人体消化道总长9米左右，包括多个消化器官，大部分消化道为细长的管道结构，从口腔一直延续到直肠。而且下消化道呈现出蜿蜒曲折的形态，非常不利于检查设备对其进行检查。消化道的这种不规则封闭结构，给消化道疾病的检查和治疗带来了极大的挑战。

随着科技的进步，现已开发出基于电子胶囊的新一代胃肠道无创无痛检查系统。此类系统的主要特点是小型化、无创、可长时间在体检测。近些年出现了一些治疗型的电子胶囊，但因一些关键技术未能解决而没有进行大规模的市场推广。由于消化道结构的特殊性，药物是治疗一些功能性胃肠道疾病的无奈选择。然而长期的药物治疗使得一些患者对药物产生了依赖，只有依赖药物才能使病症得到缓解，一旦停药患者的病症会更加严重。对于功能性胃肠道疾病，药物治疗只是治标而无法治本。

针对功能性便秘病症研制的振动胶囊可以通过自身的振动来刺激消化道的内壁，进而激发消化道的蠕动。这种通过物理治疗的方法来改善消化道的运动功能，相比于药物治疗，物理治疗没有副作用。但是目前所研制的振动胶囊仍有一些关键技术尚未解决，阻碍了振动胶囊的发展。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101999976A，公布日2011.4.6，公开了一种磁性振动胶囊方法，包括胶囊、永磁体和控制机构，其中：永磁体在胶囊的腔体内，腔体外的一个控制机构，控制机构通过磁场与胶囊的永磁体磁场连接；控制机构由一个线圈和控制线圈电流反相切换运动的控制电路。但该技术通过体外的控制机构控制体内的永磁体的交变变化，体内并无任何类型的电源或其他储能装置，由于人体组织对磁场的吸收作用，体外交变磁场作用于永磁体上的力被大幅削弱，影响振动效果；并且由于人体胃肠道结构复杂，体外难以判断胶囊的准确位置，进而难以准确将外交变磁场加载到胶囊上。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于无线供能的振动胶囊系统，采用螺线管线圈对和环绕磁芯的三维线圈，通过电磁耦合的方式为体内的振动胶囊供电，振动胶囊可随时通过外部交变磁场获得电能，延长了振动胶囊在体内的工作时间，并扩大对肠道的刺激范围。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：振动胶囊、体外无线供能线圈和体外驱动器，其中：体外无线供能线圈环绕人体设置，体外驱动器激励体外无线供能线圈，产生交变电磁场，向体内的振动胶囊提供能量，使振动胶囊产生振动。

所述的振动胶囊包括：外壳、设置于外壳内的至少一个振动模块、控制电路模块、电源模块、无线能量接收模块和磁控开关，其中：磁控开关位于外壳的末端，并设置于控制电路模块与电源模块之间的通路上；控制电路模块控制振动模块的工作，无线能量接收模块接收能量并传输给控制电路模块。

所述的控制电路模块包括：整流电路、稳压电路、电压检测电路、微处理器和振动模块驱动电路，其中：整流电路将三维线圈感应得到的交流电能转换为直流电能，稳压电路对整流电路输出的直流电能依次进行滤波、稳压，并输出稳定的直流电能；电压检测电路检测稳压电路的输出电压；微处理器控制所述振动胶囊的工作状态，振动模块驱动电路驱动振动模块产生振动。

所述的电源模块为电池组，并为控制电路提供电能。

所述的无线能量接收模块包括：磁芯和环绕磁芯设置的三维线圈，其中：三维线圈成空间正交布置，从内向外依次为第一维线圈、第二维线圈和第三维线圈。

所述的体外无线供能线圈为螺线管线圈对。

所述的体外驱动器包括：体外微处理器、驱动电路、逆变电路、谐振电容和可调电感，其中：谐振电容和可调电感与所述体外无线供能线圈构成LC谐振电路，体外微处理器将产生的特定频率的方波信号经过逆变后传输至驱动电路，并将输入的直流电流变为LC回路中的交流电流，可调电感进行调节使LC回路保持在谐振状态。

技术效果

与现有技术相比，本发明采用螺线管线圈和环绕磁芯的三维线圈，通过电磁耦合的方式为体内的振动胶囊供电，振动胶囊可随时通过外部交变磁场获得电能，使体内的振动胶囊不再受到能量制约，延长了振动胶囊在体的工作时间，并且可以控制振动胶囊在体内的振动规律，使其与胃肠道正常运动规律相近。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为振动胶囊示意图；

图3为无线能量接收模块示意图；

图中：1为振动胶囊，2为体外无线供能线圈，3为体外驱动器，4为外壳，5为振动模块，6为控制电路模块，7为电源模块，8为无线能量接收模块，9为磁控开关，10为磁芯，11为第一维线圈，12为第二维线圈，13为第三维线圈。

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。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：振动胶囊1、体外无线供能线圈2和体外驱动器3，其中：体外无线供能线圈2环绕人体设置，体外驱动器3激励体外无线供能线圈2，产生交变电磁场，向体内的振动胶囊1提供能量，使振动胶囊1产生振动。

所述的振动胶囊1吞入消化道后，可在胃肠道内产生振动，振动会对胃肠道壁产生刺激，从而引发更多的胃肠道蠕动。

所述的体外无线供能线圈2环绕人体设置，使振动胶囊1能够准确捕获能量，保证电量的充足供应。

如图2所示，所述的振动胶囊1包括：外壳4、设置于外壳4内的振动模块5、控制电路模块6、电源模块7、无线能量接收模块8和磁控开关9，其中：磁控开关9位于外壳4的末端，并设置于控制电路模块6与电源模块7之间的通路上；控制电路模块6控制振动模块5的工作，无线能量接收模块8接收能量并传输给控制电路模块6。

所述的外壳4采用具有生物相容性和抗酸碱腐蚀性的材料加工制作，为胶囊状，两端光滑无锐角，便于吞服，避免突出结构对消化道内壁造成损伤，外壳4的密封设计防止消化道内的液体渗入到振动胶囊内部影响其正常工作。

所述的振动模块5为振动电机、振动马达或其他可产生振动的机构。

所述的振动模块5振动时，振动会传递到外壳4，实现振动胶囊1对胃肠道的刺激，并可缩短消化道内容物在消化道内通过时间。

所述的控制电路模块6包括：整流电路、稳压电路、电压检测电路、微处理器和振动模块驱动电路，其中：整流电路将感应得到的交流电能转换为直流电能，稳压电路对整流电路输出的直流电能依次进行滤波、稳压，并输出稳定的直流电能；电压检测电路机构检测稳压电路机构的输出电压；微处理器控制所述振动胶囊的工作状态，振动模块驱动机构驱动振动模块产生振动。

所述的控制电路模块采用双层印刷电路板制作。

所述的电源模块7为电池组。

由于所述的控制电路模块6采用低功耗设计并引入了休眠机制，因此电池组即可满足控制电路模块6所需电量。

如图3所示，所述的无线能量接收模块8包括：磁芯10和环绕磁芯10设置的三维线圈，其中：三维线圈成空间正交布置，从内向外依次为第一维线圈11、第二维线圈12和第三维线圈13。

所述的第一维线圈11、第二维线圈12和第三维线圈13采用绞合漆包线制作。

所述的磁芯10可提高无线供能的效率，三维线圈可实现全向全活动区域内的能量接收。

所述的无线能量接收模块8通过三维线圈感应外部磁场的变化，变化的磁场在三维线圈上产生感应电动势。

所述的磁控开关9为常闭开关，通过外部磁场使其处于断开状态；使用振动胶囊1时，撤去外部磁场，则磁控开关9自动闭合。

所述的体外无线供能线圈2为螺线管线圈对，在线圈内部形成匀强磁场，通过改变线圈中的电流方向进而获得交变的磁场。

所述的体外无线供能线圈2使用的导线为利兹线，导线外层包裹有绝缘层，以避免导线之间摩擦而受损，同时也增加导线的硬度以便于使用。

所述的体外驱动器3包括：体外微处理器、驱动电路、逆变电路、谐振电容和可调电感，其中：谐振电容和可调电感与所述体外无线供能线圈2构成LC谐振电路，体外微处理器将产生的特定频率的方波信号经过逆变后传输至驱动电路，并将输入的直流电流变为LC回路中的交流电流，通过调节可调电感可以使LC回路保持在谐振状态。

所述的体外驱动器3通过改变加载在体外无线供能线圈2上的驱动电压方向，使线圈中产生交变的电场，进而产生交变的磁场，并可改变交变磁场的频率和磁场强度，以适应不同的工作环境。

振动胶囊1被吞服前，撤消其外部磁场使磁控开关9闭合，电源模块7与控制电路模块6接通，振动胶囊1进入休眠状态，电压检测电路机构对稳压电路的输出电压进行监测。当无体外无线供能线圈2供能时，电压检测电路检测到的是低电压，此时振动胶囊1处于休眠状态；反之，无线能量接收模块8将接收到交变的电能，通过整流电路和稳压电路进行整流稳压后输出，此时电压检测电路检测到高电压，微处理器被激活，通过控制电路模块6的振动模块驱动电路驱动振动模块5产生振动。

停止无线供能时，电压检测电路机构检测到低电压，控制电路模块6停止驱动振动模块5，振动停止，同时控制电路模块6再次进入休眠状态，并监控所述的稳压电路机构的输出电压。

使用者需要根据医生的建议，在适当的时间激活体外无线供能系统，以便使振动胶囊1的振动规律与人体正常生理状态下胃肠道的运动规律相接近。

本实施例通过无线供能的方式向体内的振动胶囊1提供电能，使振动胶囊1不再受到能量的制约。通过使用者的操作，可以使振动胶囊1的振动规律与正常状态下的胃肠道蠕动规律相接近，从而可以逐步改善胃肠运动功能，为功能性胃肠疾病患者，特别是功能性便秘患者，提供了一种主动式物理治疗方案，具有较好的治疗效果。

同时，本实施例还可以应用于其他类型的消化道运动异常患者，并可用于肥胖患者，加快其胃肠道食物的通过速度，减少使用者对食物中能量的吸收，以达到减肥治疗的目的。

Claims (2)

1.一种基于无线供能的振动胶囊系统，其特征在于，包括：振动胶囊、体外无线供能线圈和体外驱动器，其中：体外无线供能线圈环绕人体设置，体外驱动器激励体外无线供能线圈，产生交变电磁场，向体内的振动胶囊提供能量，使振动胶囊产生振动；

所述的振动胶囊包括：外壳、设置于外壳内的至少一个振动模块、控制电路模块、电源模块、无线能量接收模块和磁控开关，其中：磁控开关位于外壳的末端，磁控开关设置于控制电路模块与电源模块之间的通路上；控制电路模块控制振动模块的工作，无线能量接收模块接收能量并传输给控制电路模块；

所述的控制电路模块包括：整流电路、稳压电路、电压检测电路、微处理器和振动模块驱动电路，其中：整流电路将感应得到的交流电能转换为直流电能，稳压电路对整流电路输出的直流电能依次进行滤波、稳压，并输出稳定的直流电能；电压检测电路检测稳压电路的输出电压；微处理器控制所述振动胶囊的工作状态，振动模块驱动电路驱动振动模块产生振动；

所述的无线能量接收模块包括：磁芯和环绕磁芯设置的三维线圈，其中：三维线圈成空间正交布置，从内向外依次为第一维线圈、第二维线圈和第三维线圈；

所述的振动模块采用振动电机；

所述的体外无线供能线圈为螺线管线圈对；

所述的体外驱动器包括：体外微处理器、驱动电路、逆变电路、谐振电容和可调电感，其中：谐振电容和可调电感与所述体外无线供能线圈构成LC谐振电路，体外微处理器将产生的特定频率的方波信号经过逆变后传输至驱动电路，并将输入的直流电流变为LC回路中的交流电流，可调电感进行调节使LC回路保持在谐振状态。

2.根据权利要求1所述的振动胶囊系统，其特征是，所述的电源模块为电池组。