CN106725259A

CN106725259A - 一种医用电子胶囊

Info

Publication number: CN106725259A
Application number: CN201611188010.8A
Authority: CN
Inventors: 庄永河; 张崎; 李鸿高; 尚玉凤; 谈敏; 仲正; 周婷
Original assignee: CETC 43 Research Institute
Current assignee: CETC 43 Research Institute
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明涉及一种医用电子胶囊，包括外壳、设于外壳内部的元器件支架及设于无源器件支架上的控制系统，所述元器件支架由多个基板堆叠构成，相邻基板之间具有间隙，且相邻基板之间通过连接板相互导通、固定，所述外壳内设有向控制系统供电的电源装置。本发明通过元器件表面贴装或内埋，不仅减小了医用电子胶囊的体积，还实现了高低频分离设计、热设计等要求，便于实现智能胶囊系统的模块化、标准化、平台化，利用基板堆叠等结构连接可以减小体积，灵活设计。

Description

一种医用电子胶囊

技术领域

本发明涉及微系统集成应用技术领域，具体涉及一种医用电子胶囊。

背景技术

传统消化道病患在接受胃镜肠镜检查的同时，也伴随着吞咽导线、人工插入式内镜检查等带来的痛苦和心理折磨。同时由于传统内镜的局限性，小肠疾病一直成为消化系疾病临床诊断的“盲区”。随着目前医疗技术不断进步，体内介入检查与治疗医学技术，迫切地需要一种与普通胶囊体积相当的智能化微型数据采集通信系统，可通过病人吞咽进入消化道，让医生进行实时临床医学检查、诊断和治疗。

替代胃窥镜的医用电子胶囊，国内已初步开始使用，但体积尺寸较大，世界上最小的医用电子胶囊为2008年日本长野市RF系统实验室Sayaka胶囊（直径9mm，长度23mm）内窥镜，进行消化道可视化检测，功能较为单一。实现功能复杂、灵活，体积尺寸是胶囊的制约瓶颈，因此需要一种结构和工艺实现方法，可实现胶囊搭载温度、酸碱度、图像等多种传感器。该封装需要包含传感器、信号采集、信号处理、信号无线发射、电源供电等模块，需要解决模块工艺兼容、高密度布线与组装、高低频串扰等关键问题。利用传统的封装技术采用传感器加分立元件PCB结构方案，在这么小的体积尺寸内难以实现，完成这些功能需要大约乒乓球大小尺寸，人难以吞服。国外采用SOC（片上集成）技术，实现了初步功能，但由于技术瓶颈，很难实现射频、处理、传感很好的工艺兼容，所以往往性能指标欠佳，只能为医生提供有限参考。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医用电子胶囊，利用基板堆叠等结构连接，可以减小胶囊体积，通过系统集成的方式实现很好的元件工艺兼容性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种医用电子胶囊，包括外壳、设于外壳内部的元器件支架及设于无源器件支架上的控制系统，所述元器件支架由多个基板堆叠构成，相邻基板之间具有间隙，且相邻基板之间通过连接板相互导通、固定，所述外壳内设有向控制系统供电的电源装置。

所述元器件支架由第一基板、设于第一基板上方的第二基板及设于第一基板下方的第三基板组成，所述连接板与第一基板相垂直设置，所述第三基板的长度大于第一基板的长度。

所述控制系统包括传感器电路、控制电路和射频电路，所述传感器电路、控制电路和射频电路内埋于基板的内部或贴装于基板的表面。

所述传感器电路包括传感器、匹配放大模块及模数转换模块，所述传感器的输出端与匹配放大模块的输入端相连，其输出端与模数转换模块相连，模数转换模块的输出端与控制电路的输入端相连。

所述控制电路包括电源变换模块、电源控制模块和数字处理模块，所述电源变换模块的输入端与电源控制模块的输出端相连，其输出端与数字处理模块的输入端相连，数字处理模块的输入端为控制电路的输入端，数字处理模块的输出端为控制电路的输出端。

所述射频电路包括蓝牙接口模块、射频匹配模块及天线，所述蓝牙接口模块的输入端为射频电路的输入端，其输出端经射频匹配模块与天线相连接。

所述天线贴装于基板的表面。

所述传感器贴装于基板的表面。

由上述技术方案可知，本发明所述的医用电子胶囊，元器件支架采用LTCC作为基材，利用基板堆叠等结构构成的元器件支架，将元器件通过表面贴装或内埋方式设置在胶囊外壳内的元器件支架上，不仅减小了胶囊的体积，还实现了高低频分离设计、热设计等要求，便于实现智能胶囊系统的模块化、标准化、平台化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制系统的内部框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的医用电子胶囊，包括外壳9、设于外壳9内部的元器件支架1及设于无源器件支架1上的控制系统7，元器件支架1由多个基板堆叠构成，具体基板有多少层，可根据实际电路图进行设定，相邻基板之间具有间隙，且相邻基板之间通过连接板4相互导通、固定，外壳9内设有向控制系统7供电的电源装置5。该外壳9采用医用塑料，电路基板采用包含有图形、内埋、腔体的LTCC材料，实现电气互连。

本实施例元器件支架1采用三层基板构成，分别为第一基板11、设于第一基板11上方的第二基板12和设于第一基板下方11的第三基板13，连接板4与第一基板11相垂直设置，以增加基板与基板之间的空间，方便基板两侧贴装元器件，第三基板13的长度大于第一基板11的长度。在第一基板11、第二基板12和第三基板13的内可埋电阻电容等无源元器件，该传感装置10可为温度、加速度计等，天线733可设计于基板表层，处理器等电子元器件可焊接或粘接表面贴装，供电可采用电池或无线供电线圈。各类电子元器件可以通过封装上提供的组装位置高精度粘接或焊接在各部分基板上。

如图2所示，胶囊控制系统7的电路，包括传感器电路71、控制电路72和射频电路73，传感器电路71、控制电路72和射频电路73可内埋于基板的内部或贴装于基板的表面。传感器电路71包括传感器711、匹配放大模块712及模数转换模块713，传感器711的输出端与匹配放大模块712的输入端相连，其输出端与模数转换模块713相连，模数转换模块713的输出端与控制电路72的输入端相连。控制电路72包括电源变换模块721、电源控制模块722和数字处理模块723，电源变换模块721的输入端与电源控制模块722的输出端相连，其输出端与数字处理模块723的输入端相连，数字处理模块723的输入端为控制电路72的输入端，数字处理模块723的输出端为控制电路72的输出端。射频电路73包括蓝牙接口模块731、射频匹配模块732及天线733，蓝牙接口模块731的输入端为射频电路73的输入端，其输出端经射频匹配模块732与天线733相连接。本实施例天线733可贴装于第一基板11的上侧面，以方便信号的接收和发送，传感器711安装于第三基板的上表面。

控制系统7的工作原理：传感器711接收到温度、PH值、视频等信号，通过匹配放大模块712转换为模拟电信号，通过模数转换模块713转换为数字信号，提供给数字处理器处理；处理后数据通过蓝牙接口模块731向外射频传输，经过巴伦射频匹配模块732，再经宽带天线733进行无线发射；电源控制模块722控制电源变换模块721的开启和休眠，为数字处理模块723、蓝牙接口模块731及模数转换模块713供电。

通过系统集成SiP的方法，实现传感器、电路、电源等多种模块制造工艺兼容，从时间周期、应用灵活度、研制成本上优于片上集成（SOC）方案。本发明可以作为微小系统设计制造的共性技术平台。采用LTCC作为基材，高密度制造，元器件表面贴装或内埋，不仅减小了体积，还实现了高低频分离设计、热设计等要求，便于实现智能胶囊系统的模块化、标准化、平台化，利用基板堆叠等结构连接可以减小体积，灵活设计。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种医用电子胶囊，其特征在于：包括外壳（9）、设于外壳（9）内部的元器件支架（1）及设于无源器件支架（1）上的控制系统（7），所述元器件支架（1）由多个基板堆叠构成，相邻基板之间具有间隙，且相邻基板之间通过连接板（4）相互导通、固定，所述外壳（9）内设有向控制系统（7）供电的电源装置（5）。

2.根据权利要求1所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述元器件支架（1）由第一基板（11）、设于第一基板（11）上方的第二基板（12）及设于第一基板下方（11）的第三基板（13）组成，所述连接板（4）与第一基板（11）相垂直设置，所述第三基板（13）的长度大于第一基板（11）的长度。

3.根据权利要求1所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述控制系统（7）包括传感器电路（71）、控制电路（72）和射频电路（73），所述传感器电路（71）、控制电路（72）和射频电路（73）内埋于基板的内部或贴装于基板的表面。

4.根据权利要求3所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述传感器电路（71）包括传感器（711）、匹配放大模块（712）及模数转换模块（713），所述传感器（711）的输出端与匹配放大模块（712）的输入端相连，其输出端与模数转换模块（713）相连，模数转换模块（713）的输出端与控制电路（72）的输入端相连。

5.根据权利要求3所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述控制电路（72）包括电源变换模块（721）、电源控制模块（722）和数字处理模块（723），所述电源变换模块（721）的输入端与电源控制模块（722）的输出端相连，其输出端与数字处理模块（723）的输入端相连，数字处理模块（723）的输入端为控制电路（72）的输入端，数字处理模块（723）的输出端为控制电路（72）的输出端。

6.根据权利要求3所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述射频电路（73）包括蓝牙接口模块（731）、射频匹配模块（732）及天线（733），所述蓝牙接口模块（731）的输入端为射频电路（73）的输入端，其输出端经射频匹配模块（732）与天线（733）相连接。

7.根据权利要求6所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述天线（733）贴装于基板的表面。

8.根据权利要求4所述的医用电子胶囊，其特征在于：所述传感器（711）贴装于基板的表面。