CN109259715A - 集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成交互功能的内镜磁引导控制装置，包括：外壳、承载模块、功能单元支撑体模块、人机交互模块、运动执行模块、外部磁体、支撑床模块和控制模块；人机交互模块包括：设置在所述外壳上与所述控制模块的对应接口相连的第一显示单元、第二显示单元和操控手柄。该内镜磁引导控制装置集成有人机交互功能，通过对被检测者相关信息(包括身高、体重、性别、年龄、地域、胸围、腰围、臀围等)的输入，匹配一种最接近被检测者本身的人体消化道尺寸示意图，并通过在示意图实时显示胶囊内镜和外部磁体相对人体消化道的位置姿态，为操作人员提供参考，降低操作难度，并能结合图像信息，提高病变部位定位的准确度。

Description

集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置

技术领域

发明涉及一种控制装置，具体涉及一种集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，属于医疗器械领域。

背景技术

目前传统结肠镜的操作一般需要丰富的操作经验才能完成，而病变部位的定位也主要依靠操作医师的评估和经验，存在一定的误差；胶囊内镜的出现，有助于减轻患者在检查过程中的痛苦，但无论是跟随胃肠道蠕动的被动式移动，或者磁引导情况下的主动式移动，胶囊内镜的控制都比较复杂，都需要操作人员具备一定的操作经验和技巧，评估胶囊内镜相对于消化道内部的准确位置和姿态都有难度，交互控制功能不够便捷；另外，当操作人员进行活检操作时，由于检测床体的体积巨大或位置固定，需要被检测者调整一个合适的角度都比较困难。因此，需要提供一种交互功能更加强大的内镜控制装置，以达到交互方便、操作简单、检查效率高的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种集成交互功能的内镜磁引导控制装置，通过提供人体消化道模型，实时显示胶囊内镜、外部磁体相对人体消化道的位置和姿态信息，为操作人员提供实时参考，有助于操作人员即时评估胶囊内镜在人体消化道内部的位置和姿态，提高对体内胶囊内镜的控制，提高工作效率，降低操作难度。

所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置包括：外壳、承载模块、功能单元支撑体模块、人机交互模块、运动执行模块、外部磁体、支撑床模块和控制模块；所述胶囊内镜中设置有磁体，

所述支撑床模块用于承载体内有所述胶囊内镜的被检测者；所述胶囊内镜通过线缆或无线的方式与所述控制模块相连，将检测过程中所拍摄的图像实时反馈给控制模块；

所述功能单元支撑体模块安装在承载模块，用于支撑所述运动执行模块，使所述运动执行模块位于被检测者待检测区域的上方；在所述承载模块内部集成有磁感应位置检测模块，所述磁感应位置检测模块通过磁场传感器检测所述胶囊内镜的位置和姿态，并反馈给控制模块；

所述外部磁体安装在所述运动执行模块上，所述运动执行模块在所述控制模块的控制下带动所述外部磁体运动，所述外部磁体与所述胶囊内镜中的磁体形成磁交互，通过所述外部磁体的运动带动所述胶囊内镜运动，调整所述胶囊内镜的位置和姿态；所述运动执行模块内部或末端设置有实时监测所述外部磁体位置和姿态的传感器，并将监测到的外部磁体位置和姿态反馈给控制模块；

所述外壳罩在所述功能单元支撑体模块以及承载模块的外部；

所述人机交互模块包括：设置在所述外壳上与所述控制模块的对应接口相连的第一显示单元、第二显示单元和操控手柄，所述控制模块将接收到的胶囊内镜在检测过程中所拍摄的图像实时发送给所述第一显示单元进行显示；所述控制模块能够依据通过所述人机交互模块输入的被检测者的相关信息，从包含消化道模型的人体模型数据库中匹配出最接近被检测者的包含消化道模型的人体模型，并发送给所述第二显示单元，所述第二显示单元通过图像显示该人体模型中的消化道模型；所述相关信息至少包括被检测者的性别、年龄、身高和体重；同时检测过程中所述控制模块将接收到的所述胶囊内镜的位置和姿态和所述外部磁体的位置和姿态发送给所述第二显示单元，在所述第二显示单元中与消化道模型一起显示出来；所述控制模块依据所述操控手柄输入的动作信息控制所述外部磁体运动。

有益效果：

(1)该内镜磁引导控制装置集成有人机交互功能，通过对被检测者相关信息(包括身高、体重、性别、年龄、地域、胸围、腰围、臀围等)的输入，匹配一种最接近被检测者本身的人体消化道尺寸示意图，并通过在示意图实时显示胶囊内镜和外部磁体相对人体消化道的位置姿态，为操作人员提供参考，降低操作难度，并能结合图像信息，提高病变部位定位的准确度，提高工作效率。

(2)通过设置旋转机构或滑轨机构使支撑床模块与功能单元支撑体模块之间可以进行小角度调整，使被检测者能够方便的调整到一个合适的角度进行检测，方便活检等操作。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为本发明的外部结构示意图；

图3为集成交互模块与床体旋转机构的胶囊内镜控制装置内部结构示意图；

图4为集成交互模块与床体旋转机构的胶囊内镜控制装置外部结构示意图；

图5为集成交互模块与功能单元支撑体模块旋转机构的胶囊内镜控制装置内部结构示意图；

图6为集成交互模块与功能单元支撑体模块旋转机构的胶囊内镜控制装置外部结构示意图。

其中：1-承载模块、2-功能单元支撑体模块、3-纵向连接杆、4-固定块、5-显示器支架连接块、6-显示器支架、7-第一显示单元A、8-运动执行模块、9-外部磁体、10-磁感应位置检测模块、11-外壳、12-操控手柄、13-辅助功能按键、14-第二显示单元、15-胶囊内镜、16-被检测者、17-支撑床模块、18-滚动机构、19-控制模块、20-中空旋转台、21-旋转台驱动电机、22-第一显示单元B、23-旋转床模块、25-导轨滑块、26-弧形导轨、27-外壳下部分、28-外壳上部分。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置。

如图1和图2所示，该胶囊内镜磁引导控制装置包括：承载模块1、功能单元支撑体模块2、人机交互模块、运动执行模块8、外部磁体9、磁感应位置检测模块10、外壳11、支撑床模块17和控制模块19。胶囊内镜15位于被检测者16体内，胶囊内镜15为内部设置有磁体的胶囊内镜。

承载模块1是整个装置的主要承载部分，在承载模块1内部集成有磁感应位置检测模块10，用于检测体内胶囊内镜15在被检测者16消化道内部的位置和姿态，再通过线缆或者无线的方式反馈给控制模块19，进而通过调整外部磁体9的位置和姿态，来提高对体内的胶囊内镜15的位置和姿态的控制。

功能单元支撑体模块2用于支撑运动执行模块8，功能单元支撑体模块2包括设置在承载模块1上的立柱，以及设置在立柱顶部由横梁和纵梁组成的矩形框架。本实施例中功能单元支撑体模块2包括竖直设置在承载模块1上的四根立柱，四根立柱两两一组分别设置在承载模块1的两端(纵向为被检测者16平躺的方向)。功能单元支撑体模块2的立柱与承载模块1之间通过螺纹紧固连接。磁感应位置检测模块10与功能单元支撑体模块2之间的公差尺寸可以满足高精度要求。

功能单元支撑体模块2顶部的矩形框架中间位置设置有纵向连接杆3，运动执行模块8通过固定块4固接在纵向连接杆3上，外部磁体9安装在运动执行模块8的末端。外部磁体9与被检测者16内部的体内的胶囊内镜15形成磁交互，可以通过对外部磁体9的驱动，来调整体内胶囊内镜15的位置和姿态。本实施例中运动执行模块8为可实现末端六自由度运动的机械臂，机械臂的六自由度分别为X、Y、Z三轴移动和绕X、Y、Z三轴旋转。其中垂直于承载模块1上端面所在平面的方向为Z向，承载模块1的纵向为Y向，横向为X向。

控制模块19安装在承载模块1的一侧，提供运动控制、数据通信、数据处理等功能，其中，控制模块19的数据通信功能为：通过线缆或者无线的方式与运动执行模块8连接进行运动指令的传输；与人机交互模块连接进行人机交互数据的传输；与磁感应位置检测模块10连接进行胶囊内镜15位置与姿态信息的传输；与胶囊内镜15连接，用于接收胶囊内镜15所拍摄的被检测者16消化道内的图像信息；与用于实时监测所述外部磁体9位置和姿态信息的传感器连接，进行外部磁体9的位置和姿态信息的传输；与各个显示模块连接进行所需显示数据的传输，还与网络连接进行人体模型信息的传输。运动控制功能为：通过线缆或者无线的方式与运动执行模块8相连，用于控制运动执行模块8的XYZ三轴直线移动和XYZ三轴转动，从而实现对外部磁体9的运动控制。控制模块19的数据处理功能为：当控制模块19接收到人机交互模块发送过来的被检测者16的相关信息(包括性别、年龄、身高、体重、胸围、腰围、臀围和地域等)后，从包含消化道模型的人体模型数据库中匹配出最接近被检测者16的包含人体消化道模型的人体模型，然后将包含消化道模型的人体模型示意图通过人机交互模块显示出来。该人体模型数据库可以为互联网上的开源人体医学数据库，也可以是合作医疗机构的人机消化道数据信息库，该人体模型数据库可以通过互联网连接实时进行数据交流，也可以提前下载到控制模块19内部的存储器中，随时进行数据取用；控制模块19的数据处理功能还包括将收集到的胶囊内镜15、外部磁体9的位置和姿态信息与人体模型的位置尺寸信息进行拟合，通过图形显示的方式一起进行实时显示，为操作人员对胶囊内镜15的控制进行参考；控制模块19的数据处理功能还包括为对接收到的被检测者16消化道内的图像信息进行图像去噪、三维重构等。

人机交互模块包括：操控手柄12、辅助功能按键13、第一显示单元A7和第二显示单元14，人机交互模块与控制模块19连接以进行数据传输。第二显示单元14为触控显示屏，通过与辅助功能按键13(辅助功能按键包括导航键、确定键、返回键、保存键等，能够满足操作者与设备之间的运动控制、图像设置、功能设定等交互操作)的配合操作，可以输入被检测者的相关信息，包括性别、年龄、身高、体重、胸围、腰围、臀围、地域，并把这些信息发送给控制模块19，然后将控制模块19反馈的包含消化道模型的人体模型中的消化道模型部分显示出来，同时第二显示单元14上还能实时显示通过控制模块19发送过来的胶囊内镜15的位置和姿态信息以及外部磁体9的位置和姿态信息，并通过图形的形式在与人体消化道模型示意图一起在第二显示单元14中显示出来，为操作人员提供参考，便于通过操控手柄12来控制运动执行模块8进行六个自由度的运动，通过操控手柄12进行运动控制时，控制模块19将通过操控手柄12输入的动作信息转化为运动指令，通过该运动指令控制运动执行模块8进行六个自由度的运动。第一显示单元A7用于实时显示控制模块19发送过来的胶囊内镜15所拍摄的被检测者16消化道内的图像信息；第一显示单元A7的安装方式为：在功能单元支撑体模块2顶部的纵向连接杆3上固定有显示器支架连接块5，显示器支架6一端与显示器支架连接块5铰接，另一端与第一显示单元A7上的连接件铰接，显示器支架6由两个相互铰接的连接杆组成，由此使得第一显示单元A7的位置和角度均可调，通过调整第一显示单元A7的角度和位置，便于操作人员及时观测体内胶囊内镜15所拍摄的消化道内的检测图像等内容。

整个装置的外部罩有外壳11(留出用于承载被检测者16的支撑床模块17的进出通道)，操控手柄12、辅助功能按键13和第二显示单元14均集成在外壳11上。第二显示单元14与控制模块19连接进行数据传输，可以通过控制模块19发送过来的信息实时显示人体模型示意图、以及在人体模型示意图中胶囊内镜15和外部磁体9相对人体胃肠道的位置姿态等信息。辅助功能按键13包括导航键、确定键、开始键、结束键、保存键、暂停键等，操控手柄12用于控制运动执行模块8的运动，由此通过与控制模块19的对应接口连接，就能通过辅助功能按键13、第二显示单元14与操控手柄12的操作对装置进行设定，不仅可以实现对运动执行模块8的运动控制，还可以对整个装置的功能进行设定，例如内镜拍摄图像的存储与回看，运动执行模块8的初始位置与运动参数设置等。

支撑床模块17用于向被检测者16提供平躺的支撑台，支撑床模块17的床面上设置有位置基准，以便被检测者16在躺入床面的时候，通过双肩、头部或者脚尖等部位与基准平齐，来确定被检测者16在床面上的位置，同时为被检测者16的人体位置、胶囊内镜5的位置姿态、外部磁体9的位置姿态建立参考坐标系的基点，提高人体模型示意图中胃肠道、胶囊内镜15、外部磁体9相对位置的准确性；支撑床模块17的上部床面与下部床体之间有滑动机构可以实现滑动，可以使床面通过滑动向外部延伸，便于被检测者16躺入，再通过床面的滑动，使被检测者16的待检区域完全进入内镜磁引导控制装置的工作范围，即支撑床模块17通过外壳11上的进出通道进入外壳内部，使运动执行模块8的位置与被检测者16的待检区域对应。支撑床模块17的底部有滚动机构18，方便支撑床模块17的移动，同时在检测的过程中，可以通过滚动机构18即时调整在水平面内支撑床模块17相对于承载模块1的角度，使操作者在检查过程中，方便、高效地对操控手柄12或者辅助操作按键13进行操控。

实施例2：

如图3和图4所示，在上述实施例1的基础上，本实施例中集成交互功能的磁引导内镜控制装置还包括：中空旋转台20和旋转台驱动电机21，此时的支撑床模块17为旋转床模块23。

中空旋转台20的底座通过螺纹固定在承载模块1的上表面，中空旋转台20内部通过大型轴承安装有一个大型的中空齿轮，中空齿轮的轴线垂直于承载模块1的上表面；中空齿轮通过轴承支撑在中空旋转台20上，可以绕其轴线转动，旋转台驱动电机21安装在中空旋转台20的一侧边缘处，同轴固接在旋转台驱动电机21输出轴上的齿轮与中空齿轮啮合，由此通过旋转台驱动电机21的驱动，可以带动中空齿轮转动。旋转床模块23安装在中空旋转台20的中空齿轮上，可以通过旋转台驱动电机21的驱动，来调整旋转床模块23在水平面内与承载模块1纵向之间的夹角，便于操作人员进行操作。而且旋转床模块23的上床面和下部床体部分还有滑动机构，可以通过滑动机构的滑动，便于被检测者16躺入并顺利进入到装置的工作区域(装置壳体内部运动执行模块下方的区域为工作区域)。

此外，本实施例中人机交互模块中的第一显示单元B22也为集成式显示单元，集成于所述外壳11的外部面板的顶部，方便操作人员进行观测。

实施例3：

如图5和图6所示，与上述实施例1的区别在于，本实施例中为功能单元支撑体模块2与承载模块1之间增加了滑动机构，该滑动机构包括：导轨滑块25和弧形导轨26。

在承载模块1上端面横向的两端分别安装有弧形导轨26，两个弧形导轨26的结构相同，且内凹面相对，每个弧形导轨26上安装两个导轨滑块25，导轨滑块25可以沿着弧形导轨26进行滑动，导轨滑块25的滑动由电机驱动。功能单元支撑体模块2中每侧的两根立柱分别与对应侧的两个导轨滑块25通过螺纹紧固(每侧的两根立柱之间的距离小于弧形导轨26两端之间的距离，从而预留滑动空间)，由此能够通过导轨滑块25的滑动，带动功能单元支撑体模块2进行一定角度的转动。

本实施例中外壳11包括：外壳上部分28和外壳下部分27，外壳下部分27与承载模块1固定安装，在地面上固定放置形成固定部分；外壳上部分28与功能单元支撑体模块2进行固定安装，使其能够随着导轨滑块25沿弧形导轨26滑动，形成转动部分，由此使得外壳上部分28与外壳下部分27之间可以进行一定角度的旋转，一般不超过±30°。

本实施例中的支撑床模块17为固定结构，放置于装置的检测区域进行固定，为固定床模块29；而被检测者16躺在固定床模块29上面，因此在检测过程中，被检测者16的位置无需变化，就能为进行检测和活检操作的操作人员提供一个合适的角度进行操作；而且，运动检测模块10始终固定在承载模块1上面，在检测过程中，能够满足位置检测的精度要求。

此外，本实施例中人机交互模块中的第一显示单元B22也为集成式显示单元，集成于所述装置外壳11的外部面板的顶部，方便操作人员进行观测。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，所述胶囊内镜(15)中设置有磁体，其特征在于，所述胶囊内镜磁引导控制装置包括：外壳(11)、承载模块(1)、功能单元支撑体模块(2)、人机交互模块、运动执行模块(8)、外部磁体(9)、支撑床模块(17)和控制模块(19)；

所述支撑床模块(17)用于承载体内有所述胶囊内镜(15)的被检测者(16)；所述胶囊内镜(15)通过线缆或无线的方式与所述控制模块(19)相连，将检测过程中所拍摄的图像实时反馈给控制模块(19)；

所述功能单元支撑体模块(2)安装在承载模块(1)，用于支撑所述运动执行模块(8)，使所述运动执行模块(8)位于被检测者(16)待检测区域的上方；在所述承载模块(1)内部集成有磁感应位置检测模块(10)，所述磁感应位置检测模块(10)通过磁场传感器检测所述胶囊内镜(15)的位置和姿态，并反馈给控制模块(19)；

所述外部磁体(9)安装在所述运动执行模块(8)上，所述运动执行模块(8)在所述控制模块(19)的控制下带动所述外部磁体(9)运动，所述外部磁体(9)与所述胶囊内镜(15)中的磁体形成磁交互，通过所述外部磁体(9)的运动带动所述胶囊内镜(15)运动，调整所述胶囊内镜(15)的位置和姿态；所述运动执行模块(8)内部或末端设置有实时监测所述外部磁体(9)位置和姿态的传感器，并将监测到的外部磁体(9)位置和姿态反馈给控制模块(19)；

所述外壳(11)罩在所述功能单元支撑体模块(2)以及承载模块(1)的外部；

所述人机交互模块包括：设置在所述外壳(11)上与所述控制模块的对应接口相连的第一显示单元、第二显示单元和操控手柄(12)，所述控制模块(19)将接收到的胶囊内镜(15)在检测过程中所拍摄的图像实时发送给所述第一显示单元进行显示；所述控制模块(19)能够依据通过所述人机交互模块输入的被检测者(16)的相关信息，从包含消化道模型的人体模型数据库中匹配出最接近被检测者(16)的包含消化道模型的人体模型，并发送给所述第二显示单元(14)，所述第二显示单元(14)通过图像显示该人体模型中的消化道模型；所述相关信息至少包括被检测者(16)的性别、年龄、身高和体重；同时检测过程中所述控制模块(19)将接收到的所述胶囊内镜(15)的位置和姿态和所述外部磁体(9)的位置和姿态发送给所述第二显示单元(14)，在所述第二显示单元(14)中与消化道模型一起显示出来；所述控制模块(19)依据所述操控手柄(12)输入的动作信息控制所述外部磁体(9)运动。

2.如权利要求1所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述运动执行模块(8)在所述控制模块的控制下带动所述外部磁体(9)进行空间六自由度的运动，所述空间六自由度的运动分别为沿X、Y、Z三个方向的移动和绕X、Y、Z三个方向的转动，其中Z向为垂直于支撑床模块(17)所在平面的方向，X向和Y向分别为所述支撑床模块(17)的横向和纵向。

3.如权利要求1或2所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述第一显示单元和/或第二显示单元(14)通过位置和角度可调支架与所述外壳或功能单元支撑体模块(2)相连。

4.如权利要求1所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述支撑床模块(17)通过旋转机构支撑在所述承载模块(1)上，所述旋转机构用于带动所述支撑床模块(17)在其自身所在平面内的设定角度范围内转动。

5.如权利要求4所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述旋转机构包括：中空旋转台(20)和旋转台驱动电机(21)；

所述中空旋转台(20)固定在所述承载模块(1)的上表面，所述中空旋转台(20)内部通过轴承支撑有中空齿轮，所述中空齿轮的轴线垂直于承载模块(1)的上表面；所述中空齿轮与同轴固接在旋转台驱动电机(21)输出轴上的齿轮与中空齿轮啮合；所述支撑床模块(17)安装在所述中空齿轮上。

6.如权利要求1所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述功能单元支撑体模块(2)通过滑动机构与所述承载模块相连，所述滑动机构用于带动所述功能单元支撑体模块(2)相对所述支撑床模块(17)在设定角度范围内转动。

7.如权利要求6所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，该旋转机构包括：导轨滑块(25)和弧形导轨(26)；

在所述承载模块(1)上端面横向的两端分别安装有弧形导轨(26)，两个弧形导轨(26)的结构相同，且内凹面相对，每个弧形导轨(26)上安装一个以上与其滑动配合的导轨滑块(25)，所述导轨滑块(25)的滑动由电机驱动；所述功能单元支撑体模块(2)底部的两端分别与两侧弧形导轨(26)上的导轨滑块(25)固接；

所述外壳(11)包括：与所述功能单元支撑体模块(2)固接能够跟随其转动的外壳上部分(28)以及与所述承载模块(1)固接的外壳下部分(27)。

8.如权利要求1、2、4或6所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，在所述控制模块(19)内预存有包含消化道模型的人体模型数据库或所述控制模块(19)通过网络从包含消化道模型的人体模型数据库中匹配出最接近被检测者(16)的人体模型。

9.如权利要求1、2、4或6所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述支撑床模块(17)包括通过滑动机构滑动配合的上床面和下部床体，固定安装于所述承载模块(1)上面或独立支撑在地面上。

10.如权利要求1、2、4或6所述的集成交互功能的胶囊内镜磁引导控制装置，其特征在于，所述控制模块(19)安装在所述承载模块(1)内部或单独放置于所述承载模块(1)外部的控制柜中。