CN110916600A - 可自动分离、组合的胶囊内窥镜 - Google Patents

Abstract

一种可分离组合的胶囊内窥，包括第一本体和第二本体，第一本体和第二本体通过相互配合的电连接件实现电连接，且两者通过电磁铁磁力组合或分离。通过组合完成胶囊内窥镜拍照功能，通过分离可以避免消化道卡滞，完成不同的采集任务，同时在特殊情况下两个本体能够分别提供不同照明范围的照明光源，避免光照死角。

Description

可自动分离、组合的胶囊内窥镜

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及胶囊内窥镜装置。

背景技术

现有胶囊内窥镜尺寸虽然已经做到很小，但是在消化道某些狭窄区域还是会发生卡滞，导致胶囊内窥镜无法顺利通过消化道。大部分卡滞再经过一定时间都会消除，例如临床在1-2天内胶囊内窥镜都可以自行排出体外，但某些卡滞还是会延续较长时间。并且由于卡滞，胶囊内窥镜的工作目标难以按时完成。

为了解决上述问题，现有技术中提出了可伸缩的胶囊内窥镜。但可伸缩空间毕竟有限，因此解决卡滞问题效果并不佳。如果提高可伸缩空间又会带来胶囊内窥镜中的放置元件的空间减小，影响胶囊内窥镜的配置。

另外，现有胶囊内窥镜通常独立完成任务，这使得某些需要配合完成的项目无法开展，采集效果不佳。如果采用吞入多个胶囊内窥镜的方式，又会给用户带来痛苦和成本的增加。

现有技术中也有一些可分离、组合的机械装置，但这些装置并不适合应用于体内环境，不适合应用于胶囊内窥镜装置中，且分离、组装较为复杂，时间长，操作要求高。

因此，本领域急需解决以下问题：①能够解决卡滞问题，②适合体内环境使用，③能够提高采集效果。

发明内容

基于上述问题，本申请提出了一种胶囊内窥镜装置，具体包括：

第一本体和第二本体，

其中第一本体具有透明头部壳体、第一图像采集装置、第一控制电路、无线发射装置、第一电容、第一电磁铁、第一电连接构件；

第二本体内具有磁力感应线圈、第二控制电路、第二电容、第二电磁铁、第二电连接构件；

第一本体与第二本体相连接的底面还具有透明外壳，透明外壳对应的本体内部设置有对准图像采集设备，对准图像采集设备用于采集第二本体的顶部图像；

第二本体与第一本体相连接的顶面还具有多个指示光源，多个指示光源分别设置于透明外壳内；

第一电连接构件为环形凹槽，分为正极凹槽和负极凹槽，第二电连接构件为凸起，凸起的俯视截面为环形的一段；

第一控制电路控制第一电容向第一电磁铁供电，从而使得第一电磁铁产生磁力；

第二控制电路将磁力感应线圈或第二电容，从而使得它们任意之一的电能传输至第二电磁铁，从而使得第二电磁铁产生磁力；

第二本体内的磁力感应线圈用于接收外部电磁场，从而产生工作电流，第二控制电路将磁力感应线圈产生的电能分配至第二电连接构件，从而向第一本体供电。

特别的，第二控制电路将多余电能分配存储于第二电容。

特别的，在第二本体顶面的第二电连接构件的两边分别设置指示光源。

特别的，第二电连接件的顶部涂黑，从而在该区域形成一个暗点，与其两端的指示光源形成明显对比。

特别的，第一电磁铁中的电流的函数关系式为：

其中a、b、c、d为经验系数。x为两个本体之间的距离，I₀为标准电流大小。

特别的，在分离状态下，第一本体中照明光源照亮第一区域，第二本体上的照明光源照亮第二区域，且第二区域部分包含于第一区域内。

特别的，第二本体上的照明光源为红外波段。

一种胶囊内窥镜分离方法，对所述胶囊内窥镜第一本体和第二本体进行分离。

一种胶囊内窥镜组合方法，对所述胶囊内窥镜第一本体和第二本体进行组合。

一种医疗设备，包括所述胶囊内窥镜。

发明点及技术效果

1、通过胶囊内窥镜第一本体和第二本体实现相互分离，在胶囊内窥经在消化道卡滞时能够缩小体积分别通过，避免卡滞带来的影响。同时通过第一本体和第二本体的光源配合照明，使得采集图像更加丰富、质量更高。

2、通过电磁铁控制胶囊内窥镜第一本体和第二本体分离和组合，不仅连接牢固，并且分离更加容易，且控制更加方便、精确。使得在体内更容易操作实现，无需复杂结构，体积小，配重平衡。

3、通过优化电磁铁控制，避免在体内组装时损坏内窥镜，且可以缩短组装时间。

4、通过指示光源提高在体内组合的精度和速度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是胶囊内窥镜整体组合结构示意图

图2是胶囊内窥镜整体分离结构示意图；

图3是胶囊内窥镜第一本体底面示意图；

图4是胶囊内窥镜第二本体顶面示意图；

图5是指示光源结构示意图。

具体实施方式

装置结构

胶囊内窥镜包括第一本体1和第二本体2，其中第一本体具有透明头部壳体、第一图像采集装置、第一控制电路、无线发射装置、第一电容、第一电磁铁11、第一电连接构件12；第二本体内具有磁力感应线圈、第二控制电路、第二电容、第二电磁铁12、第二电连接构件22。

其中，第一本体的透明头部壳体为半球形，其内设置有第一图像采集装置，用来采集消化道内图像。第一控制电路分别与图像采集装置和无线发射装置连接，控制图像采集装置的图像采集动作，同时将图像采集装置采集到的图像发送至无线发射装置，并最终发射至体外接收装置。第一电容通过第一控制电路与第一电磁铁连接，第一控制电路控制第一电容向第一电磁铁供电，从而使得第一电磁铁产生磁力。

第二本体内的磁力感应线圈用于接收外部电磁场，从而产生工作电流。第二控制电路将磁力感应线圈产生的电能分配至第二电连接构件，从而向第一本体供电。同时第二控制电路将多余电能分配存储于第二电容。第二控制电路将磁力感应线圈或第二电容，从而使得它们任意之一的电能传输至第二电磁铁，从而使得第二电磁铁产生磁力。

卡扣、螺纹等分离组合方式，在体内狭小且无法直接操作的环境下不仅控制复杂，机械实现难度也较高，这也制约了分离组合式胶囊内窥镜的发明。而且无论通常可分离组装的部件都需要可动部件构成，例如卡扣需要移动才能卡在卡槽内，公母螺纹需要相对转动才能配合。这种可动部件在其他装置中容易实现，但在胶囊内窥镜这种微小设备中难以实现，会导致胶囊体积增大。并且可动部件在运动、碰撞过程中极易损坏，这也使得其难以应用于胶囊内窥镜中。因此，本发明采用电磁铁的组合、分离方式解决了上述问题。特别的，第一电磁铁和第二电磁铁也实现了对第一本体和第二本体的配重，使得整个胶囊内窥镜配重平衡。而如果采用其他分离的方式，可动部件通常位于其中一个本体中，相应驱动装置(电机)也位于该本体中，则会导致配重不平衡。

第一电连接构件为环形凹槽，分为正极凹槽和负极凹槽。第二电连接构件为凸起，凸起的俯视截面为环形的一段。凹槽和凸起两者相互配合形成稳定的电连接关系，从而使得第二本体中产生的电能能够传输至第一本体中。虽然图示中两者尺寸较大，但这只是为了更清楚地在图中示出。实际上第一电连接构件的凹陷深度并不需要很大，同理第二电连接构件的凸起也不需要很高。这样可以提高第一本体和第二本体表面的光滑度，防止卡滞。

通常电能通过控制电路控制可直接用于第一本体中的各个元件，同时，还向第一本体中的第一电容进行充电，以保证分离时第一本体具有足够电能。

在第一本体和第二本体由分离状态进行组合时，第一电磁铁靠近第二本体的方向产生磁场为N级，第二电磁铁靠近第一本体的方向产生的磁场为S级，从而两者可以紧密吸引在一起。在吸引过程中，第二电连接构件插入第一电连接构件中，完成两者电连接。

在第一本体和第二本体由组合状态进行分离时，第一电磁铁靠近第二本体的方向产生磁场为N级，第二电磁铁靠近第一本体的方向产生的磁场为N级，从而两者可以相斥分离。在分离过程中，第二电连接构件从第一电连接构件中滑出，完成两者电分离。两个电磁铁位置对应设置，保证第一本体和第二本体轴向对齐吸引。

第一本体与第二本体相连接的底面还具有透明外壳，透明外壳对应的本体内部设置有对准图像采集设备13。对准图像采集设备用于采集第二本体的顶部图像，从而辅助第一、第二本体进行对准组装。同时，也可以在组装完成后，判断是否安装到位。对准图像采集设备与第一控制电路连接，将采集到的图像发送至第一控制电路，并由第一控制电路通过无线发射装置发送至外部接收装置，例如上位机。从而使得操作人员可以方便操作两个本体，使得组装过程更加快捷。

第二本体与第一本体相连接的顶面还具有多个指示光源，多个指示光源分别设置于透明外壳内。指示光源由下至上依次设置LED芯片231、会聚透镜232、减光层233、匀光层234、光栅层235。其中LED芯片用于发射指示光；会聚透镜用于将指示光会聚，形成平行出射光；减光层用于减弱光强；匀光层用于提高光斑均匀性；光栅用于产生微尺寸光斑。通常的指示光源发光强度较高、光源光斑面积较大，这在大尺寸零件对齐是可行的。但对于小尺寸的胶囊内窥镜而言，这种对准不准确，导致组装时间变长。这是由于，首先通常光源光斑面积较大，对准精度自然会下降。通常使用透镜进行光斑会聚，但这样会导致光斑密度急剧增高，从而在接收的相机镜头中产生眩光效应，反而使得无法准确采集到光斑大小，也就无法精确定位光斑位置。本发明提出了在设置会聚透镜的基础上增加光栅从而产生微尺寸光斑，同时为了避免产生眩光效应，设置了减光层，将光强大幅度降低。这在一般技术人员传统观念中是不可想象的。指示光源通常要明亮才行，这是本领域的技术偏见。但由于在内窥镜组装过程中，本发明控制第一本体和第二本体的上的光源全部关闭，因此没有任何环境光，此时指示光源只需要很弱的光即可非常好地完成指示功能，同时没有眩光情况发生。因此，这也是本发明的发明点之一。虽然图示中指示光源为圆形，但优选其可以为十字型，便于定位和大小比较。这只需要调整光栅形状即可。

同时，指示光源的分布是经过优化的，在第二本体顶面的第二电连接构件的两边分别设置指示光源，且两个指示光源与第二电连接构件的圆心在同一直线上。并且为了方便识别和采集，第二电连接件的顶部涂黑，从而在该区域形成一个暗点，与其两端的指示光源形成明显对比，提高识别率。这也是为了提高组装效率的改进方式之一。

组装方法

在一些场合，本体1和本体2并未组合在一起。例如胶囊微透镜在使用前，本体1和本体2是分开放在盒子里的。在使用时可以手动直接将两者组合在一起，然后再口服吞下。虽然胶囊内窥镜整体体积很小，但是某些患者吞咽依然有困难，给患者带来心理压力。而且在消化道内，胶囊内窥镜可能会卡滞，在这种情况下需要将本体分离，分别通过消化道卡滞区，但之后仍然需要组装。另外，本体1虽然具有自身照明，但是有时需要高会聚光照明，或者需要特殊波长照明，此时需要本体2进行配合照明，也需要两者分离，在完成该采集后，两者还可能需要组合进行工作。因此，无论在体内或体外，本体1和本体2均需要分离和组合。

因此，在本体1和本体2分离状态下，此时如果两者距离较远，先控制外部磁场，使得两者运动至较为接近的位置，如果两者距离较近则不需该步骤。第一、二控制电路分别控制第一电磁铁和第二电磁铁，使得第一电磁铁无磁性或与第二电磁铁同极性(第一电磁铁下部和第二电磁铁上部)或两者均无磁性。此时由于两个电磁铁不相吸引或相互排斥，因此本体1和本体2处于分离状态。在需要组合时，需要以下步骤：

(1)操作者通过外部磁场控制第一本体1和第二本体2的位置，使得两者距离接近。

(2)第一控制电路关闭本体1的照明光源；第二控制电路关闭本体2的照明光源。

(3)第二控制电路打开本体2的指示光源。

(4)第一本体1的对准图像采集装置开始采集图像，并将图像通过无线发射装置发送至外部设备，例如上位机中，供操作者观看。

(5)操作者根据对准图像采集装置采集的图像，观察第二本体2的指示光源的位置，并控制外部磁场控制第一本体1和第二本体2的姿态，使得对准图像采集装置采集到的指示光源的位置位于视野中的预定位置，即只需要进行粗对准即可。

(6)第一控制电路打开第一电磁铁，控制第一电磁铁靠近底部位置为N极。第二控制电路打开第二电磁铁，控制第二电磁铁靠近顶部的位置为S极，从而本体1的底部和本体2的顶部吸引在一起，自动完成精确对准组装。

(7)对准图像采集装置根据采集到的指示光源的位置及尺寸大小是否与预定位置和大小一致，判断是否完成组装。

在一些简便操作中，由于第一本体1和第二本体2距离很近，因此第一控制电路打开第一电磁铁，控制第一电磁铁靠近底部位置为N极；第二控制电路打开第二电磁铁，控制第二电磁铁靠近顶部的位置为S极，本体1的底部和本体2的顶部就会吸引在一起。此时第二控制电路打开本体2的指示光源，对准图像采集装置根据采集到的指示光源的位置及尺寸大小是否与预定位置和大小一致，判断是否完成组装。

通常情况下，两个电连接构件为凸起和插孔的配合，这样电连接更为牢固。然而，根据上述组合过程可以发现，如果用现有的配合方式，本体1和本体2在磁力作用下相互吸引并不一定能保证凸起和插孔正好配合，并且，这种小部件的对准尤其困难。为了解决这一问题，加快组合的速度，本发明创造性地提出了，将第一本体上的第一电连接构件设置为环形凹槽状，环形凹槽分为正极凹槽和负极凹槽，两者相互电隔离，但一起在第一本体的底面构成环形凹槽。并且凹槽位置与第二电连接构件相对应，在磁力作用下两者互相吸引，第二电连接构件会插入凹槽中，并且第二电链接构件两极分别与第一电连接构件两极相连接。这里要指出的是，无需区分哪个是正极，哪个是负极，在控制电路中可以实现正负极的自动切换。这样，就无需对本体1、2进行精确操控，仅凭磁力作用就可以将两者准确对准、组装，极大提高了操作方便程度，减小了组装时间。并且由于第一电连接构件是两个半圆环形凹槽的设计，使得无论第二电连接构件以何种滚动姿态均可以插入，无需调整滚动姿态。

如果第二连接构建为球形或柱形凸起，那么其插入凹槽中后，第一电连接构件和第二电连接构件为点接触，其连接并不牢固，并不能提供对抗外力的支撑。尤其是本体1和2受到横向外力时，两个连接构件无法对抗横向外力，此时本体1和2容易受到横向外力而折断分离。因此，本发明创造性地提出了将第二电连接构件设置为俯视截面为环形的部分区域，并且形状与第一电连接构件完全配合。在这种情况下，第一电连接构件和第二电连接构件为面接触。此时即使本体1、2收到横向外力，第一电连接构件和第二电连接构件面接触(也可以看成是多点接触)会产生抵抗本体1和2折断的力，从而使得两者不会容易折断。这也是本发明的发明点之一。

在一些情况下，由于需要第一电磁铁和第二电磁铁需要较强的吸引力才能完成自动组装(此时可避免使用外部磁场)，因此本体两者相互吸引时会产生剧烈的碰撞，这种碰撞会损坏胶囊内窥镜内部精密的元件，例如其中的光学系统的细微偏差都会导致采集效果的下降。因此，需要对电磁铁的磁力进行优化。

根据电磁感应原理，在其他条件不变的情况下，电磁铁的引力与电流具有固定的函数关系，可以记为，F＝f(I)。因此，通过调整电流大小即可调整引力大小。根据反复试验，第一电磁铁中的电流的函数关系式为：

其中a、b、c、d为经验系数，优选a＝3，b＝0.5，c＝1.6，d＝0.5。x为两个本体之间的距离，优选0<x<5cm。I₀为标准电流大小。

根据对准图像采集装置采集的指示光源的大小尺寸，第一控制电路可以计算出两个本体之间的距离x，并利用其计算第一电磁铁的电流大小I，从而使得第一电磁铁根据上述公式产生对应磁力。

同时，第二控制电路控制第二电磁铁的电流的函数关系式为：

I₂＝0.05×I₀

根据上述电流函数的设置，可以使得第一本体1和第二本体2距离较远时引力较大，使得本体1和本体2互相吸引，但引力逐渐减小，防止两者靠近时速度过快。在靠近到一定距离时，两者引力已经减小到足够小，此后引力开始逐渐增大，最终完成对准吸引。此时两者距离较小，因此大的引力并不会导致两者运动速度过快。因此，利用该函数不仅可以快速完成吸引对准，同时能够在距离较近时降低速度，并在最终吸引时保证足够的吸引力。同时，由于刚开始距离较远，需要较大吸引力才能够自动实现靠近，但过大的电流会导致电能损失较大，因此从这个角度也不能一直持续大电流。因此，这个函数关系式也是本发明的发明点之一。

分离方法

在消化道内，胶囊内窥镜可能会卡滞，在这种情况下需要将本体分离，分别通过消化道卡滞区。另外，本体1虽然具有自身照明，但是有时需要高会聚光照明，或者需要特殊波长照明，此时需要本体2进行配合照明，也需要两者分离。分离步骤包括：

(1)第一控制电路关闭第一本体光源；第二控制电路关闭第二本体光源。

(2)第二控制电路打开指示光源。

(3)第一控制电路关闭第一电磁铁，或控制第一电磁铁靠近底部位置保持为N极；第二控制电路关闭第二电磁铁，或控制第二电磁铁靠近顶部的位置为N极，本体1的底部和本体2的顶部就会由于无吸引力而自然分开，或由于相互斥力而立即分开。

(4)第一控制电路控制对准图像采集装置采集第二本体的指示光源，第二控制电路根据采集到的指示光源的位置及尺寸大小是否与预定位置和大小逐渐不一致，判断是否完成分离。

分离时的工作方法

除了胶囊内窥镜在消化道发生卡滞时可以分离通过外，在一些特定情况下，第一本体1的照明光源提供的照明无法满足采集的要求。这是由于通常的照明光源是为了照亮更广的区域而设计的，其对于特定位置的照明效果未必理想。例如待采集部位为某些沟槽时，会由于遮挡而产生阴影。此时可以控制第一本体1和第二本体2分离(分离方法如上所述)。分离后，第二控制电路控制打开第二本体上的会聚光源24。并通过外部磁场引导第二本体2的会聚光源照射特殊区域，为特殊区域提供会聚光线照明，使得照明效果更好，图像采集更加清晰。在特殊情况下，第二本体的会聚光源为红外光，这样可以使得组织表层下的血管更加清晰。在分离状态下，第一本体中照明光源照亮第一区域，第二本体上的照明光源(会聚光源)照亮第二区域，且第二区域部分包含于第一区域内。

可以理解，除了上述内容，胶囊内窥镜还具有其他一些常规结构，例如定位结构、外部操作设备等。由于这些结构都是公知的，因此在本发明中并未详细记载，但这并不意味着本发明不存在这些结构。

本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种自动分离、组合的胶囊内窥镜，其特征在于：包括第一本体和第二本体，

其中第一本体具有透明头部壳体、第一图像采集装置、第一控制电路、无线发射装置、第一电容、第一电磁铁、第一电连接构件；

第二本体内具有磁力感应线圈、第二控制电路、第二电容、第二电磁铁、第二电连接构件；

第一本体与第二本体相连接的底面还具有透明外壳，透明外壳对应的本体内部设置有对准图像采集设备，对准图像采集设备用于采集第二本体的顶部图像；

第二本体与第一本体相连接的顶面还具有多个指示光源，多个指示光源分别设置于透明外壳内；

第一电连接构件为环形凹槽，分为正极凹槽和负极凹槽，第二电连接构件为凸起，凸起的俯视截面为环形的一段；

第一控制电路控制第一电容向第一电磁铁供电，从而使得第一电磁铁产生磁力；

第二控制电路将磁力感应线圈或第二电容，从而使得它们任意之一的电能传输至第二电磁铁，从而使得第二电磁铁产生磁力；

第二本体内的磁力感应线圈用于接收外部电磁场，从而产生工作电流，第二控制电路将磁力感应线圈产生的电能分配至第二电连接构件，从而向第一本体供电；

第一电磁铁和第二电磁铁产生的磁力共同作用，使得第一本体和第二本体相互分离或组合。

2.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其特征在于：第二控制电路将多余电能分配存储于第二电容。

3.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其特征在于：在第二本体顶面的第二电连接构件的两边分别设置指示光源。

4.如权利要求3所述的胶囊内窥镜，其特征在于：第二电连接件的顶部涂黑，从而在该区域形成一个暗点，与其两端的指示光源形成明显对比。

5.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其特征在于：第一电磁铁中的电流的函数关系式为：

其中a、b、c、d为经验系数。x为两个本体之间的距离，I₀为标准电流大小。

6.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其特征在于：在分离状态下，第一本体中照明光源照亮第一区域，第二本体上的照明光源照亮第二区域，且第二区域部分包含于第一区域内。

7.如权利要求6所述的胶囊内窥镜，其特征在于：第二本体上的照明光源为红外波段。

8.一种胶囊内窥镜分离方法，其特征在于：对权利要求1-7所述胶囊内窥镜第一本体和第二本体进行分离。

9.一种胶囊内窥镜组合方法，其特征在于：对权利要求1-7所述胶囊内窥镜第一本体和第二本体进行组合。

10.一种医疗设备，包括如权利要求1-7所述胶囊内窥镜。

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