CN112604137B

CN112604137B - 一种体内药物释放胶囊机器人及其使用方法

Info

Publication number: CN112604137B
Application number: CN202011579334.0A
Authority: CN
Inventors: 许明; 孙启民
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112604137A

Abstract

本发明公开了一种体内药物释放胶囊机器人及其使用方法。有些医学治疗中需要药物试剂等达到体内或器官的指定部位进行释放。本发明一种胶囊机器人，包括外筒身、腿爪锚定系统和药物释放系统。腿爪锚定系统安装在外筒身内。外筒身上开设有自身周向依次排列的n条侧狭槽。药物释放系统安装在外筒身上，用于释放药物。所述的腿爪锚定系统安装在外筒身内，包括一个或多个腿爪单元。腿爪单元包括伸缩动力元件、安装盘、钩爪、固定夹、安装盘和限制销。本发明能够实现胶囊机器人在消化道内目标位置的可靠锚定；此外，两个腿爪单元的展开和收拢动作，还能进一步精细调节胶囊机器人的姿态和位置，从而能够实现精准给药。

Description

一种体内药物释放胶囊机器人及其使用方法

技术领域

本发明属于药物定点释放技术领域，具体涉及一种胶囊机器人在复杂的体内环境的运动及运动模式和一种药物释放方法。

背景技术

随着医学水平的提高，以及医学治疗方法原理的创新与发展，越来越多的胶囊机器人等微型机器人用于医学治疗。其中在有些医学治疗中需要药物试剂等达到体内或器官的指定部位进行释放。其中需要胶囊通过体内一系列复杂的环境，并完好储存药物试剂直至需要释放的部位的地方进行释放。此外，在药物释放的过程中还能保证胶囊机器人在体内保持固定。因此，设计一种胶囊机器人的结构，并提出以胶囊机器人作为载体的体内药物释放机制与方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种胶囊机器人结构及其搭载的药物释放的方法。

本发明一种体内药物释放胶囊机器人，包括外筒身、腿爪锚定系统和药物释放系统。腿爪锚定系统安装在外筒身内。外筒身上开设有自身周向依次排列的n条侧狭槽，n≥2。药物释放系统安装在外筒身上，用于释放药物。所述的腿爪锚定系统安装在外筒身内，包括一个或多个腿爪单元。腿爪单元包括伸缩动力元件、安装盘、钩爪、固定夹、安装盘和限制销。安装盘安装在外筒身内，且由伸缩动力元件驱动进行移动。n个限制销均固定在外筒身内，且与n条侧狭槽分别对齐。安装盘的边缘上设置有n个铰接位；n根钩爪的内端与n个铰接位分别铰接。钩爪的中部开设有滑槽。外筒身内的n个限制销分别穿过n个钩爪上的滑槽。

作为优选，所述的腿爪单元共有两个。两个腿爪单元分别安装在外筒身内腔的两端。

作为优选，所述的药物释放系统包括装药组件和释放驱动组件。装药组件包括后端盖和弹性隔膜。后端盖固定在外筒身上。外筒身的内部中空设置，且装有药物。外筒身上开设有释放孔。后端盖的内端开口设置有弹性隔膜。所述的释放驱动组件包括弹性件、电磁铁、铁磁体和挤压头。铁磁体固定在外筒身内。挤压头通过弹性件与外筒身连接。挤压头抵住弹性隔膜。

作为优选，所述的弹性件包括弹簧和弹性杆。弹性杆的一端与外筒身的内壁固定。弹簧的一端与弹性杆的另一端固定；弹簧的另一端与挤压头连接。

作为优选，所述的药物释放系统安装在外筒身的一端。外筒身上不设药物释放系统的端部安装有前端盖。前端盖的外侧面呈半球形。

作为优选，所述的限制销到外筒身中心轴线的距离大于安装盘上的铰接位到外筒身中心轴线的距离。

作为优选，所述的伸缩动力元件采用堆叠式压电执行器或电动推杆。

作为优选，所述钩爪的外端设置有圆弧形的钩头；钩头的外凸圆弧面朝外设置。

该胶囊机器人的驱动方法，具体如下：

步骤一、使用者吞服胶囊机器人。此时，胶囊机器人处于无腿模式，各钩爪均在安装盘的带动下收拢在外筒身的内部。胶囊机器人沿着使用者的消化道移动。

步骤二、当胶囊机器人到达目标位置时，胶囊机器人切换至锚定模式；胶囊机器人处于锚定模式时，各钩爪的外端均在安装盘的带动下向外翻转到外筒身的外部。各钩爪展开后抵住使用者的消化道侧壁，从而使得胶囊机器人停留在目标位置。

步骤三、药物释放。电磁体通电，对铁磁体产生吸力。电磁体带动挤压头挤压弹性隔膜，将后端盖内的药物从释放孔挤压到目标位置。

作为优选，步骤二中，胶囊机器人通过腿爪单元的展开和收拢，进行胶囊机器人的位置和姿态的调节。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明设计了多个独立的腿爪单元，多个腿爪单元可独立工作，能够实现胶囊机器人在消化道内目标位置的可靠锚定；此外，两个腿爪单元的展开和收拢动作，还能进一步精细调节胶囊机器人的姿态和位置，从而能够实现精准给药。

2、本发明利用电磁体与铁磁体之间相互作用，在胶囊内部通过物理挤压的方式实现了药物释放，具有安全、可靠的特点。

3、本发明将药物释放的机制搭载于一种在体内可移动的胶囊机器人，实现了一些在医疗医学上对药物体内定点释放的新要求。

附图说明

图1为本发明的整体结构爆炸图；

图2为本发明中腿爪单元的结构示意图；

图3为本发明中药物释放系统的断面示意图；

图4为本发明锚定状态下的示意图；

图5为本发明中药物释放系统的工作过程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种体内药物释放胶囊机器人，包括外筒身1、腿爪锚定系统3、药物释放系统4和前端盖2。腿爪锚定系统3安装在外筒身1内，用于在达到人体消化道内的目标位置时伸出钩爪进行锚定，为药物的释放提供停留时间。药物释放系统4用于在人体消化道内的目标位置释放药物。前端盖2固定在外筒身1的端部。前端盖2的外侧面呈半球形，用以减小阻力。外筒身1呈圆筒状，外侧面上开设有自身周向均布的n条贯通外筒身1侧壁的侧狭槽。侧狭槽的长度方向平行于外筒身1的轴线。本实施例中n＝4。

如图1和2所示，腿爪锚定系统3安装在外筒身1内，包括结构相同的两个腿爪单元。两个腿爪单元分别安装在外筒身1内腔的两端。腿爪单元包括伸缩动力元件3-1、推杆3-2、安装盘3-3、钩爪3-5、固定夹3-6、安装盘3-3和限制销3-4。伸缩动力元件3-1采用堆叠式压电执行器或电动推杆，能进行自动伸缩。n个限制销3-4均固定在外筒身1内，且与外筒身1上的n条侧狭槽分别对齐。n个限制销3-4的轴线与侧狭槽的长度方向异面垂直。

伸缩动力元件3-1的主体与外筒身1的内腔中部固定。伸缩动力元件3-1上的推杆3-2与安装盘3-3的中部固定。安装盘3-3与外筒身同轴设置。安装盘3-3的边缘上设置有n个铰接位；n个铰接位与外筒身1上的n条侧狭槽分别对齐。n根钩爪3-5的内端与n个铰接位分别铰接。钩爪3-5的外端设置有圆弧形的钩头；钩头的外凸圆弧面朝外设置，避免在锚定时损伤使用者的消化道。钩爪3-5的宽度与侧狭槽的槽宽相等。钩爪3-5的外端向外翻转时，能够穿过对应的侧狭槽伸出到外筒身1的外部，用以将外筒身1锚定在目标释放位置。钩爪3-5的中部开设有滑槽。外筒身1内的n个限制销3-4分别穿过n个钩爪3-5上的滑槽。

限制销3-4到外筒身1中心轴线的距离大于安装盘3-3上的铰接位到外筒身1中心轴线的距离。因此，当安装盘3-3在伸缩动力元件3-1的驱动下靠近限制销3-4时，将带动钩爪3-5向外翻转，从而进行锚定；当安装盘3-3在伸缩动力元件3-1的驱动下远离限制销3-4时，将带动钩爪3-5向内翻转，从而解除锚定；

如图3所示，药物释放系统4安装在外筒身1的一端，包括装药组件和释放驱动组件。装药组件包括后端盖4-5和弹性隔膜4-3。后端盖4-5采用疏水材料，且外侧面呈半球形。后端盖4-5固定在外筒身1的端部。外筒身1的内部中空设置，且装有药物。外筒身1的外端中心位置开设有释放孔。后端盖4-5的内端开口设置有弹性隔膜4-3。弹性隔膜4-3受压能够变形。释放孔的孔径较小，药物无法在不受压力的情况下自行通过释放孔离开。

释放驱动组件包括弹性件4-1、电磁铁4-2、铁磁体4-4、挤压头4-6和电源盒4-7。铁磁体4-4固定在外筒身1的内腔靠近释放孔的位置。挤压头4-6、铁磁体4-4和电源盒4-7依次排列固定在一起，且通过弹性件4-1与外筒身1连接。弹性件4-1能够在挤压头4-6移动后提供复位力。初始状态下，挤压头4-6抵住弹性隔膜4-3；当电磁铁4-2通电时，会与铁磁体4-4产生吸引力，从而使得挤压头4-6挤压弹性隔膜4-3，将后端盖4-5内的药物挤出，实现药物的释放。所述挤压头4-6的外侧面呈半球形。弹性件4-1包括可伸缩的弹簧和能够弯曲的弹性杆。弹性杆的一端与外筒身1的内壁固定。弹簧的一端与弹性杆的另一端固定；弹簧的另一端电源盒4-7固定。弹性杆相对于外筒身的轴线倾斜设置。电源盒4-7内安装有电池和控制开关(本实施例中为继电器)，既作为电源给电磁铁供电又可以接受外部无线信号来控制电磁铁通断。所述前端盖2的内端、后端盖4-5的内端和外筒身1的直径相同。

该胶囊机器人的驱动方法，具体如下：

步骤一、使用者吞服无腿模式下的胶囊机器人。胶囊机器人处于无腿模式时，各钩爪3-5均在安装盘3-3的带动下收拢在外筒身1的内部。胶囊机器人沿着使用者的消化道移动。

步骤二、如图4所示，当胶囊机器人到达目标位置时，胶囊机器人切换至锚定模式；胶囊机器人处于锚定模式时，各钩爪3-5的外端均在安装盘3-3的带动下向外翻转到外筒身1的外部。各钩爪3-5展开后抵住使用者的消化道侧壁，从而使得胶囊机器人停留在目标位置。

步骤三、药物释放。如图5所示，在药物释放系统4中，电源盒4-7收到释放指令后，给电磁体4-2供电使电磁体4-2通电带有磁性。此时，通电的电磁体4-2本身带有磁性，与铁磁体4-4之间产生磁吸引力。电磁体4-2带动挤压头4-6克服弹性件4-1与弹性隔膜4-3的弹力，使得弹性隔膜4-3受到挤压，发生形变，后端盖4-5内部空间变小，将后端盖4-5内的药物从释放孔挤压到目标位置。

药物可以一次性全部释放，也可以在不同时间分多次进行释放；从而实现了在目标位置的定时定量给药。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：胶囊机器人在到达目标位置后，通过两个腿爪单元的展开和收拢，进行胶囊机器人的位置和姿态的进一步调节，从而进一步提高给药效果。

Claims

1.一种体内药物释放胶囊机器人，包括外筒身（1）；其特征在于：还包括腿爪锚定系统（3）和药物释放系统（4）；腿爪锚定系统（3）安装在外筒身（1）内；外筒身（1）上开设有自身周向依次排列的n条侧狭槽，n≥2；药物释放系统（4）安装在外筒身（1）上，用于释放药物；所述的腿爪锚定系统（3）包括一个或多个腿爪单元；腿爪单元包括伸缩动力元件（3-1）、安装盘（3-3）、钩爪（3-5）、固定夹（3-6）和限制销（3-4）；安装盘（3-3）安装在外筒身（1）内，且由伸缩动力元件（3-1）驱动进行移动；n个限制销（3-4）均固定在外筒身（1）内，且与n条侧狭槽分别对齐；安装盘（3-3）的边缘上设置有n个铰接位；n根钩爪（3-5）的内端与n个铰接位分别铰接；钩爪（3-5）的中部开设有滑槽；外筒身（1）内的n个限制销（3-4）分别穿过n个钩爪（3-5）上的滑槽；

所述的药物释放系统（4）包括装药组件和释放驱动组件；装药组件包括后端盖（4-5）和弹性隔膜（4-3）；后端盖（4-5）固定在外筒身（1）上；外筒身（1）的内部中空设置，且装有药物；外筒身（1）上开设有释放孔；后端盖（4-5）的内端开口设置有弹性隔膜（4-3）；所述的释放驱动组件包括弹性件（4-1）、电磁铁（4-2）、铁磁体（4-4）和挤压头（4-6）；铁磁体（4-4）固定在外筒身（1）内；挤压头（4-6）通过弹性件（4-1）与外筒身（1）连接；挤压头（4-6）抵住弹性隔膜（4-3）。

2.根据权利要求1所述的一种体内药物释放胶囊机器人，其特征在于：所述的腿爪单元共有两个；两个腿爪单元分别安装在外筒身（1）内腔的两端。

3.根据权利要求1所述的一种体内药物释放胶囊机器人，其特征在于：所述的弹性件（4-1）包括弹簧和弹性杆；弹性杆的一端与外筒身（1）的内壁固定；弹簧的一端与弹性杆的另一端固定；弹簧的另一端与挤压头（4-6）连接。

4.根据权利要求1所述的一种体内药物释放胶囊机器人，其特征在于：所述的药物释放系统（4）安装在外筒身（1）的一端；外筒身（1）上不设药物释放系统（4）的端部安装有前端盖（2）；前端盖（2）的外侧面呈半球形。

5.根据权利要求1所述的一种体内药物释放胶囊机器人，其特征在于：所述的限制销（3-4）到外筒身（1）中心轴线的距离大于安装盘（3-3）上的铰接位到外筒身（1）中心轴线的距离。

6.根据权利要求1所述的一种体内药物释放胶囊机器人，其特征在于：所述的伸缩动力元件（3-1）采用堆叠式压电执行器或电动推杆。

7.根据权利要求1所述的一种体内药物释放胶囊机器人，其特征在于：所述钩爪（3-5）的外端设置有圆弧形的钩头；钩头的外凸圆弧面朝外设置。