CN112890743B - 一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，包括：胶囊内窥镜本体，在所述胶囊内窥镜的表面分别设置第一固定部和第二固定部；在第一固定部和第二固定部之间，设置动子永磁体和定子永磁体；所述定子永磁体与第二固定部连接，所述动子永磁体与移动部连接，所述移动部连接取样部，所述第一固定部上设有与取样部相适配的通孔，以在设定的外磁场作用下，使得动子永磁体和移动部沿轴向运动，从而带动取样部自所述通孔伸出。本发明在现有胶囊内窥镜机器人的基础上，无需更改现有内部结构，外置集成采样装置，减小了对于胶囊内部空间的使用，装置结构简单、高效。

Description

一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
胶囊内窥镜机器人是胃疾病检查和内镜发展的革命性创新，与传统的内镜检查相比，它不但具有无痛无创的舒适化内镜特点，而且具有极高的检查准确度。其基本特征是用微摄像头无线传输检查图像，实现采样，施药等功能。具有活检功能的胶囊内窥镜机器人是在临床实践中有效应用机器人胶囊的关键技术之一。
现有的具有采样功能的内窥镜胶囊机器人可分为外部控制和内部控制，内部控制主要有形状记忆合金，扭力弹簧，微型夹具驱动，这些采样驱动装置结构较为复杂，能量供应需求高，不可重复采样。外部控制主要为磁控方式，基本作为采样模块集成于胶囊内窥镜机器人中，占据了大量的内部空间，可更改性不强，采样范围小。这些问题阻碍了采样模块在胶囊内窥镜机器人领域中的广泛应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，在不改变现有胶囊内部结构的情况下，增加活检功能，装卸方便。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，包括：胶囊内窥镜本体，在所述胶囊内窥镜的表面分别设置第一固定部和第二固定部；在第一固定部和第二固定部之间，设置动子永磁体和定子永磁体；所述定子永磁体与第二固定部连接，所述动子永磁体与移动部连接，所述移动部连接取样部，所述第一固定部上设有与取样部相适配的通孔，以在设定的外磁场作用下，使得动子永磁体和移动部沿轴向运动，从而带动取样部自所述通孔伸出。
作为进一步地方案，还包括：保护壳，第一固定部、第二固定部以及设置在两者之间的动子永磁体、定子永磁体和移动部，均设置在所述保护壳之内。
作为进一步地方案，所述保护壳为圆柱形中空结构，保护壳与第一固定部和第二固定部过盈配合。
作为进一步地方案，所述动子永磁体和定子永磁体均为轴向充磁的圆环型永磁体，两者材料相同，且相互吸引。
作为进一步地方案，所述定子永磁体与第二固定部过盈配合；所述动子永磁体与移动部过盈配合，同步运动。
作为进一步地方案，所述取样部为沿移动部周向，间隔设定角度设置的若干活检装置。
作为进一步地方案，所述活检装置内置压力传感器。
作为进一步地方案，施加外磁场后，动子永磁体和移动部沿轴向运动，从而使取样部自第一固定部上的通孔伸出，进行活检采样操作；撤去外磁场后，定子永磁体吸引动子永磁体恢复至初始位置。
作为进一步地方案，所述外磁场的驱动方式为电磁驱动或者永磁驱动。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置的工作方法，包括：
在外部磁场作用下，控制胶囊内窥镜在体内倾斜、平移或者旋转；
到达目标采样点后，调整胶囊姿态，使胶囊头部和目标采样组织平面保持垂直；
通过外磁场施加一个足以克服定子永磁体和动子永磁体之间吸引力的磁场力，使得动子永磁体沿轴向运动，取样部自第一固定部的通孔伸出；
当取样部接触到活检组织，且压力处于设定的阈值范围之内，则通过外部磁场控制取样部插入目标采样组织；当取样部接触到活检组织，通过调整外部磁场控制取样部插入目标采样组织实施活检操作；
采样结束后，定子永磁体与动子永磁体的吸引力使得动子永磁体恢复至初始位置，取样部回收，采样完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在现有胶囊内窥镜机器人的基础上，无需更改现有内部结构，外置集成采样装置，减小了对于胶囊内部空间的使用，装置结构简单、高效。
本发明采样装置的驱动力来自外磁场，无需消耗胶囊内窥镜机器人自身的能量，减小对人体的损害。
本发明采样装置可以通过多次施加外磁场，反复进行采样活检操作，提高采样成功率；活检工作头能够从轴向伸出，增大了采样范围，易于位于胶囊头部的摄像头和外磁场配合，实时监控整个采样过程。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例中集成磁吸式采样装置的胶囊内窥镜示意图；
图2是本发明实施例中胶囊内窥镜磁吸式采样装置的分解示意图；
图3是本发明实施例中胶囊内窥镜磁吸式采样装置的正视剖视图；
图4是本发明实施例中胶囊内窥镜磁吸式采样装置的正视剖视图；
图5是本发明实施例中胶囊内窥镜磁吸式采样装置的驱动初始状态图；
图6是本发明实施例中胶囊内窥镜磁吸式采样装置的驱动完成状态图；
图7（a）-（d）分别是本发明实施例中胶囊内窥镜磁吸式采样装置的采样过程示意图；
其中，1.为胶囊内窥镜本体，2.为采样装置；201.前端固定基座，202.活检工作头，203.移动基座，204.动子永磁体，205.定子永磁体，206.后端固定基座，207保护壳。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置2，参照图1和图2，包括胶囊内窥镜本体1以及设置其外表面的采样装置2。
其中，胶囊内窥镜本体1为现有商业胶囊内窥镜机器人，无需更改现有内部结构，头部材料为透明材质，头部装有摄像头，以便于进行图像的采集，观察采样过程。胶囊内窥镜本体外表面集成采样装置2，减小了对于胶囊内部空间的使用，装置结构简单、高效。
采样装置2包括：分别设置在胶囊内窥镜本体1表面的第一固定部和第二固定部；在第一固定部和第二固定部之间，设置动子永磁体204和定子永磁体205；定子永磁体205与第二固定部连接，动子永磁体204与移动部连接，移动部连接取样部，第一固定部上设有与取样部相适配的通孔，以在设定的外磁场作用下，使得动子永磁体204和移动部沿轴向运动，从而带动取样部自所述通孔伸出。
具体地，参照图3和图4，第一固定部和第二固定部分别为前端固定基座201和后端固定基座206，两者均与胶囊外壳过盈配合，位置始终保持不变。动子永磁体204和定子永磁体205均为轴向充磁的圆环型永磁体，定子永磁体205和动子永磁体204材料相同，大小相同，动子永磁体204和定子永磁体205上下两部分为N级、S级，初始状态下两者相互吸引放置。
取样部为沿移动部周向，间隔90°分布的4个活检装置，活检装置数量可以根据实际情况进行调整，若需要较大范围的采样以及较精确的采样结果，可以适当增加活检装置，若需要减轻质量，可以适当减少活检装置。
本实施例中，活检装置为活检工作头202，活检工作头202采样方式包括但不限于针刺式活检和钳夹式活检。本实施例采用针刺式活检，是一种利用细针扎入组织内部获取样本的方法；也可采用钳夹式活检，即活检工作头202更换为活检钳等。
本实施例中，前端固定基座201通过与胶囊外壳过盈配合，固定于胶囊外壳表面，同时作为活检工作头202的导向装置，限制活检工作头202的移动方向和范围。前端固定基座201边缘与胶囊头部边缘重合，前端固定基座201内径略小于胶囊外壳直径，活检工作头202轴线应与前端固定基座201预留孔中心线重合。前端固定基座201上设有与活检工作头202位置相适配的通孔，活检工作头202可以自通孔伸出，具有导向作用。
定子永磁体205和后端固定基座206过盈配合，固定于胶囊外壳表面；圆环形定子永磁体205内径略小于后端固定基座206外径，后端固定基座206内径略小于胶囊外壳直径。
移动部为移动基座203，移动基座203和动子永磁体204过盈配合，同步运动；圆环形动子永磁体204内径略小于移动基座203外径，圆环型动子永磁体204受到磁场力作用，带动移动基座203一起沿轴向运动，使活检工作头202伸出。
装置外部设有保护壳207，前端固定基座201、后端固定基座206，以及设置在两者之间的动子永磁体204、定子永磁体205和移动基座203，均设置在保护壳207体之内。保护壳207为一种圆柱形中空结构，具有薄壁特征，减小胶囊整体尺寸。保护壳207与前后两端固定基座过盈配合，保护壳207内径略小于固定基座外径，左边缘与前端固定基座201左边缘重合，右端呈圆弧过渡。保护壳207具有保护采样装置2不受人体内部环境干扰以及维持图像采集功能的作用。
集成了活检装置的胶囊内窥镜相比原始状态，内部结构未改变，厚度略增加，装置前端胶囊内窥镜头尾部过渡处平齐，后端为圆弧型过渡，整体仍呈胶囊形态，易于吞服。
本实施例中，活检工作头202为活检针，活检工作头202头部内置有压力传感器。以便确定是否可以进行采样操作，防止对人体产生伤害。
当存在外磁场时，动子永磁体204被吸引，带动移动基座203运动，移动基座203上存在圆柱形凸台，和活检针过盈配合，带动活检针同步运动。活检针从前端固定基座201预留孔轴向伸出；当撤去外磁场，受到定子永磁体205的吸引力，动子永磁体204和移动基座203同时向胶囊末端定子永磁体205处移动，回到初始位置，完成采样过程。重复施加或撤去外部磁场，可以完成多次采样操作。
图5和图6示出了上述过程的具体示意图，从图5可以看出，未受磁场力，动子永磁体204和定子永磁体205异名磁极相互吸引，活检工作头202位于保护壳207范围内，防止活检工作头202尖端对人体造成损害。从图6可以看出，受到外加磁场，克服两磁体之间的磁场力，动子永磁体204带动活检工作头202伸出，进行采样操作，此时，活检工作头202伸出范围达到最大值。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置的工作方法，参照图7（a）-（d），对本实施例胶囊内窥镜磁吸式采样装置在实际场景中的描述如下：
磁控胶囊内窥镜系统由胶囊内窥镜机器人，胶囊内镜导航系统、实时监控系统和数据记录仪组成。胶囊内窥镜机器人的采样装置中包括永磁体，因此，在胃镜检查过程中，人体吞服含有磁性材料的胶囊机器人，通过胶囊内镜导航系统产生的外部磁场，产生足够的力和力矩控制胶囊的运动，使其能在胃内倾斜、平移、旋转，同时改变受检者体位配合检查，并以数字信号无线实时传输给体外携带的数据记录仪，医生通过实时监控系统观察记录仪收到的图像资料即可对病情做出分析诊断。
如图7（a）发现目标采样点所示，开始检查，寻找到可疑病灶。如图7（b）到达目标采样点所示，通过胶囊内镜导航系统变换外部磁场大小与方向，调整胶囊姿态，使胶囊头部和采样组织平面保持垂直，此时施加于活检装置上的磁力不足以使活检针伸出。如病变采样位置较特殊，通过变换外部磁场大小与方向，使得胶囊转动一定角度后，完成活检过程。如图7（c）采集样本组织所示，通过外磁场施加一个足以克服采样装置定子永磁体205和动子永磁体204之间的磁场力的较大磁场力，使采样装置中动子永磁体204沿轴向运动，活检工作头202缓慢伸出。当活检工作头202接触到活检组织，前端的压力传感器处于正常范围且在阈值内，则继续增加外磁场，使活检工作头202插入目标组织实施活检操作；若压力超出正常范围，则通过调整磁场改变探头位置以减小压力，避免压力过大造成对人体的伤害，该过程可以通过胶囊内镜导航系统自动进行调整。
如图7（d）离开目标采样点所示，活检工作头202采样结束后，通过胶囊内镜导航系统撤去磁场，定子永磁体205使动子永磁体204回复至原位置，活检工作头202回收，则采样完成。之后通过再次施加外磁场，完成剩余检查过程。
检查完成后，通过利用永磁体或电磁场产生外磁场，使活检工作头202从保护壳207内伸出，提取采样组织，进行病灶分析。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，包括：胶囊内窥镜本体，在所述胶囊内窥镜的表面分别设置第一固定部和第二固定部；在第一固定部和第二固定部之间，设置动子永磁体和定子永磁体；所述定子永磁体与第二固定部连接，所述动子永磁体与移动部连接，所述移动部连接取样部，所述第一固定部上设有与取样部相适配的通孔，以在设定的外磁场作用下，使得动子永磁体和移动部沿轴向运动，从而带动取样部自所述通孔伸出。
2.如权利要求1所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，还包括：保护壳，第一固定部、第二固定部以及设置在两者之间的动子永磁体、定子永磁体和移动部，均设置在所述保护壳之内。
3.如权利要求2所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，所述保护壳为圆柱形中空结构，保护壳与第一固定部和第二固定部过盈配合。
4.如权利要求1所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，所述动子永磁体和定子永磁体均为轴向充磁的圆环型永磁体，两者材料相同，且相互吸引。
5.如权利要求1所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，所述定子永磁体与第二固定部过盈配合；所述动子永磁体与移动部过盈配合，同步运动。
6.如权利要求1所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，所述取样部为沿移动部周向，间隔设定角度设置的若干活检装置。
7.如权利要求6所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，所述活检装置内置压力传感器。
8.如权利要求1所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，施加外磁场后，动子永磁体和移动部沿轴向运动，从而使取样部自第一固定部上的通孔伸出，进行活检采样操作；撤去外磁场后，定子永磁体吸引动子永磁体恢复至初始位置。
9.如权利要求1所述的一种胶囊内窥镜磁吸式采样装置，其特征在于，所述外磁场的驱动方式为电磁驱动或者永磁驱动。
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