CN113425227B - 一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人 - Google Patents

一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种诊断‑治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，包括机器人主体、摄像头、照明装置、柔性介电弹性体驱动器、气缸、直线电机、控制器和外置软管，机器人主体为多通道软管，包括中心通道和周向通道，中心通道用于容纳导线及信号线路，周向通道包括至少三个微流体通道，每个微流体通道的前端均为封闭端，后端均为开口端，每个微流体通道的开口端与一气缸的流道端口连通；直线电机通过驱动气缸的活塞杆从而控制微流体通道内流体压力，使机器人主体在流体驱动下转向，摄像头进行实时图像采集，控制器控制柔性介电弹性体驱动器对目标的捕获。本发明实现对消化道特别是病灶处进行实时图像采集，并能一体化快速完成诊断和治疗。

Description

一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人
技术领域
本发明属于医疗诊断与治疗技术领域，尤其是涉及一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人。
背景技术
肠胃结石是常见的消化系统疾病，多由于摄入某些植物成分或吞入毛发或某些矿物质如碳酸钙、钡剂、铋剂等在肠胃内凝结而成。肠胃结石多不易排出，常导致上腹不适、食欲不振或不同程度的腹痛腹胀等症状，长期刺激肠胃部可发生溃疡或穿孔等疾病，对患者健康状况及生活质量造成极大影响。
现有的肠胃结石治疗方式包括内服药物溶解、体外冲击波破碎、X射线下网套碎石法、镜下活检钳咬割、外科手术等。其中，内服药物溶解法治疗周期长，对肠胃内壁损伤较大；体外冲击波破碎法对毛发结石、虫胶石等类型结石不适用；X射线下网套碎石法需反复切割结石并借助药物排除，操作精度较低，操作过程中易损伤消化道内壁；镜下活检钳咬割法易刺激、损伤消化道内壁；外科手术对组织、器官损伤大，恢复周期长。目前，肠胃结石的诊疗过程多以诊断、治疗相分离，存在治疗周期长、对患者消化道损害较大、治疗效果不明晰等问题，且常带来一些副作用，诸如恶心、呕吐、呼吸抑制、心率下降等。可实时采集消化道图像、带有前端执行器、诊断-治疗一体化且生物相容性好的软体医疗机器人鲜有报道。
综上所述，亟需一种可实时采集图像、带有前端执行器、诊断-治疗一体化的软体医疗机器人，来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，实现对消化道特别是病灶处进行实时图像采集，并能一体化快速完成诊断、治疗的过程，该机器人可用于肠胃结石、肠胃息肉等疾病的诊断与治疗，减小对消化道的损伤，缩短治疗周期。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，包括机器人主体、摄像头、照明装置、柔性介电弹性体驱动器、气缸、直线电机、控制器和外置软管；所述的机器人主体为多通道软管，包括中心通道和周向通道，所述的中心通道用于容纳导线及信号线路，周向通道包括至少三个微流体通道，每个微流体通道的前端均为封闭端，后端均为开口端，每个微流体通道的开口端与一气缸的流道端口连通；
所述的摄像头置于机器人主体的中心通道的前端，在摄像头周围分布多个照明装置；
所述的柔性介电弹性体驱动器置于机器人主体的前端并与机器人主体前端固连；所述的气缸、直线电机和控制器均置于机器人主体的后端，每个微流体通道对应设置一个气缸，每个气缸对应一个直线电机，微流体通道与对应的气缸之间通过外置软管相连接，气缸的活塞杆与相应直线电机的轴通过联轴器连接，摄像头的导线及信号线路与柔性介电弹性体驱动器的导线及信号线路均与控制器相连接；直线电机通过驱动相应的气缸的活塞杆从而控制对应的微流体通道内流体压力，使机器人主体在流体驱动下转向，摄像头进行实时图像采集，控制器控制柔性介电弹性体驱动器对目标的捕获。
进一步的，所述机器人主体包括三个微流体通道，且三个微流体通道周向均匀布置，每个微流体通道的前段部分内壁采用栅格结构，为机器人主体前端栅格微流道，微流体通道的其余部分内壁为光滑结构，为机器人主体光滑微流道。
进一步的，所述柔性介电弹性体驱动器包括柔性介电弹性体驱动器骨架和三个介电弹性体驱动单元，所述柔性介电弹性体驱动器骨架包括骨架主体和三个捕获臂，三个捕获臂均匀设置在骨架主体的四周，在每个捕获臂的内侧粘贴一个介电弹性体驱动单元，三个捕获臂折叠成聚拢状态，所述介电弹性体驱动单元包括从内到外依次设置的第一封装保护层、第一传感层、第二传感层、第二封装保护层、第一柔性电极层、介电弹性体层、第二柔性电极层和第三封装保护层，通过调节驱动电压，介电弹性体层面积扩张或收缩，柔性介电弹性体驱动器完成张开或闭合动作，以实现对目标的捕获。
进一步的，所述骨架主体为正三角形结构，在骨架主体的中心开设有允许摄像头通过与固定的中心通孔，所述捕获臂为六边形结构，在捕获臂的中部开设有六边形通孔。
进一步的，在所述机器人主体的外层内嵌一层纤维编织网。
进一步的，在所述捕获臂的前端设有刺毛状锁紧结构。
进一步的，第一传感层、第二传感层及第一封装保护层和第二封装保护层组合为柔性触觉传感器。
进一步的，传感层为碳纳米材料或金属纳米材料制造的具有表面微纳结构的薄膜。
进一步的，封装保护层的材质为聚二甲基硅氧烷薄膜。
进一步的，所述机器人主体的材料为硅橡胶，柔性介电弹性体驱动器骨架的材料为聚氯乙烯。
相对于现有技术，本发明所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人具有以下优势：
1、机器人集成摄像头和柔性执行器的设计，可一体化完成诊断、治疗过程，缩短诊疗周期。
2、机器人主体及执行器均采用软材料制作，生物相容性好，可减小对消化系统特别是消化道内壁的损伤。
3、机器人主体内部通道嵌入摄像头及照明装置，可实时监测消化道内壁及前端执行器状态。
4、机器人主体为周向均布三个微流体通道，其前端为栅格结构，通过流体驱动使三个微流道间产生压力差，其前端可360°转向，可在复杂三维消化系统腔道中导向。
5、机器人主体外层内嵌有纤维编织网，可限制周向变形，防止损伤消化道内壁，并将流体驱动能量转移至弯曲变形。
6、机器人主体前端携带柔性介电弹性体执行器，控制精度高，响应速度快，可实现肠胃结石捕获、肠胃息肉切除等精确操作，驱动器前端刺毛状结构可防止捕获物体逃逸，并为摄像头提供保护作用。
7、机器人前端柔性执行器采用柔性高分子聚合物聚氯乙烯、介电弹性体等材料制造，变形能力较强，对捕获物外形具有较强的自适应能力；
8、机器人前端柔性执行器内表面集成有柔性触觉传感器，可检测与被包络物的接触压力，与摄像头视觉信息的融合可为机器人精确操作提供反馈。
9、机器人主体采用注塑工艺制得，前端执行器通过切割折叠制得，制造工艺简单，原材料成本低。
10、机器人通过主体中间通道内导线、信号线引出信号，可遥控或远程操控，控制方法简单可靠。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人的机器人主体的剖视图；
图3为图2的A处局部结构放大示意图；
图4为本发明实施例所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人的机器人主体的另一视角剖视图；
图5为前端柔性介电弹性体驱动器立体结构示意图；
图6为前端执行器介电弹性体驱动单元层间结构示意图；
图7为前端柔性驱动器骨架未折叠状态下的平面示意图。
附图标记说明：
1-机器人主体，11-机器人主体硅胶管壁，12-中心通道，13-机器人主体前端栅格微流道，14-机器人主体光滑微流道，15-纤维编织网，
2-柔性介电弹性体驱动器，21-柔性介电弹性体驱动器骨架，211-骨架主体，212-捕获臂，22-介电弹性体驱动单元，221-介电弹性体层，222-第一柔性电极层，223-第一传感层，224-第一封装保护层，225-第二传感层，226-第二封装保护层，227-第二柔性电极层，228-第三封装保护层，
3-摄像头，4-导线及信号线路，5-气缸，6-直线电机，7-控制器，8-外置软管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图7所示，一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，此医疗机器人可采集图像、带有前端执行器、可用于消化道疾病诊断与微创手术；包括机器人主体1、摄像头3、照明装置、柔性介电弹性体驱动器2、气缸5、直线电机6、控制器7和外置软管8；所述的机器人主体1为多通道软管，包括中心通道12和周向通道，所述的中心通道12用于容纳导线及信号线路4，周向通道包括三个微流体通道，每个微流体通道的前端均为封闭端，后端均为开口端，每个微流体通道的开口端与一气缸5的流道端口连通；
所述的摄像头3置于机器人主体的中心通道12的前端，在摄像头3周围分布多个照明装置；
所述的柔性介电弹性体驱动器2置于机器人主体1的前端并与机器人主体1前端固连；所述的气缸5、直线电机6和控制器7均置于机器人主体1的后端，每个微流体通道对应设置一个气缸，每个气缸对应一个直线电机，微流体通道与气缸之间通过外置软管8相连接，气缸5的活塞杆与相应的直线电机的轴通过联轴器连接，摄像头3的导线及信号线路4与柔性介电弹性体驱动器2的信导线及信号线路4均与控制器7相连接；三个直线电机6通过驱动对应的气缸5的活塞杆从而分别控制三个微流体通道内流体压力，使机器人主体1在流体驱动下灵活转向，摄像头3可对消化道内壁进行全方位摄像并长期实时监测消化道内壁状态，进行实时图像采集；控制器7控制柔性介电弹性体驱动器2对目标的捕获。
机器人主体1的三个微流体通道周向均匀布置，每个微流体通道的前段部分内壁采用栅格结构，为机器人主体前端栅格微流道13，以保证前端更显著的弯曲角度，微流体通道的其余内壁部分为光滑结构，为机器人主体光滑微流道14，在相同气压下，栅格状微流道相对光滑壁引起的内外壁刚度差更大，因此相同驱动气压下，栅格状微流道部位的弯曲角度更大、弯曲效果更明显。此处光滑壁微流道的作用主要是输送流体，栅格状微流道的作用主要是弯曲导向。通过调整三个微流体通道内流体的相对压力差，可实现机器人主体前端的360°转向，从而在消化道中导向，并方便摄像头观察诊断及前端执行器操作。
柔性介电弹性体驱动器2包括柔性介电弹性体驱动器骨架21和三个介电弹性体驱动单元22，所述柔性介电弹性体驱动器骨架21包括骨架主体211和三个捕获臂212，三个捕获臂212均匀设置在骨架主体211的四周，在每个捕获臂212的内侧粘贴一个介电弹性体驱动单元22，三个捕获臂212折叠成聚拢状态，所述介电弹性体驱动单元22包括从内到外依次设置的第一封装保护层224、第一传感层223、第二传感层225、第二封装保护层226、第一柔性电极层222、介电弹性体层221、第二柔性电极层227和第三封装保护层228，第一传感层223、第二传感层225及第一封装保护层224和第二封装保护层226组合为柔性触觉传感器，通过调节驱动电压，介电弹性体层221面积扩张或收缩，柔性介电弹性体驱动器8完成张开或闭合动作，以实现对目标的捕获；传感层可检测执行器内壁与捕获物之间的接触压力，介电弹性体层在高电压下表现为面积扩张，通过调节驱动电压，柔性介电弹性体驱动器可完成张开和闭合动作，以实现对肠胃结石等的捕获。未施加驱动电压时，介电弹性体本身的预紧力可使三个捕获臂212保持聚拢状态，根据实际被捕获肠胃结石的大小，进行适当角度的张开或闭合。图7所示为未折叠状态下的柔性骨架的平面结构，经贴附介电弹性体驱动单元并折叠后得到如图5所示的三个捕获臂212朝向中心呈聚拢状态。
骨架主体211为正三角形结构，在骨架主体211的中心开设有允许摄像头3通过与固定的中心通孔，所述捕获臂212为六边形结构，在捕获臂212的中部开设有六边形通孔，介电弹性体驱动单元贴在六边形通孔处，使得三个捕获臂212方便折叠呈聚拢状态，并且使得介电弹性体驱动单元通电时能够带动捕获臂实现很好的变形。
在所述机器人主体1的外层内嵌一层纤维编织网15，以限制机器人主体径向及周向变形。
在所述捕获臂212的前端设有刺毛状锁紧结构，可对捕获目标有效锁紧，可防止捕获物体逃逸，并为摄像头提供保护作用。
传感层由碳纳米材料(如石墨烯、碳纳米管等)制成，其表面具有微纳结构，具体微纳结构可为半球状、金字塔状、圆柱状、圆锥状或不规则形状凸起等，所述的介电弹性体层可采用单层或多层结构。传感层优选碳纳米材料或金属纳米材料制造的具有表面微纳结构的薄膜。封装保护层选用聚二甲基硅氧烷薄膜。机器人主体1的材料优选为硅橡胶，设置为机器人主体硅胶管壁11，可在一定程度上调节机器人主体刚度、保护内部电路、减少电子元件对消化道的影响；柔性介电弹性体驱动器骨架21的材料优选为聚氯乙烯。
本申请的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人的工作过程为：
此肠胃镜医疗机器人前端柔性介电弹性体执行器进入消化道内部后，通过分别控制三个直线电机推动气缸活塞杆，挤压三个流道所在密闭腔体产生不同气压，以实现主体前端具有栅格微流道部分的弯曲导向，机器人主体通过后端输送进入消化道内部并延伸，机器人主体输送过程中前端摄像头可实时监测消化道内壁状态，前端柔性执行器抵达病灶处后，可通过调节机器人主体后端的输送长度实现前端柔性执行器的前进与后退，亦可调节介电弹性体驱动器的驱动电压，即分别通过增大、减小驱动电压实现介电弹性体驱动器的张开、闭合动作，依次驱动介电弹性体驱动器完成张开、捕获、闭合与锁紧动作，可实现对肠胃结石的捕获，诊疗过程中，介电弹性体驱动器内壁触觉传感器采集的触觉信息可与摄像头采集的视觉信息相融合，以判断柔性介电弹性体内部肠胃结石是否抓紧、具体位置及运动状态，可保障机器人操作精准、快速并尽量减小对消化道内壁的损伤。
本申请的软体肠胃镜医疗机器人用于肠胃结石类疾病的诊断与治疗，同时其自由度高、操作精度高、全软材料组件等特点也展现出在血栓清除、液压设备管路清理等领域的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：包括机器人主体(1)、摄像头(3)、照明装置、柔性介电弹性体驱动器(2)、气缸(5)、直线电机(6)、控制器(7)和外置软管(8)；所述的机器人主体(1)为多通道软管，包括中心通道(12)和周向通道，所述的中心通道(12)用于容纳导线及信号线路(4)，周向通道包括至少三个微流体通道，每个微流体通道的前端均为封闭端，后端均为开口端，每个微流体通道的开口端与一气缸(5)的流道端口连通；
所述的摄像头(3)置于机器人主体的中心通道(12)的前端，在摄像头(3)周围分布多个照明装置；
所述的柔性介电弹性体驱动器(2)置于机器人主体(1)的前端并与机器人主体(1)前端固连；所述的气缸(5)、直线电机(6)和控制器(7)均置于机器人主体(1)的后端，每个微流体通道对应设置一个气缸，每个气缸对应一个直线电机，微流体通道与对应的气缸之间通过外置软管(8)相连接，气缸(5)的活塞杆与相应的直线电机的轴通过联轴器连接，摄像头(3)的导线及信号线路(4)与柔性介电弹性体驱动器(2)的导线及信号线路(4)均与控制器(7)相连接；直线电机(6)通过驱动相应的气缸(5)的活塞杆从而控制对应的微流体通道内流体压力，使机器人主体(1)在流体驱动下转向，摄像头(3)进行实时图像采集，控制器(7)控制柔性介电弹性体驱动器(2)对目标的捕获；
所述机器人主体(1)包括三个微流体通道，且三个微流体通道周向均匀布置，每个微流体通道的前段部分内壁采用栅格结构，为机器人主体前端栅格微流道(13)，微流体通道的其余部分内壁为光滑结构，为机器人主体光滑微流道(14)；
所述柔性介电弹性体驱动器(2)包括柔性介电弹性体驱动器骨架(21)和三个介电弹性体驱动单元(22)，所述柔性介电弹性体驱动器骨架(21)包括骨架主体(211)和三个捕获臂(212)，三个捕获臂(212)均匀设置在骨架主体(211)的四周，在每个捕获臂(212)的内侧粘贴一个介电弹性体驱动单元(22)，三个捕获臂(212)折叠成聚拢状态，所述介电弹性体驱动单元(22)包括从内到外依次设置的第一封装保护层(224)、第一传感层(223)、第二传感层(225)、第二封装保护层(226)、第一柔性电极层(222)、介电弹性体层(221)、第二柔性电极层(227)和第三封装保护层(228)，通过调节驱动电压，介电弹性体层(221)面积扩张或收缩，可驱动柔性介电弹性体驱动器(2)完成张开或闭合动作，以实现对目标的捕获。
2.根据权利要求1所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：所述骨架主体(211)为正三角形结构，在骨架主体(211)的中心开设有允许摄像头(3)通过与固定的中心通孔，所述捕获臂(212)为六边形结构，在捕获臂(212)的中部开设有六边形通孔。
3.根据权利要求1所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：在所述机器人主体(1)的外层内嵌一层纤维编织网(15)。
4.根据权利要求2所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：在所述捕获臂(212)的前端设有刺毛状锁紧结构。
5.根据权利要求1所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：第一传感层(223)、第二传感层(225)及第一封装保护层(224)和第二封装保护层(226)组合为柔性触觉传感器。
6.根据权利要求5所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：传感层为碳纳米材料或金属纳米材料制造的具有表面微纳结构的薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：封装保护层的材质为聚二甲基硅氧烷薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种诊断-治疗一体化软体肠胃镜医疗机器人，其特征在于：所述机器人主体(1)的材料为硅橡胶，柔性介电弹性体驱动器骨架(21)的材料为聚氯乙烯。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114274126A (zh) * 2022-01-21 2022-04-05 哈尔滨工业大学 一种基于磁流变液的软体机器人及其驱动方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104323754A (zh) * 2014-11-21 2015-02-04 天津博朗科技发展有限公司 一种带快速锁紧装置的立体内窥镜
CN108888229A (zh) * 2018-04-29 2018-11-27 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种应用于内窥镜的组合式透明保护套
CN210446976U (zh) * 2019-01-24 2020-05-05 浙江工业大学 一种可变刚度的柔性胃镜

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2790271B2 (ja) * 1996-08-05 1998-08-27 オリンパス光学工業株式会社 電子内視鏡装置
US6226933B1 (en) * 1999-08-10 2001-05-08 Robert S. Nelson Apparatus and method for enhancing the survivability of exposed structures
JP2004073570A (ja) * 2002-08-20 2004-03-11 Toray Ind Inc 肺静脈電気的隔離用バルーンカテーテル
JP2005237430A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Olympus Corp 内視鏡装置
JP2009075309A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Fujifilm Corp 光走査素子およびその駆動方法、並びに光走査素子を用いた光走査プローブ
KR101707924B1 (ko) * 2008-02-06 2017-02-17 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 제동 능력을 가지고 있는 체절식 기구
US8944997B2 (en) * 2009-01-16 2015-02-03 Board Of Regents, The University Of Texas System Medical devices and methods
JP5340971B2 (ja) * 2010-01-12 2013-11-13 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 医療機器
CN101983614B (zh) * 2010-12-13 2011-09-21 钱建民 自助式外科手术用牵开器
US20140073880A1 (en) * 2012-06-27 2014-03-13 Ryan Boucher Devices, Methods and Systems for Acquiring Medical Diagnostic Information and Provision of Telehealth Services
JP2020525254A (ja) * 2017-06-26 2020-08-27 ポアソン ホールディングス エルエルシー ロボット材料および装置
US11051682B2 (en) * 2017-08-31 2021-07-06 Wm & Dg, Inc. Medical devices with camera and methods of placement
US20190159662A1 (en) * 2017-11-29 2019-05-30 Ralph Said Papas Ultrathin-Caliber Endoscopic Instrument
CN109938686A (zh) * 2019-03-04 2019-06-28 张朝阳 一种具备镜片防污功能的角度可调式腹腔镜
CN109820608B (zh) * 2019-03-25 2024-01-12 北京大学口腔医学院 牙根管治疗机器人
ES2958856T3 (es) * 2019-10-18 2024-02-15 Endoscope Sp Z O O Endoscopio
CN212140400U (zh) * 2020-03-23 2020-12-15 杭州口腔医院集团城西口腔医院有限公司 一种儿科口腔检查器
CN111467037B (zh) * 2020-05-25 2021-08-20 华中科技大学 一种用于软镜机器人的控制器及其应用
US20220039784A1 (en) * 2020-08-06 2022-02-10 Canon U.S.A., Inc. Remotely powered articulated medical apparatus
CN112587072B (zh) * 2021-03-02 2021-06-22 岱川医疗(深圳)有限责任公司 内窥镜的插入管以及其制造方法
CN112869689A (zh) * 2021-03-23 2021-06-01 华中科技大学 一种软体内窥镜
CN113662491A (zh) * 2021-08-23 2021-11-19 哈尔滨工业大学 内镜镜体及消化内镜机器人

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104323754A (zh) * 2014-11-21 2015-02-04 天津博朗科技发展有限公司 一种带快速锁紧装置的立体内窥镜
CN108888229A (zh) * 2018-04-29 2018-11-27 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种应用于内窥镜的组合式透明保护套
CN210446976U (zh) * 2019-01-24 2020-05-05 浙江工业大学 一种可变刚度的柔性胃镜

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