CN113509130A - 一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜及其系统、使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，包括胶囊及设置于胶囊内腔的第一弹性件、第二弹性件、第三弹性件和磁铁，所述第一弹性件和第二弹性件分别安装于胶囊内腔的右部和左部，所述第三弹性件分别与胶囊和磁铁连接，所述磁铁可滑行地位于所述第一弹性件和第二弹性件之间，所述磁铁在外部磁场力的驱动下可分别与所述第一弹性件和第二弹性件发生碰撞，当所述碰撞形成的合力大于胶囊与外界环境阻力时，所述胶囊向左或向右运动运动，第三弹性件用于在没有外部磁场力驱动时，使磁铁始终保持在初始位置其具有结构简单，操控便捷且成本低廉的优点。本发明还公开了一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统及其使用方法。
Description
技术领域
本发明主要涉及医疗技术领域，具体地说，涉及一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜及其系统、使用方法。
背景技术
胃肠道疾病是诱发患者病发死亡的一项重要疾病。传统内窥镜技术，如胃镜，小肠镜，结肠镜技术，作为检测胃肠道疾病的黄金法则，早已经在临床诊断中广泛应用。胶囊内窥镜技术是相较于传统内窥镜技术，具有安全，舒适，无手术，无麻醉等优点。患者只需要服下一颗胶囊大小的电子设备，安装在胶囊头部的摄像头便以每秒数十张的频率下拍摄胃肠道的内部环境，并且存储或发射到外部接收器以供给临床医生筛查和检测。目前，市面上的商业胶囊内窥镜主要是依靠消化道自身蠕动从而被动地移动。限于其被动式的运动模式和不可控制的胶囊运动和姿态等原因，胶囊检测存在较高的漏检和误检的风险，所以目前其只能作为传统内窥镜检测的有益辅助手段。
近些年，可控式胶囊内窥镜面临着飞速的发展。胶囊的推进形式主要分为两种。一种是内部驱动，一种是外部驱动。内部驱动系统主要由内部运动机构所组建。其机构形式又是多种多样，包括腿式运动机构，蠕虫式运动机构和基于叶片推进机构等等。外部驱动则主要利用外部磁场控制带有磁性的胶囊行走和姿态转换。内部驱动装置高效灵活多变，但往往机械结构复杂，并且需要内置电源模块供电。面对外露的机械结构，其对胃肠道组织潜在的二次伤害的风险让临床实践变得不可接受。原本仅供摄像模组和天线模组工作的内置电源模块也需要加大容量，使其可供给运动模块。这不得不迫使胶囊无法正常小型化设计。对于外部磁驱动胶囊，其大型的外部磁场线圈或机械手臂是针对胶囊内部磁性元件的吸引和释放来起到牵引胶囊行走和姿态转换。被动的牵引使得胶囊很难应用于复杂的肠道系统中。其次线圈到胶囊的距离导致了磁场能量效率低下，所以外线圈等设备的功率和外形大小不得不被迫加大。这使得占地面积达并且造价昂贵的设备变得市场接受度较低。虽然外部磁场驱动的胶囊，目前，往往需要大型机械臂式的外部磁控设备，但是其可功能实践性和临床可接受性让其成为胶囊内窥镜技术的主要发展方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜及其系统、使用方法，可解决现有磁控振动碰撞胶囊内窥镜结构复杂、控制不便、应用范围局限且成本较高的缺陷。
一方面，本发明提供了一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，包括胶囊及设置于胶囊内腔的第一弹性件、第二弹性件、第三弹性件和磁铁，所述第一弹性件和第二弹性件分别安装于胶囊内腔的右部和左部，所述第三弹性件分别与胶囊和磁铁连接，所述磁铁可滑行地位于所述第一弹性件和第二弹性件之间，所述磁铁在外部磁场力的驱动下可分别与所述第一弹性件和第二弹性件发生碰撞，当所述碰撞形成的合力大于胶囊与外界环境阻力时，所述胶囊向左或向右运动运动，第三弹性件用于在没有外部磁场力驱动时，使磁铁始终保持在初始位置。
进一步地，所述磁铁的左右运动范围被限制在第一弹性件和第二弹性件之间，所述磁铁在初始位置时，所述第一弹性件与磁铁的水平间距为G1，所述第二弹性件与磁铁的水平间距G2，所述磁铁在外部磁场力的驱动下，并克服第三弹性件作用力，磁铁在胶囊内腔向右移动的相对位移大于或等于G1时，磁铁与第一弹性件发生碰撞；当磁铁在胶囊内腔向左移动的相对位移大于或等于G2时，磁铁与第二弹性件发生碰撞。
进一步地，所述第三弹性件的两端分别与磁铁和胶囊的内腔连接。
进一步地，所述第一弹性件和第二弹性件对称设置于胶囊内的右部和左部。
进一步地，所述第一弹性件和第二弹性件为弹性可变形挡板。
上述手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，在胶囊内内置有第一弹性件、第二弹性件、第三弹簧和磁铁，第一弹性件和第二弹性件分别安装于胶囊内腔的右部和左部，所述第三弹性件分别与胶囊和磁铁连接，磁铁可滑行地位于所述第一弹性件和第二弹性件之间，磁铁在外部磁场力的驱动下可分别与所述第一弹性件和第二弹性件发生碰撞。上述手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜体积小且结构简单，通过外部磁场力使得磁铁分别与第一弹性件和第二弹性件在胶囊内发生碰撞，从而在外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的共同作用下使胶囊运动，所述第三弹性件的弹力是第三弹性件和磁铁相互作用产生的弹力。其具有结构简单、控制灵活和成本低廉的优点。
本发明的另一个方面，还提供一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统，包括手柄线圈、信号发生器、信号放大器、电源、数据采集器、显示设备和胶囊内窥镜，所述胶囊内窥镜为前述任一项所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，所述手柄线圈、信号发生器、信号放大器、电源、数据采集器、显示设备均设置于胶囊内窥镜的外部，所述信号放大器分别与手柄线圈和信号发生器连接，所述电源用于给信号发生器和信号放大器供电，所述数据采集器分别与信号放大器和显示设备连接，所述手柄线圈为胶囊内磁铁提供外部磁场力，所述磁铁在外部磁场力作用下在胶囊内部向左或向右运动，当磁铁向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件发生碰撞，当磁铁向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件发生碰撞，所述胶囊在手柄线圈的外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动，所述第三弹性件的弹力是第三弹性件和磁铁相互作用产生的弹力。
进一步地，所述手柄线圈在信号发生器和信号放大器的作用下产生周期激励信号，为胶囊内磁铁提供周期激励，使得磁铁周期运动：当磁铁向右周期运动产生的距离大于或等于第一弹性件与磁铁间的水平间距G1时，所述磁铁与第一弹性件发生碰撞；当磁铁向左周期运动产生的距离大于或等于第二弹性件与磁铁间的水平间距G2时，所述磁铁与第二弹性件发生碰撞。
进一步地，所述周期激励信号为方波信号，简谐波信号和三角波信号中的任意一种。
本发明的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统，通过手柄线圈为磁铁提供外部磁场力，所述磁铁在外部磁场力的作用下在胶囊内部向左或向右运动，当磁铁向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件发生碰撞，当磁铁向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件发生碰撞，所述胶囊在手柄线圈的外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动。上述设置大大地改善了现有只提供磁场力的机械臂式磁控胶囊的效率，并降低了设备体积和使用成本可对胶囊的运动位置实时控制，且通过手柄线圈方位的改变可改变胶囊的姿态，能对病灶位置进行反复检查和筛查，大大地降低了漏检和误检的风险。
再一方面，本发明还提供一种基于前述任一项所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
S1、开启电源，为手柄线圈、信号发生器、信号放大器、数据采集器和显示设备供电，并通过调节电源来控制施加在手柄线圈上的电压值，进而修改所述手柄线圈产生的周期激励信号的幅值；
S2、调节信号发生器所产生周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，来修改所述手柄线圈产生的周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，信号放大器用于放大信号发生器所产生的周期激励信号给所述手柄线圈；
S3、手柄线圈在设定好的周期激励信号作用下产生周期磁力；
S4、当手柄线圈靠近胶囊时，胶囊内的磁铁在手柄线圈产生的外部周期磁力的作用下也产生周期运动，当磁铁向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件发生碰撞，当磁铁向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件发生碰撞，所述胶囊在手柄线圈的外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动。
上述手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的使用方法显然具有控制灵活，且能大大提高检查准确度的优点。
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是本发明一实施例的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜的物理模型图；
图2是图1所示的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜的结构图；
图3是本发明一实施例的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的部分结构简图；
图4是本发明一实施例的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的应用示例图；
图5是本发明一实施例的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的使用方法的结构示流程图。
附图标记说明：
胶囊-1 第一弹性件-2
第二弹性件-3 磁铁-4
第三弹性件-5 第一弹性板-21
第二弹性板-51 手柄线圈-6
信号发生器-7 信号放大器-8
电源-9 数据采集器-10
显示设备-11 图片采集器-12
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。
本发明中，使用的方位如“左”、“右”均以图1所示的视图为基准。术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。
图1所示是本发明一实施例的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜的物理模型图。参见图1，该手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜包括胶囊1及设置于胶囊1内腔的第一弹性件2、第二弹性件3、第三弹性件5和磁铁4，第一弹性件2和第二弹性件3分别安装于胶囊1内腔的右部和左部，所述第三弹性件5分别与胶囊1和磁铁4连接，所述磁铁4可滑行地位于所述第一弹性件2和第二弹性件3之间，即磁铁4分别与第一弹性件2、第二弹性件3之间存在一定的间隙，磁铁4在外部磁场力的驱动下可分别与所述第一弹性件2和第二弹性件3发生碰撞，当所述碰撞形成的合力大于胶囊1与外界环境阻力时，所述胶囊1向左或向右运动运动，第三弹性件5用于在没有外部磁场力驱动时，使磁铁4始终保持在初始位置。优选地，第一弹性件2和第二弹性件3对称设置于胶囊1内的右部和左部，第三弹性件5的两端分别与磁铁4和胶囊1的内腔连接。
具体地，参见图1，磁铁4的左右运动范围被限制在第一弹性件2和第二弹性件3之间，磁铁4在初始位置时，第一弹性件2与磁铁4的水平间距为G1，第二弹性件3与磁铁4的水平间距G2，上述磁铁4在外部磁场力的驱动下，并克服第三弹性件5作用力，磁铁4在胶囊1内腔向右移动的相对位移大于或等于G1时，磁铁4与第一弹性件2发生碰撞；当磁铁4在胶囊1内腔向左移动的相对位移大于或等于G2时，磁铁4与第二弹性件3发生碰撞。
在一具体优选实施例中，第一弹性件2和第二弹性件3均为弹性可变形挡板，上述弹性可变形挡板在磁铁4向左或向右运动与其发生碰撞时，发生形变，长度变短进而折叠；当需要恢复长度，回归初始位置时，则发生形变，长度边长进而展开，上述弹性可变形挡板与胶囊1为一体。具体地，参见图2，第一弹性件2包括第一弹性板21；第二弹性件3包括第二弹性板51；此时第三弹性件5为弹簧，弹簧套设于磁铁4上。优选地，第一弹性件2和第二弹性件3的劲度系数大于弹簧的劲度系数，图1中显示即第一弹性件2的劲度系数k1、第二弹性件3的劲度系数k2均大于弹簧的劲度系数k3。需要说明的是，上述胶囊1外壳材料不限于任何粗糙程度的材料，其可为金属、塑料、橡胶、可降解材料中的任一种。
在进一步技术方案中，上述磁铁4为T形磁铁，且为钕铁硼永磁铁。当然，磁铁4还可为U形磁铁，或其他更多可能，均可以实现本发明的技术效果。
同时，如图3所示，本发明还提供了一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统，包括手柄线圈6、信号发生器7、信号放大器8、电源9、数据采集器10、显示设备11和胶囊内窥镜，该胶囊内窥镜为前文所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，手柄线圈6、信号发生器7、信号放大器8、电源9、数据采集器10、显示设备11均设置于胶囊内窥镜的外部，信号放大器8分别与手柄线圈6和信号发生器7连接，电源9用于给信号发生器7和信号放大器8供电，数据采集器10分别与信号放大器8和显示设备11连接，手柄线圈6与胶囊内窥镜无线通信连接，通过手柄线圈6为磁铁4提供外部磁场力，磁铁4在外部磁场力的作用下在胶囊1内部向左或向右运动，当磁铁4向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件2发生碰撞，当磁铁4向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件3发生碰撞，所述胶囊1在手柄线圈6的外部磁场力、第三弹性件5的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动，第三弹性件5的弹力是第三弹性件5和磁铁4相互作用产生的弹力。图4即为手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的应用示例图，在进行实际应用时，手柄线圈6在患者体外放置于病灶区附近，胶囊1放置于患者体内用于检测的部位，如消化系统、循环系统(血液和淋巴)、呼吸系统、泌尿系统以及生殖系统，图片采集器12设置于检测部位的体表外部，胶囊1内设有摄像模块，该摄像模块与图片采集器12无线连接，胶囊内摄像模块可拍摄的如胃肠道内部照片，并通过无线传输给外部的图片采集器12，供给医生实时检测或数据存储。
具体地，本发明磁铁4在外部磁场力(通过手柄线圈6为磁铁4提供外部磁场力)的作用下在胶囊1内部向左或向右运动，即手柄线圈6在信号发生器7和信号放大器8的作用下产生周期激励信号，为胶囊1内磁铁4提供周期激励，使得磁铁4周期运动，当磁铁4向右周期运动产生的距离大于或等于第一弹性件2与磁铁4间的水平间距G1时，所述磁铁4与第一弹性件2发生碰撞；当磁铁4向左周期运动产生的距离大于或等于第二弹性件3与磁铁4间的水平间距G2时，所述磁铁4与第二弹性件3发生碰撞，所述胶囊1在手柄线圈6的外部磁场力、第三弹性件5的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动，具有结构简单、成本低廉、控制灵活且不易造成二次损伤的优点。
本发明的另一个方面，如图5所示，还提供了一种基于其上手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的使用方法，该使用方法包括以下步骤：
S1、开启电源，为手柄线圈、信号发生器、信号放大器、数据采集器和显示设备供电，并通过调节电源来控制施加在手柄线圈上的电压值，进而修改所述手柄线圈产生的周期激励信号的幅值；
S2、调节信号发生器所产生周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，来修改所述手柄线圈产生的周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，信号放大器用于放大信号发生器所产生的周期激励信号给所述手柄线圈；
S3、手柄线圈在设定好的周期激励信号作用下产生周期磁力；
S4、当手柄线圈靠近胶囊时，胶囊内的磁铁在手柄线圈产生的外部周期磁力的作用下也产生周期运动，当磁铁向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件发生碰撞，当磁铁向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件发生碰撞，所述胶囊在手柄线圈的外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动。
即开启手柄线圈6后，使用信号发生器7产生通断的外部周期激励信号，通过信号放大器放大信号发生器所产生的周期激励信号，同时，可通过修改信号发生器所产生周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，来调节胶囊1内磁铁4的运动。检测过程中，医生在可疑病灶附近使用手柄线圈6，控制胶囊1的位置，以达到清晰视角和反复检测的目的。医生也可控制胶囊1的运动速度，可使得胶囊1快速移动至病灶位置或快速排除体外，以减少检测时间，提高效率。
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 (9)
1.一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，其特征在于，包括胶囊及设置于胶囊内腔的第一弹性件、第二弹性件、第三弹性件和磁铁，所述第一弹性件和第二弹性件分别安装于胶囊内腔的右部和左部，所述第三弹性件分别与胶囊和磁铁连接，所述磁铁可滑行地位于所述第一弹性件和第二弹性件之间，所述磁铁在外部磁场力的驱动下可分别与所述第一弹性件和第二弹性件发生碰撞，当所述碰撞形成的合力大于胶囊与外界环境阻力时，所述胶囊向左或向右运动运动，第三弹性件用于在没有外部磁场力驱动时，使磁铁始终保持在初始位置。
2.根据权利要求1所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，其特征在于，所述磁铁的左右运动范围被限制在第一弹性件和第二弹性件之间，所述磁铁在初始位置时，所述第一弹性件与磁铁的水平间距为G1，所述第二弹性件与磁铁的水平间距G2，所述磁铁在外部磁场力的驱动下，并克服第三弹性件作用力，磁铁在胶囊内腔向右移动的相对位移大于或等于G1时，磁铁与第一弹性件发生碰撞；当磁铁在胶囊内腔向左移动的相对位移大于或等于G2时，磁铁与第二弹性件发生碰撞。
3.根据权利要求2所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，其特征在于，所述第三弹性件的两端分别与磁铁和胶囊的内腔连接。
4.根据权利要求1所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，其特征在于，所述第一弹性件和第二弹性件对称设置于胶囊内的右部和左部。
5.根据权利要求1所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，其特征在于，所述第一弹性件和第二弹性件为弹性可变形挡板。
6.一种手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统，其特征在于，包括手柄线圈、信号发生器、信号放大器、电源、数据采集器、显示设备和胶囊内窥镜，所述胶囊内窥镜为权利要求2-5中任一项所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜，所述手柄线圈、信号发生器、信号放大器、电源、数据采集器、显示设备均设置于胶囊内窥镜的外部，所述信号放大器分别与手柄线圈和信号发生器连接，所述电源用于给信号发生器和信号放大器供电，所述数据采集器分别与信号放大器和显示设备连接，所述手柄线圈为胶囊内磁铁提供外部磁场力，所述磁铁在外部磁场力作用下在胶囊内部向左或向右运动，当磁铁向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件发生碰撞，当磁铁向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件发生碰撞，所述胶囊在手柄线圈的外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动，所述第三弹性件的弹力是第三弹性件和磁铁相互作用产生的弹力。
7.根据权利要求6所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述手柄线圈在信号发生器和信号放大器的作用下产生周期激励信号，为胶囊内磁铁提供周期激励，使得磁铁周期运动：当磁铁向右周期运动产生的距离大于或等于第一弹性件与磁铁间的水平间距G1时，所述磁铁与第一弹性件发生碰撞；当磁铁向左周期运动产生的距离大于或等于第二弹性件与磁铁间的水平间距G2时，所述磁铁与第二弹性件发生碰撞。
8.根据权利要求7所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述周期激励信号为方波信号，简谐波信号和三角波信号中的任意一种。
9.一种基于权利要求6-8中任一项所述的手柄式磁控振动碰撞胶囊内窥镜系统的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：
S1、开启电源，为手柄线圈、信号发生器、信号放大器、数据采集器和显示设备供电，并通过调节电源来控制施加在手柄线圈上的电压值，进而修改所述手柄线圈产生的周期激励信号的幅值；
S2、调节信号发生器所产生周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，来修改所述手柄线圈产生的周期激励信号的频率、幅值和/或占空比，信号放大器用于放大信号发生器所产生的周期激励信号给所述手柄线圈；
S3、手柄线圈在设定好的周期激励信号作用下产生周期磁力；
S4、当手柄线圈靠近胶囊时，胶囊内的磁铁在手柄线圈产生的外部周期磁力的作用下也产生周期运动，当磁铁向右运动至第一预设位置时，与第一弹性件发生碰撞，当磁铁向左运动至第二预设位置时，与第二弹性件发生碰撞，所述胶囊在手柄线圈的外部磁场力、第三弹性件的弹力和碰撞引起的碰撞力的多重作用力下运动。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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