CN113545732B - 胶囊内窥镜系统 - Google Patents

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CN113545732B CN202010329418.2A CN202010329418A CN113545732B CN 113545732 B CN113545732 B CN 113545732B CN 202010329418 A CN202010329418 A CN 202010329418A CN 113545732 B CN113545732 B CN 113545732B
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Abstract

本公开描述了一种胶囊内窥镜系统，其包括胶囊内窥镜；手持式磁控装置，其包括：把持部，其呈长条状，把持部具有用于把持的后端和远离后端的前端；磁控部，其设置于把持部的前端，磁控部具有可转动的永磁体，并通过对第一磁体施加磁力而控制胶囊内窥镜在被检体内进行移动；定位部，其设置在把持部并与永磁体具有预定距离；以及磁体驱动部，其用于驱动永磁体进行转动从而控制胶囊内窥镜进行转动；处理装置。在本实施方式中，过手持式磁控装置对被检体内的胶囊内窥镜进行引导、定位和控制，操作方便，并且能够减少检测所需的时间。

Description

胶囊内窥镜系统
技术领域
本公开大体涉及一种胶囊内窥镜系统。
背景技术
随着现代医学技术的发展，对于消化道例如胃部、大肠、小肠等组织壁上的病变可以通过吞服胶囊内窥镜来进行窥探，通过胶囊内窥镜能够帮助医生获取消化道内的病灶区域的准确信息，以辅助医生对患者进行确诊和治疗。这样的胶囊内窥镜通常具有受外部磁控装置控制的磁体、摄像装置及将所捕获的图像传输到外部的无线传输装置。具体而言，医生、护士或其他操作人员通过控制外部磁控装置，对位于组织腔体例如胃、小肠等脏器内的胶囊型内窥镜进行磁引导，以便胶囊型内窥镜在组织腔内的内部移动，并且捕获组织腔内的特定位置的(例如病灶区域)图像，然后将所捕获的图像通过无线传输等方式传到外部的处理装置，通过处理装置医生等能够对患者的消化道进行观察和诊断。
然而，当前对胶囊内窥镜进行控制的外部设备如磁控装置，其通常具有对胶囊内窥镜产生磁作用力的磁控部以及驱动磁控部进行移动的电机，操作者通过对电机输入移动指令，从而驱动磁控部进行移动。在这种磁控装置中，移动指令的输入和磁控部的响应之间可能会存在延时，从而导致检查时间过长，另外还存在操作繁琐等问题。
发明内容
本发明有鉴于上述现有的状况，其目的在于提供一种能够方便且快速地对被检体进行检测的胶囊内窥镜系统。
为此，本公开提供一种胶囊内窥镜系统，其包括：胶囊内窥镜，其被导入到被检体内，所述胶囊内窥镜具有第一磁体和摄像装置；手持式磁控装置，其包括：把持部，其呈长条状，所述把持部具有用于把持的后端和远离所述后端的前端；磁控部，其设置于所述把持部的前端，所述磁控部具有可转动的永磁体，并通过对所述第一磁体施加磁力而控制所述胶囊内窥镜在所述被检体内进行移动；定位部，其设置在所述把持部并与所述永磁体具有预定距离，所述定位部用于测量所述胶囊内窥镜的位置；以及磁体驱动部，其用于驱动所述永磁体进行转动从而控制所述胶囊内窥镜进行转动；处理装置，其用于接收所述摄像装置在所述被检体内拍摄的图像。
在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，通过手持式磁控装置对被检体内的胶囊内窥镜进行引导、定位和控制，操作方便，并且能够减少检测所需的时间。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，还包括第一无线收发装置和设置于所述胶囊内窥镜内的第二无线收发装置，所述胶囊内窥镜通过所述第二无线收发装置与所述第一无线收发装置进行无线通信。由此，能够方便胶囊内窥镜和第一无线收发装置进行无线通信和信号传输。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述第一无线收发装置设置于所述手持式磁控装置上。由此，能够更好地与胶囊内窥镜的第二无线收发装置进行通信。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述永磁体为圆柱体。由此，能够方便控制胶囊内窥镜。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述定位部包括多个磁传感器。由此，能够准确地对位于被检体内的胶囊内窥镜进行定位。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述多个磁传感器被配置为可探测所述胶囊内窥镜在三维方向的磁场。由此，能够准确地对位于被检体内的胶囊内窥镜进行定位。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述手持式磁控装置与所述处理装置有线连接。由此，能够使得手持式磁控装置与处理装置进行更稳定地信号传输。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述处理装置还包括第三无线收发装置，所述第三无线收发装置与所述第一无线收发装置无线通信。由此，能够使手持式磁控装置更方便地与处理装置进行信号传输。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述处理装置获取所述永磁体位于预定位置时所述定位部感应的来自于所述永磁体的第一磁感应强度、以及所述被检体位于所述手持式磁控装置一侧且所述永磁体位于预定位置时所述定位部感应的来自所述手持式磁控装置和所述第一磁体的第二磁感应强度，基于所述第一磁感应强度和所述第二磁感应强度来计算所述定位部感应的来自所述胶囊内窥镜产生的第三磁感应强度，并且根据所述第三磁感应强度算出所述胶囊内窥镜的所述第一磁体相对于磁传感器模块的位置。由此，能够有效地减少永磁体所产生的干扰。
另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述处理装置基于所述第一磁体的磁偶极子模型和所述胶囊内窥镜的在组织腔体内的预设坐标，计算所述胶囊内窥镜在所述预设坐标时由所述定位部感应的来自所述第一磁体的第四磁感应强度，将所述第三磁感应强度与所述第四磁感应强度进行对比以修正所述预设坐标，并且令在预定误差内的预设坐标为所述胶囊内窥镜的定位位置。由此，能够更准确地对胶囊内窥镜进行定位。
根据本公开，能够提供一种能够方便且快速地对被检体进行检测的胶囊内窥镜系统。
附图说明
现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开的实施例，其中：
图1是示出了本实施方式所涉及的胶囊内窥镜系统的示意图。
图2是示出了本实施方式所涉及的胶囊内窥镜的示意图。
图3是示出了本实施方式所涉及的胶囊内窥镜的框图示意图。
图4是示出了本实施方式所涉及的手持式磁控装置的其中一个视角的示意图。
图5是示出了本实施方式所涉及的手持式磁控装置的另外一个视角的示意图。
具体实施方式
以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
图1是示出了本实施方式所涉及的胶囊内窥镜系统1的示意图。图2是示出了本实施方式所涉及的胶囊内窥镜10的示意图。图3是示出了本实施方式所涉及的胶囊内窥镜10的框图示意图。
参照图1至图3，本实施方式所涉及的胶囊内窥镜系统1可以包括胶囊内窥镜10、手持式磁控装置20以及处理装置30。其中，胶囊内窥镜10可以位于被检体2的组织腔体3内并可以获取组织腔体3内的图像，手持式磁控装置20可以对胶囊内窥镜10进行磁控制从而使胶囊内窥镜10在组织腔体3内进行移动，处理装置30可以接收并处理胶囊内窥镜10在组织腔体3内所获取的图像。
(胶囊内窥镜10)
本实施方式所涉及的胶囊内窥镜10是形成为能够导入被检体2的组织腔体3内且形状如胶囊的医疗装置。从外观上看，胶囊内窥镜10可以呈胶囊型壳体(参见图2)。对于胶囊内窥镜10的胶囊型壳体，其可以是形成为能够导入到被检体2内部的大小的胶囊型壳体。其中，胶囊型壳体的两端开口被呈圆顶形状的圆顶形状壳体塞住，从而维持液密状态。圆顶形状壳体是透射规定的波长频带的光(例如可见光)的透明的光学圆顶。在一些示例中，筒状壳体可以是大致不透明的壳体。
在本实施方式中，组织腔体3可以是消化腔例如胃部、食道、大肠、结肠、小肠等。另外，在一些示例中，组织腔体3也可以是非消化腔例如腹腔、胸腔等。对于消化腔例如胃部、食道、大肠等，胶囊内窥镜10可以通过食用而进入消化腔，而对于非消化腔，可以通过临床手术开具微创的开口而将胶囊内窥镜10置入非消化腔。
在本实施方式中，胶囊内窥镜10可以包括磁体(第一磁体11)和摄像装置12。其中，手持式磁控装置20(稍后描述)可以对第一磁体11施加磁作用力从而控制胶囊内窥镜10进行移动。胶囊内窥镜10可以通过摄像装置12来获取被检体2的组织腔体3内的图像。
在一些示例中，摄像装置12可以与透明的光学圆顶设置在相同的一端。
另外，在一些示例中，胶囊内窥镜10的内部还可以布置有第二无线收发装置13，第二无线收发装置13可以与手持式磁控装置20进行无线通信。
另外，在一些示例中，胶囊内窥镜10还可以包括照明装置14。另外，在一些示例中，胶囊内窥镜10还可以包括信号处理装置15等(参见图3)。
在一些示例中，当胶囊内窥镜10以靠近摄像装置12的一端为支点时，摄像装置12可以对支点所在的内壁进行拍摄，由此，能够近距离拍摄组织腔体3的内壁，能够使拍摄到的内壁图像更清晰。在另一些示例中，当胶囊内窥镜10以远离摄像装置12的一端为支点时，摄像装置12可以对支点对侧的内壁进行拍摄，由此，能够拍摄到关于组织腔体3更多的图像。
在另一些示例中，可以在胶囊内窥镜10的两端分别设置有摄像装置12，由此，能够更方便的使胶囊内窥镜10采集关于组织腔体3内壁的图像。
在本实施方式中，胶囊内窥镜10可以在手持式磁控装置20所产生的磁场的作用下在组织腔体3中的空间内移动。
(手持式磁控装置20)
图4是示出了本实施方式所涉及的手持式磁控装置20的其中一个视角的示意图。图5是示出了本实施方式所涉及的手持式磁控装置20的另外一个视角的示意图。具体的，图4是示出了本实施方式所涉及的手持式磁控装置20的立体示意图，图5是示出了本实施方式所涉及的手持式磁控装置20的具有第一无线收发装置250的一面的俯视图。
在本实施方式中，手持式磁控装置20可以包括用于检查者把持的把持部210、对胶囊内窥镜10进行磁控的磁控部220、用于对胶囊内窥镜10在组织腔体3内的位置进行定位的定位部230、以及驱动磁控部220进行转动的磁体驱动部240。
在本实施方式中，通过手持式磁控装置20对被检体2内的胶囊内窥镜10进行引导、定位和控制，操作起来简单、直观，而且省时、省力，能够降低人工成本，提高诊断效率。
参照图4和图5，在本实施方式中，手持式磁控装置20可以包括把持部210、磁控部220、定位部230以及磁体驱动部240。其中，把持部210可以呈长条状，把持部210可以具有用于把持的后端和远离后端的前端。磁控部220可以设置于把持部210的前端，磁控部220可以具有可转动的永磁体221，并可以通过对第一磁体11施加磁力从而控制胶囊内窥镜10在被检体2内进行移动。定位部230可以设置在把持部210并且与永磁体221之间可以具有预定距离，定位部230可以用于测量胶囊内窥镜10在组织腔体3内的位置。磁体驱动部240可以用于驱动永磁体221进行转动从而控制胶囊内窥镜10进行转动。
在一些示例中，把持部210的前端可以用于承载磁控部220、定位部230、磁体驱动部240(如下所述)以及其他电路组件，把持部210的后端用于由检查者在对被检体2进行检查的时候把持。在一些示例中，把持部210可以设计为长条状。在另一些示例中，把持部210的前端可以设置为饼状、平板状等具有较大面积的形状，由此，能够更方便的承载磁控部220、定位部230、磁体驱动部240以及其他电路组件；另外，把持部210的后端可以设置为长条状等易于检查者把持的形状。
在一些示例中，磁控部220可以设置在把持部210的前端并且可以与定位部230保持预定距离设置。
在一些示例中，永磁体221可以为圆柱体。在另一些示例中，永磁体221可以为球体、椭球体等。
在一些示例在中，永磁体221可以围绕x轴进行转动，由此可以带动胶囊内窥镜10在组织腔体3的内壁上进行移动。在一些示例中，胶囊内窥镜10可以在圆柱体的磁力引导下在组织腔体3的内壁上沿胶囊内窥镜10的长度方向进行滚动。
具体的，永磁体221极性(N极和S极)的偏转可以带动位于被检体2中的胶囊内窥镜10中第一磁体11极性的偏转，并且使第一磁体11固定于被检体2内。由此，可以通过引导第一磁体11的偏转而带动胶囊内窥镜10在被检体2中的组织腔体3内进行运动。
在一些示例中，通过控制永磁体221可以控制胶囊内窥镜10在被检体2中的组织腔体3内进行滚动。即，可以以胶囊内窥镜10具有光学圆顶的一端或另一端为支点进行滚动，并且在滚动过程中或滚动到某个位置时对组织腔体3(例如胃)的内壁进行拍摄。在这种运动方式下，能够避免胃壁的褶皱或突起对胶囊内窥镜10的运动产生的影响。
在一些示例中，该胶囊内窥镜系统1还可以包括第一无线收发装置250和设置于胶囊内窥镜10内的第二无线收发装置13，胶囊内窥镜10内通过第二无线收发装置13与第一无线收发装置250进行无线通信。
在一些示例中，第一无线收发装置250可以设置于手持式磁控装置20上，由此，能够简化设备。进一步的，第一无线收发装置250可以设置于圆柱形永磁体的一面，在这种情况下，能够使第一无线收发装置250更靠近位于胶囊内窥镜10内的第二无线收发装置13，能够使第一无线收发装置250和第二无线收发装置13之间的无线通信具有较好的信噪比。
在一些示例中，定位部230可以设置在把持部210的前端的下方且靠近磁体驱动部240的地方，由此，能够更准确定位胶囊内窥镜10在组织腔体3中的位置。
在一些示例中，定位部230可以包括多个磁传感器，多个传感器可以设置为按预定距离布置的传感器阵列，并且可以使多个磁传感器被配置为可探测胶囊内窥镜10在三维方向的磁场。由此，能够更准确的对胶囊内窥镜10进行定位(稍后在处理装置30具体描述)。
在一些示例中，磁传感器可以为霍尔传感器等。
在一些示例中，磁体驱动部240可以用于驱动胶囊内窥镜10进行转动。
在一些示例中，磁体驱动部240可以为驱动电机等。磁体驱动部240可以设置于把持部210前端的上表面。
(处理装置30)
在一些示例中，胶囊内窥镜10在组织腔体3内所拍摄的图像可以经由处理装置30进行处理并显示。
在一些示例中，处理装置30可以通过计算得出胶囊内窥镜10在组织腔体3中的坐标位置。处理装置30在可以获取永磁体221位于预定位置时定位部230感应的来自于永磁体221的第一磁感应强度、以及被检体2位于手持式磁控装置20一侧且永磁体221位于预定位置时定位部230感应的来自手持式磁控装置20和第一磁体11的第二磁感应强度，并基于第一磁感应强度和第二磁感应强度来计算定位部230感应的来自胶囊内窥镜10产生的第三磁感应强度，并且根据第三磁感应强度算出胶囊内窥镜10的第一磁体11相对于多个磁传感器的位置。由此，能够有效地消除永磁体221所产生的磁场的干扰，从而能够准确地测得胶囊内窥镜10在被检体2中的定位位置。
具体而言，永磁体221绕x轴进行重复转动，并且通过使检查者在三维空间(被检者胃部位置)进行移动，进而改变磁控部220产生的磁场大小。由此，通过转动永磁体221，永磁体221经过周期性的运动总会回到某个预定状态。因此，可以预先通过定位部230预先测定永磁体221位于预定位置时定位部230感应的来自于永磁体221的第一磁感应强度。
在一些示例中，第一磁感应强度可以为永磁体221与水平面平行时测得的第一磁感应强度。在一些示例中，第一磁感应强度可以为永磁体221继续旋转90°(与水平面垂直)时测得的第一磁感应强度。在一些示例中，第一磁感应强度可以为永磁体221旋转45°时测得的第一磁感应强度。
另外，在本实施方式中，处理装置30可以基于第一磁体11的磁偶极子模型和胶囊内窥镜10的在组织腔体3内的预设坐标X1，计算胶囊内窥镜10在预设坐标X1时由定位部230的各个磁传感器感应的来自第一磁体11的第四磁感应强度(Xc0,Yc0,Zc0)，将第三磁感应强度Xc,Yc,Zc)与第四磁感应强度(Xc0,Yc0,Zc0)进行对比以修正预设坐标X1为X2，并且令在预定误差内的预设坐标X2为胶囊内窥镜10的定位位置P。由此，可以通过使第四磁感应强度(Xc0,Yc0,Zc0)逼近第三磁感应强度(Xc,Yc,Zc)的方式使预设坐标逐渐的逼近定位位置，能够在合理的误差内准确的定位到胶囊内窥镜10。
在一些示例中，在通过预设位置X1逼近定位位置P的过程中，例如可以使用最小梯度下降法，使胶囊内窥镜10在X1位置产生的磁感应强度B1以向下降速度或增长速度最快的方向(例如X1到X2的方向)不断迭代B1为B2(胶囊内窥镜10在X2位置产生的磁感应强度)，以使B1逼近胶囊内窥镜10在实际位置P处产生的磁感应强度B3，并最终在合理的B2与B3的误差范围内将X2确定为胶囊内窥镜10的定位位置。
在本实施方式中，由于第一磁体11与定位部230相距有一定的距离，因此，在实际的临床应用中可以将第一磁体11视为磁偶极子，在这种情况下，可以令第一磁体11的磁偶极子模型为：
在式(I)中，由于第一磁体11的磁矩可以预先测得，由此直接由预设坐标求出第四磁感应强度(Xc0,Yc0,Zc0)。
在本实施方式中，可以在信号处理与控制装置中计算第四磁感应强度(Xc0,Yc0,Zc0)，并使第四磁感应强度(Xc0,Yc0,Zc0)趋近第三磁感应强度(Xc,Yc,Zc)的方式不断模拟预设位置，并使最终模拟的预设位置确定为胶囊内窥镜10的定位位置。
在一些示例中，手持式磁控装置20可以与处理装置30有线连接。由此，能够使信号更稳定的传输。
在一些示例中，处理装置30还包括第三无线收发装置，第三无线收发装置与第二无线收发装置13无线通信。由此，能够使手持式磁控装置20更方便的与处理装置30进行信号传输
本公开在对被检体2进行检查时具体的工作过程如下：
在本实施方式中，以胃部检查为例，在对被检体2进行检查时，可以先让被检体2通过口服的方式通入胶囊内窥镜10，然后由检查者手持手持式磁控装置20靠近被检体2的胃部进行检查。在检查过程中，可以使手持式磁控装置20的磁控部220靠近胃部位置，磁控部220在磁体驱动部240的作用下绕x轴极性旋转(参照图4)，以此带动胶囊内窥镜10在胃内进行移动。一方面，检查者可以在靠近胃部的位置手动移动手持式磁控装置20，如图1所时当在被检体2的前胸部位对胃部进行检查时，可以通过使手持式磁控装置20靠近胃部的方式以增加对胶囊内窥镜10的吸引力，进而使胶囊内窥镜10向靠近胸部前侧的位置移动；另一方面，当对胃部靠近被检体2背部的一侧面进行检查时，可以将手持式磁控装置20移动到背部一侧，进而如上述操作方法使检查者操作手持式磁控装置20对被检体2进行检查。当然，可以通过调整手持式磁控装置20在三维空间的位置以调整磁力大小，进而配合磁控部220的转动更好的控制胶囊内窥镜10在被检体2内进行移动。
在本实施方式中，一方面，处理装置30可以接收由胶囊内窥镜10拍摄到的图像并进行显示；另一方面，由于胶囊内窥镜10在胃部的位置并不能够通过拍摄的图像进行直接显示，因此可以借助设置在把持部210背面的定位部230(即多个磁传感器)对胶囊内窥镜10进行定位，并由外部的处理装置30计算得出胶囊内窥镜10在胃内的坐标位置，进而可以更方便的对胶囊内窥镜10在胃内的移动进行路径规划，由此，能够充分对胃部进行检查，避免漏检。对胶囊内窥镜10进行定位的方法参见定位部230和处理装置30部分所述，此处不再赘述。
在本公开中，通过手持式磁控装置20对被检体2内的胶囊内窥镜10进行引导、定位和控制，操作起来简单、直观，而且省时、省力，能够降低人工成本，提高诊断效率。
虽然以上结合附图和实施例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种胶囊内窥镜系统，其特征在于，
包括：
胶囊内窥镜，其被导入到被检体内，所述胶囊内窥镜具有第一磁体和摄像装置；
手持式磁控装置，其包括：
把持部，其呈长条状，所述把持部具有用于把持的后端和远离所述后端的前端；
磁控部，其设置于所述把持部的前端，所述磁控部具有可转动的永磁体，并通过对所述第一磁体施加磁力而控制所述胶囊内窥镜在所述被检体内进行移动，所述永磁体为圆柱体且可绕X轴转动，所述磁控部通过控制所述永磁体的转动控制所述胶囊内窥镜在所述被检体的组织腔体内以所述胶囊内窥镜的一端为支点进行滚动，所述摄像装置在所述滚动过程中对所述组织腔体的内壁进行拍摄；
定位部，其设置在所述把持部并与所述永磁体具有预定距离，所述定位部用于测量所述胶囊内窥镜的位置；以及
磁体驱动部，其用于驱动所述永磁体进行转动从而控制所述胶囊内窥镜进行转动；
处理装置，其用于接收所述摄像装置在所述被检体内拍摄的图像。
2.如权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
还包括第一无线收发装置和设置于所述胶囊内窥镜内的第二无线收发装置，所述胶囊内窥镜内通过所述第二无线收发装置与所述第一无线收发装置无线通信。
3.如权利要求2所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述第一无线收发装置设置于所述手持式磁控装置上。
4.如权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述定位部包括多个磁传感器。
5.如权利要求4所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述多个磁传感器被配置为可探测所述胶囊内窥镜在三维方向的磁场。
6.如权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述手持式磁控装置与所述处理装置有线连接。
7.如权利要求2所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述处理装置还包括第三无线收发装置，所述第三无线收发装置与所述第一无线收发装置无线通信。
8.如权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述处理装置获取所述永磁体位于预定位置时所述定位部感应的来自于所述永磁体的第一磁感应强度、以及所述被检体位于所述手持式磁控装置一侧且所述永磁体位于预定位置时所述定位部感应的来自所述手持式磁控装置和所述第一磁体的第二磁感应强度，基于所述第一磁感应强度和所述第二磁感应强度来计算所述定位部感应的来自所述胶囊内窥镜产生的第三磁感应强度，并且根据所述第三磁感应强度算出所述胶囊内窥镜的所述第一磁体相对于磁传感器模块的位置。
9.如权利要求8所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，
所述处理装置基于所述第一磁体的磁偶极子模型和所述胶囊内窥镜的在组织腔体内的预设坐标，计算所述胶囊内窥镜在所述预设坐标时由所述定位部感应的来自所述第一磁体的第四磁感应强度，将所述第三磁感应强度与所述第四磁感应强度进行对比以修正所述预设坐标，并且令在预定误差内的预设坐标为所述胶囊内窥镜的定位位置。
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