CN113576373B - 一种磁控微针穿刺施药胶囊 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控微针穿刺施药胶囊，包括壳体部、磁驱部、内窥镜装置、施药装置；其中，所述壳体部由承载壳体和施药壳体组成；所述磁驱部主体为环形永磁铁；所述内窥镜装置包括内窥镜镜头、镜片以及电路板，分别设置在承载壳体的啮合处与磁体的啮合处；所述施药装置包括施药微针、触发塞及固化压缩弹簧，固化压缩弹簧在复原时将活塞推出，顶出微针对患处进行穿刺施药治疗。本发明所提供的磁控胶囊在实现指定位置穿刺施药的功能外可通过内窥镜进行视觉辅助操控；医生通过磁控引导胶囊运动到施药区，通过内窥镜获取到图像信息，确定施药位置，随后顶出微针开展定点施药工作。

Description

一种磁控微针穿刺施药胶囊
技术领域
本发明属于医疗机器人领域，涉及一种微型医疗机器人的穿刺施药技术，具体涉及一种磁控微针穿刺施药胶囊。
背景技术
微型机器人的相关技术逐渐在越来越多的领域得到运用，其应用范围与应用程度都有很大的提升，在医疗领域的作用尤为突出。在医疗领域，在对于病人体内肠道等部位进行检查时，采用的传统人工内窥镜方法往往会使病人感到身体不适，甚至可能造成病人身体的损伤，因此更多的医疗机构开始采用磁控胶囊机器人来代替人工检测，可以在避免由于仪器移动导致的病人不适的同时，获取到一定质量的图像。由于磁控胶囊机器人的体积小，给病人带来的异物感弱，避免了传统插管检查的痛苦，相比传统内窥镜，磁控胶囊机器人提供了一种全新的无创解决方案。目前的内窥镜胶囊机器人已经能完成常规胃肠镜检查，但是对于指定位置的治疗、施药功能还有待开发，在后续医疗机器人领域的研究中将会进一步开发有一定治疗功能的磁控胶囊机器人。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于一种磁控微针穿刺施药胶囊，具有在目标位置进行检测与穿刺施药的功能，在完成内窥镜功能的同时完成进一步的定点治疗任务。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：包括壳体部和安装在壳体部内的磁驱部、内窥镜装置及施药装置；其中，
所述磁驱部用于配合外界磁场驱动整个施药胶囊运动；
所述内窥镜装置用于对进行检测和施药环境观测；
所述施药装置包括施药微针、触发塞、固化压缩弹簧、设于壳体部内的导向筒和设于壳体部外壁的施药窗口，所述触发塞一端与施药微针相连，另一端安装在导向筒内，所述固化压缩弹簧安装在导向筒内，且位于触发塞的端部和导向筒内底部之间；所述施药微针位于施药窗口内，所述施药窗口外侧还设有一层将施药微针保护起来的薄膜；
所述固化压缩弹簧为通过可溶于体液的固化材料固化的压缩弹簧，安装固化压缩弹簧区域的导向筒侧壁设有与壳体部外界相通的溶解孔，当施药胶囊处于人体使用环境时，体液通过溶解孔进入导向筒内将固化压缩弹簧的可溶于体液的固化材料融化，压缩弹簧释放，通过触发塞驱动施药微针向外伸出，刺破薄膜后与人体接触，进行微针施药。
进一步地，所述壳体部为由承载壳体和施药壳体组合形成的圆柱形壳体，所述导向筒设置于承载壳体内壁，所述施药窗口设置于施药壳体外部。
进一步地，所述内窥镜装置包括内窥镜镜头、镜片以及电路板，其中所述内窥镜镜头设于壳体部前进方向的前端。
进一步地，所述可溶于体液的固化材料包括明胶、淀粉和海藻酸钠中的任意一种或几种。
进一步地，设有施药窗口的薄膜为乳胶膜或者生物薄膜，还可以为无毒的塑料膜、橡胶膜等等。
进一步地，所述施药微针是使用PDMS模具制造的微针阵列补丁，包括基底和设于基底上的微针阵列，微针中含有所需药物。
进一步地，所述微针为圆锥状，每个微针底面直径为200-400μm。
进一步地，所述导向筒的轴心线径向设置，所述微针阵列的基底为弧形基底，每个微针均与弧形基底表面垂直。
进一步地，所述磁驱部为设于壳体部内同轴设置的环形永磁铁。
进一步地，所述导向筒设置于壳体部尾部，且壳体部尾部设置为便于体液进入溶解孔的开放式端口。
本发明的有益效果是：
1、采用微型电路板控制，占用空间小、结构更紧凑，胶囊系统稳定性强；
2、本发明结构简单，采用磁控方式进行运动，没有引入复杂的机械结构。
3、通过胶囊机器人尾部线控能提供额外的能量，可延长在体内工作的时间；
4、能额外满足胶囊机器人施药功能要求。
附图说明
图1是本发明磁控微针穿刺施药胶囊外部结构示意图。
图2是本发明去掉薄膜内部结构示意图。
图3是本发明去掉施药壳体内部结构示意图。
图4是本发明弹簧压缩状态下内部结构剖视图。
图5是本发明弹簧复位状态下施药装置剖视图示意图。
其中，1-承载壳体，2-施药壳体，21-施药窗口，11-内窥镜镜片，12-内窥镜镜头，13-环形永磁铁，14-内窥镜电路板，15-电路板固定槽，16-导向筒，17-溶解孔，31-薄膜，32-微针，33-基底，34-触发塞，41-压缩弹簧，42-固化材料，43-开放式端口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明提供的一种磁控微针穿刺施药胶囊进行详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1至图5所示，一种磁控微针穿刺施药胶囊，包括包括壳体部和安装在壳体部内的磁驱部、内窥镜装置及施药装置；其中，为了便于制造和组装，所述壳体部为由承载壳体1和施药壳体2组合形成的圆柱形壳体，所述导向筒16设置于承载壳体1内壁，所述施药窗口3设置于施药壳体2外部。
所述磁驱部用于配合外界磁场驱动整个施药胶囊运动；
所述内窥镜装置用于对进行检测和施药环境观测；
所述施药装置包括施药微针、触发塞34、固化压缩弹簧、设于壳体部内的导向筒16和设于壳体部外壁的施药窗口3，所述触发塞34一端与施药微针相连，另一端安装在导向筒16内，所述固化压缩弹簧安装在导向筒16内，且位于触发塞34的端部和导向筒16内底部之间；所述施药微针位于施药窗口3内，所述施药窗口3外侧还设有一层将施药微针保护起来的薄膜31；
所述固化压缩弹簧为通过可溶于体液的固化材料42固化的压缩弹簧41，安装固化压缩弹簧区域的导向筒16侧壁设有与壳体部外界相通的溶解孔17，当施药胶囊处于人体使用环境时，体液通过溶解孔17进入导向筒16内将固化压缩弹簧的可溶于体液的固化材料42融化，压缩弹簧41释放，通过触发塞34驱动施药微针向外伸出，刺破薄膜31后与人体接触，进行微针32施药。
所述内窥镜装置包括内窥镜镜头12、内窥镜镜片11以及内窥镜电路板14，其中所述内窥镜镜头12设于壳体部前进方向的前端。
如图3和图4所示，所述磁控微针穿刺施药胶囊借助可溶解的固化压缩弹簧控制触发塞34弹出微针32实现穿刺施药。所述固化压缩弹簧为通过可溶于体液的固化材料42固化的压缩弹簧41，具体的制造方式为：将弹簧压缩后保存压缩状态置于圆柱形模具内，然后往模具中灌注含有包括但不仅限于明胶，淀粉，海藻酸钠等可溶于体液的固化材料42成分的溶液，等溶液风干后，拆模得到固化压缩弹簧。明胶，淀粉，海藻酸钠等成分在特定溶液或人体环境下的溶解，失去对压缩弹簧41的固化作用，弹簧伸展释放，产生施药动力，通过选择材料种类和圆柱形模具大小，使得固化压缩弹簧内固化态的材料在20-30分钟作用能被体液溶解，从而释放压缩弹簧41，选择该时间长度是因为在该时间长度下，足以使得磁控微针穿刺施药胶囊运动到人体任何可以达到的地方，并且稍作停留达到溶解时间后，压缩弹簧41自行释放，达到自动施药的目的，并且还不用在磁控微针穿刺施药胶囊设置复杂的动力机构，实际上在微小的胶囊内设置微型电机不仅技术复杂，而且成本高昂，不具有实用性，而本发明通过巧妙结构设计，无需使用超微型电机，即可完成施药，大幅度降低使用和制造成本，当施药完成后取出微胶囊，只需要更换固化压缩弹簧后可以再次使用，达到重复使用的目的，而固化压缩弹簧无论是制造工艺还是材料都是常规材料和工艺，成本低廉，适合大规模推广应用。所述固化压缩弹簧复原方法包括但不仅限于通过溶解孔17流入液体逐步溶解的方式来实现。当胶囊运动到目标位置之后，固化材料42自动进行溶解，无需外界操作，简洁高效。
如图3所示，所述施药微针是使用PDMS模具制造的微针32阵列补丁，施药时，针尖表面含有药物，基底33不含有药物，所述微针32为圆锥状，每个微针32底面直径仅为300μm左右。测试施药有效性时，可用荧光试剂代替药物，对猪肠进行试验，观察荧光物质来判断施药的有效性，本发明施药微针的具体制造工艺可以参考本发明人前期研究成果CN108837299B所公开技术。
如图3所示，所述承载壳体1内的环形永磁铁13可在磁控引导的方式下控制所述胶囊的移动，到达施药位置；同时可通过所述内窥镜的柔性线牵引移动。且所述内窥镜及所述内窥镜电路板14均采用柔性线控制，此外包括但不仅限于采用蓝牙的方式与外界进行信息传输。
如图3所示，所述环形永磁铁13与胶囊承载壳体1同轴固定，所述内窥镜电路板14卡在环形永磁铁13内部，并通过柔性信号线连接至所述施药装置的另一侧的内窥镜镜头12，镜片固定在内窥镜镜头12前侧的承载壳体1上。
如图4和图5所示，所述壳体部整体为柱体结构，轴向剖切面为椭圆形。需要说明的是，本发明内窥镜装置及磁控胶囊其他常规结构并非本发明关键发明点，本发明没有详细公开的部分采用公知常识即可，比如为了配合图像采集装置，承载壳体1前端开设有拍摄孔或者胶囊壳体设置为透明罩。
如图4所示，所述导向筒16设置于壳体部尾部，且壳体部尾部设置为便于体液进入溶解孔的开放式端口43。
本发明工作原理：
本发明所述承载壳体1内安装有磁性混合材料制成的环形永磁铁13，在外部磁场作用下可以实现在人体内部的移动与转动，具体可参考现有技术中的磁控胶囊技术；所述内窥镜装置透过内窥镜镜片11得到外部图像，磁控微针穿刺施药胶囊移动时，施药微针被薄膜覆盖，不会与人体组织接触，在到达指定位置后，等待固化压缩弹簧中的可溶于体液的固化材料42在人体或溶液中自动溶解，使得压缩弹簧41复原，将所述触发塞34与施药微针顶出，施药微针刺破薄膜31后与人体组织接触，自主完成施药功能。
本发明中所述的内窥镜装置可全程记录摄录图像视频，当磁控胶囊执行任务完成后医生通过控制线将胶囊从患者体内拉出，以便开展后续的检测治疗工作。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：包括壳体部和安装在壳体部内的磁驱部、内窥镜装置及施药装置；其中，
所述磁驱部用于配合外界磁场驱动整个施药胶囊运动；
所述内窥镜装置用于对进行检测和施药环境观测；
所述施药装置包括施药微针、触发塞、固化压缩弹簧、设于壳体部内的导向筒和设于壳体部外壁的施药窗口，所述触发塞一端与施药微针相连，另一端安装在导向筒内，所述固化压缩弹簧安装在导向筒内，且位于触发塞的端部和导向筒内底部之间；所述施药微针位于施药窗口内，所述施药窗口外侧还设有一层将施药微针保护起来的薄膜；
所述固化压缩弹簧为通过可溶于体液的固化材料固化的压缩弹簧，安装固化压缩弹簧区域的导向筒侧壁设有与壳体部外界相通的溶解孔，当施药胶囊处于人体使用环境时，体液通过溶解孔进入导向筒内将固化压缩弹簧的可溶于体液的固化材料融化，压缩弹簧释放，通过触发塞驱动施药微针向外伸出，刺破薄膜后与人体接触，进行微针施药；
所述壳体部为由承载壳体和施药壳体组合形成的圆柱形壳体，所述导向筒设置于承载壳体内壁，所述施药窗口设置于施药壳体外部；
所述可溶于体液的固化材料包括明胶、淀粉和海藻酸钠中的任意一种或几种；
所述施药微针是使用PDMS模具制造的微针阵列补丁，包括基底和设于基底上的微针阵列，微针中含有所需药物；
所述导向筒的轴心线径向设置，所述微针阵列的基底为弧形基底，每个微针均与弧形基底表面垂直。
2.根据权利要求1所述的磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：所述内窥镜装置包括内窥镜镜头、镜片以及电路板，其中所述内窥镜镜头设于壳体部前进方向的前端。
3.根据权利要求1所述的磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：设于施药窗口的薄膜为乳胶膜或者生物薄膜。
4.根据权利要求1所述的磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：所述微针为圆锥状，每个微针底面直径为200-400μm。
5.根据权利要求1所述的磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：所述磁驱部为设于壳体部内同轴设置的环形永磁铁。
6.根据权利要求1所述的磁控微针穿刺施药胶囊，其特征在于：所述导向筒设置于壳体部尾部，且壳体部尾部设置为便于体液进入溶解孔的开放式端口。
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