CN114287864A - 胶囊内窥镜 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种胶囊内窥镜，包括：外壳，所述外壳包括主体部和位于所述主体部两端的端部；硬件模块，设置于所述外壳所限定的容置空间内，所述硬件模块包括电池模块，所述电池模块设置于所述主体部对应的空间内；第一绝热材料层，设置在所述外壳与所述电池模块之间；密封层，设置在所述硬件模块与所述绝热材料层之间。根据本发明的胶囊内窥镜，能够有效地降低电池与外壳之间的热对流，将热量更好地聚集在胶囊内窥镜的外壳内，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间，并且提高胶囊内窥镜使用的稳定性。

Description

胶囊内窥镜
技术领域
本发明涉及微型医疗机器人领域，具体而言，涉及一种胶囊内窥镜。
背景技术
无线胶囊内窥镜不但可以拍摄食道、胃和大肠的图像并传到体外，而且也可以对小肠等传统内窥镜不能到达的部位进行检测，因此胶囊内窥镜在消化道检测方面具有显著优势，受到了广泛关注。
但是胶囊内窥镜工作状态下的电池寿命，是制约其在消化道内完整检测的关键。电池性能对图像质量、图像拍摄频率和图像传输都有着重要影响，一次完整的消化道内检测，电池需要提供不小于12小时的电量，受限于胶囊内窥镜的物理尺寸，胶囊内窥镜内部使用的氧化银或者锂电池，很难提供胶囊内窥镜在一次消化道完整检测过程的电量，尤其是如若采用更强的光源拍摄更高分辨率的图像，需要的电池电量更大。
因此，如何延长电池的使用寿命，拍摄更多的图像成为亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的相关问题，本发明提供了一种胶囊内窥镜，包括：外壳，所述外壳包括主体部和位于所述主体部两端的端部；硬件模块，设置于所述外壳所限定的容置空间内，所述硬件模块包括电池模块，所述电池模块设置于所述主体部对应的空间内；第一绝热材料层，设置在所述外壳与所述电池模块之间；密封层，设置在所述硬件模块与所述第一绝热材料层之间。
其中，所述硬件模块还包括电路控制模块，所述第一绝热材料层设置在所述外壳与所述电路控制模块之间。
其中，所述密封层的厚度在0.01-0.02mm之间。
其中，所述外壳所限定的容置空间为真空空间。
其中，所述第一绝热材料层包括绝缘胶、气凝胶材料或固态绝缘材料。
其中，所述第一绝热材料层具有朝向所述外壳内壁的多个突起。
其中，所述第一绝热材料层为多层结构，包括靠近于所述外壳内壁的第一外层绝热材料层和靠近所述电池模块外围的第一内层绝热材料层，所述第一外层绝热材料层的硬度小于所述第一内层绝热材料层的硬度。
其中，所述第一绝热材料层包括第一电池绝热材料层和第一电路绝热材料层，所述第一电池绝热材料层设置在所述外壳与所述电池模块之间，所述第一电路绝热材料层设置在所述外壳与所述电路控制模块之间，所述第一电池绝热材料层的厚度大于所述第一电路绝热材料层的厚度。
如前所述的胶囊内窥镜，还包括图像采集模块和第二绝热材料层，所述图像采集模块设置于所述端部对应的空间，所述第二绝热材料层设置于所述图像采集模块与所述外壳之间，所述第二绝热材料层为透明绝热材料层。
其中，所述透明绝热材料层包括金属有机酯气凝胶。
根据本发明的胶囊内窥镜，能够有效地降低电池与外壳之间的热对流，将热量更好地聚集在胶囊内窥镜的外壳内，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间，并且提高胶囊内窥镜使用的稳定性。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
图2是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
图3是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的密封层的结构示意图。
图4是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
图5是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的密封层的结构示意图。
图6是示出根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的电池电压与拍摄图像数量的关系曲线图。
图7是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的装配示意图。
图8根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
图9是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
图10是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
图11是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
具体实施方式：
(1)实施例一
如图1所示，本实施例提供一种胶囊内窥镜，包括：外壳1，所述外壳1包括主体部1-1和位于所述主体部两端的端部1-2和1-3。外壳1限定出容置空间以容纳胶囊内窥镜的硬件模块，所述硬件模块包括电池模块2，所述电池模块设置于所述主体部1-1对应的空间内。硬件模块还可以包括图像采集模块、电路控制模块、磁体模块、射频传输模块等。
在本实施例中的胶囊内窥镜还包括在外壳1与电池模块2之间设置的第一绝热材料层4。
胶囊内窥镜中的电池模块一般为氧化银电池，温度对胶囊工作时长的影响非常显著，主要原因是温度会加速氧化银电池内部的化学反应的进行，保证电子迁移顺畅。
然而，由于胶囊内窥镜的外壳使用的基本上都是符合生物相容性的高分子材料，本身不产生热，电池工作的热量通过空气对流传到低温的外壳，导致电池的热量无法得到集聚，温度无法持续升高。最终在工作状态下电池的平衡温度较低。
为了降低电池与胶囊外壳热传导、减少对流、减少电池热辐射，在所述外壳1与所述电池模块2之间设置第一绝热材料层4。
通过在胶囊外壳与电池模块之间设置绝热材料层可以有效地降低电池与外壳之间的热对流，保证电池能达到较高的热平衡温度。
第一绝热材料层4可以是导热差的绝缘胶、气凝胶等，也可以是导热差的固态绝缘材料。例如，第一绝热材料层可以包括凝胶状态的绝热胶，例如纳米结构的气凝胶，也可以包括固态的玻璃丝、矿毛绝缘纤维、硅酸钙、氧化铝纤维、纤维素绝热件、聚苯乙烯绝热件和/或氨基甲酸乙酯泡沫绝热件等。
在本实施例中的胶囊内窥镜还包括在第一绝热材料层4与电池模块2之间设置的密封层3。
为了更好地保护电池模块等硬件模块并且保证绝热材料层的使用效果，在所述电池模块与所述绝热材料层之间设置密封层3，采用厚度为0.01mm-0.02mm的密封层密封电池模块，保证电池模块不与绝热胶直接接触，保证绝热胶使用的有效性。
尤其是第一绝热材料层为凝胶状态的绝热胶的情况下，如果绝热胶与电池模块等硬件接触，由于电池模块在工作状态下会发热，在发热的情况下绝热胶处于不固化的凝胶状态，直接接触电池模块会对电池的使用造成影响，影响胶囊内窥镜使用的稳定性。
采用密封层隔开绝热材料层与电池模块能更好地保持胶囊内窥镜的使用稳定性。在第一绝热材料层为固态绝缘材料时，密封层也可以避免绝热材料层中可能出现的灰尘等对电池的影响，提高电池模块工作的稳定性。
所述密封层3的材料可以是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等聚合物材料，本发明不限于此。
图1示出的胶囊内窥镜中，第一绝热材料层4仅设置在电池模块2与外壳之间，在一具体实施方式中，如图2所示，除了电池模块2之外，硬件模块还包括电路控制模块6，第一绝热材料层可以设置在整个主体部1-1的内侧面，除了在电池模块2与外壳1之间设置第一绝热材料层之外，在电路控制模块6与外壳1之间也设置有第一绝热材料层4。
在电路控制模块6与外壳1之间设置第一绝热材料层4可以更好地减少电池与胶囊外壳热传导、减少对流、减少电池热辐射，同时也可以将电路控制模块6在工作状态下产生的热量更好地聚集在胶囊内窥镜的外壳内，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间。
胶囊内窥镜还包括图像采集模块5，图像采集模块5设置在壳体的端部1-2。胶囊内窥镜还包括设置在壳体另一端部1-3的射频传输模块(图中未示出)。
图像采集模块5可以包括照明模块和摄像模块，为了便于拍摄到清晰的图像，图像采集模块5所在位置处对应的壳体端部1-2由透明材质制成，壳体主体部1-1和设置有射频传输模块另一端部1-3由非透明材质制成，但本发明不限于此。
在第一绝热材料层4的材料为固态绝缘材料的情况下，在外壳1的内侧面以贴附等方式固定绝热材料层即可，如图2所示。
在第一绝热材料层4的材料为凝胶状态的绝热胶的情况，可以采用以下方法形成。
首先，采用密封层3将胶囊内窥镜的硬件模块如电池模块2、电路控制模块6封装起来，所述密封层3的结构示意图(侧视图)如图3所示。
然后在包裹了密封膜的硬件模块与外壳1之间灌入绝热胶，具体的实现方式，可以先在壳内部加入绝热胶，再把用密封层3包裹好的硬件模块置入到底部灌好胶的壳中，通过硬件把灌封的绝热胶从底部挤到到密封层的外侧；也可以先把裹好的密封层3的硬件模块置入到外壳1中，再在密封层3与外壳1之间的缝隙中注入绝热胶，到指定的高度。具体地，注入的绝热胶刚好与LED的支撑板5-1平齐。
这样，就在胶囊内窥镜外壳与电池之间以及其他硬件模块之间，加入了绝热胶，绝热胶会慢慢填充外壳与硬件模块之间的空隙。
绝热胶填充了胶囊内部空隙处，将空隙处的空气排走，可以减弱电池与外壳之间的对流，电池的热量得以聚集，从而获得长的工作寿命。
以这种方式得到的胶囊内窥镜的示意图如图4所示，在外壳端部1-3的内壁也形成有第一绝热材料层4，这样能够使电池热量聚集的效果更好。在外壳端部1-3对应的空间处还设置有射频传输模块(图中未示出)。在外壳端部1-3的内壁也可以不形成第一绝热材料层4，本发明不限于此。
本发明不限于以上的方法，也可以采用在壳体内表面涂抹绝热胶，然后再将用密封层3包裹好的硬件模块置入的方法。
如图5所示，密封层3也可以是多层结构，包括最内层3-1和最外侧3-2，将密封层在内窥镜胶囊硬件结构如电池模块、电路控制模块和图像采集模块上缠绕数圈，保证密封的胶囊内窥镜硬件结构的自保温，维持电池工作的热平衡温度，延长电池的工作时间。
图6具体示出了设置有绝热材料层也就是经过绝热处理的胶囊内窥镜电池电压与拍摄图像数量的关系曲线。在相同的测试条件下，设置绝热材料层的胶囊压降更缓慢，拍摄的张数和拍摄时间较与未处理胶囊相比明显提升。通过实验发现，常规胶囊拍摄图像数量26044张，经过绝热处理的胶囊内窥镜拍摄的图像数量为34409张，拍摄数量增加了32％。
同时，在实验中可以看到绝热处理，胶囊内窥镜电池压降更加缓慢、平稳，说明绝热处理电池的化学反应更加平稳。
胶囊内窥镜的外壳1包括主体部外壳1-1和两个端部外壳1-2和1-3，这里将端部1-2称为前端部外壳，端部1-3称为后端部外壳，在一实施方式中，主体部外壳1-1和后端部1-3为一体结构，在主体部1-1和后端部1-3中设置了硬件结构和上述密封层和绝热材料层之后，在最后的前端部外壳和主体部的装配阶段，要求在真空操作箱中完成。具体地，在真空箱中，胶囊外壳内部的气体被抽空，将前端部外壳1-2通过胶水粘合到主体部外壳1-1和后端部外壳1-3，得到的胶囊内窥镜外壳1限定的容置空间为真空空间，这样可以减少电池与外壳的热对流。
具体的装配示意图如图7所示，这里为了清楚起见，略去主体部1-1和后端部外壳1-3中的硬件结构和密封层、绝热材料层等。
根据本实施例提供的胶囊内窥镜，在外壳与硬件模块之间设置绝热材料层，能够减弱电池与胶囊外壳之间的热量传导，将电池模块及电路控制模块产生的热量聚集在胶囊内窥镜的外壳内，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间。
(2)实施例二
如图8所示，本实施例提供另一种胶囊内窥镜，包括：外壳1，所述外壳1包括主体部1-1和位于所述主体部两端的端部1-2和1-3。外壳1限定出容置空间以容纳胶囊内窥镜的硬件模块，所述硬件模块包括电池模块2和电路控制模块6，所述电池模块2设置于所述主体部1-1对应的空间内。胶囊内窥镜还包括在外壳1与电池模块2和电路控制模块6之间设置的第一绝热材料层4，设置在第一绝热材料层4与电池模块2和电路控制模块6之间的密封层3。
本实施例中的第一绝热材料层4、密封层3的材料、结构和制作方式可以与实施例一相同，区别在于本实施例提供的第一绝热材料层4不是平整结构，而是具有朝向所述外壳内壁的多个突起4-1。
在第一绝热材料层4上设置多个突起4-1，能够减小第一绝热材料层4与胶囊外壳1的接触面积，降低热传导效率，进一步减弱电池与胶囊外壳之间的热量传导，将热量聚集在胶囊外壳内。
(3)实施例三
如图9所示，本实施例提供另一种胶囊内窥镜，包括：外壳1，所述外壳1包括主体部1-1和位于所述主体部两端的端部1-2和1-3。外壳1限定出容置空间以容纳胶囊内窥镜的硬件模块，所述硬件模块包括电池模块2和电路控制模块6，所述电池模块2设置于所述主体部1-1对应的空间内。胶囊内窥镜还包括在外壳1与电池模块2和电路控制模块6之间设置的第一绝热材料层，设置在第一绝热材料层与电池模块2和电路控制模块6之间的密封层3。
本实施例中密封层3的材料、结构和制作方式可以与实施例一相同。在本实施例中，所述第一绝热材料层为多层结构，包括靠近于所述外壳内壁的第一外层绝热材料层4-2和靠近硬件模块外围的第一内层绝热材料层4-3，所述第一外层绝热材料层4-2的硬度小于所述第一内层绝热材料层4-3的硬度。
所述第一内层绝热材料层4-3可以为固态绝热材料层，也可以包括固态的玻璃丝、矿毛绝缘纤维、硅酸钙、氧化铝纤维、纤维素绝热件、聚苯乙烯绝热件和/或氨基甲酸乙酯泡沫绝热件等。固态的绝热材料层能够更稳定地固定在胶囊内窥镜的外壳内，在减少电池模块与外壳之间的热传导的同时保证电池模块与电路控制模块稳定地工作，减少电池模块与电路控制模块等的振动。
第一外层绝热材料层4-2可以是硬度小于第一内层绝热材料层4-3的柔性材料或凝胶状态的绝热材料，硬度较小的第一外层绝热材料层4-2与胶囊内窥镜的外壳接触，不增加胶囊内窥镜的整体硬度，不会破坏胶囊内窥镜与人体的生物相容性。
此外，多层的绝热材料层能够更好地降低热传导效率，将热量更好地聚集在胶囊外壳内。
(4)实施例四
如图10所示，本实施例提供另一种胶囊内窥镜，包括：外壳1，所述外壳1包括主体部1-1和位于所述主体部两端的端部1-2和1-3。外壳1限定出容置空间以容纳胶囊内窥镜的硬件模块，所述硬件模块包括电池模块2和电路控制模块6，所述电池模块2设置于所述主体部1-1对应的空间内。胶囊内窥镜还包括在外壳1与电池模块2和电路控制模块6之间设置的第一绝热材料层，设置在第一绝热材料层与电池模块2和电路控制模块6之间的密封层3。
本实施例中密封层3的材料、结构和制作方式可以与实施例一相同。实施例中第一绝热材料层的材料和制作方式也可以与实施例一相同。但是本实施例中第一绝热材料层的结构与实施例一不同。
在本实施例中第一绝热材料层包括第一电池绝热材料层4-4和第一电路绝热材料层4-5，所述第一电池绝热材料层4-4设置在所述外壳与所述电池模块2之间，所述第一电路绝热材料层4-5设置在外壳1与所述电路控制模块6之间，所述第一电池绝热材料层4-4的厚度大于所述第一电路绝热材料层4-5的厚度。
由于密封层3为柔性材料，电路控制模块与外壳之间设置的第一电路绝热材料层4-5的厚度比较小，密封层3与第一电路绝热材料层4-5贴附在一起，给电路控制模块与外壳之间留出一定的预留空间4-6。
电路控制模块6包括PCB电路板以及各种走线，在目前胶囊内窥镜小型化的趋势下，给各种走线留下的空间比较小，容易造成走线的折断。设置第一电路绝热材料层4-5的厚度比较第一电池绝热材料层4-4的厚度小，可以给电路控制模块留下一定的预留空间4-6，不会因为设置绝热材料层而挤占过多的电路控制模块的空间，电路走线不会受到壳体内壁的挤压，不会发生断裂或折断的现象，能够保障胶囊内窥镜的使用寿命，同时兼顾热量聚集在胶囊外壳内的优点。
(5)实施例五
如图11所示，本实施例提供另一种胶囊内窥镜，包括：外壳1，所述外壳1包括主体部1-1和位于所述主体部两端的端部1-2和1-3。外壳1限定出容置空间以容纳胶囊内窥镜的硬件模块，所述硬件模块包括电池模块2和电路控制模块6，所述电池模块2设置于所述主体部1-1对应的空间内。胶囊内窥镜还包括在外壳1与电池模块2和电路控制模块6之间设置的第一绝热材料层，设置在第一绝热材料层与电池模块2和电路控制模块6之间设置的密封层3。
胶囊内窥镜还包括设置在外壳1的端部1-2处的图像采集模块5和第二绝热材料层7，所述图像采集模块设置于所述端部对应的空间，所述第二绝热材料层7设置于所述图像采集模块5与所述外壳1之间，所述第二绝热材料层为透明绝热材料层。
图像采集模块5包括照明模块和摄像模块，图像采集模块需要拍摄出清晰的人体内图像，因此与图像采集模块5对应的外壳1的端部1-2通常由透明材料制成。图像采集模块5在工作时会散发出热量，通过外壳1散发到外部。
在所述图像采集模块与所述外壳之间设置第二绝热材料层7，减少热量的对流和辐射，将热量聚集在胶囊内窥镜的外壳内，但是又不能降低外壳1的端部1-2的透光度及影响摄像模块拍摄图像，因此选用透明绝热的材料形成第二绝热材料层7，在一个实施方式中，选用金属有机酯气凝胶透明绝热材料。在一实施方式中，可以将第二绝热材料层7涂覆在外壳端部1-2的内壁。但是本发明不限于此。
采用金属有机酯制备的气凝胶材料透明度为90％，气孔率为95％,导热系数为0.015～0.020W/mk，有良好的隔热性，同时又具备高的透明度，能够减少图像采集模块产生的热量向外壳外部扩散，同时兼顾拍摄质量。
在制备胶囊内窥镜时，可以先将透明绝热材料涂覆在外壳端部1-2的内壁，然后再在真空状态下将外壳端部1-2与主体部和另一端部在真空状态下装配在一起，但是本发明不限于此。
根据本实施方式的胶囊内窥镜，能够更好地将硬件模块产生的热量聚集在胶囊外壳内，有利于维持电池工作的热平衡温度，延长电池的工作时间，同时兼顾图像拍摄。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”表示两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种胶囊内窥镜，包括：
外壳，所述外壳包括主体部和位于所述主体部两端的端部；
硬件模块，设置于所述外壳所限定的容置空间内，所述硬件模块包括电池模块，所述电池模块设置于所述主体部对应的空间内；
第一绝热材料层，设置在所述外壳与所述电池模块之间；
密封层，设置在所述硬件模块与所述第一绝热材料层之间。
2.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其中，所述硬件模块还包括电路控制模块，所述第一绝热材料层设置在所述外壳与所述电路控制模块之间。
3.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其中，所述密封层的厚度在0.01-0.02mm之间。
4.如权利要求1或2所述的胶囊内窥镜，其中，所述外壳所限定的容置空间为真空空间。
5.如权利要求1或2所述的胶囊内窥镜，其中，所述第一绝热材料层包括绝缘胶、气凝胶材料或固态绝缘材料。
6.如权利要求1或2所述的胶囊内窥镜，其中，所述第一绝热材料层具有朝向所述外壳内壁的多个突起。
7.如权利要求1或2所述的胶囊内窥镜，其中，所述第一绝热材料层为多层结构，包括靠近于所述外壳内壁的第一外层绝热材料层和靠近所述电池模块外围的第一内层绝热材料层，所述第一外层绝热材料层的硬度小于所述第一内层绝热材料层的硬度。
8.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其中，所述第一绝热材料层包括第一电池绝热材料层和第一电路绝热材料层，所述第一电池绝热材料层设置在所述外壳与所述电池模块之间，所述第一电路绝热材料层设置在所述外壳与所述电路控制模块之间，所述第一电池绝热材料层的厚度大于所述第一电路绝热材料层的厚度。
9.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，还包括图像采集模块和第二绝热材料层，所述图像采集模块设置于所述端部对应的空间，所述第二绝热材料层设置于所述图像采集模块与所述外壳之间，所述第二绝热材料层为透明绝热材料层。
10.如权利要求9所述的胶囊内窥镜，其中所述第二绝热材料层设置于所述主体部端部的内壁，所述透明绝热材料层包括金属有机酯气凝胶。
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