CN116158787A - 内窥镜装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内窥镜装置及其系统，内窥镜装置包括外壳；感知制动模块，包括成像组件，成像组件包括基板、位于基板上的多个阵列分布的PMUT单阵元、及位于基板上的若干电极；驱动控制模块，包括驱动模块和延时模块，驱动模块用于驱动多个PMUT单阵元发射超声波声束以形成合成波，延时模块用于控制多个超声波声束之间的延迟时间，以使合成波实现偏转和/或聚焦；电源模块，包括电池，用于为感知制动模块和驱动控制模块供电。内窥镜系统包括前述内窥镜装置和与内窥镜装置通信连接的显示终端。本发明通过控制PMUT单阵元发射超声波声束的延迟时间，增大内窥镜装置的扫描角度，使其具有更大的检查范围，具有很高的应用价值。

Description

内窥镜装置及其系统

技术领域

本发明属于内窥镜技术领域，具体涉及一种内窥镜装置及其系统。

背景技术

内窥镜是一种医学检查方法，介入式内窥镜借助一条纤细、柔软的导管伸入受检者体内，以此直接观察内部情况，并通过对可疑病变部位进行病理活检及细胞学检查，进一步诊断微小的病变。该方式容易导致受检者出现恶心、干呕等不适。同时，现有的内窥镜，一般都采用光学传感器作为成像的核心器件。光学传感器尽管发展已相对成熟，但在体内光线不充足的环境下，需要额外光源增加功耗，加之器件的自身功耗，对系统电源供电的可靠性和稳定性提出更高要求，并且现有光学传感器的视场角有限，因此检测范围有一定局限性。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种内窥镜装置及其系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种内窥镜装置及其系统。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种内窥镜装置，所述内窥镜装置包括：

外壳；

感知制动模块，包括成像组件，所述成像组件包括基板、位于所述基板上的多个阵列分布的PMUT单阵元、及位于所述基板上的若干电极；

驱动控制模块，包括驱动模块和延时模块，所述驱动模块用于驱动多个所述PMUT单阵元发射超声波声束以形成合成波，所述延时模块用于控制多个所述超声波声束之间的延迟时间，以使所述合成波实现偏转和/或聚焦；

电源模块，包括电池，用于为感知制动模块和驱动控制模块供电。

一实施例中，所述PMUT单阵元包括第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元；

当所述合成波聚焦或聚焦且偏转时，所述第二PMUT单阵元和第一PMUT单阵元之间的延时时间ΔT为：

所述第一PMUT单阵元和聚焦的焦点之间的距离与所述第二PMUT单阵元和焦点之间的距离的距离差ΔS为：

ΔS＝S₁-S₂；

所述第二PMUT单阵元和焦点之间的距离S₂为：

其中，v为所述第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元发射的超声波声束的声速；S₁为所述第一PMUT单阵元和焦点之间的距离；D为所述第一PMUT单阵元和第二PMUT单阵元之间的距离；θ为所述第二PMUT单阵元发射的超声波声束和所述第二PMUT单阵元的法线之间的夹角。

一实施例中，所述PMUT单阵元包括第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元；

当所述合成波偏转时，所述第二PMUT单阵元和第一PMUT单阵元之间的延时时间ΔT为：

其中，v为所述第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元发射的超声波声束的声速；D为所述第一PMUT单阵元和第二PMUT单阵元之间的距离；θ为所述第二PMUT单阵元发射的超声波声束和所述第二PMUT单阵元的法线之间的夹角。

一实施例中，所述外壳呈胶囊状结构；和/或，所述外壳至少端部材料为聚二甲基硅氧烷。

一实施例中，所述内窥镜装置包括一个感知制动模块，所述感知制动模块、驱动控制模块、及电源模块依次分布于所述外壳中；或，

所述内窥镜装置包括第一感知制动模块和第二感知制动模块，所述第一感知制动模块、第二感知制动模块、驱动控制模块、及电源模块依次分布于所述外壳中。

一实施例中，所述感知制动模块还包括偏转结构，所述偏转结构包括固定安装于所述外壳上的转轴和穿设于所述转轴上的电机，所述成像组件固定安装于所述电机上。

一实施例中，所述内窥镜装置还包括磁体，所述磁体设于外壳中且与所述感知制动模块、驱动控制模块、及电源模块隔离设置。

一实施例中，所述磁体设于所述电源模块旁侧，所述内窥镜装置还包括隔离板，所述隔离板固定安装于所述磁体和所述电源模块之间。

一实施例中，所述驱动控制模块还包括放大滤波模块、模数转换模块、及数据存储模块，所述放大滤波模块用于对所述PMUT单阵元输出的电压信号进行放大并输出电压放大信号，所述模数转换模块用于对电压放大信号进行模数转换并输出电压转换信号，所述数据存储模块用于对电压转换信号进行存储。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种内窥镜系统，所述内窥镜系统包括如前述的内窥镜装置和与所述内窥镜装置通讯连接的显示终端。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种内窥镜装置及其系统，通过感知制动模块和驱动控制模块相结合的方式，通过控制PMUT单阵元发射超声波声束的延迟时间，以使其完成偏转和/或聚焦，有利于成像组件在内窥镜装置有限的内部空间中实现更大的扫描角度，进而在狭窄的肠道或食道内检查更多范围；

本发明通过使用PMUT单阵元实现三维成像，具有体积小、灵敏度高、易于集成、成本低、较为安全、不受光照条件影响等优点，可实现医疗器械的微型化，减轻受检者在检查中的不适感，具有很高的应用价值，便于生产和推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施例中内窥镜装置的立体结构示意图；

图2为本发明一具体实施例中内窥镜系统的主视结构示意图；

图3为本发明一具体实施例中内窥镜系统感知制动模块的结构示意图；

图4为本发明一具体实施例中内窥镜系统驱动控制模块的结构示意图；

图5为本发明一具体实施例中内窥镜系统电源模块、磁体、及隔离板的结构示意图；

图6为本发明一具体实施例中合成波聚焦状态下的示意图；

图7为本发明一具体实施例中合成波聚焦且偏转状态下的示意图；

图8为本发明一具体实施例中合成波偏转状态下的示意图；

图9为本发明一具体实施例中内窥镜装置的模块示意图；

图10为本发明一具体实施例中内窥镜系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。

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。

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行描述。

参照图1～图5所示，本发明公开的一具体实施例中的内窥镜装置，包括外壳1；感知制动模块2，包括成像组件21，成像组件21包括基板211、位于基板211上的多个阵列分布的PMUT单阵元、及位于基板211上的若干电极213；驱动控制模块3，包括驱动模块32和延时模块31，驱动模块32用于驱动多个PMUT单阵元发射超声波声束以形成合成波，延时模块31用于控制多个超声波声束之间的延迟时间，以使合成波实现偏转和/或聚焦，其中，延时模块31包括时钟模块，给延时提供时序；电源模块4，包括电池，用于为感知制动模块2和驱动控制模块3供电。

可以理解的，内窥镜装置可利用驱动模块32和延时模块31的共同作用，控制多个PMUT单阵元以一定延迟时间分别发射超声波声束，以使其完成偏转和/或聚焦。当控制合成波实现偏转时，可实现更大视角的扫描；当控制合成波实现聚焦时，可扫描到空间点信息，并通过后续的信号处理反应出空间各点的位置信息，实现三维成像。

据此设计，可以使得本实施例中的成像组件21在内窥镜装置有限的内部空间中实现更大的扫描角度，进而在狭窄的肠道或食道内检查更多范围。

另外，本实施例的成像组件21中主要采用多个PMUT单阵元，该PMUT单阵元具有体积小、灵敏度高、易于集成等优点，有利于推广使用。

在一个或多个实施例中，参照图6、图7所示，本实施例中的PMUT单阵元包括第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元；

当合成波聚焦或聚焦且偏转时，第二PMUT单阵元和第一PMUT单阵元之间的延时时间ΔT为：

第一PMUT单阵元和聚焦的焦点之间的距离与第二PMUT单阵元和焦点之间的距离的距离差ΔS为：

ΔS＝S₁-S₂；

第二PMUT单阵元和焦点之间的距离S₂为：

其中，v为第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元发射的超声波声束的声速；S₁为第一PMUT单阵元和焦点之间的距离；D为第一PMUT单阵元和第二PMUT单阵元之间的距离；θ为第二PMUT单阵元发射的超声波声束和第二PMUT单阵元的法线之间的夹角。

可以理解的，由于延迟时间的存在，多个PMUT单阵元发射的超声波声束合成的合成波在空间中传播逐渐汇聚成一点，该点为焦点。该焦点可以位于阵列分布的多个PMUT单阵元的中心轴线上，也可以位于与中心轴线具有一夹角的任一射线上。据此设计，本实施例中的成像组件21可以在有限的空间中具有更大的检测范围。

在一个或多个实施例中，参照图8所示，本实施例中的PMUT单阵元包括第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元；

当合成波偏转时，第二PMUT单阵元和第一PMUT单阵元之间的延时时间ΔT为：

其中，v为第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元发射的超声波声束的声速；D为第一PMUT单阵元和第二PMUT单阵元之间的距离；θ为第二PMUT单阵元发射的超声波声束和第二PMUT单阵元的法线之间的夹角。

可以理解的，由于延迟时间的存在，多个PMUT单阵元发射的超声波声束合成的合成波与安装有多个PMUT单阵元的平面之间形成有一偏转角度，该偏转角度的设计，可以使得本实施例中的成像组件21在有限的空间中具有更大的检测范围，即，当改变多个PMUT单阵元之间的延迟时间，即可控制合成波以不同的角度扫描前方物体，通过逐点扫描的方法得到相应的反射信号。

在一个或多个实施例中，参照图1，本实施例中的外壳1呈胶囊状结构；和/或，外壳1至少端部材料为聚二甲基硅氧烷。

据此设计，在保证整个内窥镜装置的密封性的同时，还能确保PMUT单阵元发射的超声波声束可穿过外壳1的端部。

在一个或多个实施例中，本实施例中的内窥镜装置包括一个感知制动模块2，感知制动模块2、驱动控制模块3、及电源模块4依次分布于外壳1中；或，

内窥镜装置包括第一感知制动模块2和第二感知制动模块2，第一感知制动模块2、第二感知制动模块2、驱动控制模块3、及电源模块4依次分布于外壳1中。

可以理解的，为了成像良好，本实施例中的感知制动模块2可以仅设置在内窥镜装置外壳1的其中一个端部内，该种设计下，即可节省材料及成本，又可满足基本的检测要求。另一实施例中的感知制动模块2有两个可以分别设置在内窥镜装置外壳1的两个端部内，该种设计下，内窥镜装置可以具有更大的检测范围。

在一个或多个实施例中，参照图1并结合图3所示，为了进一步扩大内窥镜装置的检测范围，本实施例中的感知制动模块2还包括偏转结构22，偏转结构22包括固定安装于外壳1上的转轴222和穿设于转轴222上的电机221，成像组件21固定安装于电机221上。

据此设计，本实施例中的成像组件21在偏转结构22的作用下，可以在初始状态下就具有一偏转角度，当在驱动控制模块3的作用下，可实现更大的扫描角度，进而具有更大的检测范围。

在一个或多个实施例中，参照图2并结合图5所示，为了便于在体外对内窥镜装置在人体内移动方向的引导和控制，本实施例中的内窥镜装置还包括磁体5，磁体5设于外壳1中且与感知制动模块2、驱动控制模块3、及电源模块4隔离设置。

在一个或多个实施例中，为了对电磁进行屏蔽，本实施例中的磁体5设于电源模块4旁侧，内窥镜装置还包括隔离板6，隔离板6固定安装于磁体5和电源模块4之间。

在一个或多个实施例中，参照图9所示，本实施例中的驱动控制模块3还包括放大滤波模块33、模数转换模块34、及数据存储模块35，放大滤波模块33用于对PMUT单阵元输出的电压信号进行放大并输出电压放大信号，模数转换模块34用于对电压放大信号进行模数转换并输出电压转换信号，数据存储模块35用于对电压转换信号进行存储。

据此设计，可通过驱动控制模块3控制PMUT单阵元发射超声波声束，当超声波声束接触到目标后仍以超声波形式反射至PMUT单阵元，由PMUT单阵元将反射回来的超声波转换成电压信号，并通过放大滤波模块33、模数转换模块34、及数据存储模块35的处理，实现内窥镜装置在人体内实时监测的功能。

参照图10所示，本发明还公开一具体实施例中的内窥镜系统，该内窥镜系统包括如前述的内窥镜装置和与内窥镜装置通讯连接的显示终端7。

其中，内窥镜装置中的驱动控制模块3还包括与显示终端7通信连接的无线传输模块36，无线传输模块36用于将数据存储模块35中存储的电压转换信号传输至显示终端7。本实施例中通过磁控开关8和磁体5相结合的方式，调节内窥镜装置在人体内部的移动和转向。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种内窥镜装置及其系统，通过感知制动模块和驱动控制模块相结合的方式，通过控制PMUT单阵元发射超声波声束的延迟时间，以使其完成偏转和/或聚焦，有利于成像组件在内窥镜装置有限的内部空间中实现更大的扫描角度，进而在狭窄的肠道或食道内检查更多范围；

本发明通过使用PMUT单阵元实现三维成像，具有体积小、灵敏度高、易于集成、成本低、较为安全、不受光照条件影响等优点，可实现医疗器械的微型化，减轻受检者在检查中的不适感，具有很高的应用价值，便于生产和推广。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化包括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施例。

Claims (10)

1.一种内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜装置包括：

外壳；

感知制动模块，包括成像组件，所述成像组件包括基板、位于所述基板上的多个阵列分布的PMUT单阵元、及位于所述基板上的若干电极；

驱动控制模块，包括驱动模块和延时模块，所述驱动模块用于驱动多个所述PMUT单阵元发射超声波声束以形成合成波，所述延时模块用于控制多个所述超声波声束之间的延迟时间，以使所述合成波实现偏转和/或聚焦；

电源模块，包括电池，用于为感知制动模块和驱动控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述PMUT单阵元包括第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元；

当所述合成波聚焦或聚焦且偏转时，所述第二PMUT单阵元和第一PMUT单阵元之间的延时时间ΔT为：

所述第一PMUT单阵元和聚焦的焦点之间的距离与所述第二PMUT单阵元和焦点之间的距离的距离差ΔS为：

ΔS＝S₁-S₂；

所述第二PMUT单阵元和焦点之间的距离S₂为：

其中，v为所述第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元发射的超声波声束的声速；S₁为所述第一PMUT单阵元和焦点之间的距离；D为所述第一PMUT单阵元和第二PMUT单阵元之间的距离；θ为所述第二PMUT单阵元发射的超声波声束和所述第二PMUT单阵元的法线之间的夹角。

3.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述PMUT单阵元包括第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元；

当所述合成波偏转时，所述第二PMUT单阵元和第一PMUT单阵元之间的延时时间ΔT为：

其中，v为所述第一PMUT单阵元和若干第二PMUT单阵元发射的超声波声束的声速；D为所述第一PMUT单阵元和第二PMUT单阵元之间的距离；θ为所述第二PMUT单阵元发射的超声波声束和所述第二PMUT单阵元的法线之间的夹角。

4.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述外壳呈胶囊状结构；和/或，所述外壳至少端部材料为聚二甲基硅氧烷。

5.根据权利要求4所述的内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜装置包括一个感知制动模块，所述感知制动模块、驱动控制模块、及电源模块依次分布于所述外壳中；或，

所述内窥镜装置包括第一感知制动模块和第二感知制动模块，所述第一感知制动模块、第二感知制动模块、驱动控制模块、及电源模块依次分布于所述外壳中。

6.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述感知制动模块还包括偏转结构，所述偏转结构包括固定安装于所述外壳上的转轴和穿设于所述转轴上的电机，所述成像组件固定安装于所述电机上。

7.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述内窥镜装置还包括磁体，所述磁体设于外壳中且与所述感知制动模块、驱动控制模块、及电源模块隔离设置。

8.根据权利要求7所述的内窥镜装置，其特征在于，所述磁体设于所述电源模块旁侧，所述内窥镜装置还包括隔离板，所述隔离板固定安装于所述磁体和所述电源模块之间。

9.根据权利要求1所述的内窥镜装置，其特征在于，所述驱动控制模块还包括放大滤波模块、模数转换模块、及数据存储模块，所述放大滤波模块用于对所述PMUT单阵元输出的电压信号进行放大并输出电压放大信号，所述模数转换模块用于对电压放大信号进行模数转换并输出电压转换信号，所述数据存储模块用于对电压转换信号进行存储。

10.一种内窥镜系统，其特征在于，所述内窥镜系统包括如权利要求1至9任一项所述的内窥镜装置和与所述内窥镜装置通讯连接的显示终端。

Images