一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統的制作方法

本發明屬于內窺鏡技術領域，更為具體地講，涉及一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統。

背景技術：

人類的消化系統疾病，特別是胃腸道疾病的發生率明顯增加，而傳統的胃鏡和腸鏡檢查是將帶有攝像鏡頭的細管插入口腔或肛門進入消化道，給患者帶來一定的痛苦和不適，也帶來了一定的心理恐懼；同時，如果衛生處理不好，還會造成交叉感染和發炎，甚至會引起更加嚴重的腸胃道穿孔的危險。因此患者對胃腸鏡檢查一直有著排斥心理，尤其是老人和兒童，更加不便診斷。這就促進了膠囊內窺鏡的快速發展，其借助消化道蠕動使之在消化道內運動并拍攝圖像，醫生利用體外的圖像工作站，了解受檢者的整個消化道情況，從而對其病情做出診斷。膠囊內窺鏡具有檢查方便、無創傷、無導線、無痛苫、無交叉感染、圖像資料可反復分析等優點，擴展了消化道檢查的視野，克服了傳統的插入式內窺鏡的一些缺陷。

然而，膠囊內窺鏡仍具有一定的局限性，它無法提供檢測區域精確的位置和方向信息，使得膠囊內鏡檢查存在一定的漏檢風險，醫生不能確定病理組織的位置，也不能實時、及時的檢查消化道情況，使得不能進一步制定合適的醫療方案，也不能為后期的三維圖像重建和消化道定點施藥提供重要的位置和方向參數。目前已有的技術是遙控釋藥膠囊的提出，其利用外部磁場觸發磁開關控制藥物釋放，通過一個齒輪的旋轉來確定藥丸在腸道中的位置，藥丸將藥物密封于一個充分膨脹的氣球囊中，遙控刺破氣球囊而釋放藥物。該方法藥物的釋放依賴于氣球被刺破，如果氣球內部壓力不夠大，則藥物釋放速度較慢，而且，該技術方案只適合液體藥物釋放，不適合粉末、固體顆粒等藥物。而目前的膠囊內窺鏡技術還無法對病變的部位直接進行施藥，也就不能對小腸出血或其他的疾病有直接的療效。因此，本發明具有重要的研究價值及良好的應用前景。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統，通過對在消化道內運動的膠囊內窺鏡進行定位，然后對病灶部位進行定點釋藥，具有結構簡單、使用方便、可靠性高，以及適應多種藥物劑型的特點。

為實現上述發明目的，本發明一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統，其特征在于，包括：膠囊內窺鏡、磁感應背心和信息處理控制中心；

所述的膠囊內窺鏡包括透明膠囊外殼、成像元件、六個均勻分布在成像元件周圍的LED燈、圖像處理模塊、電池、微控制單元、藥物驅動單元、儲藥倉，活塞a，以及位于圖像處理模塊和電池之間的圓柱形永磁體；

其中，透明膠囊外殼采用密封性能良好的材料，能很好的將膠囊內窺鏡的其它部件進行包裹，使其與外部隔絕，避免體液污染；

圖像處理模塊，包括圖像處理芯片和射頻單元；圖像處理芯片接收成像元件發送的圖像，并對圖像進行處理后發送給微控制單元；其中，射頻單元采用2.45GHz的ZL70102無線射頻芯片包括無線發射天線和遙控接收單元；

藥物驅動單元包括一個凹型活塞b，相互接觸的微發熱器陣列、嵌入在活塞b中的粘接層，以及一個位于微控制單元與粘接層之間且處于壓縮狀態的彈性波紋管；

活塞a位于膠囊內鏡的后端并嵌入到透明膠囊外殼中，與透明膠囊外殼形成一個整體的密封環境；

儲藥倉是由活塞a、活塞b和透明膠囊外殼內壁之間的空腔構成，并且由多個存儲小格組成，存儲小格間相互獨立，每個小格可存儲一種藥物，存儲小格在外力的作用下能夠將藥物釋放；

所述的磁感應背心內置有多個對稱均勻分布的霍爾傳感器陣列、控制電路和數據采集單元；

所述的信息處理控制中心包括帶有三維重建和定位軟件的PC機以及體外遙控單元；

當患者需要內窺檢查時，開啟PC機并打開三維重建和定位軟件，同時讓患者穿上磁感應背心，取出膠囊內窺鏡，并啟動膠囊內窺鏡的電源開關，使其各元件正常工作，當患者吞服膠囊本體后，膠囊內窺鏡經過食道進入其胃部；

LED燈將胃內壁充分照亮，成像元件中的光學透鏡和CCD圖像傳感器配合工作，并以t幀/秒的速度對胃內壁進行清晰拍攝成像，CCD圖像傳感器同時以t幀/秒的速度將拍攝的圖像傳輸給圖像處理芯片，圖像處理芯片對圖像進行編碼、壓縮處理后傳輸到微控制單元，微控制單元中的調制發射芯片再以調制頻率為2.4GHZ ISM頻段的模擬信號進行調制，再將調制后的圖像信號反饋給圖像處理模塊，最終由射頻單元中的無線發射天線轉發至數據采集單元；

同時，圓柱形永磁體等效為磁偶極子并產生局部磁場，霍爾傳感器陣列實時感應圓柱形永磁體的磁感應強度，并將感應到的磁感應強度傳至控制電路，控制電路對磁感應強度進行采樣，得到磁感應信號并傳輸到數據采集單元；

數據采集單元將磁感應信號及圖像信號進行編碼、壓縮處理，再通過射頻單元中的無線發射天線傳輸到PC機；

PC機利用三維重建軟件和定位軟件對磁感應信號及圖像信號進行處理，重建出三維圖像，同時計算出膠囊內窺鏡的位置和方向參數并描繪其三維軌跡，通過顯示器實時顯示；

醫生根據三維圖像和三維軌跡觀察病灶位置，再通過體外遙控單元發送遙控指令至遙控接收單元，并轉發至藥物驅動單元，控制藥物驅動單元中的微發熱器陣列迅速發熱，軟化低熔點粘接層，使彈性波紋管由壓縮狀態變為拉伸狀態，使其前端的活塞b向前運動，在活塞b運動產生的壓力下，將活塞a推出透明膠囊外殼，此時，連接在藥物驅動單元上的儲藥倉中的藥物通過已被打開的透明膠囊外殼釋放出來，從而實現了對病灶位置定點給藥的功能。

本發明的發明目的是這樣實現的：

本發明一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統，通過膠囊內窺鏡在體內移動時，將病灶圖像信息通過USB接口傳輸到信息處理控制中心，同時，磁感應背心通過采集永磁體的信號并傳輸到信息處理控制中心，再根據定位軟件定位出永磁體的空間位置并描繪三維軌跡，最后結合病灶圖像和三維軌跡進行體外遙控釋藥；本發明具有結構簡單、使用方便、可靠性高和實時觀測等特點，同時還能適應多種藥物劑型極大地提高了療效的同時，大大減少了藥物的副作用。

附圖說明

圖1是本發明一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統結構圖；

圖2是圖1所示膠囊內窺鏡的結構示意圖；

圖3是磁感應背心工作示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。

實施例

圖1是本發明一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統結構圖。

在本實施例中，如圖1所示，膠囊內窺鏡系統包括：用于獲得患者體內信息并進行定點釋藥的可吞入型膠囊內窺鏡3；穿戴在患者體外的磁感應背心1，用于測量患者體內的磁體的磁場強度；數據采集單元2用于將采集的磁場信息傳輸到信息處理控制中心4；信息處理控制中心4包括個人電腦和軟件平臺，用于顯示圖像信息并得到膠囊的空間位置信息便于醫生了解患者的病灶情況，體外遙控單元用于發射射頻遙控信號最終使藥物得以釋放。

圖2是膠囊內窺鏡的結構示意圖。

在本實施例中，如圖2所示，膠囊內窺鏡包括膠囊形狀的透明外殼301，用于對消化道內壁進行照明的照明元件302，用于對消化道內壁進行拍攝成像的透鏡303和圖像傳感器304，用于將圖像信息無線發射到外部的射頻單元305，用于產生局部磁場的永磁體306，用于對膠囊內部各電路提供能量的電池307，用于接收體外遙控單元發射的信號的遙控接收單元308，用于推動活塞b310向前運動的彈性波紋管309，用于粘接彈性波紋管與微發熱器陣列312的低熔點粘接劑311，用于儲藏藥物的儲藥倉313，使得藥物能夠釋放的活塞a314。

圖3是磁感應背心工作示意圖。

傳感器陣列201、202等為一定數量的霍爾傳感器，并均勻分布在磁感應背心1中，具有實時感應膠囊內窺鏡3所處磁場強度的功能，并將信息傳輸到數據采集單元205，數據采集單元將參數信息傳輸到信息處理控制中心206，最終計算得出永磁體的空間位置并描繪其三維軌跡，便于醫生對病灶位置進行觀察并及時給藥。

下面對本發明一種具有定點施藥功能的膠囊內窺鏡系統進行詳細說明。

膠囊內窺鏡包括透明膠囊外殼、成像元件、六個均勻分布在成像元件周圍的LED燈、圖像處理模塊、電池、微控制單元、藥物驅動單元、儲藥倉，活塞a，以及位于圖像處理模塊和電池之間的圓柱形永磁體；

在本實施例中，六個均勻分布在成像元件周圍的LED燈選取六個低功耗(電壓3.5V、功率0.1W)、小體積的LED燈。

其中，透明膠囊外殼采用密封性能良好且透光性高的材料，能很好的將膠囊內窺鏡的其它部件進行包裹，使其與外部隔絕，避免體液污染，同時膠囊內窺鏡可以照亮消化道內壁并進行拍攝；

圖像處理模塊，包括圖像處理芯片和射頻單元；圖像處理芯片接收成像元件發送的圖像，并對圖像進行處理后發送給微控制單元；其中，射頻單元采用2.45GHz的ZL70102無線射頻芯片包括無線發射天線和遙控接收單元；

藥物驅動單元包括一個凹型活塞b，相互接觸的微發熱器陣列、嵌入在活塞b中的粘接層，以及一個位于微控制單元與粘接層之間且處于壓縮狀態的彈性波紋管；

活塞a位于膠囊內鏡的后端并嵌入到透明膠囊外殼中，與透明膠囊外殼形成一個整體的密封環境；

儲藥倉是由活塞a、活塞b和透明膠囊外殼內壁之間的空腔構成，并且由多個存儲小格組成，存儲小格間相互獨立，每個小格可存儲一種藥物，存儲小格在外力的作用下能夠將藥物釋放；儲藥倉可以適應多種藥物劑型，如溶液、懸浮液、粉末和藥丸

磁感應背心內置有多個對稱均勻分布的霍爾傳感器陣列、控制電路和數據采集單元；

信息處理控制中心包括帶有三維重建和定位軟件的PC機以及體外遙控單元；

當患者需要內窺檢查時，開啟PC機并打開三維重建和定位軟件，同時讓患者穿上磁感應背心，取出膠囊內窺鏡，并啟動膠囊內窺鏡的電源開關，使其各元件正常工作，當患者吞服膠囊本體后，膠囊內窺鏡經過食道進入其胃部；

LED燈將胃內壁充分照亮，成像元件中的光學透鏡和CCD圖像傳感器配合工作，并以t幀/秒的速度對胃內壁進行清晰拍攝成像，CCD圖像傳感器同時以t幀/秒的速度將拍攝的圖像傳輸給圖像處理芯片，圖像處理芯片對圖像進行編碼、壓縮處理后傳輸到微控制單元，微控制單元中的調制發射芯片再以調制頻率為2.4GHZ ISM頻段的模擬信號進行調制，再將調制后的圖像信號反饋給圖像處理模塊，最終由射頻單元中的無線發射天線轉發至數據采集單元；

同時，圓柱形永磁體等效為磁偶極子并產生局部磁場，霍爾傳感器陣列實時感應圓柱形永磁體的磁感應強度，并將感應到的磁感應強度傳至控制電路，控制電路對磁感應強度進行采樣，得到磁感應信號并傳輸到數據采集單元；

數據采集單元將磁感應信號及圖像信號進行編碼、壓縮處理，再通過射頻單元中的無線發射天線傳輸到PC機；

PC機利用三維重建軟件和定位軟件對磁感應信號及圖像信號進行處理，重建出三維圖像，同時計算出膠囊內窺鏡的位置和方向參數并描繪其三維軌跡，通過顯示器實時顯示；

醫生根據三維圖像和三維軌跡觀察病灶位置，再通過體外遙控單元發送遙控指令至遙控接收單元，并轉發至藥物驅動單元，控制藥物驅動單元中的微發熱器陣列迅速發熱，軟化低熔點粘接層，使彈性波紋管由壓縮狀態變為拉伸狀態，使其前端的活塞b向前運動，在活塞b運動產生的壓力下，將活塞a推出透明膠囊外殼，此時，連接在藥物驅動單元上的儲藥倉中的藥物通過已被打開的透明膠囊外殼釋放出來，從而實現了對病灶位置定點給藥的功能。

在本實施例中，采用分辨率為512×512、低功耗、速度2幀/秒的CCD圖像傳感器，能夠對消化道內部進行清晰拍攝成像。

電池采用蓄電能力強的微型紐扣型干電池，用于對膠囊內部電路提供能量，使其內部元件能夠進行正常工作。

微控制單元采用低功耗并且有2路串行外設接口的MSP430F2370芯片。

綜上所述，本發明將膠囊內窺鏡與定點釋藥裝置結合起來，并且加上磁感應背心、信息處理控制中心通過對膠囊的定位和遙控信號的傳輸形成一個系統。在整個系統的工作下，膠囊內窺鏡的圖像和位置信息可以實時顯示在信息處理控制中心的顯示器上，并且可以通過信息處理控制中心的體外遙控單元控制膠囊儲藥倉釋放藥物。

因此，本發明實現了膠囊內窺鏡可實時定位的功能，同時還實現了定點釋放藥物的功能，可以準確得到病灶位置信息并及時給藥，極大地提高了療效的同時，大大減少了藥物的副作用，縮短了患者的康復療程，有著極廣泛的應用前景。

盡管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。