專利名稱：基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種醫療器械技術領域的裝置，具體是一種基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統。
背景技術：
現代人由于工作節奏加快、飲食不均、導致消化道疾病的發病率日趨升高，消化道疾病成為影響現代人健康的常見的一種疾病，據統計分析發現，消化道疾病正在向低齡化和隱蔽化方向發展。消化道疾病的可視化檢測對于消化道疾病的檢測具有非常重要的作用，而人體全消化道總長超過9米，由于消化道形狀屬于細長管道，分布于人體軀干各個器官之間，全消化道結構的不規則封閉性，給臨床上消化道疾病的檢測和取樣帶來很大的挑戰。臨床上實施的消化道疾病的可視化檢測主要有兩種胃腸、腸鏡和膠囊內窺鏡兩大類。胃鏡、腸鏡檢測屬于主動檢測，能夠實現對全消化道疾病“定點”診斷，但胃鏡、腸鏡檢測過程中可能存在導致胃創傷、腸創傷的風險，檢測過程中會給病人帶來巨大的痛苦。膠囊內窺鏡檢測屬于無創檢測方法，患者口服膠囊內窺鏡后即可實施消化道疾病的檢測，不會給患者帶來不適或痛苦的感覺，但膠囊內窺鏡在患者消化道內只能跟隨消化道的蠕動開展診斷，膠囊內窺鏡的運動完全屬于被動運動方式，膠囊內鏡對于消化道疾病的診斷也屬于“局部性”和“隨機性”診斷，不能對消化道疾病實施主動“定點”診斷，膠囊內窺鏡診斷全過程存在很大的盲區，極大限制了膠囊內窺鏡在全消化道疾病可視化診斷中的臨床應用。另一方面，通過膠囊圖像發現有疾病病灶，進一步確定疾病類型時，需要通過消化道疾病周圍的生物組織取樣分析確定疾病類型，實現消化道疾病組織的取樣要求，對于胃部以上消化道和結腸以下消化道在胃鏡和腸鏡的視頻圖像導航下可完成取樣工作，但在取樣過程中仍然存在導致胃創傷、腸創傷的風險，取樣過程中患者需要承受巨大痛苦。對于小腸所在的消化道存在的病理組織取樣，無法采用傳統的胃鏡和腸鏡，需要通過手術方法實現病理組織取樣，這對于患者而言造成的痛苦是可想而知的。現有膠囊內窺鏡僅僅具備消化道圖像的拍攝功能，不具備消化道病理組織的取樣功能。現有技術檢索雖然胃鏡和腸鏡具備在上消化道和結腸以下消化道診斷疾病并開展病理取樣的功能，但在診斷和取樣過程存在創傷和給患者帶來很大痛苦，同時不具備診斷小腸疾病和在小腸病理取樣的功能，因此現有技術無法滿足臨床無創診斷和病理組織取樣的實際需求。經過對現有技術的檢索發現，發表在《Gastrointestinal Endoscopy)) Vol. 72， No. 5, 2010 上的論文"Remote magnetic control of a wireless capsule endoscope in the esophagus is safe andfeasible :results of a randomized, clinical trial in healthy volunteers”公開一種體外磁控制圖像膠囊技術，該論文通過體外磁場控制志愿者服務的磁控圖像膠囊，完成在志愿者胃部疾病的圖像圖像診斷，通過與沒有體外磁控制的圖像膠囊對比實驗，證明利用體外磁場控制圖像膠囊在消化道內的姿態和位置是安全和可行的。該論文的研究成果雖然證明體外磁控制圖像膠囊的安全性和可行性，但該磁控制圖像膠囊沒有組織取樣功能，即通過膠囊圖像發現消化道疾病后，無法對消化道疾病的病理組織開展取樣。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，通過體外磁場控制消化道內的取樣膠囊系統，能夠實現對消化道系統任意方向和部位開展圖像拍攝，通過無線傳輸裝置傳輸至體外，醫生根據拍攝到的圖像可以對消化道疾病開展詳細的診斷，當發現有疾病病灶時，通過體外磁場，操作者控制取樣膠囊系統“定位”于病灶部位，取樣膠囊系統可以將病灶部位的圖像實時傳送至體外，在圖像的導引下，操作者控制取樣膠囊系統對病灶部位的病理組織開展取樣，在取樣過程中，取樣膠囊系統可以將圖像系統傳送至體外，為操作者的體外磁控制和取樣控制提供圖像導航，直至完成病理組織的取樣保存全過程。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括取樣膠囊、體外磁驅動裝置、體外取樣控制裝置和體外圖像實時處理裝置，其中取樣膠囊系統位于消化道內并采集消化道環境信息，體外圖像實時處理裝置與取樣膠囊系統以無線方式連接并傳輸膠囊數字圖像信息并以圖形方式輸出，體外磁驅動裝置通過磁力實現對取樣膠囊姿態和位置的控制，體外取樣控制裝置與取樣膠囊以無線方式連接并進行取樣操作控制。所述的取樣膠囊包括取樣裝置、照明系統、光學系統、外殼及設置于其內部的主控制系統、數字圖像傳感器、無線收發模塊、電源管理模塊、存儲倉、電池和永磁裝置，其中 永磁裝置產生的永久磁場與體外磁驅動裝置產生的永久磁場之間的磁力實現取樣膠囊姿態和位置的調節，電源管理模塊與電池相連并將直流電壓分別輸出至數字圖像傳感器、照明系統、主控制系統、無線收發模塊，光學系統、照明系統和數字圖像傳感器依次串聯并設置于外殼的端部，數字圖像傳感器與主控制系統相連并輸出數字圖像，無線收發模塊與主控制系統相連并將數字圖像傳感器采集到的視頻信息轉化為電磁波并發送至體外，取樣裝置設置于外殼的外部并分別與存儲倉和主控制系統相連以保存采樣組織并接收控制指令。所述的外殼為膠囊體狀，兩端部為球狀結構。所述的體外磁驅動裝置包括磁場發生裝置和位置調整機架，其中磁場發生裝置固定設置于位置調整機架上并對取樣膠囊提供磁場。所述的體外取樣控制裝置包括無線通訊單元和取樣控制裝置，通過取樣控制裝置發出取樣操作信號，該信號由無線通訊單元通過無線通訊方式傳送至取樣膠囊。所述的體外圖像實時處理裝置包括體外圖像實時接收模塊和計算機工作站，其中體外圖像實時接收模塊實時接收由取樣膠囊發送到體外的拍攝圖像并傳送到計算機工作站，計算機工作將圖像顯示在計算機屏幕上，為操作控制者實現取樣膠囊姿態、位置控制和取樣操作提供圖像導航功能。本發明集圖像采集和病理組織取樣功能于一體，運用本取樣膠囊系統，對消化道疾病可以運用圖像診斷和病理組織分析的定量診斷，診斷過程中無創、無痛苦，在臨床上具有重要的實際意義。


圖1為本發明工作原理示意圖。圖2為取樣膠囊結構示意圖。圖3為體外磁驅動結構示意圖。圖4為體外取樣控制裝置結構示意圖。圖5為體外圖像實時處理裝置示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施包括取樣膠囊1、體外磁驅動裝置2、體外取樣控制裝置3和體外圖像實時處理裝置4，其中取樣膠囊1位于消化道內并采集消化道環境信息，體外圖像實時處理裝置4與取樣膠囊1以無線方式連接并傳輸膠囊視頻信息并以圖形方式輸出， 體外取樣控制裝置3與取樣膠囊1以無線方式連接并進行取樣操作控制，體外磁驅動裝置 2向取樣膠囊1根據永久磁場相互作用原理開展工作，即同極性永久磁場相斥，異極性永久磁場相吸，且永久磁場間相互作用力與其距離有關，通過改變體外磁驅動裝置的永久磁場與取樣膠囊的永久磁場之間的距離和極性，從而保證體外磁驅動裝置對取樣膠囊姿態和位置的控制。如圖2所示，所述的取樣膠囊1包括取樣裝置5、照明系統6、光學系統7、外殼8 及設置于其內部的主控制系統9、數字圖像傳感器10、無線收發模塊11、電源管理模塊12、 存儲倉13、電池14、開關16和永磁裝置15，其中永磁裝置15產生的永久磁場與體外磁驅動裝置2產生的永久磁場之間產生的磁力控制取樣膠囊1的姿態和位置，電源管理模塊12 與開關16相連，開關16關閉時，電源管理模塊12將電池14電壓轉變為合適直流電壓，并分別輸出至數字圖像傳感器10、照明系統6、主控制系統9、無線收發模塊11，光學系統7、照明系統6和數字圖像傳感器10依次串聯并設置于外殼8的端部，數字圖像傳感器10與主控制系統9相連并輸出數字圖像，無線收發模塊11與主控制系統9相連并將數字圖像傳感器10采集到的視頻信息轉化為電磁波并發送至體外，取樣裝置設置于外殼8的外部并分別與存儲倉13和主控制系統9相連以保藏采樣組織并接收控制指令。所述的外殼8為膠囊體狀，兩端部為球狀結構。如圖3所示，所述的體外磁驅動裝置2包括磁場發生裝置17和位置調整機架18， 其中磁場發生裝置17固定設置于位置調整機架18上并對取樣膠囊1提供永久磁場。如圖4所示，所述的體外取樣控制裝置3包括無線通訊單元19和取樣控制裝置 20，通過取樣控制裝置20發出取樣操作信號，該信號由無線通訊單元19通過無線通訊方式傳送至取樣膠囊1。如圖5所示，所述的體外圖像實時處理裝置4包括體外圖像實時接收模塊21和計算機工作站22，其中體外圖像實時接收模塊21是由具備數字無線通訊功能的通用電子器件構成，能夠與取樣膠囊1內的無線收發模塊11進行無線通訊。體外圖像實時接收模塊 21實時接收由取樣膠囊1發送到體外的拍攝圖像并傳送到計算機工作站22，計算機工作將圖像顯示在計算機屏幕上，為操作控制者實現取樣膠囊1姿態、位置控制和取樣操作提供圖像導航功能。
本裝置通過以下方式進行工作打開取樣膠囊1的電池開關16，患者通過吞服取樣膠囊，電源模塊12將電池14電壓轉化為合適電壓，該電壓被傳送到無線收發模塊11、主控制系統9、數字圖像傳感器10、取樣裝置5、照明系統6，取樣膠囊1開始工作，數字圖像傳感器10采集消化道圖像，數字圖像傳感器10將采集到的圖像數據傳送給主控制系統9，主控制系統9將圖像數據傳送給無線收發模塊11并以電磁波形式傳送到體外，由體外圖像實時接收模塊21接收并傳送到計算機工作站22，計算機工作站22將圖像顯示在屏幕上，在圖像導航幫助下，操作者體外控制永磁裝置2改變永磁裝置17的位置和方向，體內取樣膠囊1 的永磁裝置15跟隨體外永磁裝置17的位置和姿態發生改變，改變取樣膠囊在1消化道內姿態和位置，數字圖像傳感器10可以檢測不同姿態和位置情況下消化道壁的圖像并傳送到體外，從而確保操作者在圖像導航下對消化道開展“定點”和“定向”的圖像拍攝。在診斷過程中，當發現有消化道疾病時，在膠囊圖像導航幫助下，操作者控制取樣膠囊1與病灶病理組織相對姿態和位置，使取樣膠囊1的取樣裝置5緊貼病理組織，操作者利用體外取樣控制裝置3的取樣操作裝置20發出取樣控制信號，該控制信號通過無線通訊單元19傳送至傳送取樣膠囊1，由無線收發裝置11接收并傳送到主控制系統9，主控制系統9啟動取樣裝置5工作，取樣裝置5對病理組織取樣，并將取樣獲得的病理組織樣本送入存儲倉13保存。在取樣過程中，操作者可以操作體外磁驅動裝置2改變取樣膠囊1的姿態和位置，借助于工作站21上的圖像導航，以實現對病理組織的取樣操作。
權利要求
1.一種基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，其特征在于，包括取樣膠囊、 體外磁驅動裝置、體外取樣控制裝置和體外圖像實時處理裝置，其中取樣膠囊位于消化道內并采集消化道環境信息，體外圖像實時處理裝置與取樣膠囊以無線方式連接并傳輸膠囊視頻信息并以圖形方式輸出，體外磁驅動裝置通過永久磁場之間的磁力改變與取樣膠囊的姿態和位置，體外取樣控制裝置與取樣膠囊系統以無線方式連接并進行取樣操作控制。
2.根據權利要求1所述的基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，其特征是， 所述的取樣膠囊包括取樣裝置、照明系統、光學系統、外殼及設置于其內部的主控制系統、 數字圖像傳感器、無線收發模塊、電源管理模塊、存儲倉、電池、開關和永磁裝置，其中永磁裝置產生的永久磁場與體外磁驅動裝置產生的永久磁場相互排斥或相互吸引，從而改變取樣膠囊的姿態和位置，電源管理模塊與電池相連并將直流電壓分別輸出至數字圖像傳感器、照明系統、主控制系統、無線收發模塊，光學系統、照明系統和數字圖像傳感器依次串聯并設置于外殼的端部，數字圖像傳感器與主控制系統相連并輸出數字圖像，無線收發模塊與主控制系統相連并將數字圖像傳感器采集到的視頻信息轉化為電磁波并發送至體外，取樣裝置設置于外殼的外部并分別與存儲倉和主控制系統相連以保藏采樣組織并接收控制指令。
3.根據權利要求2所述的基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，其特征是， 所述的外殼為膠囊體狀，兩端部為球狀結構。
4.根據權利要求1或2所述的基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，其特征是，所述的體外磁驅動裝置包括磁場發生裝置和位置調整機架，其中磁場發生裝置固定設置于位置調整機架上并對取樣膠囊提供磁場。
5.根據權利要求1所述的基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，其特征是， 所述的體外取樣控制裝置包括無線通訊單元和取樣控制裝置，通過取樣控制裝置發出取樣操作信號，該信號由無線通訊單元通過無線通訊方式傳送至取樣膠囊。
6.根據權利要求1所述的基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，其特征是， 所述的體外圖像實時處理裝置包括體外圖像實時接收模塊和計算機工作站，其中體外圖像實時接收模塊實時接收由取樣膠囊發送到體外的拍攝圖像并傳送到計算機工作站，計算機工作將圖像顯示在計算機屏幕上，為操作控制者實現取樣膠囊姿態、位置控制和取樣操作提供圖像導航功能。
全文摘要
一種醫療器械技術領域的基于數字圖像導航的體外磁控制取樣膠囊系統，包括取樣膠囊、體外磁驅動裝置、體外取樣控制裝置和體外圖像實時處理裝置，取樣膠囊位于消化道內并采集消化道環境信息，體外圖像實時處理裝置與取樣膠囊以無線方式連接并傳輸膠囊視頻信息并以圖形方式輸出，體外磁驅動裝置以磁力方式改變取樣膠囊的姿態和位置，體外取樣控制裝置與取樣膠囊以無線方式連接并進行取樣操作控制。本發明實現在數字圖像導航下，體外操作控制者對操作控制取樣膠囊開展消化道組織取樣。
文檔編號A61B10/04GK102160773SQ201110051498
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者劉華, 姜萍萍, 王志武, 顏國正 申請人:上海交通大學