[發明專利]一種內窺鏡膠囊供電系統

在審

• 申請號: 201210093013.9
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN103368271A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉若鵬;欒琳;郭潔;李春來;馬偉濤
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及無線能量傳輸領域，具體地涉及一種基于磁共振原理的內窺鏡膠囊供電系統。

【背景技術】

內窺鏡膠囊一般包括集成在膠囊內部的發光二極管、CCD攝像頭、無線發射模塊等裝置，患者吞服內窺鏡膠囊后，CCD攝像頭會拍攝到人體消化道的圖像數據，并通過無線發射模塊將其傳輸到體外，醫生通過分析接收到的圖像數據來達到診斷病變的目的。相對于傳統插入式內窺鏡給病人帶來痛苦且無法進行小腸檢查的缺點，無線膠囊式內窺鏡可以實現無創、全消化道檢測，是內窺鏡技術的發展方向。目前臨床應用的膠囊內窺鏡，均采用紐扣電池供電，由于電池容量有限，圖像質量和幀率均不理想，且只能工作5-8小時。此外，這種內窺鏡膠囊的移動是被動地由腸胃蠕動實現，不能受醫生控制，導致漏檢率高，不能提供活檢。要使膠囊內窺鏡由被動運動變為主動運動，勢必要為其增加驅動裝置，而這將需要更多的能量。因此，能量供給已經成為制約膠囊內窺技術發展的瓶頸。

目前，為內窺鏡膠囊供電的技術主要有電池和感應式充電兩種方式。其中電池本身占有體積和重量，且供電能力有限，目前處于被較先進的能進行無線能量傳輸的內窺鏡膠囊逐步淘汰的地步。感應式充電的內窺鏡膠囊通過接收來自體外線圈所發出的電磁感應電作為動力，該電磁感應電來源為患者穿戴的背心上設置一個發射線圈，能持續不斷地提供電力供應，可以維持內窺鏡膠囊正常運轉所需要的電力。但是電磁感應的傳輸效率極低，尤其在接受線圈和發射線圈之間大于1厘米距離以上時，而內窺鏡膠囊和體外線圈之間的距離通常在5-15cm，并且由于內窺鏡膠囊尺寸的限制，接受線圈必須小于1cm×1cm的尺寸，因此耦合效率更低。這樣，長時間的持續供電給醫患帶來極大不便。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是：克服現有內窺鏡膠囊供電距離短，使用不便，效率較低的缺點，提供一種基于共振原理的應用于內窺鏡膠囊的無線供電系統。

本發明實現發明目的采用的技術方案是，一種內窺鏡膠囊供電系統，包括設置在內窺鏡膠囊內的能量接收模塊，以及設置在內窺鏡膠囊外部的能量發射模塊，所述能量發射模塊內設置有共振發射線圈，所述能量接收模塊內設置有共振接收線圈，所述共振接收線圈由三個相互垂直的共振線圈組成，所述共振發射線圈與所述共振接收線圈之間設置有超材料，所述共振發射線圈與所述共振線圈具有相同的固有頻率，所述超材料具有負磁導率，所述超材料在負磁導率條件下的頻率與所述固有頻率相等，所述能量發射模塊提供一頻率等于所述固有頻率的時變磁場信號，所述共振發射線圈與所述共振線圈之間通過磁共振場倏逝線的耦合進行能量傳遞，所述能量接收模塊與所述共振線圈之間通過共振感應的方式耦合。

更好地，所述三個相互垂直的共振線圈繞制在同一磁芯上。

具體地，所述超材料設置在所述能量發射模塊內，所述超材料與所述共振發射線圈相對設置。

具體地，所述超材料設置在所述能量接收模塊內，所述超材料與所述共振接收線圈相對設置。

具體地，所述能量發射模塊和所述能量接收模塊內均設置有超材料。

具體地，所述能量發射模塊包括信號產生電路、功率放大電路以及由發射線圈和第一電容組成的第一LC諧振電路，所述信號產生電路產生一頻率等于所述固有頻率的時變電流，所述功率放大電路將所述時變電流進行功率放大并連接所述第一LC諧振電路，所述發射線圈與所述共振發射線圈相對設置。

更好地，所述發射線圈為單匝環形線圈，所述發射線圈的外徑等于所述共振發射線圈的外徑。

更好地，所述共振發射線圈并聯有第一可調電容。

具體地，所述能量接收模塊包括由接收線圈和第二電容組成的第二LC諧振電路、整流電路以及穩壓電路，所述接收線圈與所述共振接收線圈相對設置，所述第二LC諧振電路與所述共振接收線圈通過共振感應的方式耦合，所述第二LC諧振電路依次連接所述整流電路和穩壓電路以對所述內窺鏡微膠囊進行供電。

更好地，所述接收線圈為單匝環形線圈，所述接收線圈的外徑等于所述平面共振線圈的外徑。

更好地，所述共振接收線圈并聯有第二可調電容。

更好地，所述超材料的磁導率為-1。

具體地，所述超材料包括介質基板以及陣列在介質基板上的多個微結構，所述微結構為磁性微結構，所述介質基板為介電材料，所述微結構為導電材料。

具體地，所述磁性微結構為開口諧振環或開口諧振環的衍生結構。

具體地，所述介質基板為有機樹脂材料或陶瓷材料。