[發明專利]基于永磁和三軸力傳感器的膠囊內鏡控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201410155775.6
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103932654A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王坤東;肖承東
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B1/00
• 分類號: A61B1/00;A61B5/07
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及膠囊內窺鏡的控制方法及醫學檢測領域，特別是涉及一種基于永磁和三軸力傳感器的膠囊內鏡控制系統及控制方法。

背景技術

傳統的膠囊內鏡主要依靠人體器官的蠕動和收縮沿消化道運動，行走極其緩慢而且容易出現漏檢現象。它不能停留在某個固定的位置，也不能對病變部位進行進一步檢查或執行某種操作。因此被動式膠囊內窺鏡在一定程度上限制了膠囊內鏡的取樣、釋放藥物等新功能的發展。

為了實現膠囊內窺鏡在人體內的主動運動與控制，國內外研究人員提出了多種新的膠囊內鏡驅動方法，但大都處于探索階段，還不能在醫療上成熟使用。常見的驅動機制大致包括蠕動式、電機式、壓電式、磁致伸縮式、記憶合金式、仿生式、靜電驅動式和電磁驅動式。

日本東京大學研制的一種模擬生物蠕動爬行的衛星膠囊由三個電磁驅動單元構成，此機器人可在直徑10mm的管內前后移動，移動速度約為2.2mm/s。韓國的研究人員利用記憶合金的特性提出了一種基于記憶合金的膠囊內窺鏡主動控制方法，可以較好的實現主動控制。另外韓國研究人員還相繼提出了多足式膠囊內窺鏡和蠕蟲狀腸道機器人。

以上驅動方式的一個共同特點是驅動本身需要消耗膠囊內部大量的能量。由于膠囊大小有限，因此其自身攜帶的電能有限。而且膠囊本身還要完成照明、圖像獲取和傳輸等功能?；诖朔N原因，上述方案的可行性受到了很大的限制。另外上述方法大大增加了膠囊本身結構的復雜性，如果膠囊在體內被損害將會對人體造成極大的危害，存在許多潛在的危險。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于永磁和三軸力傳感器的膠囊內鏡控制系統及控制方法，其基于電磁驅動的膠囊主動運動控制則大大減小了膠囊電能的消耗，膠囊的運動方向由外磁場的方向來控制，運動速度決定于外磁場的強度和運行介質的特性等，提高安全性并簡化膠囊本身結構。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種基于永磁和三軸力傳感器的膠囊內鏡控制系統，其特征在于，其包括體內膠囊內窺鏡、體外永磁體、三軸力傳感器、機械手、數據處理電路、工作站、控制器；所述體內膠囊內窺鏡與所述體外永磁體之間形成磁路，所述三軸力傳感器用于測量所述體內膠囊內窺鏡與所述體外永磁體產生的相互作用力以形成三軸力傳感器數據信息，所述機械手用于控制所述體外永磁體的運動，所述數據處理電路對三軸力傳感器數據信息進行處理并將處理后的三軸力傳感器數據信息發送至所述工作站，所述工作站通過解析運算得出所述膠囊內窺鏡的位置信息，并由操作人員通過所述控制器控制所述機械手的運動。

優選地，所述體內膠囊內窺鏡包括透明玻璃罩、體內永磁體、CMOS成像器件、LED照明電路，電源；所述LED照明電路產生的光源透過透明玻璃罩照在體內消化系統內壁上，以使所述COMS成像器件實時獲取消化系統內部信息；所述體內永磁體主要用于與體外永磁體形成磁路以控制膠囊內窺鏡的運動。

優選地，所述三軸力傳感器主要用于測量體內永磁體與體外永磁體在三維方向產生的相互作用力的大小。

優選地，所述數據處理電路將傳感器獲得的信息進行放大和模數轉換從而得到工作站所需的控制信息。

優選地，所述工作站將得到的空間三維方向上的力通過相應的計算轉化為三維方向上的距離信息，從而得出所述體內膠囊內窺鏡與所述體外永磁體之間的相對位置。

優選地，所述控制器用于實時控制所述機械手的空間方向上的運動。

本發明還提供一種基于永磁和三軸力傳感器的膠囊內鏡控制系統的控制方法，所述控制方法采用上述的基于永磁和三軸力傳感器的膠囊內鏡控制系統，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：步驟一，口服體內膠囊內窺鏡，體內膠囊內窺鏡在體外永磁體的作用下運動；步驟二，三軸力傳感器測得空間三維方向上體內永磁體與體外永磁體之間作用力的大小，經過放大及模數轉換后得到所需的數字信號；步驟三，工作站接收上述數字信號，將磁體間作用力轉化為磁體間的相對位置信息；步驟四，操作人員根據所得到的信息，通過控制器控制機械手的運動從而實現對膠囊的位置控制。

本發明的積極進步效果在于：本發明基于電磁驅動的膠囊主動運動控制則大大減小了膠囊電能的消耗，膠囊的運動方向由外磁場的方向來控制，運動速度決定于外磁場的強度和運行介質的特性等，提高安全性并簡化膠囊本身結構；另外，本發明原理簡單，易于實現，同時由于可以利用電磁感應原理對膠囊供電，使得膠囊在體內電能供應問題得到解決。本發明成本低廉，對人體無創傷，可以檢測并定位出人體病變部位，解決了傳統膠囊內鏡無法定位的弊端。

附圖說明

圖1為整個系統的結構原理圖；