專利名稱：可主動改變拍照角度的電子膠囊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢查人體器官內(nèi)部情況的電子膠嚢，具體地說， 本發(fā)明涉及一種特別適合對消化系統(tǒng)中那些沒有類似小腸、食道等可以對膠 嚢的拍照方位進行自然導(dǎo)向作用的部位進行檢查，并可自動改變拍照角度的 電子膠嚢。該可自動改變拍照角度的電子膠嚢通過吞服進入人體消化道，在 消化道中可自主改變拍照角度進行全方位的拍照。
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械，機電類產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
研究發(fā)現(xiàn)，胃癌患者的病情發(fā)展主要取決于癌灶的深度，當(dāng)癌侵潤到肌層， 甚至穿透肌層到了胃表面以及相鄰器官時，病情就相當(dāng)嚴(yán)重了。為了及時掌握 胃癌患者的病情發(fā)展情況，以及發(fā)現(xiàn)早期胃癌需要通過胃鏡檢查胃部情況。傳 統(tǒng)的內(nèi)鏡檢查雖然屬于非創(chuàng)傷性技術(shù)，但是由于內(nèi)鏡需要經(jīng)過口咽部插入食管 以及胃腔，所以內(nèi)鏡檢查屬于一種介入性的診斷器械，而采用麻醉等手段時， 會產(chǎn)生一系列潛在的問題。將管子插入食道和胃腸道，局部刺激所致的咽喉反 應(yīng)，還會使病人感到惡心、不適、甚至不良的精神創(chuàng)傷，所以屬于微創(chuàng)手術(shù)范 圍， 一般需要進行局部麻醉甚至全身麻醉和鎮(zhèn)靜，因而很多人不愿意做胃鏡檢 查。做胃鏡給人帶來的痛苦主要是管子太粗，會引起吞咽反射，產(chǎn)生不適感， 人們研制出了超細(xì)電子胃鏡，減輕了普通胃鏡的痛苦，但是仍然會產(chǎn)生對人的 刺激。胃鏡檢查會給人帶來不適，而人的緊張情緒有時會使胃酸增多，影響探 測結(jié)果。麻醉胃鏡是在麻醉狀態(tài)下做胃鏡檢查的，目的是減少局部反應(yīng)，但是 這里需要采取麻醉(比如咽喉部的麻醉)手段，而且仍無法擺脫胃鏡檢查對患 者生理和心理帶來的不適，而且嚴(yán)重高血壓、嚴(yán)重腦肺疾病、咽喉疾病、以及 體制比較敏感不能忍受胃鏡;險查、幼兒等都是禁止進行胃鏡檢查的。
隨著人們對減輕檢查中痛苦的要求逐年強烈，對可吞服的膠嚢內(nèi)鏡有著迫 切的需求。目前，國際上已經(jīng)出現(xiàn)了一種用于輔助治療的醫(yī)療器械類膠嚢， 它可以進行人體內(nèi)拍照，并以無線的方式將拍攝的圖片發(fā)送出來，供醫(yī)生診 斷疾病時參考。通過膠嚢胃鏡對胃部進行檢測是一種無痛苦的檢測方式。病人 將膠嚢吞入胃中，經(jīng)腸道排出，毫無痛苦。但是，目前國際上已出現(xiàn)的膠嚢系統(tǒng)，比如以色列的M2A膠嚢，主要是進行小腸的檢測， 一般不用膠嚢來檢測 胃，而且因為目前已經(jīng)發(fā)明的膠嚢內(nèi)窺鏡的分辨率不高，不能有效檢查胃部的 實際情況，所以目前利用膠嚢系統(tǒng)還不能正式作為胃部的檢測手段。這是因為 胃鏡檢測具有特殊性，胃是一個嚢狀器官，上賁門與食管相連，下經(jīng)過幽門連
接十二指腸；分為胃底部、胃體上部、胃體中部、胃體下部、胃角部和胃竇部， 胃部的空腔遠(yuǎn)比腸道的橫切面面積大，沒有小腸對膠囊的自然導(dǎo)向作用機制； 而且，目前世界上已經(jīng)出現(xiàn)的可吞服的電子拍照膠嚢吞入后，不能主動變換拍 照角度，等到膠囊隨著消化系統(tǒng)的自然蠕動進入腸道后，出現(xiàn)胃部部分區(qū)域被 漏拍的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述原因，本發(fā)明的目的是提供一種特別適合對檢查消化系統(tǒng)中 那些沒有類似小腸、食道等可以對膠嚢的拍照方位進行自然導(dǎo)向作用的部位 進行檢查，并可自主改變拍照角度的電子膠嚢。該可自動改變拍照角度的電 子膠嚢通過吞服進入到人體消化道后，在消化道中可自主改變拍照角度進行 全方位的拍照，大幅度降低漏拍概率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 一種可主動改變拍照角度的 電子膠囊，它由殼體、內(nèi)置在殼體內(nèi)的微型成像拍照單元、微處理器、電機、 無線發(fā)射器、電池、照明用LED、天線構(gòu)成；其特征在于所述電機為微型扁 平偏心電機，本發(fā)明利用偏心電機的旋轉(zhuǎn)改變拍照角度，完成不同角度的拍照。
所述微型成像拍照單元受微處理器控制；微處理器控制電機，控制其是否 轉(zhuǎn)動；微處理器將數(shù)據(jù)輸出給無線發(fā)射器，并通過無線發(fā)射器發(fā)送數(shù)據(jù)；
所述殼體為膠嚢形狀，在其靠近成像單元端的一端由透明材料制成。
所述偏心電機安裝在膠嚢內(nèi)部與整個膠嚢質(zhì)量中心不重合的位置處。所述 扁平偏心電機安裝在膠嚢內(nèi)靠前/或靠后的位置處。
所述扁平偏心電機的徑向尺寸與所述殼體內(nèi)徑尺寸接近。
該可主動改變拍照角度的電子膠嚢還包括有一體外接收盒，該體外接收盒 由天線、接收電路和記錄單元構(gòu)成；接收電路的數(shù)據(jù)輸出端與記錄單元的數(shù)據(jù) 輸入/輸出端相連。
所述電子膠嚢可以根據(jù)拍照順序，通過體外或者膠嚢內(nèi)部微處理器發(fā)出控 制指令，控制電機的啟動和關(guān)閉；電機啟動時，停止拍照并關(guān)斷LED。
本發(fā)明利用偏心電機的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)及其它效應(yīng)，自動改變拍照角度，完成不同角度的拍照，大幅度降低漏拍概率。本發(fā)明的特征是利用偏心 電機的陀螺效應(yīng)，自動改變拍照角度以及自動換位進行拍照。每拍照完一張或 多張照片后，在微處理器的直接控制或通過體外信號控制，使偏心電機旋轉(zhuǎn)， 主要通過陀螺效應(yīng)，主動改變拍照位置，改變拍照位置，再進行后續(xù)的拍照。 這個過程一直進行下去，直到對整個胃部完成拍照。
本發(fā)明特別適用于對沒有自然導(dǎo)向作用的部位如胃或者大腸等內(nèi)腔空間較 大的人體器官進行檢查。本發(fā)明的優(yōu)點是將胃鏡的微創(chuàng)檢測變?yōu)闊o創(chuàng)檢測， 除去了人們對胃鏡的恐懼、避免了檢查前的麻醉、排除了檢查過程中人們的各 種不良反應(yīng)，對不適合傳統(tǒng)胃鏡檢查的人群是一個可選擇的手段。


圖1為本發(fā)明可主動改變拍照角度的電子膠嚢實施例一內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
(扁平偏心電機位于膠嚢的前部，靠近微型成像拍照單元的位置)；
圖2為本發(fā)明可主動改變拍照角度的電子膠囊實施例二內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
(扁平偏心電機位于膠嚢的后部，遠(yuǎn)離微型成像拍照單元的位置)； 圖3為本發(fā)明可主動改變拍照角度的電子膠嚢轉(zhuǎn)動原理； 圖4為本發(fā)明微型成像拍照單元拍照順序。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明公開的可主動改變拍照角度的電子膠嚢由殼體1、內(nèi) 置在殼體l內(nèi)的微型成像拍照單元2、微處理器3、扁平偏心電機4、無線發(fā)射 器5、電池6、照明LED光源7、天線8構(gòu)成。成像拍照單元2受微處理器3 的控制；微處理器3的電機控制端與扁平偏心電機4的控制信號輸入端相連， 控制其是否轉(zhuǎn)動；微處理器3與無線發(fā)射器5相連；微處理器3的拍照控制端 與LED 7相連。
如圖1所示，構(gòu)成本發(fā)明電子膠嚢的殼體1為膠嚢形狀，其靠近微型成像 拍照單元2的一端由透明材料制成。所述扁平偏心電機4可以安裝在膠嚢內(nèi)靠 前的位置即靠近成像拍照單元2處，也可以安裝在膠嚢內(nèi)的后部，如圖2所示， 遠(yuǎn)離成像拍照單元2處。所述天線8可安裝在殼體的尾部，還可以安裝在膠嚢 外殼的內(nèi)側(cè)面。
本發(fā)明電子膠囊主動改變拍照角度原理是微型陀螺原理。在技術(shù)實現(xiàn)上， 是在膠嚢內(nèi)安裝一個^t型的偏心電機，如圖3所示，電機轉(zhuǎn)子繞自身軸線以膠 嚢參考系為基準(zhǔn)相對角速度co旋轉(zhuǎn)時，動量矩為^ = 1/《。由于構(gòu)成本發(fā)明的偏心電機是質(zhì)心偏心轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于偏心轉(zhuǎn)動以及與消化道的碰撞，會 產(chǎn)生慣性力/ = /^^2， r為轉(zhuǎn)子幾何旋轉(zhuǎn)中心與轉(zhuǎn)子質(zhì)心之間的偏'"距，偏心 距越大、旋轉(zhuǎn)速度越快、轉(zhuǎn)子質(zhì)量m越大，則慣性力越大。
偏心轉(zhuǎn)子的離心力使得膠嚢與胃壁之間產(chǎn)生變化的相互作用力，人體消化 道內(nèi)壁具有良好的彈性，當(dāng)轉(zhuǎn)子的速度足夠高時，膠嚢在其自身的離心慣性力 和胃內(nèi)壁反作用彈性力共同作用下，使膠囊產(chǎn)生上下振動，而膠嚢頭部和膠嚢 尾部的振動幅度不會一樣高，這主要是轉(zhuǎn)子的位置可以不安裝在膠嚢質(zhì)心處， 也即膠嚢的上下振動不是一個上下的平動，而是一個膠嚢頭部和尾部由于各自
振動幅度不同而產(chǎn)生的繞Y軸的轉(zhuǎn)動運動分量，或者是一個平動分量加轉(zhuǎn)動分 量的合成運動。這里值得注意的是， 一旦發(fā)生了繞Y軸的轉(zhuǎn)動，則會產(chǎn)生一個 力矩為-f-J《x占的外力矩，這里Q表示膠囊參考系轉(zhuǎn)動的瞬時角速度，也即 繞Y軸的轉(zhuǎn)動速度，這個力矩可以使膠嚢繞Z軸旋轉(zhuǎn)，這樣就可以改變拍照的 方向。
本發(fā)明是由于使用扁平偏心電機或扁平振動電機，偏心轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一個帶有 轉(zhuǎn)動分量和平動分量的復(fù)雜運動，而且在人體消化道內(nèi)壁這樣一個有良好彈性 的特殊環(huán)境下，產(chǎn)生繞Y軸的轉(zhuǎn)動，最后在陀螺效應(yīng)的作用下，前兩個運動即 偏心旋轉(zhuǎn)和繞Y軸的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動加平動，產(chǎn)生了第3個運動，即繞Z軸的改變 拍照角度的運動。這個運動與偏心電機引起的離心慣性力、人體組織的彈性恢 復(fù)力、摩擦力以及重力的共同作用下，構(gòu)成膠嚢在人體中繞Y軸的轉(zhuǎn)動以及質(zhì) 心位置的變化，從而有改變鏡頭拍照的角度的作用。
本發(fā)明采用扁平封裝的偏心電機或扁平振動電機。扁平電機的優(yōu)點是充分 利用徑向尺寸，徑向尺寸可以與膠囊內(nèi)徑尺寸接近，減小整個膠嚢的軸向尺寸。 另外的優(yōu)點是，在同樣偏心質(zhì)量下，偏心距越大，產(chǎn)生的慣性力越大；采用細(xì) 長電機(電機直徑小于或等于包括偏心質(zhì)量塊在內(nèi)的電機總高度)也可以達(dá)到 改變拍照角度的功能，但是需要更大的力矩才能達(dá)到扁平電機用較低的力矩達(dá) 到的效果，而且細(xì)長電機占用的空間也比較大。這里偏心電機外徑的選取要盡 量大(受膠嚢內(nèi)徑的限制)，這樣可以在同樣條件下，可以獲得更大的離心力， 電機安裝的位置要盡量避開膠嚢的質(zhì)心，這樣可以有較大的Q，進而有更強的 陀螺效應(yīng)。但是安裝在質(zhì)心處仍有可能產(chǎn)生少許的轉(zhuǎn)動的可能(比如在重力， 彈性恢復(fù)力、摩擦力和離心慣性力的共同作用)，但是要比電機安裝位置與膠囊 質(zhì)心位置不同時這種方式的效果差。電機開啟的時候為了避免峰值電流過大，這時不拍照，構(gòu)成本發(fā)明的微型 成像拍照單元2的拍照順序如圖4所示。這個拍照時序是預(yù)先在程序中寫好，
通過微處理器直接控制(或通過放大后控制)扁平偏心電機4。每一組照片可
以是一幀圖片，也可以是多幀圖片。當(dāng)人吞服膠囊后，在食道中，由于食道內(nèi) 壁與膠嚢有比4支緊密接觸，有良好的導(dǎo)向作用，所以偏心電機在這個時間段內(nèi) 不啟動，膠嚢只單純拍照。當(dāng)膠囊進入胃部(或者其它比較大的空腔，比如大
腸)后，然后再開始按照如圖4所示的模式順序來進行工作。
由于偏心電機不但引起離心力，而且會與重力作用一起，在表面不平坦的 人體消化道內(nèi)，還會產(chǎn)生膠嚢的平動分量，所以偏心電機開啟后會產(chǎn)生拍照角 度和拍照位置同時改變的效果。這樣拍照胃部的范圍可比單純改變角度更為全 面，拍照覆蓋范圍全面性判斷的理論基礎(chǔ)是概率論。拍照的照片越多，則偏心 電機啟動的次數(shù)也越多，膠嚢位置和角度改變的次數(shù)也越多，加之電子膠嚢視 場角多在120度以上，隨著拍照角度以及拍照位置的隨機改變次數(shù)的增加，這 樣漏拍的概率也會越來越低。
目前常規(guī)的檢測手段都有可能出現(xiàn)漏拍的可能，關(guān)鍵是要看漏拍的概率是 大是小。根據(jù)隨機過程理論，隨機拍照角度按平均分布規(guī)律有利于膠嚢全面拍 照胃內(nèi)壁，而當(dāng)膠嚢只拍照某一個固定角度則不具有隨機性，這時就不能拍照 整個胃內(nèi)壁。隨機性越高，當(dāng)拍攝圖片張數(shù)趨近一定數(shù)量后，理論上可以接近 100%。但是當(dāng)拍照角度"變化的隨機性，'不足，比如只能在某幾個角度拍照， 則在概率論上有可能得不到足夠低的漏拍概率。
根據(jù)拍照張數(shù)的多少可以判斷其統(tǒng)計學(xué)上可靠性的高低。拍照的張數(shù)越多、 每組拍照后膠嚢位置調(diào)整的大小、視場角的大小等都影響統(tǒng)計學(xué)上對整個胃部 進行拍照可靠性的高低。視場角越大，拍照同樣張數(shù)照片，檢測全部胃部時漏 拍的可能性就越??；拍照張數(shù)越多，檢測全部胃部時漏拍的可能性就越?。坏?是前提條件是拍攝一定張數(shù)照片后要隨機變換拍照角度，否則拍照角度不變或 者變化不大，即使拍照的張數(shù)再多也有很大的漏拍部分。
本發(fā)明的另一理論基礎(chǔ)是概率論。每次隨機改變拍照角度，有可能有部分 視場是重合的，甚至可能出現(xiàn)陀螺效應(yīng)改變拍照角度后，膠嚢有某幾張照片是 完全重合的可能，但是根據(jù)概率理論，當(dāng)拍攝張數(shù)越來越多時，本來單張照片 就有較大視場的情況下，沒有被視場覆蓋的區(qū)域越來越小。
如果配合輔助手段，即內(nèi)外配合技術(shù)，則可以更進一步提高檢測的可靠性。這些輔助手段是采用外部強磁場控制體內(nèi)膠囊的方法。但是這種方式需要考慮 不同胖瘦人體，影響外部磁場對內(nèi)部膠嚢作用力不同的問題。體形肥胖的人腹 部脂肪厚，外部磁場到膠嚢的距離要大于體形消瘦人體的距離參數(shù)，需要的磁 場更強。另外的輔助手段是人體吞服膠嚢內(nèi)窺鏡后，每隔若干時間采用坐姿
和躺姿；或者躺在可以改變角度床上，通過床體角度的改變，利用重力來移動 膠嚢。床本身可采用側(cè)向左傾斜、水平位置和右傾斜等模式。但這些僅僅是輔 助手段，因為正常的胃內(nèi)部有稀薄透明的分泌物，左側(cè)臥時，分泌物聚集在胃 近端的大彎側(cè)，當(dāng)仰臥時，胃底后倒，分泌物流向胃底部。吞下的唾液以及流 進的呼吸道分泌物呈灰白色，含有小氣泡，這些氣泡常常漂浮在黏液面上。如 果人體處于后仰、側(cè)傾、前傾等不同姿態(tài)，膠嚢可能協(xié)同帶有氣泡的黏液會在 重力的作用下，同時聚集在勢能最低的位置，這樣膠囊就泡在私液里面，而大 大影響拍照的清晰度并增加漏拍的可能性，所以采用不同姿態(tài)這種輔助手段僅 僅是為防止膠囊長時間停留在某一個位置而影響陀螺效應(yīng)改變角度的概率上的 隨機性要求。所以主要還是要依賴膠嚢本身的主動拍照角度改變功能。
本發(fā)明還包括有一體外接收盒，該體外接收盒由天線、接收電路、記錄單 元、數(shù)據(jù)輸入/輸出接口 (如USB接口 )構(gòu)成，接收電路的數(shù)據(jù)輸出端與記錄 單元的數(shù)據(jù)輸入/輸出端相連。接收電路采用天線陣列，接收電路將接收到的信 號解調(diào)后存儲在記錄單元中，或者直接通過數(shù)據(jù)輸入/輸出接口輸出到計算機中 存儲。
權(quán)利要求
1、一種可主動改變拍照角度的電子膠囊，它由殼體、內(nèi)置在殼體內(nèi)的成像拍照單元、微處理器、電機、無線發(fā)射器、電池、LED、天線構(gòu)成；其特征在于所述電機為微型偏心電機或扁平振動電機，本發(fā)明利用偏心電機或扁平振動電機的旋轉(zhuǎn)改變拍照角度，完成不同角度的拍照；所述成像拍照單元受微處理器控制；微處理器控制電機，控制其是否轉(zhuǎn)動；微處理器將數(shù)據(jù)輸出給無線發(fā)射器，并通過無線發(fā)射器發(fā)送數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在于 其膠嚢內(nèi)部安裝的電機為偏心轉(zhuǎn)動電機、扁平振動電機等微電機。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在于 偏心轉(zhuǎn)動電機或扁平振動電機的控制端與所述微處理器MCU的控制信號輸出 端相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可主動改變拍照角度的電子膠囊，其特征在于 所述扁平偏心電機或扁平振動電機也可以通過無線方式接收外部發(fā)出的控制指 令，控制偏心電機或扁平振動電才幾的啟動和停止。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在 于所述扁平電機的外徑尺寸與膠囊外殼內(nèi)壁的尺寸接近。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在于 該電子膠嚢還包括有一體外接收盒，該體外接收盒由天線、接收電路和記錄單 元構(gòu)成；接收電路的數(shù)據(jù)輸出端與記錄單元的數(shù)據(jù)輸入/輸出端相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在 于所述電子膠嚢是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的順序，由微處理器控制電機的啟動和關(guān)閉， 或通過體外發(fā)出控制指令，控制電^/L的啟動和關(guān)閉。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在于 電機啟動時，停止拍照并關(guān)斷用于照明的LED。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的可主動改變拍照角度的電子膠嚢，其特征在于 所述天線可安裝在殼體尾部，還可以安裝在殼體的內(nèi)側(cè)面。
10、 該系統(tǒng)的主要特征是拍照完一張或多張照片后，在微處理器的直接控 制或通過體外信號控制，電機發(fā)生旋轉(zhuǎn)，主要通過陀螺效應(yīng)，主動改變拍照位 置，再進行后續(xù)的拍照。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可主動改變拍照角度的電子膠囊，它由殼體、內(nèi)置在殼體內(nèi)的成像拍照單元、微處理器、電機、無線發(fā)射器、天線構(gòu)成等；其特征在于所述電機為微型扁平偏心電機或扁平振動電機。本發(fā)明利用偏心電機或扁平振動電機的旋轉(zhuǎn)改變拍照角度，完成不同角度的拍照。本發(fā)明特別適用于對沒有自然導(dǎo)向作用的部位如胃或者大腸等內(nèi)腔空間較大的人體器官進行檢查。本發(fā)明的優(yōu)點是將胃鏡的微創(chuàng)檢測變?yōu)闊o創(chuàng)檢測，除去了人們對胃鏡的恐懼、避免了檢查前的麻醉、排除了檢查過程中人們的各種不良反應(yīng)，對不適合傳統(tǒng)胃鏡檢查的人群是一個可選擇的手段。本發(fā)明每拍照完一張或多張照片后，在微處理器的控制下使偏心電機旋轉(zhuǎn)，改變拍照位置，再進行后續(xù)的拍照，直到對整個胃部完成拍照。
文檔編號A61B1/31GK101283902SQ20071006538
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者(請求不公開姓名) 申請人:戴旭光