專利名稱：基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的 體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代人由于工作節(jié)奏加快、飲食不均、導(dǎo)致消化道疾病的發(fā)病率日趨升高，消化道 疾病成為影響現(xiàn)代人健康的常見的一種疾病，據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，消化道疾病正在向低齡化 和隱蔽化方向發(fā)展。消化道疾病的可視化檢測對于消化道疾病的預(yù)防和診療具有非常重要 的作用，而成人人體全消化道總長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(jié)構(gòu)的不規(guī)則封閉性，給臨床上消化道疾病的檢測和治療帶來很大 的挑戰(zhàn)。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(nèi)窺鏡兩 大類。胃鏡、腸鏡檢測屬于主動檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)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(dǎo)致胃創(chuàng)傷、腸創(chuàng)傷的風(fēng)險，檢測過程中會給病人帶來巨大的痛苦。膠 囊內(nèi)窺鏡檢測屬于無創(chuàng)檢測方法，患者口服膠囊內(nèi)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(nèi)窺鏡在患者消化道內(nèi)只能跟隨消化道的蠕動開 展診斷，膠囊內(nèi)窺鏡的運動完全屬于被動運動方式，膠囊內(nèi)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(nèi)窺鏡診斷全 過程存在很大的盲區(qū)，極大限制了膠囊內(nèi)窺鏡在全消化道疾病可視化診斷中的臨床應(yīng)用。另一方面，在確診消化道發(fā)現(xiàn)淺表性惡性腫瘤等疾病時，臨床上可以采用的治療 方案對于胃部以上消化道和結(jié)腸以下消化道可在胃鏡和腸鏡的視頻圖像導(dǎo)航下開展治 療，但在治療過程中仍然存在導(dǎo)致胃創(chuàng)傷、腸創(chuàng)傷的風(fēng)險，治療過程中患者需要承受巨大的 痛苦；而對于小腸所在的消化道存在的淺表性惡性腫瘤，無法采用傳統(tǒng)的胃鏡和腸鏡進行 治療，對于小腸存在的疾病必須通過手術(shù)方法開展治療，這對于患者而言造成的痛苦是可 想而知的。而現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡僅僅具體消化道圖像的拍攝功能，完全不具體消化道疾病的 治療功能，因此無法對消化道疾病開展治療。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，發(fā)表在《Gastrointestinal Endoscopy)) Vol. 72， No. 5,2010 上的論文"Remote magnetic control of a wireless capsule endoscope inthe esophagus is safe and feasible :results of a randomized,clinical trial in healthy volunteers”公開了一種體外磁控制圖像膠囊技術(shù)，該論文通過體外磁場控制志 愿者吞服的磁控圖像膠囊，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(nèi)的姿態(tài)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。但該論文公布的技術(shù)缺乏治療功能，即通過膠囊圖像發(fā)現(xiàn)消化道疾病后，無法對 消化道疾病病理組織開展熱療治療工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制 熱療膠囊系統(tǒng)，實現(xiàn)由體外磁場主動驅(qū)動控制，克服膠囊系統(tǒng)受消化道蠕動“被動”運行方 式的制約，為操作者的體外磁控制和熱療控制提供圖像導(dǎo)航，直至完成膠囊部位的熱療治 療全過程；利用本熱療膠囊，對消化道淺表性惡性腫瘤可以實現(xiàn)真正意義上在無創(chuàng)圖像導(dǎo) 航下的無創(chuàng)診斷和治療，最大限度降低給患者帶來的痛苦和創(chuàng)傷。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括熱療膠囊、體外磁驅(qū)動裝置、體 外熱療控制裝置和體外圖像實時處理裝置，其中熱療膠囊位于消化道內(nèi)并實施局部熱療 處理，體外熱療控制裝置與熱療膠囊以無線方式連接并傳輸熱療控制信息，體外圖像實時 處理裝置與熱療膠囊以無線方式連接并傳輸熱療膠囊視頻信息并以圖形方式輸出，體外磁 驅(qū)動裝置與熱療膠囊采用磁力實現(xiàn)對熱療膠囊的姿態(tài)和位置的控制。所述的熱療膠囊包括照明系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和熱生成裝置、外殼及 設(shè)置于其內(nèi)部的主控制系統(tǒng)、數(shù)字圖像傳感器、圖像無線發(fā)送裝置、無線收發(fā)模塊、電源管 理模塊、電池和永磁體，其中熱生成裝置和溫度測量系統(tǒng)安裝在熱療膠囊外殼的外表面以 實現(xiàn)局部熱療以及熱療部位溫度實時測量，永磁體安裝在外殼與熱生成裝置之間并接收由 體外磁驅(qū)動裝置發(fā)送的交變磁場并轉(zhuǎn)化為動能控制所述熱療膠囊，電源管理模塊與電池相 連并將直流電壓分別輸出至數(shù)字圖像傳感器、照明系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、無線收發(fā)模塊和熱生 成裝置，光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和數(shù)字圖像傳感器依次串聯(lián)并設(shè)置于外殼的端部，數(shù)字圖像傳 感器與主控制系統(tǒng)相連并輸出數(shù)字圖像，無線收發(fā)模塊與主控制系統(tǒng)相連并將數(shù)字圖像傳 感器采集到的視頻信息以及溫度測量系統(tǒng)采集到的溫度信息轉(zhuǎn)化為電磁波并發(fā)送至體外， 熱生成裝置與主控制系統(tǒng)相連并接收控制指令。所述的外殼為膠囊體狀，兩端部為球狀結(jié)構(gòu)。所述的體外磁驅(qū)動裝置包括磁場發(fā)生裝置和位置調(diào)整機架，其中磁場發(fā)生裝 置固定設(shè)置于位置調(diào)整機架上并對熱療膠囊提供永久磁場。所述的體外熱療控制裝置為具有溫度顯示屏和無線單元的溫度調(diào)節(jié)裝置，其中 無線單元與溫度顯示屏和溫度調(diào)節(jié)裝置相連并將接收到溫度傳送至溫度顯示屏并顯示在 溫度顯示屏上，溫度調(diào)節(jié)信號通過無線單元傳送至熱療膠囊實現(xiàn)熱療溫度的控制。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由具有數(shù)字無線通訊功能的通用電子器件構(gòu)成并接收由熱療膠 囊發(fā)出的數(shù)字圖像信號，體外圖像實時接收模塊實時接收由熱療膠囊發(fā)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(xiàn)熱 療膠囊姿態(tài)、位置控制和熱療操作提供圖像導(dǎo)航功能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)體外操作控制者對體內(nèi)熱療膠囊的姿態(tài)和位置的主 動控制，可以完成消化道圖像的“定點”診斷，為熱療操作實現(xiàn)“定點”操作控制，同時體外 主動控制體內(nèi)熱療膠囊的操作均在視頻圖像引導(dǎo)下進行，實現(xiàn)真正意義上的圖像導(dǎo)航下的 消化道疾病的無創(chuàng)診療。相比于現(xiàn)有胃鏡、腸鏡和圖像膠囊系統(tǒng)，具有明顯的優(yōu)點。本發(fā)明 在消化道疾病診斷和淺表性惡性腫瘤的早期治療方面具有非常重要的實際應(yīng)用價值。


圖1為本發(fā)明工作原理示意圖。圖2為熱療膠囊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為體外磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為體外熱療控制裝置結(jié)構(gòu)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(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)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(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施包括熱療膠囊1、體外磁驅(qū)動裝置2、體外熱療控制裝置3和 體外圖像實時處理裝置4，其中熱療膠囊1位于消化道內(nèi)并實施局部熱療處理，體外熱療 控制裝置3與熱療膠囊1以無線方式連接并傳輸熱療控制信息，體外圖像實時處理裝置4 與熱療膠囊1以無線方式連接并傳輸熱療膠囊1視頻信息并以圖形方式輸出，體外磁驅(qū)動 裝置2與熱療膠囊1采用磁力實現(xiàn)對熱療膠囊1的姿態(tài)和位置的控制。如圖2所示，所述的熱療膠囊1包括照明系統(tǒng)5、溫度測量系統(tǒng)6、光學(xué)系統(tǒng)7和 熱生成裝置8、外殼9及設(shè)置于其內(nèi)部的主控制系統(tǒng)10、數(shù)字圖像傳感器11、無線收發(fā)模塊 12、開關(guān)13、電源管理模塊14、電池15和永磁體16，其中熱生成裝置8和溫度測量系統(tǒng)6 安裝在熱療膠囊1外殼9的外表面以實現(xiàn)熱療治療以及熱療部位溫度實時測量，永磁體16 安裝在熱療膠囊1 一端，永磁體16產(chǎn)生的永久磁場與體外磁驅(qū)動裝置2產(chǎn)生的永久磁場之 間的磁力控制熱療膠囊1的姿態(tài)和位置，電源管理模塊14與電池15通過開關(guān)13相連，當 開關(guān)13閉合時，電源管理模塊14將電池15電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m的直流電壓分別輸出至數(shù)字圖 像傳感器11、照明系統(tǒng)5、主控制系統(tǒng)10、無線收發(fā)模塊12和熱生成裝置8，光學(xué)系統(tǒng)7、照 明系統(tǒng)5和數(shù)字圖像傳感器11依次串聯(lián)并設(shè)置于外殼9的端部，數(shù)字圖像傳感器11與主 控制系統(tǒng)10相連并輸出數(shù)字圖像，無線收發(fā)模塊12與主控制系統(tǒng)10相連并將數(shù)字圖像傳 感器11采集到的視頻信息以及溫度測量系統(tǒng)6采集到的溫度信息轉(zhuǎn)化為電磁波并發(fā)送至 體外，熱生成裝置8與主控制系統(tǒng)10相連并接收控制指令。所述的外殼9為膠囊結(jié)構(gòu)狀，兩端部為球狀結(jié)構(gòu)。如圖3所示，所述的體外磁驅(qū)動裝置2包括永磁體17和位置調(diào)整機架18，其中 永磁體17固定設(shè)置于位置調(diào)整機架18上并對熱療膠囊1提供永久磁場。如圖4所示，所述的體外熱療控制裝置3為具有溫度顯示屏19、無線單元20和溫 度調(diào)節(jié)裝置21，其中無線單元20與溫度顯示屏19和溫度調(diào)節(jié)裝置21相連，并將接收到 溫度傳送至溫度顯示屏19并顯示在溫度顯示屏19上，溫度調(diào)節(jié)裝置21的控制信號通過無 線單元20傳送至熱療膠囊1實現(xiàn)熱療溫度的控制。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22和 計算機工作站23，其中體外圖像實時接收模塊22由具有數(shù)字無線通訊功能的通用電子器 件構(gòu)成并接收由熱療膠囊1發(fā)出的數(shù)字圖像信號，體外圖像實時接收模塊22實時接收由熱 療膠囊1發(fā)送到體外的拍攝圖像并傳送到計算機工作站23，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(xiàn)熱療膠囊1姿態(tài)、位置控制和熱療操作提供圖像導(dǎo)航功能。
本裝置通過以下方式進行工作患者吞服熱療膠囊1，熱療膠囊1開關(guān)13閉合，電 源管理模塊14將電池15電壓轉(zhuǎn)化為合適電壓，熱療膠囊1開始工作。數(shù)字圖像傳感器11 通過光學(xué)系統(tǒng)7和照明系統(tǒng)5采集到消化道壁的數(shù)字圖像，該數(shù)字圖像通過主控制系統(tǒng)10 傳送到無線收發(fā)裝置，并通過無線收發(fā)裝置傳送到體外，由體外圖像實時接收模塊22接收 并傳送到計算機工作站23，計算機工作站23將圖像顯示在屏幕上，操作者根據(jù)圖像，控制 體外磁驅(qū)動裝置2改變永磁體17的方向和位置，根據(jù)相同極性永磁場相互吸引和異極性永 磁場相互排斥的原理，體內(nèi)熱療膠囊1系統(tǒng)的永磁體16跟隨體外永磁體17姿態(tài)和位置發(fā) 生改變，改變熱療膠囊1在消化道內(nèi)的姿態(tài)和位置，數(shù)字圖像傳感器11可以檢測不同姿態(tài) 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(dǎo)航下對消化道開展 “定點”和“定向”的診斷。在診斷過程中，當發(fā)現(xiàn)有淺表性惡性腫瘤疾病時，在圖像導(dǎo)航幫 助下，操作者控制熱療膠囊1停留在淺表性惡性腫瘤疾病表面，使熱療膠囊1的熱生成裝置 8緊貼淺表性惡性腫瘤疾病表面，操作者利用體外熱療控制裝置3的溫度調(diào)節(jié)裝置21發(fā)出 熱療控制信號，該控制信號通過無線單20傳送到熱療膠囊1，由無線收發(fā)模塊12接收并傳 送到主控制系統(tǒng)10，主控制系統(tǒng)10啟動熱生成裝置8工作，對淺表性惡性腫瘤表面開展熱 療治療，在熱療過程中，溫度測量系統(tǒng)6實時檢測熱療部位的溫度，該溫度由主控制系統(tǒng)10 進行AD轉(zhuǎn)換后傳送到無線收發(fā)模塊12，并由無線收發(fā)模塊12傳送到體外，體外熱療控制裝 置3的無線單元20接收到該溫度信號后，傳送到溫度顯示屏19上，操作者可以實時掌握熱 療部位的溫度，并結(jié)合數(shù)字圖像傳感器11檢測到的圖像對淺表性惡性腫瘤表面開展熱療， 在熱療過程中，操作者可以操作體外磁驅(qū)動裝置2改變熱療膠囊1的姿態(tài)和位置，借助于工 作站23上的數(shù)字圖像導(dǎo)航，以實現(xiàn)對淺表性惡性腫瘤部位的全方位徹底熱療。
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，其特征在于，包括熱療膠囊、 體外磁驅(qū)動裝置、體外熱療控制裝置和體外圖像實時處理裝置，其中熱療膠囊位于消化道 內(nèi)并實施局部熱療處理，體外熱療控制裝置與熱療膠囊以無線方式連接并傳輸熱療控制信 息，體外圖像實時處理裝置與熱療膠囊以無線方式連接并傳輸熱療膠囊視頻信息并以圖形 方式輸出，體外磁驅(qū)動裝置與熱療膠囊采用磁力實現(xiàn)對熱療膠囊的姿態(tài)和位置的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，其特征是， 所述的熱療膠囊包括照明系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和熱生成裝置、外殼及設(shè)置于其 內(nèi)部的主控制系統(tǒng)、數(shù)字圖像傳感器、圖像無線發(fā)送裝置、無線收發(fā)模塊、電源管理模塊、電 池和永磁體，其中熱生成裝置和溫度測量系統(tǒng)安裝在熱療膠囊外殼的外表面以實現(xiàn)局部 熱療以及熱療部位溫度實時測量，永磁體安裝在熱療膠囊一端，永磁體產(chǎn)生的永久磁場與 體外磁驅(qū)動裝置產(chǎn)生的永久磁場之間的磁力大小和方向控制熱療膠囊的姿態(tài)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(shù)字圖像傳感器、照明系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)、無 線收發(fā)模塊和熱生成裝置，光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和數(shù)字圖像傳感器依次串聯(lián)并設(shè)置于外殼 的端部，數(shù)字圖像傳感器與主控制系統(tǒng)相連并輸出數(shù)字圖像，無線收發(fā)模塊與主控制系統(tǒng) 相連并將數(shù)字圖像傳感器采集到的視頻信息以及溫度測量系統(tǒng)采集到的溫度信息轉(zhuǎn)化為 電磁波并發(fā)送至體外，熱生成裝置與主控制系統(tǒng)相連并接收控制指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，其特征 是，所述的外殼為膠囊體狀，兩端部為球狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，其特征 是，所述的體外磁驅(qū)動裝置包括磁場發(fā)生裝置和位置調(diào)整機架，其中磁場發(fā)生裝置固定 設(shè)置于位置調(diào)整機架上并對熱療膠囊提供磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，其特征是， 所述的體外熱療控制裝置包括溫度顯示屏、無線單元和溫度調(diào)節(jié)裝置，其中無線單元與 溫度顯示屏和溫度調(diào)節(jié)裝置相連并將接收到溫度傳送至溫度顯示屏并顯示在溫度顯示屏 上，溫度調(diào)節(jié)信號通過無線單元傳送至熱療膠囊實現(xiàn)熱療溫度的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，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 圖像實時接收模塊由具有數(shù)字無線通訊功能的通用電子器件構(gòu)成并接收由熱療膠囊發(fā)出 的數(shù)字圖像信號，體外圖像實時接收模塊實時接收由熱療膠囊發(fā)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(xiàn)熱療膠囊 姿態(tài)、位置控制和熱療操作提供圖像導(dǎo)航功能。
全文摘要
一種醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域的基于數(shù)字圖像導(dǎo)航的體外磁控制熱療膠囊系統(tǒng)，包括熱療膠囊、體外磁驅(qū)動裝置、體外熱療控制裝置和體外圖像實時處理裝置，熱療膠囊位于消化道內(nèi)并實施局部熱療處理，體外熱療控制裝置與熱療膠囊以無線方式連接并傳輸熱療控制信息，體外圖像實時處理裝置與熱療膠囊以無線方式連接并傳輸熱療膠囊視頻信息并以圖形方式輸出，體外磁驅(qū)動裝置與熱療膠囊采用磁力實現(xiàn)對熱療膠囊的姿態(tài)和位置的控制。本發(fā)明實現(xiàn)由體外磁場主動驅(qū)動控制熱療膠囊姿態(tài)和位置，為操作者的體外磁控制和熱療操作提供圖像導(dǎo)航，在膠囊圖像導(dǎo)航下，對消化道淺表性惡性腫瘤可以實現(xiàn)真正意義上的無創(chuàng)診斷和治療，最大限度降低給患者帶來的痛苦和創(chuàng)傷。
文檔編號A61B1/045GK102085085SQ20111005170
公開日2011年6月8日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉華, 姜萍萍, 王志武, 顏國正 申請人:上海交通大學(xué)