用于膠囊內(nèi)窺鏡的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種內(nèi)窺鏡類(lèi)【技術(shù)領(lǐng)域】的用于膠囊內(nèi)窺鏡的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，包括：設(shè)置于體外穿戴式背心中的發(fā)射線圈及其發(fā)射控制電路、設(shè)置于膠囊中的鏡頭、照明器、圖像傳感器、微控制單元、通信模塊、接收電路以及接收線圈。本發(fā)明可產(chǎn)生隨人體移動(dòng)的穩(wěn)定交變磁場(chǎng)，保證膠囊內(nèi)窺鏡持續(xù)工作，且易于臨床實(shí)現(xiàn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于膠囊內(nèi)窺鏡的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種內(nèi)窺鏡類(lèi)【技術(shù)領(lǐng)域】的裝置，具體是一種用于膠囊內(nèi)窺鏡的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]胃腸道疾病是人類(lèi)的常見(jiàn)病，全世界患病率在10%以上，國(guó)內(nèi)則在13%以上。其中超過(guò)40%的患者長(zhǎng)期受胃腸道疾病折磨，每年死于胃腸道病的人數(shù)高達(dá)30萬(wàn)人。胃腸道疾病的診斷一直是一大難題。胃鏡和腸鏡是國(guó)內(nèi)外診斷和治療消化道疾病的傳統(tǒng)方法，然而目前臨床上使用時(shí)都是將攝像頭和組織取樣等裝置深入到胃部、腸管部位，對(duì)消化道內(nèi)壁進(jìn)行診斷，或組織取樣、微型手術(shù)等動(dòng)作，在插入過(guò)程中，患者必須忍受很大痛苦，還有可能引起諸多并發(fā)癥。另外，小腸由于狹長(zhǎng)多曲且位于消化道中部而難于用上述內(nèi)窺鏡檢查到。
[0003]膠囊內(nèi)窺鏡是針對(duì)這一問(wèn)題的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低侵入性、非侵入性或微創(chuàng)診療。以色列的Given Imaging公司生產(chǎn)的世界上第一款稱(chēng)為“PillCam”的膠囊狀無(wú)線內(nèi)窺鏡，于2001年獲得美國(guó)藥監(jiān)部門(mén)的臨床試驗(yàn)許可，開(kāi)始大面積臨床使用。但由于空間限制，各種膠囊內(nèi)窺鏡攜帶的紐扣電池?cái)?shù)量有限，為了節(jié)省能量以延長(zhǎng)工作時(shí)間，必須降低圖像幀率。除了定點(diǎn)檢測(cè)類(lèi)，圖像采集速率僅為2-3幀/秒，分辨率也較低，無(wú)法對(duì)人體胃腸道做全程診查。
[0004]針對(duì)膠囊內(nèi)窺鏡供能問(wèn)題的研究，目前進(jìn)展最大的是基于電磁耦合原理的無(wú)線能量傳輸。但目前這項(xiàng)技術(shù)主要用于汽車(chē)、手機(jī)、小家電以及體外醫(yī)療設(shè)備，對(duì)于體內(nèi)能量傳輸大多處于研究階段，在膠囊內(nèi)窺鏡上的應(yīng)用極少。
[0005]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN103654691，
【公開(kāi)日】2014_3_26，記載了一種胃腸道癌前病變無(wú)創(chuàng)診查裝置，包括:胃腸道腔內(nèi)白光/熒光圖像采集及無(wú)線傳送微型機(jī)器人診查子系統(tǒng)、躺臥床及驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、人機(jī)界面及控制子系統(tǒng)以及無(wú)線供能子系統(tǒng)，其中:所述的無(wú)線供能子系統(tǒng)系統(tǒng)包括:無(wú)線供能子系統(tǒng)包括:無(wú)線能量發(fā)射線圈、能量變換及控制模塊以及能源及管理模塊。但是該技術(shù)中的不足在與:其無(wú)線供能要求人體采用類(lèi)似CT檢查的躺臥方式，診查過(guò)程中，受試者不能離開(kāi)躺臥床，相對(duì)于人體一天左右的消化周期，這種方式對(duì)于受試者來(lái)說(shuō)極為不便，且能耗大、效率低，臨床應(yīng)用中耗費(fèi)看護(hù)人員的時(shí)間和精力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于膠囊內(nèi)窺鏡的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，可隨人體移動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的交變磁場(chǎng)，保證膠囊內(nèi)窺鏡持續(xù)工作，且易于臨床實(shí)現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:設(shè)置于穿戴式背心中的發(fā)射線圈及其發(fā)射控制電路、設(shè)置于膠囊中的鏡頭、照明器、圖像傳感器、微控制單元、通信模塊、接收電路以及接收線圈，其中:發(fā)射控制電路產(chǎn)生方波信號(hào)以控制發(fā)射線圈，膠囊內(nèi)的接收線圈與發(fā)射線圈電磁耦合產(chǎn)生感應(yīng)電流，接收電路的輸入端與接收線圈相連以接收感應(yīng)電流并分別向圖像傳感器以及鏡頭提供能量，鏡頭將攝取到的圖像傳輸至圖像傳感器并形成圖像信息，圖像傳感器與通信模塊相連并由通信模塊向體外輸出圖像信息，微控制單元分別與圖像傳感器、照明器和通信模塊相連，分別控制照明器使得攝取圖像清晰，控制圖像傳感器與通信模塊通信。
[0008]所述的發(fā)射控制電路包括:晶振、頻率微控制單元、波形發(fā)生器、反相器、功率放大器、諧振電容和可調(diào)電感，其中:晶振和頻率微控制單元分別與波形發(fā)生器的輸入端相連以產(chǎn)生特定頻率的方波信號(hào)，波形發(fā)生器的輸出端分別與反相器的一端和功率放大器的輸入端相連，反相器的另一端與功率放大器的輸入端相連，功率放大器的輸出端分別與諧振電容的一端和可調(diào)電感的一端相連，諧振電容的另一端和可調(diào)電感另一端分別與發(fā)射線圈相連。
[0009]所述的微控制單元主要控制系統(tǒng)時(shí)序、圖像傳感器采樣頻率和通信數(shù)據(jù)包的處理。
[0010]所述的方波信號(hào)的中心頻率為208kHz±20kHz。
[0011]所述的發(fā)射線圈的發(fā)射電流為0.65A?2A。
[0012]所述的發(fā)射線圈包括:上下兩部分，上下兩部分之間由支架相連，且上下兩部分均為尺寸相同的類(lèi)橢圓螺線管，長(zhǎng)軸為400mm，短軸為220mm。
[0013]所述的接收線圈包括:具有三個(gè)維度繞組的線圈，且各維度的線圈分別與相應(yīng)電容形成諧振回路，該回路的諧振頻率與發(fā)射線圈的特定頻率相同。
[0014]所述的接收電路包括串聯(lián)的全橋逆變電路、整流電容和穩(wěn)壓電路，其中:全橋逆變電路的輸入端與接收線圈相連，穩(wěn)壓電路的輸出端與圖像傳感器相連。
[0015]所述的整流電容和穩(wěn)壓電路以及圖像傳感器均設(shè)置于屏蔽罩內(nèi)。
技術(shù)效果
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的發(fā)射線圈通過(guò)外部可移動(dòng)電源供電，發(fā)射線圈在體外產(chǎn)生穩(wěn)定的交變磁場(chǎng)。由于發(fā)射線圈為雙螺線管結(jié)構(gòu)，因此交變磁場(chǎng)均勻分布。接收線圈集成在膠囊內(nèi)窺鏡上，替代紐扣電池。膠囊的接收線圈受到外部磁場(chǎng)激勵(lì)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)整流穩(wěn)壓電路形成穩(wěn)定的直流電為系統(tǒng)供能。整個(gè)能量傳輸設(shè)備輕便可攜帶，保證膠囊內(nèi)窺鏡在高頻率和高分辨率狀態(tài)下持續(xù)工作。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明膠囊內(nèi)窺鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)及其發(fā)射控制電路示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明發(fā)射控制電路示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明接收線圈剖面示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明接收電路示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例包括:設(shè)置于體外的穿戴式背心中的發(fā)射線圈10及其發(fā)射控制電路14、設(shè)置于膠囊9中的鏡頭1、照明器2、圖像傳感器3、微控制單元4、通信模塊5、接收電路6以及接收線圈7，其中:發(fā)射控制電路14產(chǎn)生方波信號(hào)控制發(fā)射線圈10，膠囊9內(nèi)的接收線圈7與發(fā)射線圈10電磁耦合產(chǎn)生感應(yīng)電流，接收電路6的輸入端與接收線圈7相連，接收感應(yīng)電流且形成直流電，輸出端與圖像傳感器3相連且提供能量，鏡頭I攝取圖像傳輸至圖像傳感器3形成圖像信息，圖像傳感器3與通信模塊5相連以傳輸圖像信息，微控制單元4分別控制圖像傳感器3、照明器2和通信模塊5 ;膠囊外殼9的頭部為透明觀察端8。
[0024]如圖2和圖3所示，發(fā)射控制電路14包括:晶振12、頻率微控制單元13、波形發(fā)生器18、反相器19、功率放大器16、諧振電容17和可調(diào)電感15，其中:晶振12和頻率微控制單元13分別與波形發(fā)生器18的輸入端相連以產(chǎn)生特定頻率的方波信號(hào)，波形發(fā)生器18的輸出端分別與反相器19的一端和功率放大器16的輸入端相連,反相器19的另一端與功率放大器16的輸入端相連，功率放大器16的輸出端分別與諧振電容17的一端和可調(diào)電感15的一端相連，諧振電容17的另一端和可調(diào)電感15另一端分別與發(fā)射線圈10相連。
[0025]所述的方波信號(hào)的特定頻率由發(fā)射線圈10的品質(zhì)因數(shù)決定。
[0026]所述的方波信號(hào)的中心頻率為208kHz±20kHz，品質(zhì)因數(shù)最高，因此設(shè)定此頻率為工作頻率，并調(diào)制接收線圈7匹配電容，使其諧振頻率同樣達(dá)到208kHz±20kHz。
[0027]所述的發(fā)射線圈10的發(fā)射電流為0.65A?2A。
[0028]所述的發(fā)射線圈10包括中間由支架11相連的上下兩部分，上下兩部分為尺寸相同的類(lèi)橢圓螺線管，長(zhǎng)軸為400mm,短軸為220mm,間隔距離為160mm,總高度為270mm,線圈由多股絲包利茲線繞成，單根銅線直徑小于0.05mm,股數(shù)大于180,單個(gè)線圈寬度為55mm,線圈之間由ABS支架11連接，用膠固化后，放置在背心中。
[0029]如圖4和圖5所示，所述的接收線圈7包括三個(gè)維度的線圈71、72、73，且各個(gè)維度的線圈分別與相應(yīng)電容形成諧振回路，該回路的諧振頻率與發(fā)射線圈10的特定頻率相同。接收線圈7由多股漆包銅線在鐵氧體磁芯74上分別從三個(gè)維度繞制，本實(shí)施例中繞成后接收線圈7的總體尺寸為Φ 9.5mm X 10.5mm，封裝在膠囊9狀外殼中。
[0030]所述的接收電路6包括串聯(lián)的全橋逆變電路20、整流電容21和穩(wěn)壓電路22，其中:全橋逆變電路20的輸入端與接收線圈7相連，穩(wěn)壓電路22的輸出端與圖像傳感器3相連。
[0031]所述的整流電容和穩(wěn)壓電路以及圖像傳感器3均設(shè)置于屏蔽罩23內(nèi)。
[0032]人體穿戴發(fā)射線圈10并連接發(fā)射控制電路14后，吞服膠囊內(nèi)窺鏡，則接收線圈7由于電磁耦合產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過(guò)整流穩(wěn)壓電路21、22后形成穩(wěn)定的直流電，為負(fù)載供能，此時(shí)膠囊內(nèi)窺鏡開(kāi)始工作。
【權(quán)利要求】
1.一種用于膠囊內(nèi)窺鏡的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，其特征在于，包括:設(shè)置于穿戴式背心中的發(fā)射線圈及其發(fā)射控制電路、設(shè)置于膠囊中的鏡頭、照明器、圖像傳感器、微控制單元、通信模塊、接收電路以及接收線圈，其中:發(fā)射控制電路產(chǎn)生方波信號(hào)以控制發(fā)射線圈頻率，膠囊內(nèi)的接收線圈與發(fā)射線圈電磁耦合產(chǎn)生感應(yīng)電流，接收電路的輸入端與接收線圈相連以接收感應(yīng)電流并分別向圖像傳感器以及照明器提供能量，鏡頭將攝取到的圖像傳輸至圖像傳感器并形成圖像信息，圖像傳感器與通信模塊相連并由通信模塊向體外輸出圖像信息，微控制單元分別與圖像傳感器、照明器和通信模塊相連，分別控制照明器使得攝取圖像清晰，控制圖像傳感器與通信模塊通信； 所述的發(fā)射控制電路包括:晶振、頻率微控制單元、波形發(fā)生器、反相器、功率放大器、諧振電容和可調(diào)電感，其中:晶振和頻率微控制單元分別與波形發(fā)生器的輸入端相連以產(chǎn)生特定頻率的方波信號(hào)，波形發(fā)生器的輸出端分別與反相器的一端和功率放大器的輸入端相連，反相器的另一端與功率放大器的輸入端相連，功率放大器的輸出端分別與諧振電容的一端和可調(diào)電感的一端相連，諧振電容的另一端和可調(diào)電感另一端分別與發(fā)射線圈相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，其特征是，所述的方波信號(hào)的工作頻率為208kHz ± 20kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，其特征是，所述的發(fā)射線圈的發(fā)射電流為0.65A?2A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征是，所述的發(fā)射線圈包括中間由支架相連的上下兩部分，上下兩部分為尺寸相同的類(lèi)橢圓螺線管，長(zhǎng)軸為400mm，短軸為220mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，其特征是，所述的接收線圈包括三個(gè)維度的線圈，且各個(gè)維度的線圈分別與相應(yīng)電容形成諧振回路，該回路的諧振頻率與發(fā)射線圈的特定頻率相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，其特征是，所述的接收電路包括串聯(lián)的全橋逆變電路、整流電容和穩(wěn)壓電路，其中:全橋逆變電路的輸入端與接收線圈相連，穩(wěn)壓電路的輸出端與圖像傳感器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的穿戴式無(wú)線能量傳輸設(shè)備，其特征是，所述的整流電容和穩(wěn)壓電路以及圖像傳感器均設(shè)置于屏蔽罩內(nèi)。
【文檔編號(hào)】A61B1/00GK104382547SQ201410655283
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】顏國(guó)正, 石煜, 王志武, 朱柄全, 劉剛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)