CN114287868A - 胶囊内窥镜 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种胶囊内窥镜，包括：外壳；电池模块，设置于所述外壳限定的容置空间内；电路控制模块，与所述电池模块电连接，并且与所述电池模块相邻设置；图像采集模块，与所述电路控制模块电连接；第一导热元件，设置在所述电池模块与所述电路控制模块之间；第二导热元件，与所述图像采集模块和所述电池模块分别接触。根据本发明的胶囊内窥镜，能够及时有效地将图像采集模块与电路控制模块产生的热量传递到电池模块，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间，解决电池电量不足的问题，又不过多地增加胶囊内窥镜的结构复杂度。

Description

胶囊内窥镜

技术领域

本发明涉及微型医疗机器人领域，具体而言，涉及一种胶囊内窥镜。

背景技术

无线胶囊内窥镜不但可以拍摄食道、胃和大肠的图像并传到体外，而且也可以对小肠等传统内窥镜不能到达的部位进行检测，因此胶囊内窥镜在消化道检测方面具有显著优势，受到了广泛关注。

但是胶囊内窥镜工作状态下的电池寿命，是制约其在消化道内完整检测的关键。电池性能对图像质量、图像拍摄频率和图像传输都有着重要影响。一次完整的消化道内检测，电池需要提供不小于12小时的电量，受限于胶囊内窥镜的物理尺寸，胶囊内窥镜内部使用的氧化银或者锂电池，很难提供胶囊内窥镜在一次消化道完整检测过程的电量，尤其是如若采用更强的光源拍摄更高分辨率的图像，需要的电池电量更大。

而随着胶囊内窥镜小型化的趋势，在胶囊内窥镜中设置的电池通常为纽扣电池，其电路容量有限。

为了保证电池有足够的电量，现有技术中采用无线充电的方式对胶囊内窥镜中的电池进行远程充电，但是这种方式在很大程度上使胶囊内窥镜的结构更加复杂，成本更高。

因此，如何延长电池的使用寿命，拍摄更多的图像并且不过多地增加胶囊内窥镜的结构复杂度成为亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的相关问题，本发明提供了一种胶囊内窥镜，包括：外壳；电池模块，设置于所述外壳限定的容置空间内；电路控制模块，与所述电池模块电连接，并且与所述电池模块相邻设置；图像采集模块，与所述电路控制模块电连接；第一导热元件，设置在所述电池模块与所述电路控制模块之间；第二导热元件，与所述图像采集模块和所述电池模块分别接触。

其中，所述第一导热元件包括绝缘导热材料层。

其中，所述第二导热元件包括导热板，所述导热板具有与所述图像采集模块接触的第一端、与所述电池模块接触的第二端以及与所述电路控制模块接触的中间端，或所述导热板具有与所述图像采集模块接触的第一端以及与所述电池模块接触的第二端。

其中，所述第二导热元件包括导热框架和由所述导热框架限定出的散热空腔，所述散热空腔中填充有固态相变材料。

其中，在所述第二导热元件与所述图像采集模块接触的所述第一端处，所述散热空腔具有粗糙化的内表面。

其中，所述第二导热元件包括导热框架和由所述导热框架限定出的散热空腔，所述散热空腔中填充有气液相变材料散热，所述散热空腔的内壁表面具有毛细结构。

其中，在所述第二导热元件与所述图像采集模块接触的所述第一端处，所述散热空腔具有蒸发促进结构。

如前所述的胶囊内窥镜，还包括设置在所述电池模块与所述外壳之间的第一绝热材料层。

如前所述的胶囊内窥镜，还包括第二绝热材料层，所述图像采集模块设置于所述外壳的端部对应的空间，所述第二绝热材料层设置于所述图像采集模块与所述外壳之间，所述第二绝热材料层为透明绝热材料层。

其中，所述第二绝热材料层设置于所述外壳的端部的内壁，所述透明绝热材料层包括金属有机酯气凝胶。

根据本发明的胶囊内窥镜，能够及时有效地将图像采集模块与电路控制模块产生的热量传递到电池模块，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间，解决电池电量不足的问题，又不过多地增加胶囊内窥镜的结构复杂度。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据现有技术的胶囊内窥镜的结构示意图。

图2是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。

图3是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。

图4是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的第二导热元件的结构示意图。

图5是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的第二导热元件的结构示意图。

图6是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的第二导热元件的结构示意图。

图7是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的第二导热元件的结构示意图。

图8是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。

图9是根据本发明一实施例的胶囊内窥镜的结构示意图。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，现有技术中的胶囊内窥镜包括外壳1’，设置外壳1’中的电池模块2’、磁体7’、电路控制模块3’和图像采集模块4’。磁体7’设置在电路控制模块3’与电池模块2’之间。

电池控制模块3’包括ASIC电路模块，图像采集模块4’包括照明模块、摄像模块和图像处理模块以及各自的控制电路，这些电路在工作时会散发热量，由于磁体7’设置在电路控制模块3’与电池模块2’之间，这些电路工作时散发出的热量不能及时传递到电池模块，而是向胶囊外壳散发，并通过胶囊外壳散发到外部。

而另一方面，电池模块需要在温度较高的环境中工作，因为胶囊内窥镜中的电池模块一般为氧化银电池，温度对胶囊工作时长的影响非常显著，原因是温度会加速氧化银电池内部的化学反应的进行，保证电子迁移顺畅。

然而，由于胶囊内窥镜的外壳使用的基本上都是符合生物相容性的高分子材料，本身不产生热，电路工作产生的热量通过空气对流传到低温的外壳并向外散发，导致这些热量无法得到集聚，无法提供给电池模块。

因此，如何在不增加胶囊内窥镜的结构复杂度的情况下使得电路模块产生的热量能够供电池模块使用成了需要解决的问题。

为此，本发明的实施例提出了一种胶囊内窥镜，能够将电路控制模块和图像采集模块工作时产生的热量及时有效地传递到电池模块，保证电池工作的温度，延长电池工作时间，同时又不增加胶囊内窥镜的结构复杂程度。

(1)实施例一

如图2所示，本实施例提供一种胶囊内窥镜，包括：外壳1；电池模块2，设置于所述外壳限定的容置空间内；电路控制模块3，与所述电池模块2电连接，并且与所述电池模块2相邻设置；图像采集模块4，与所述电路控制模块3电连接；第一导热元件5，设置在所述电池模块与所述电路控制模块之间；第二导热元件6，与所述图像采集模块和所述电池模块分别接触。

胶囊内窥镜的外壳1包括中间部1-1和端部1-2、端部1-3，端部1-2处对应设置有图像采集模块4，端部1-3处对应设置有射频模块(未示出)。

在本实施方式提出的胶囊内窥镜中，电路控制模块3与所述电池模块2相邻设置，磁体7靠近胶囊内窥镜的外壳1的端部1-3设置，磁体7不设置在电路控制模块3与所述电池模块2之间，电路控制模块3工作时产生的热量可以向电池模块2传递，增加电池模块工作时的温度。

在胶囊内窥镜的电路结构中，由于电路控制模块中包括ASIC集成电路，在电路板板上有多种走线和元件，不能与电池模块紧密接触，之间有空气间隔，导致热量向电池模块传递的较慢，有一部分热量会散发出去。

为了进一步增加热量向电池模块传递的效率，在所述电池模块与所述电路控制模块之间设置第一导热元件5，第一导热元件5可以与所述电池模块和所述电路控制模块分别直接接触，将电路控制模块工作时产生的热量及时有效地向电池模块传递。

第一导热元件5可以是导热性好的绝缘材料，填充在电池模块2与所述电路控制模块3之间，在导热元件5中还可以设置通孔以供电路控制模块3与所述电池模块2电连接的布线通过(图中未示出)。

第一导热元件5的材质可以包括导热硅脂、导热绝缘橡胶、导热灌封胶、单组分导热胶等中的一种或多种，这些材料具高介电强度，良好的热导性，高抗化学性能，能在提高导热性的同时避免电路短路。

图像采集模块4包括照明模块、摄像模块和图像处理模块以及其控制电路，在工作时会发热，由于图像采集模块4与电池模块2之间间隔有电路控制模块3，因此图像采集模块4在工作时所产生的热量不能及时有效地向电池模块传递。

本实施例的胶囊内窥镜还包括第二导热元件6，与所述图像采集模块4和所述电池模块2分别接触，在图像采集模块4与电池模块2之间产生热通路，将图像采集模块4产生的热量及时向电池模块2传递。

第二导热元件6可以是导热板，包括导热的金属板或者导热的绝缘材料，金属板的导热性好，但是有可能会造成电路的短路，在第二导热元件6是金属板的情况下，可以对第二导热元件6与图像采集模块接触的部分采用导热绝缘材料进行绝缘处理。也可以直接采用导热绝缘材料形成第二导热元件6，例如可以采用导热硅脂、导热绝缘橡胶、氮化铝、氮化铍、氧化铝、氮化硅等形成第二导热元件6。

如图2所示，第二导热元件6具有与图像采集模块4接触的第一端6-1和与电池模块2接触的第二端6-2，图像采集模块4工作状态下产生的热量从第一端6-1向第二端6-2传送，然后传送到电池模块2。

图2中示出的是第二导热元件6也与电路控制模块3接触，第二导热元件6的中间端与电路控制模块3接触，将电路控制模块3产生的热量也通过第二导热元件6向电池模块2传递。能够避免电路控制模块3产生的热量从侧面散发，进一步将电路控制模块3产生的热量更多地向电池模块2传递。

在另一实施方式中，如图3所示，为了布线方便，第二导热元件6也可以不与电路控制模块3接触，仅仅是第二导热元件6的第一端6-1与图像采集模块4接触，第二导热元件6的第二端6-2与电池模块2接触。

在本实施例提供的胶囊内窥镜中，将电路控制模块与电池模块相邻设置，在电路控制模块与电池模块之间设置导热元件，并且设置分别与图像采集模块和电池模块接触的导热元件，在图像采集模块和电池模块之间形成热通路，能够及时有效地将图像采集模块与电路控制模块产生的热量传递到电池模块，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间，解决电池电量不足的问题，又不过多地增加胶囊内窥镜的结构复杂度。

(2)实施例二

本实施例提供一种胶囊内窥镜，包括：外壳1；电池模块2，设置于所述外壳限定的容置空间内；电路控制模块3，与所述电池模块电连接，并且与所述电池模块2相邻设置；图像采集模块4，与所述电路控制模块3电连接；第一导热元件5，设置在所述电池模块与所述电路控制模块之间；第二导热元件6，与所述图像采集模块和所述电池模块分别接触。

在本实施例提供的胶囊内窥镜的其他结构和材质与实施例一相同，区别在，为了能够更有效地将图像采集模块4产生的热量向电池模块2传递，在本实施例的胶囊内窥镜中，设置的第二导热元件6具有中空结构。如图4所示，在第二导热元件6包括导热框架6-3和导热框架限定出的散热空腔6-4，在散热空腔6-4中填充有固态相变材料6-5。

固态相变材料在吸收热量后相变为液体，并且在向周围环境释放热量后从液体相变回固体，可以在固体与液体之间反复来回相变多个循环，能够在很短的时间内将热源产生的热量散发到冷端，并且无需外界的动力驱动相变循环，结构简单，成本低。

第二导热元件6的第一端6-1与热源也就是图像采集模块4接触，图像采集模块4工作时产生的热量传递到固态相变材料6-5，固态相变材料在吸收热量后变为液体向第二导热元件6的第二端6-2流动，在第二端6-2处将热量传递给电池模块2之后相变回固体，在再次接收热量后进行下一个循环。

固态相变材料6-5能以很快的速度将图像采集模块4工作时产生的热量传递到电池模块3，提高了热量的传递效率，减少了图像采集模块4向周围环境释放热量，提高了电池模块对热量的利用。

固态相变材料6-5可以包括石蜡、脂肪酸、乙酸钠水合物和/或硫酸钠水合物等。固态相变材料6-5中也可以加入炭黑、氮化铝和/或氧化铝等添加剂材料，增加热传递效率。

另一实施方式中，如图5所示，在第二导热元件6与图像采集模块4接触的第一端6-1，也就是热量的接受端，中空结构的内表面为粗糙化的内表面，具有多个突起6-6，可以增大导热元件6在热源端也就是与图像采集模块4接触的接触面积，促进热量更好地向散热空腔6-4散发，更快地将热量向固态相变材料6-5传递，提高热量从图像采集模块4向电池模块2传递的效率。

可以通过在散热空腔6-4的内表面形成细小颗粒的方式形成多个突起6-6，本发明不限于此，也可以采用其他方式增加粗糙化中空结构的内部表面，增大热量接收端与固态相变材料的接触面积。例如在中空结构的内表面形成凹槽，设置多孔结构，形成竖立的导热柱，或者在中空结构内形成散热翅片等，本发明不限于此。

对于第二导热元件6，可以采用散热性能高的金属材料，也可以采用聚合物材料形成导热框架6-3，导热框架6-3可以由超高分子量聚乙烯，超低分子量聚乙烯，交联聚乙烯等具有一定机械性能的聚乙烯基材料形成。

第二导热元件6可以与如图2所示的电池模块、图像采集模块和电路控制模块都接触，也可以如图3所示的只与电池模块和图像采集模块分别接触。

在本实施例提供的胶囊内窥镜中，将与图像采集模块和电池模块接触的导热元件设置为填充有固态相变材料的结构，能够瞬时吸收图像采集模块工作时产生的热量，并将热量传递给电池模块，提高了热量向电池模块传递的效率，增加电池模块对图像采集模块产生的热量的利用率。

(3)实施例三

本实施例提供一种胶囊内窥镜，包括：外壳1；电池模块2，设置于所述外壳限定的容置空间内；电路控制模块3，与所述电池模块电连接，并且与所述电池模块2相邻设置；图像采集模块4，与所述电路控制模块3电连接；第一导热元件5，设置在所述电池模块与所述电路控制模块之间；第二导热元件6，与所述图像采集模块和所述电池模块分别接触。

在本实施例提供的胶囊内窥镜的其他结构和材质与实施例一相同，区别在，在本实施例提供的胶囊内窥镜中，为了能够更有效地将图像采集模块4产生热量向电池模块2传递，设置的第二导热元件6具有中空结构。如图4所示，在第二导热元件6包括导热框架6-3和导热框架限定出的散热空腔6-4，在散热空腔6-4中填充有气液相变材料。在散热空腔6-4的内壁表面具有毛细结构。

如图6所示，散热空腔6-4的内壁表面的毛细结构为多孔网格结构6-8。如图7所示，散热空腔6-4的内壁表面的毛细结构为在散热空腔内部表面形成的多个凹槽结构6-9。散热空腔6-4的内壁表面的毛细结构还可以为其他形式的毛细结构，本发明不限于此。

此外，图6和图7仅示意性地示出了毛细结构位于散热空腔6-4的底表面内壁的情况，毛细结构还可以位于散热空腔6-4的顶表面的内壁，本发明不限于此。

气液相变材料在热接收端，也就是导热元件6与图像采集模块4接触的第一端6-1为液体，吸收热量后蒸发气体，气体扩散到冷端，也就是导热元件6与电池模块2接触的第二端6-2，将热量传递给电池模块2后冷凝为气体，冷凝后的气体通过散热空腔6-4的内壁表面毛细结构的毛细引力的作用下返回到热端，在再次接收到热量后开始下一个循环，能够在很短的时间内将热源产生的热量散发到冷端，并且无需外界的动力驱动相变循环，结构简单，成本低。

气液相变材料可以包括酒精、氨、水、丙酮和氢氟烃制冷剂等。

为了提高热量传递的效率，在所述第二导热结构与所述图像采集模块接触的所述第一端6-1处，所述散热空腔6-4的内表面具有蒸发促进结构6-7，蒸发促进结构促进液体在接收到热量后蒸发为气体的效率，提高热量传递的效率。

如图6和图7所示，在散热空腔6-4的内表面设置的蒸发促进结构6-7为多个导热柱，能够将从图像采集模块4接收的热量快速传递到气液相变材料中，促进蒸发沸腾能力。蒸发促进结构6-7还可以设置为其他形式，例如蒸发翅片、凸起结构、凹槽通道等，本发明不限于此。

在本实施例提供的胶囊内窥镜中，将与图像采集模块和电池模块接触的导热元件设置为填充有气液相变材料的结构，能够瞬时吸收图像采集模块工作时产生的热量，并将热量传递给电池模块，并利用毛细引力实现相变材料的流动，提高了热量向电池模块传递的效率，增加电池模块对图像采集模块产生的热量的利用率。

(4)实施例四

本实施例提供一种胶囊内窥镜，该胶囊内窥镜的其他结构与实施例一至实施三中的任一胶囊内窥镜结构相同，区别在于为了进一步将热量聚集在胶囊外壳限定出的空间内，有利于电池模块提高工作温度，在本实施例的胶囊内窥镜中在所述电池模块2与所述外壳之间设置有绝热材料层。

如图8所示，在电池模块2与外壳1之间设置第一绝热材料层9。第一绝热材料层9的材质可以是导热差的绝缘胶、气凝胶等，也可以是导热差的固态绝缘材料。例如，第一绝热材料层可以包括凝胶状态的绝热胶，例如纳米结构的气凝胶，也可以包括固态的玻璃丝、矿毛绝缘纤维、硅酸钙、氧化铝纤维、纤维素绝热件、聚苯乙烯绝热件和/或氨基甲酸乙酯泡沫绝热件等。

第一绝热材料层9能够有效地降低电池与外壳之间的热对流，将热量更好地聚集在胶囊内窥镜的外壳内，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间。

(5)实施例五

本实施例提供一种胶囊内窥镜，该胶囊内窥镜的其他结构与实施例一至实施四中的任一胶囊内窥镜结构相同，区别在于为了进一步将热量聚集在胶囊外壳限定出的空间内，有利于电池模块提高工作温度，在本实施例的胶囊内窥镜中在所述图像采集模块与外壳1之间设置透明绝热材料层。

图像采集模块4包括照明模块、摄像模块和图像处理模块。图像采集模块需要拍摄出清晰的人体内图像，因此与图像采集模块4对应的外壳1的端部1-2通常由透明材料制成。图像采集模块4在工作时会散发出热量，通过外壳1散发到外部。

如图9所示，在所述图像采集模块与所述外壳之间设置第二绝热材料层10，减少热量的对流和辐射，将热量聚集在胶囊内窥镜的外壳内，但是又不能降低外壳1的端部1-2的透光度，影响摄像模块拍摄图像，因此选用透明绝热的材料形成第二绝热材料层10。

在一个实施方式中，选用金属有机酯气凝胶透明绝热材料。在一实施方式中，可以将第二绝热材料层10涂覆在外壳端部1-2的内壁。但是本发明不限于此。

采用金属有机酯制备的气凝胶材料透明度为90％，气孔率为95％,导热系数为0.015～0.020W/mk，有良好的隔热性，同时又具备高的透明度，能够减少图像采集模块产生的热量向外壳外部扩散，同时兼顾拍摄质量。

根据本实施例的胶囊内窥镜，除了能够将图像采集模块产生的热量及时向电池模块传递，还能减少图像采集模块产生的热量向外壳外部散发，将热量更好地聚集在胶囊内窥镜的外壳内，使电池能达到较高的热平衡温度，延长电池的工作时间。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”表示两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胶囊内窥镜，包括：

外壳；

电池模块，设置于所述外壳限定的容置空间内；

电路控制模块，与所述电池模块电连接，并且与所述电池模块相邻设置；

图像采集模块，与所述电路控制模块电连接；

第一导热元件，设置在所述电池模块与所述电路控制模块之间；

第二导热元件，与所述图像采集模块和所述电池模块分别接触。

2.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其中，所述第一导热元件包括绝缘导热材料层。

3.如权利要求1所述的胶囊内窥镜，其中，所述第二导热元件包括导热板，所述导热板具有与所述图像采集模块接触的第一端、与所述电池模块接触的第二端以及与所述电路控制模块接触的中间端，或所述导热板具有与所述图像采集模块接触的第一端以及与所述电池模块接触的第二端。

4.如权利要求3所述的胶囊内窥镜，其中，所述第二导热元件包括导热框架和由所述导热框架限定出的散热空腔，所述散热空腔中填充有固态相变材料。

5.如权利要求4所述的胶囊内窥镜，其中，在所述第二导热元件与所述图像采集模块接触的所述第一端处，所述散热空腔具有粗糙化的内表面。

6.如权利要求3所述的胶囊内窥镜，其中，所述第二导热元件包括导热框架和由所述导热框架限定出的散热空腔，所述散热空腔中填充有气液相变材料散热，所述散热空腔的内壁表面具有毛细结构。

7.如权利要求6所述的胶囊内窥镜，其中，在所述第二导热元件与所述图像采集模块接触的所述第一端处，所述散热空腔具有蒸发促进结构。

8.如权利要求1-7中任一所述的胶囊内窥镜，还包括设置在所述电池模块与所述外壳之间的第一绝热材料层。

9.如权利要求1-7中任一所述的胶囊内窥镜，还包括第二绝热材料层，所述图像采集模块设置于所述外壳的端部对应的空间，所述第二绝热材料层设置于所述图像采集模块与所述外壳之间，所述第二绝热材料层为透明绝热材料层。

10.如权利要求9所述的胶囊内窥镜，其中所述第二绝热材料层设置于所述外壳的端部的内壁，所述透明绝热材料层包括金属有机酯气凝胶。

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