CN116324571A - 胶囊内窥镜*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种操作简单，且能实现快速检查的胶囊内窥镜***，本发明的胶囊内窥镜***为一种包括具有永磁体的胶囊内窥镜、以及驱动胶囊内窥镜的外部磁场发生装置的胶囊内窥镜***；其中，外部磁场发生装置包括三组电磁铁，其分别以彼此相对的方式设置在三个正交轴上，且每一组电磁铁都能使不同的任意电流在呈彼此相对设置的电磁铁之间流动。

Description

胶囊内窥镜***

技术领域

本发明涉及一种用于驱动内含永磁体的胶囊体的***，具体涉及一种包括具有永磁体的胶囊内窥镜以及用于驱动该胶囊内窥镜的外部磁场发生装置的***。

背景技术

一种口服给药到体内并能在体内获取信息的胶囊内窥镜***已投入实际使用。

该胶囊内窥镜包括有对身体内部进行成像的照明装置和成像装置，用于传输所捕获图像的无线传输装置等。在胶囊内窥镜的驱动方法中，利用磁场的方法是众所周知的一种方法。

例如，有人提出一种装置，其包括：一个磁场施加单元，其用于在最佳条件下向被检体内的胶囊内窥镜施加磁场，以高精度地执行磁感应；一个信息获取单元，用于获取胶囊内窥镜中有关磁感应的物理信息，以及一个控制单元，其基于信息获取单元获取的物理信息设置磁场条件，并控制磁场施加单元向胶囊内窥镜施加与所设置的磁场条件相对应的磁场，从而控制胶囊内窥镜的磁感应(如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特许第5199020号

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1中描述的装置根据由信息获取单元获取的胶囊内窥镜中有关磁感应的物理信息来设置磁场条件，从而能够高精度地诱导胶囊内窥镜。

然而，该文献并没有具体描述磁场施加单元，即用于感应胶囊内窥镜的磁场产生来源，因此尚不清楚胶囊内窥镜能否有效地移动，或能否获得良好的可操作性。

对医生来说，能够简单、轻松的操作医疗器械是很重要的，且即使医生的操作不熟练，也没有因错误操作导致的风险。

本发明旨在解决上述问题，提供一种可操作性强，并能使胶囊内窥镜高速移动的胶囊内窥镜***。

解决课题的手段

本发明的胶囊内窥镜***为一种包括具有永磁体的胶囊内窥镜、以及驱动胶囊内窥镜的外部磁场发生装置的胶囊内窥镜***；其中，外部磁场发生装置包括三组电磁铁，其分别以彼此相对方式设置在三个正交的轴上，且每组电磁铁能够使不同的任意电流在相对设置的磁铁间流动。

发明效果

对医生来说，能够简单、轻松的操作医疗器械是很重要的，且即使医生的操作不熟练，也没有因错误操作导致的风险。这也就是说，简单、轻松地实现移动胶囊型内窥镜是必须的。基于这一目的，确保胶囊内窥镜能够直观地移动而没有任何不适感是重要的。本发明通过设计一种磁场施加装置来确保胶囊内窥镜的自然移动。

此外，为了减轻患者(受试者)的负担，快速完成检查也是很重要的。在本发明中，胶囊内窥镜即使在具有大阻力的液体中也能够快速移动，使检查时间缩短。

附图说明

图1为本发明的胶囊内窥镜的示意图；图中a部分为俯视图，图中b部分为侧视图；

图2为本发明的另一种胶囊内窥镜的示意图；图中a部分为俯视图，图中b部分为侧视图；

图3为本发明的又一种胶囊内窥镜的示意图；图中a部分为俯视图，图中b部分为侧视图；

图4为本发明的胶囊内窥镜***的磁场施加装置的示意图；图中a部分为俯视图，图中b部分为侧视图；

图5为本发明的胶囊内窥镜***的磁场施加装置的产生的磁场的示意图；图中a部分为是磁铁布局图，图中b部分为生成的磁场；

图6为本发明的胶囊内窥镜***所施加的磁场示意图，图中为随时间变化磁场呈锯齿状变化；

图7为本发明的实施例2的胶囊内窥镜***的外部磁场发生装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

实施例1

根据本发明的胶囊内窥镜***，其通过从外部施加磁场，使胶囊内窥镜在人体内，例如胃或肠道中，进行动作。

首先，结合图1和图2对胶囊内窥镜***的结构描述如下。

<胶囊内窥镜***的结构>

本发明的胶囊内窥镜***包括一个具有永磁体3的胶囊内窥镜1和一个用于驱动胶囊内窥镜1的外部磁场发生装置10。外部磁场发生装置10包括三组电磁铁11、12、21、22、31和32，其分别以彼此相对的方式设置在三个正交的轴上；在X轴方向上呈彼此相对设置的电磁铁11和12够使不同的任意电流在其之间流动。这一点同样适用于在Y轴方向上呈相对设置的电磁铁21和22，以及在Z轴方向上呈相对设置的电磁铁31和32。

<胶囊内窥镜的结构>

如图1中a部分所示为本发明的胶囊内窥镜的俯视图，如图1中b部分所示为本发明的胶囊内窥镜的侧视图。永磁体3在其长度方向上具有磁极，并内置在胶囊形外壳2中。外壳2的尺寸是可口服进入体内的尺寸，且壳体2由对人体无不良影响且不会被胃液等溶解的材料制成。

永磁体3可以是如图1和图2所示的一个磁体，或者是在磁化方向上的多个呈分隔设置的磁体。利用这些在磁化方向上分开的磁体，可以增加磁极之间的距离，进而增加磁矩。

与传统的胶囊内窥镜类似，该胶囊内窥镜具有无线发射器等的传输功能，以能够捕获胃壁等的图像，并将捕获的图像数据传输到外部。这也就是说，其具备照明装置，如LED、成像装置，如CCD、传输单元、以及驱动他们的电源，如电池。需要注意的是，这些不是本发明的必要元件，因此没有在图1中示出。

此外，为了提高驱动力，胶囊的长度方向一端可设置尾部4。如图1中b部所示，尾部4具有一根与胶囊内窥镜1的长度方向正交的旋转轴，并如图中箭头所示往复转动。

尾部4可以采用粘接、装配等方式固定在壳体2上。

或者，如图2所示，将尾部4与包裹部分壳体2的橡胶体4a或其类似物一体连接，以包覆胶囊体；例如，采用一种设有尾部4的圆柱形橡胶体固定在壳体2上。

此外，整个胶囊内窥镜1的比重应与被检侧部位的流体的比重基本相同。这是因为，如果整个胶囊内窥镜1的比重与被检部位的流体大致相同，则浮力几乎不起作用，因此胶囊型内窥镜1能够以大致相同的力向任意方向移动。

值得注意的是，在不使用永磁体3的情况下，可以将在壳体2的长度方向上设置的具有磁极的磁粉与尾部4的材料混合，或者尾部4由磁铁制成。

或者，如图3所示，在不使用永磁体3的情况下，在壳体2外包覆有由橡胶或类似物制成的罩体30。例如，尾部4和罩体30通过将稀土类磁铁的磁粉与弹性体树脂或其类似物混合并制作成型，进而通过使用该尾部4和罩体30，无需再使用如棒状磁铁形式的永磁体。

通过采用在橡胶中掺杂磁粉的方式形成的材料，不需要使用如条形磁铁形式的永磁体，胶囊内窥镜可以实现轻量化和小型化。同时，这种方式也能更容易地使胶囊内窥镜的比重与被检侧部位的流体的比重基本相同。此外，按照惯例，用于小肠或大肠的内窥镜胶囊中没有磁铁，因此也可以将这种内窥镜胶囊改变为用于检查胃和肠的内窥镜胶囊。或者，对于任何类型的胶囊内不具有磁铁的胶囊内窥镜，其都能容易地制成具有磁铁的胶囊内窥镜。

<电磁铁的结构>

如图4中a部分所示为本发明的胶囊内窥镜***的磁场施加装置的俯视图，如图4中b部分所示为本发明的胶囊内窥镜***的磁场施加装置的侧视图。磁场施加装置的中心设置有受试者空间40，并且在受试者空间40中，例如设置有受试者可以躺在上面的床。三组电磁铁11、12、21、22、31和32分别位于三个正交轴上并呈相对方式设置，以包围受试者空间40。一组设置在X轴方向上的电磁铁11和12呈对向设置，以在水平方向上施加磁场；一组设置在Y轴方向上的电磁铁21和22呈对向设置，以在一个与前者正交的水平方向上施加磁场；而一组设置在Z轴方向上的电磁铁31和32呈对向设置，以在一个与前者垂直的方向上施加磁场。

电磁铁11、12、21、22、31和32中，每个电磁铁为，例如，一个亥姆霍兹线圈，其为一个空心线圈或一个具有磁芯(如铁芯)的线圈。此外，为了防止过热，其还设置有冷却风扇或水冷装置。

六个电磁铁11、12、21、22、31和32各自独立地连接一个电源装置(未在图中示出)，使任意大小的电流可以独立地在电磁铁11、12、21、22、31和32中的每一个上流动。

此外，一个控制器用于控制六个电源装置(未在图中显示)，该控制器可以控制流过六个电磁铁11、12、21、22、31和32的电流。

在普通电磁装置中，相同大小的电流在一组相互面对的电磁铁中沿同一方向流动，但在本发明中，不同的任意电流能够在呈相对设置在X轴方向上的电磁铁11和12之间流动。这同样适用于呈相对设置在Y轴方向上的电磁铁21和22，以及呈相对设置在Z轴方向上的电磁铁31和32。

<胶囊内窥镜***的操作>

接下来，对胶囊内窥镜***的操作进行描述。

如上所述，不同的任意电流在各方向上的电磁铁之间流动。这一结构的优势描述如下。

如图5所示为本发明的胶囊内窥镜***的磁场施加装置的产生的磁场的示意图；其中，图中a部分为在X轴方向上电磁铁11和12呈相对设置的磁铁布局图是磁铁布局图，图中b部分为产生的磁场。所产生的磁场为：一个在X轴方向上电磁铁11产生的磁场为H11，一个在X方向上电磁铁12产生的磁场为H12，以及一个由磁场H11和磁场H12的形成的组合磁场Htotal＝H11+H12。每个所产生的磁场为一个位于X轴方向上电磁铁11与X轴方向上电磁铁12之间的中心轴上的磁场。

此外，图5中的c部分为在X轴方向上的每个所产生的磁场的微分系数。

在图5的a部分中，磁力线指向右侧的方向被定义为正方向。

当产生的磁场为正时，胶囊内窥镜中永磁体的N极在图中朝右；当产生的磁场为负时，胶囊内窥镜中永磁体的N极在图中朝左。进而，在所产生的磁场在X方向上的微分系数为正的情况下，当永磁体的N极朝右时，胶囊内窥镜朝右前进，当永磁体的N极朝左时，胶囊内窥镜朝左前进。此外，在所产生的磁场在X方向上的微分系数为负的情况下，当永磁体的N极面向右时，胶囊内窥镜向左(向后)前进；当永磁体的N极面向左时，胶囊内窥镜向右(向后)前进。胶囊型内窥镜的行进方向结果如下。

表1：

	Hx>O	Hx<O
			dHx/dx>O	Forward right	Forward left
dHx/dx<O	Backward right	Backward left

如图5中b部分所示，合成磁场Htotal＝H11+H12是一个当相同大小的电流流入时产生的磁场，X轴上的电磁铁11和X轴方向上的电磁铁12在同一方向上，且自X轴方向上的电磁铁11的位置X1至X轴方向上的电磁铁12的位置X2的所有地方都是正的。

组合磁场Htotal在X轴方向上的微分系数，如图5中c部分所示，在X轴方向上的电磁铁11的位置X1附近、X轴方向上的电磁铁12的位置X2附近、及其中心Xc处变为0。然后，该值在X1和Xc附近变为负值，在Xc和X2附近变为正值。因此，当胶囊内窥镜位于Xc的右侧时，胶囊内窥镜向右移动(向前向右)，当胶囊内窥镜位于左侧时，胶囊内窥镜向左移动(向后向右)。如上所述，当相同大小的电流沿同一方向流过X轴方向上的电磁铁11和X轴方向上的电磁铁12的情况下，胶囊内窥镜不能移动超过中心Xc。

另一方面，在本发明的胶囊内窥镜***中，X轴方向上的电磁铁11和X轴方向上的电磁铁12可以独立控制。例如，也可以使电流只在X方向电磁铁11中流动，而不使电流在X方向电磁铁12中流动。此时，仅应用图5(b)中的H11。由于H11产生的磁场在X1和X2之间是正的，其在X方向上的微分系数在X1和X2之间是负的，因此位于X1和X2之间任何位置的胶囊内窥镜1可以向左(向右向后)移动，并超出中心Xc。此外，当不使电流在X方向电磁铁11中流动而使电流仅在X方向电磁铁12中流动时，可以朝正确的方向前进(向前右)。

以这种方式，通过独立地控制流过相对的两个电磁铁的电流，可以将胶囊内窥镜的位置移动到所需的位置。

此外，在本发明的胶囊内窥镜***中，例如，向X轴方向上的电磁铁12通电的同时，使电流在正交方向上流动，例如，Z轴方向上的电磁铁31和32之间；还可以通过单独或同时在Z轴方向上的电磁铁31、32上通入约10Hz的交流电，以在z轴方向上产生交变磁场；进而，胶囊型内窥镜1以重心为中心在Z轴方向上振动。胶囊内窥镜常用于被检侧器官的内壁处。例如，在检查胃时，胶囊内窥镜沿胃壁移动，以观察胃的内部。通过顺应胃壁，胶囊内窥镜的位置得以稳定，也便于观察。另一方面，胶囊内窥镜还存在因与胃壁的摩擦阻力而难以移动的缺点。然而,通过在垂直于胃壁的方向上振动胶囊内窥镜1,可以大大降低其与胃壁的摩擦阻力,从而使胶囊内窥镜能够顺畅快速地沿着胃壁移动。

或者，即使当胶囊内窥镜进入胃壁等的褶皱之间时，通过施加振荡磁场而移动胶囊内窥镜，也能使其很容易逃脱。在这种情况下，一个振动的磁场被施加在一个平行于行进方向的方向上，致使胶囊内窥镜可能很容易逃脱。

此外，若胶囊内窥镜具有如图1等所示的尾部4，也可以通过振动尾部4来获得更大的驱动力。

需要注意的是，如上所述，为了增加驱动力，在与移动方向正交的方向上施加振荡磁场是有效的；但是，即使是在与运动方向不同的任意方向上施加振荡磁场，也是可以提高驱动力的，并不受正交方向的限制。

另外，通过减小流过电磁铁的电流，使施加于胶囊内窥镜的驱动力小于液体对胃液等的阻力，胶囊内窥镜能够大致停止在预想的位置上。而通过在相互正交的电磁铁中通电，则可以形成任意方向上的合成磁场，胶囊内窥镜进而可以以任意角度指向任意位置。

(本实施例的概要)

本发明提供了一种胶囊内窥镜***，其作为医疗器械，特别是用于检查的设备，易于操作，并能实现快速检查。同时该胶囊内窥镜***通过减少医生误操作的风险，缩短检查时间，使减轻受试者的负担得到减轻。

以下，将列出本发明的特征。

第一，三组电磁铁分别设置在三个正交轴上，并以彼此相对的方式设置；在每一组电磁铁中，不同的任意电流可以在彼此相对的电磁铁中流动，从而不会产生难以直观理解的运动，用户可以在短时间内学会操作。由于误操作不易发生，且胶囊内窥镜可以容易地停在预想位置处，因此可以缩短检查时间。

第二，由于振荡磁场可以施加在与胶囊内窥镜的行进方向不同的方向上，特别是在与行进方向基本正交的方向上，因而使胶囊内窥镜与粘膜(器官壁)的摩擦减少，并使胶囊内窥镜的运动变得更容易。基于此，即使在高粘度流体中，胶囊内窥镜也可以高速移动。此外，在小肠等狭窄流路的情况下，即使与小肠壁接触也可以获得足够的驱动力。因此，该胶囊内窥镜可具有获得如缩短检查时间和扩大可能的***分的显著特点。

此外，胶囊内窥镜通过设置尾部，可以获得更大的驱动力。

需要注意的是，如果胶囊内窥镜没有动力，则胶囊内窥镜在消化***中的路径会因消化***蠕动而缓慢推进。

即使在如本发明这样的具有驱动力的胶囊内窥镜的情况下，消化***的蠕动也会增加驱动力。特别是，当振荡磁场施加在与胶囊内窥镜的行进方向不同的方向时，会有通过刺激消化***器官壁而激活肠蠕动效果。当胶囊内窥镜进入一个具有长路径的器官中，如小肠或大肠，这种效果就会更明显。与胶囊内窥镜行进方向不同的方向振动，会强烈刺激小肠和大肠的器官壁，进而激活蠕动，从而对胶囊内窥镜加速。此外，小肠细而缠绕复杂，仅靠静磁场难以驱动胶囊内窥镜。这是因为要控制静磁场的方向与长而曲折的路径一致是极其困难的。另一方面，如果施加振荡磁场并将其作为驱动力，则振荡磁场成为行进方向的驱动力，进而与蠕动产生的推进力一起使胶囊内窥镜沿着复杂的路径前进。

如上所述，通过在与胶囊内窥镜的行进方向的不同方向上施加振荡磁场，减少胶囊内窥镜与粘膜(器官壁)的摩擦，并激活蠕动，使胶囊内窥镜在这些影响因素下通过时间也可以显著缩短，即使在一个具有狭窄、长和缠绕路径的器官中，如小肠或大肠。

此外，还有一种情况是，胶囊内窥镜被卡在小肠等器官的狭窄处和大肠的皱襞处。由于反向运动也是可行的，如表1所示，因此胶囊内窥镜可以向与蠕动方向相反的方向返回。特别是，若在与胶囊内窥镜的行进方向不同的方向上施加振荡磁场，则通过减少摩擦力，从而使胶囊内窥镜更容易地从滞留点脱离。例如，如果胶囊内窥镜能够从小肠返回到十二指肠中，则可以在不进行手术等的情况下使用内窥镜来回收胶囊内窥镜。

例如，施加如图6所示的锯齿状振荡磁场是非常有效的。通过施加波形随时间急剧上升(如图6中a部分所示)和缓缓下降(如图6中b部分所示)的振荡磁场，位于在小肠狭窄处和大肠的皱襞处胶囊内窥镜可以利用强大的驱动力逃脱。这是因为磁场的急剧上升会在所需方向上产生较大的驱动力。

如上所述，本发明的胶囊内窥镜也可适用于胃中，但特别适合于小肠和大肠的检查。

第三，通过使胶囊内窥镜的比重与被检测部位液体的比重大致相同，胶囊内窥镜可以以相同的驱动力向任意方向移动。基于此，胶囊内窥镜可以实现更直观和流畅的操作，其可操作性进一步提高。例如，如果胶囊内窥镜的比重大于被检测部位液体的比重，则胶囊内窥镜容易下沉，导致近距离观察脏器壁变得困难。但如果使比重大致相同，则可以消除这样的问题，即通过赋予较小的上升推进力，使胶囊内窥镜可以浮在水面上，以实现稳定的行进和成像。根据成像位置或使用者的目的，拍照可以在被检部位的附近或者水面上进行。

实施例2

在实施例1中，对于在外部磁场装置中三个正交轴上以彼此相对方式设置的三组电磁铁中产生流经电流的单元并没有特别说明。通常地，信号来自控制器，并被放大器放大为大功率信号，而放大器的输出会使大电流在每个电磁铁之间流动。因此，六个电磁铁中的每一个电磁铁均需要一个放大器。然而，由于流过电磁铁的电流可高达20安培，因此必须使用多达六个非常大且昂贵的放大器。

在该实施例中，放大器仅设置有一个，其至少用于三组电磁铁中的一组电磁铁；具体设置参见图7进行描述。

外部磁场发生装置包括：三组电磁铁，其分别设置在三个正交轴上，且每组电磁铁以彼此相对方式设置；控制器101，其用于确定流过三组电磁铁中每一组电磁铁的电流；以及多个放大器，其用于对控制器101的输出进行放大；本实施例的一个特征是，以彼此相对的方式设置在三个正交轴上的三组电磁铁中的至少一组电磁铁91和92具有更简单的结构。具体地说，放大器102为单数，且包括有切换器103，用于切换放大器的输出电流流向至电磁铁91或92；从控制器输出的信号指定了由切换器输出的电流应流向一组电磁铁中的哪一块电磁铁，而这一指定电流流向电磁铁的信号向一个放大器输出。

电磁体91和92是一组呈彼此相对设置的电磁铁，其可以为设置在X轴、Y轴、或Z轴上的一组呈彼此相对设置的电磁铁。

在图7的a部分中，控制器101将与流过电磁铁的电流成正比的输出I输出给放大器102，放大器102将电流放大“a”倍并输出给切换器103。控制器101将指定向电磁铁91的输出的切换信号输出给切换器103，使从放大器102输出的电流aI输出给电磁铁91。

在图7的b部分中，控制器101将指定向电磁铁92输出的切换信号输出给切换器103，使放大器102输出的电流aI输出给电磁铁92。

在该结构配置中，流过一组以彼此相对的方式设置电磁铁的电流一方为零，但作为内窥镜的运动，其能够进行必要的最小限度的运动。

如上所述，由于只需要一个放大器，因此器件的尺寸和成本得以减小。

附图标记描述

1、胶囊内窥镜

2、壳体

3、永磁体

4、尾部

10、外部磁场发生装置

11，12、位于X轴方向上的电磁铁

21，22、位于Y轴方向上的电磁铁

31，32、位于Z轴方向上的电磁铁

40、受试者空间

Claims (11)

1.一种胶囊内窥镜***，其特征在于，包括：

具有永磁体的胶囊内窥镜，以及

外部磁场发生装置，其用于驱动胶囊内窥镜；

其中，外部磁场发生装置包括三组电磁铁，其分别以彼此相对方式设置在三个正交的轴上，且每组电磁铁能够使不同的任意电流在相对设置的磁铁间流动。

2.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，胶囊内窥镜中的永磁体替换为能够包覆在胶囊内窥镜外壳上的一个包含磁粉的罩体或一个包含有磁铁的罩体。

3.根据权利要求1或2所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，一个振荡磁场施加在与胶囊内窥镜的行进方向不同的方向上。

4.根据权利要求3所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，所述振荡磁场施加在与胶囊内窥镜的行进方向基本正交的方向上。

5.根据权利要求3或4所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，所述振荡磁场为一个呈锯齿状的振荡磁场。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，胶囊内窥镜***包括一个用于检查小肠和/或大肠的胶囊内窥镜。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，还包括有一个尾部，尾部包括一根与胶囊内窥镜的长度方向正交的旋转轴。

8.根据权利要求7所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，胶囊内窥镜中的永磁体替换为一个用含有磁粉的材料制成的尾部或一个含有磁铁的尾部。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，胶囊内窥镜的比重与被***分的流体的比重基本相同。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，所述永磁体包括沿着磁化方向分隔的多个永磁铁。

11.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜***，其特征在于，外部磁场发生装置包括：

三组电磁铁，其分别以彼此相对方式设置在三个正交的轴上；

一个控制器，其用于确定三组电磁铁中的每一组电磁铁之间流动的电流；

一个放大器，其用于对控制器的输出进行放大；其中，放大器至少用于分别以彼此相对方式设置在三个正交的轴上三组电磁铁中的一组电磁铁上；以及

一个切换器，其用于切换由放大器的输出电流流向哪一个电磁铁；

控制器输出一个信号指定由切换器输出的电流应流向一组电磁铁中的哪一块电磁铁，而该指定电流流向电磁铁的信号输出给放大器。

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