專利名稱：一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統和控制方法
技術領域：
本發明涉及膠囊內窺鏡，特別是指一種可對膠囊內窺鏡的腸胃中運行軌跡進行控制和變換的控制系統及控制方法。
背景技術：
膠囊式內窺鏡是醫學發展的科技新產品，其日漸被廣泛應用于醫學上各種病癥的臨床診斷，采用無痛無創傷的監測診斷，口服后進入人體胃或腸道中，通過其鏡頭組件近距離拍攝其內部的胃或腸壁狀況，以進行臨床診斷，減輕患者的臨床痛苦。膠囊內窺鏡進入體內后，需要對人體的胃部進行影像，膠囊內窺鏡處于游離狀態，在體液中自由漂浮，由于其的位置不確定，所拍攝的影像具有太大的隨意性，人們有時難于判斷出所攝圖像的方位，難于判定胃部中的整體狀況，或所攝腫瘤在其何方位，如何確定所攝圖像在胃中的方位并進行可控性拍攝是亟待解決的一個重要問題。因此，有必要提供一種可以控制膠囊內窺鏡在腸胃中的運行軌跡的控制系統和控制方法，以可控地對腸胃壁進行清晰地拍攝，提高醫學診斷的準確度和精確度。
發明內容
基于現有技術的不足，本發明的主要目的在于提供一種通過手柄控制磁場方向和大小，以對人體內的膠囊內窺鏡的運行軌跡進行控制和調整的控制系統和方法。本發明提供了一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其包括若干個電磁線圈、電磁鐵供電系統、微處理器 和手柄控制系統，所述手柄控制系統通過微處理器與電磁鐵供電系統電連接，所述電磁鐵供電系統與若干個電磁線圈電連接，通過手持推動手柄控制系統，產生坐標信息，經微處理器將所述坐標信息轉換為與相應的電磁線圈相關聯的電流幅度值，輸出至相應的電磁線圈，使得通電的電磁線圈產生與手柄推力一致的磁場吸引力，以控制帶磁鐵的膠囊內窺鏡在人體腸胃中的運行軌跡。優選地，所述若干個電磁線圈在同一水平面上，以產生水平方向的磁力作用于膠囊內窺鏡上，驅動其在人體腸胃內的水平運行。優選地，所述微處理器包括坐標轉化模塊，其中設有手柄控制系統的坐標軸、電磁鐵供電幅度的坐標軸和電磁線圈的坐標軸，所述坐標轉化模塊接收所述手柄控制系統所產生包含手柄推力的第一坐標信息導出至手柄控制系統的坐標軸上，將其轉化為包含電流幅度值的第二坐標信息導出至電磁鐵供電幅度的坐標軸，反饋至電磁鐵供電系統以向電磁線圈供電，所述第一坐標信息和第二坐標信息方向相同，大小成比例對應。將手柄推力轉化為電磁力，以產生磁場對膠囊內窺鏡在腸胃中的運行軌跡進行定位定向定量的控制和調整。其中，所述電磁線圈的坐標軸、電磁鐵供電幅度的坐標軸和手柄控制系統的坐標軸的指向方向相同，大小成比例對應。在通電狀態下，電磁線圈產生的磁合力方向與電流幅度的方向相同，大小成比例對應，使得人體腸胃中的帶磁鐵的膠囊內窺鏡沿手柄推力方向運行。
優選地，所述電磁線圈至少有兩個，分別與電磁鐵供電系統電連接。優選地，所述電磁線圈為偶數個，兩兩對稱分布，以對稱地控制電磁線圈所產生磁合力。本發明還提供了一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制方法，其包括以下步驟步驟I)讓患者吞入帶磁鐵的膠囊內窺鏡，膠囊內窺鏡進入患者腸胃中；步驟2)通過電磁鐵供電系統對電磁線圈通電，使之產生磁場，人體進入所述磁場中進行胃壁檢測；步驟3)推動手柄控制系統的手柄，以驅動電磁鐵供電系統產生同向等量的電流，以控制相應的電磁線圈所產生的同向等量的磁合力，驅動人體腸胃中的膠囊內窺鏡在磁合力的作用下運行。在本發明的優選實施例中，還可以進一步包括以下步驟
步驟31)所述手柄控制系統中的手柄受推動而產生包含手柄推動方向值的第一坐標信息。步驟32)中，在微處理器的坐標轉化模塊，將其轉化為包含電流幅度值的第二坐標信息，反饋至電磁鐵供電系統以向電磁線圈供電，所述第一坐標信息和第二坐標信息方向相同，大小成比例對應。與現有技術相比，本發明的膠囊內窺鏡運行姿態的控制系統，通過對手柄控制系統的手柄方向和施力大小進行控制，在微處理器的手柄控制系統的坐標軸上表征出手柄推力的第一坐標信息，通過坐標轉換模塊將所述第一坐標信息轉換為表征電磁鐵供電的電流幅度值的第二坐標信息，并向相應的電磁線圈輸出電流，以產生特定方向的磁場，磁合力與手柄推力的方向相同，大小成比例對應，將手柄推力轉換為相應的電磁線圈的供電電流的大小，再轉換為特定角度的大小磁力，進而達到通過手柄對磁場方向和大小進行控制的目的，利用此技術對人體內的膠囊內窺鏡的運行軌跡進行實時控制和調整，以達到拍攝特定方位的腸胃壁，獲取更為清晰準確的圖像的目的，幫助更快地確診，大大提高了診斷或檢測的準確度和精確度。
圖1為本發明膠囊內窺鏡的結構示意圖；圖2為本發明膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統的磁通狀態圖；圖3為本發明膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統的系統框圖；圖4為本發明膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統的電磁線圈的坐標圖；圖5為本發明膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統的手柄控制系統的坐標圖；圖6為本發明膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統的電磁線圈供電幅度的坐標圖。
具體實施例方式參照圖1至圖3所示，本發明提供了一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統100，其包括若干個電磁線圈10、電磁鐵供電系統20、微處理器30和手柄控制系統40,所述手柄控制系統40通過微處理器30與電磁鐵供電系統20電連接，所述電磁鐵供電系統20與若干個電磁線圈10電連接，通過手持推動手柄控制系統40，產生坐標信息，經微處理器30將所述坐標信息轉換為與相應的電磁線圈10相關聯的電流幅度值，輸出至相應的電磁線圈10，使得通電的電磁線圈10產生與手柄推動方向一致的磁場吸引力，以控制帶磁鐵的膠囊內窺鏡50在人體腸胃中的運行軌跡。在本發明中，所述控制系統100結合手柄控制系統40，通過推動手柄來驅動電磁鐵供電系統產生與之方向相同，大小成比例對應的電流幅度值，傳輸至相應坐標位上的電磁線圈10，以產生與之相應的磁合力驅動帶磁鐵的膠囊內窺鏡40在人體腸胃中的運行。通過控制所產生的磁力線的方向，來驅動膠囊內窺鏡的運行，達到控制其在體內運行軌跡的目的。在本發明中，所述電磁線圈10至少有兩個，分別與電磁鐵供電系統20電連接。優選地，所述電磁線圈為偶數個，兩兩對稱分布，以對稱地控制電磁線圈所產生磁合力。在本發明的一個優選實施例中，所述電磁線圈10設有四個，設置于同一水平面上，兩兩對稱分布，且兩相鄰電磁線圈10之間構成直角，以控制膠囊內窺鏡的水平方向運行。參照圖4所示，按電磁線圈10的方位設置坐標軸，在本電磁線圈的坐標軸上，設橫向坐標為Tl一T2方向，縱向坐標為Ul—U2方向，電磁線圈A設在坐標軸的Ul方向上，電磁線圈B設在坐標軸的U2方向上，電磁線圈C設在坐標軸的Tl方向上，電磁線圈D設在坐標軸的T2方向上，在坐標軸上對各電磁線圈的位置進行相應標示。可以理解，所述坐標軸可根據電磁線圈的位置和個數進行設置，使得電磁線圈可受控在坐標軸的特定方向內產生磁場。在本發明中，所述微處理器30包括坐標轉化模塊，在所述坐標轉化模塊中設置有手柄控制系統的坐標軸和電磁鐵供電幅度的坐標軸，當推動手柄時，坐標轉化模塊接收所述手柄控制系統40所產生包含手柄推動方向值的第一坐標信息，將其轉化為包含電流幅度值的第二坐標信息，反饋至電磁鐵供電系統20以向電磁線圈10供電，所述第一坐標信息和第二坐標信息方向相同,大小成比例對應。參照圖5所示，在所述坐標轉化模塊之中，在手柄控制系統的坐標軸上，本坐標軸Xl與電磁線圈坐標軸的Tl對應，坐標軸X2與電磁線圈坐標軸的T2對應，坐標軸Yl與電磁線圈坐標軸的Ul對應，坐 標軸Y2與電磁線圈坐標軸的U2對應，在手柄控制系統的坐標軸上，向Xl和Yl方向推動手柄，手柄推力的坐標信息為(X0，Y0)，推力方向與坐標軸Xl之間的夾角為Θ角，由此設定了手柄推力的第一坐標信息(Χ0，Υ0)，坐標的單位為牛頓。參照圖6所示，在電磁鐵供電幅度的坐標軸上，本坐標軸Al與手柄控制系統坐標軸的Xl對應，坐標軸Α2與手柄控制系統坐標軸的Χ2對應，坐標軸BI與手柄控制系統坐標軸的Yl對應，坐標軸Β2與手柄控制系統坐標軸的Υ2對應，經坐標轉化模塊進行處理，將表征手柄推力矢量信息的第一坐標信息(Χ0, Υ0),轉化為表征電磁鐵供電信息的第二坐標信息(AO, Β0),坐標的單位為安培，電流方向與坐標軸Al之間的夾角亦為Θ角。電磁鐵供電系統中設置有電磁線圈的坐標軸，表征各電磁線圈的相對位置以及磁合力的大小和角度。由于所述電磁線圈的坐標軸、電磁鐵供電幅度的坐標軸和手柄控制系統的坐標軸的指向相同，通過電磁轉化，向電磁線圈A輸出電流量Β0,向電磁線圈C輸出電流量Α0,在電磁線圈的坐標軸上,坐標單位為電磁吸引力牛頓，電磁線圈A產生磁力UO’電磁線圈C產生磁力Τ0，與電磁鐵的分供電電流相對應，磁力UO和磁力TO產生的第三坐標信息的磁合力(TO, U0)與電磁鐵的供電電流的第二坐標信息(Α0，Β0)相當。在通電狀態下，經過各不同矢量信息之間的坐標軸轉換，將手柄的方位控制信息，轉換為供電電流量的信息，輸出至相應的電磁線圈，使得電磁線圈產生的磁合力方向與電流幅度的相同，大小成比例對應，驅動人體腸胃中的帶磁鐵的膠囊內窺鏡沿手柄推動方向運行。所述膠囊內窺鏡50包括膠囊殼體I以及封裝于其中的光源2、鏡頭3、天線4、電池5、主控電路板6和磁鐵7,鏡頭3設置于電池5的一端或兩端,光源2裝設于鏡頭3旁，天線4套設于鏡頭3上，主控電路板6和電池5分別與各模塊電連接，所述磁鐵7套設于電池5的外周，以和外部通電線圈產生的磁場產生相互作用，改變膠囊內窺鏡在胃中的運行軌跡。其中，所述磁鐵7設置于膠囊內窺鏡中部的電池一端上，使得膠囊內窺鏡的兩端配重不相等，膠囊內窺鏡的軸心和重心不相重合，使其可保持直立漂浮于胃液中進行拍攝。通過通電電磁線圈所產生的外部磁場的方向和大小，以控制膠囊內窺鏡在人體腸胃內的運行軌跡，達到控制拍攝的目的。優選地，所述膠囊內窺鏡50設有分設于其兩端的兩個鏡頭3，通過兩個鏡頭3可攝取胃中兩側壁的壁面狀況，并可通過控制旋轉改變膠囊內窺鏡的運行姿態，以選擇性地對所需胃壁進行拍攝。電磁線圈的匝數越大，通電強度越大，所產生的電磁場強度越大，對膠囊內窺鏡的磁力越大，對其運行軌跡控制的靈敏度越高。在本發明中，所述電磁線圈的匝數為300-2000匝之間。所述膠囊內窺鏡內置于通電的電磁線圈所產生的磁場中，并于電磁線圈的拉伸方向相垂直。這樣，當膠囊內窺鏡進入人體胃中，其在胃液中自由運行，當進入電磁線圈產生的磁場中時，電磁線圈所產生的磁力線與膠囊內窺鏡的運行相平行，使之可對膠囊內窺鏡產生引力作用而致使其運行軌跡的改變。本發明還提供了一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制方法，其包括以下步驟
步驟I)讓患者吞入帶磁鐵的膠囊內窺鏡，膠囊內窺鏡進入患者腸胃中；步驟2)通過電磁鐵供電系統對電磁線圈通電，使之產生磁場，人體進入所述磁場中進行胃壁檢測；步驟3)推動手柄控制系統的手柄，以驅動電磁鐵供電系統產生同向等量的電流，以控制相應的電磁線圈所產生的同向等量的磁合力，驅動人體腸胃中的膠囊內窺鏡在磁合力的作用下運行。在本發明的優選實施例中，步驟3)中，還進一步包括以下步驟步驟31)所述手柄控制系統中的手柄受推動而產生包含手柄推力的第一坐標信
肩、O步驟32)中，在微處理器的坐標轉化模塊，將其轉化為包含電流幅度值的第二坐標信息，反饋至電磁鐵供電系統以向電磁線圈供電，所述第一坐標信息和第二坐標信息方向相同，大小成比例對應。通過對手柄控制系統的手柄方向和施力大小進行控制，在微處理器的手柄控制系統的坐標軸上表征出手柄推力的第一坐標信息，通過坐標轉換模塊將所述第一坐標信息轉換為表征電磁鐵供電的電流幅度值的第二坐標信息，并向相應的電磁線圈輸出電流，以產生特定方向的磁場，磁合力與手柄推力的方向相同，大小成比例對應，將手柄推力轉換為相應的電磁線圈的供電電流的大小，再轉換為特定角度的大小磁力，進而達到通過手柄對磁場方向和大小進行控制的目的，利用此技術對人體內的膠囊內窺鏡的運行軌跡進行實時控制和調整，以達到拍攝特定方位的腸胃壁，獲取更為清晰準確的圖像的目的，幫助更快地確診，大大提高了診斷或檢測的 準確度和精確度。
權利要求
1.一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于包括若干個電磁線圈、電磁鐵供電系統、微處理器和手柄控制系統，所述手柄控制系統通過微處理器與電磁鐵供電系統電連接，所述電磁鐵供電系統與若干個電磁線圈電連接，通過手持推動手柄控制系統，產生坐標信息，經微處理器將所述坐標信息轉換為與相應的電磁線圈相關聯的電流幅度值，輸出至相應的電磁線圈，使得通電的電磁線圈產生與手柄推力方向相同，大小成比例對應的磁場吸引力，以控制帶磁鐵的膠囊內窺鏡在人體腸胃中的運行軌跡。
2.根據權利要求1所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于所述若干個電磁線圈在同一水平面上。
3.根據權利要求2所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于所述微處理器包括坐標轉化模塊，其中設有手柄控制系統的坐標軸、電磁鐵供電幅度的坐標軸和電磁線圈的坐標軸，所述坐標轉化模塊接收所述手柄控制系統所產生包含手柄推力的第一坐標信息導出至手柄控制系統的坐標軸上，將其轉化為包含電流幅度值的第二坐標信息導出至電磁鐵供電幅度的坐標軸，反饋至電磁鐵供電系統以向電磁線圈供電，所述第一坐標信息和第二坐標信息方向相同,大小成比例對應。
4.根據權利要求3所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于所述電磁線圈的坐標軸、電磁鐵供電幅度的坐標軸和手柄控制系統的坐標軸的指向相同。
5.根據權利要求4所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于在通電狀態下，電磁線圈產生的磁合力方向與電流幅度的方向相同，大小成比例對應，使得人體腸胃中的帶磁鐵的膠囊內窺鏡沿手柄推力方向運行。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于所述電磁線圈至少有兩個，分別與電磁鐵供電系統電連接。
7.根據權利要求6中所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，其特征在于所述電磁線圈為偶數個，兩兩對稱分布。
8.一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制方法，其特征在于包括以下步驟 步驟I)讓患者吞入帶磁鐵的膠囊內窺鏡，膠囊內窺鏡進入患者腸胃中； 步驟2)通過電磁鐵供電系統對電磁線圈通電，使之產生磁場，人體進入所述磁場中進行胃壁檢測； 步驟3)推動手柄控制系統的手柄，以驅動電磁鐵供電系統產生同向等量的電流，以控制相應的電磁線圈所產生的同向等量的磁合力，驅動人體腸胃中的膠囊內窺鏡在磁合力的作用下運行。
9.根據權利要求8所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制方法，其特征在于步驟3)中，進ー步包括步驟31)所述手柄控制系統中的手柄受推動而產生包含手柄推動方向值的第一坐標信息。
10.根據權利要求9所述的膠囊內窺鏡運行軌跡的控制方法，其特征在于步驟3)中，進ー步包括步驟32)中，在微處理器的坐標轉化模塊，將其轉化為包含電流幅度值的第二坐標信息，反饋至電磁鐵供電系統以向電磁線圈供電，所述第一坐標信息和第二坐標信息方向相同，大小成比例對應。
全文摘要
一種膠囊內窺鏡運行軌跡的控制系統，包括若干個電磁線圈、電磁鐵供電系統、微處理器和手柄控制系統，手柄控制系統通過微處理器與電磁鐵供電系統電連接，電磁鐵供電系統與若干個電磁線圈電連接，通過手持推動手柄控制系統，產生坐標信息，經微處理器將坐標信息轉換為與相應的電磁線圈相關聯的電流幅度值，輸出至相應的電磁線圈，使得電磁線圈產生與手柄推力一致的磁場引力，以控制帶磁鐵的膠囊內窺鏡在人體腸胃中的運行軌跡，以對膠囊內窺鏡的運行軌跡進行實時控制和調整，達到拍攝特定方位的腸胃壁，獲取更為清晰準確的圖像的目的。本發明還提供了控制運行軌跡方法。
文檔編號A61B1/00GK103040425SQ20121055893
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者孫平, 李奕, 王安平 申請人:深圳市資福技術有限公司