專利名稱：一種膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及膠囊內窺鏡，特別是指一種通過負反饋機制對膠囊內窺鏡的加速度進行實時調整的控制系統。
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。由于膠囊內窺鏡內部的視頻傳感器單張圖片的采集時間約為30ms，單張圖片的采集時間過長，如果膠囊在體內運行速度過快，極易造成采集下來的圖片模糊不清的情況，因此有效控制膠囊運行速度變得有意義。因此，有必要提供可對膠囊內窺鏡在體內運行速度進行控制的控制系統。
實用新型內容基于現有技術的不足，本實用新型的主要目的在于提供可對膠囊內窺鏡在體內運行速度進行控制的控制系統，以控制其在腸胃中保持低速運行，獲得清晰的圖像。本實用新型提供了一種膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其包括:膠囊內窺鏡，其設有第一微處理器以及與之電連接的加速度傳感器、射頻調制芯片，通過加速度傳感器實時記錄下膠囊內窺鏡在體內運行時的加速度值，傳輸至射頻調制芯片進行信號發送；
·[0008]速度控制裝置，置于體外，包括電性連接的接收控制模塊和電磁線圈；其中，接收控制模塊包括第二微控制器和與之電連接的電磁鐵電源控制模塊、射頻解調芯片，電磁鐵電源控制模塊與電磁線圈電連接；當電磁鐵電源控制模塊驅動電磁線圈通電產生電磁場，體內的膠囊內窺鏡受磁力作用而逐漸靠近腸胃內壁，并通過加速度傳感器所記錄的運行加速度值經由射頻調制芯片發送至接收控制模塊的射頻解調芯片，并由射頻解調芯片傳輸至第二微控制器，第二微控制器根據設定要求驅動電磁鐵電源控制模塊控制電磁線圈調整電磁場的大小，以根據所反饋的加速度值的變化來控制膠囊內窺鏡在腸胃內的運動速度。優選地，在第二微控制器中，當射頻解調芯片所傳輸的加速度值大于設定加速度值時，則發送減速信號至電磁鐵電源控制模塊，驅動其降低電流輸出，以降低電磁線圈的電磁力；反之，當射頻解調芯片所傳輸的加速度值小于設定加速度值時，則發送加速信號至電磁鐵電源控制模塊，驅動其提高電流，以提高電磁線圈的電磁力。優選地，所述電磁鐵電源控制模塊的電流饋電檔位分為3檔:10A、20A和30A，當加速度為零時，啟動電流饋電輸出為30A，當加速度為0m/s2〈a〈0.5m/s2時，啟動電流饋電輸出為20A，當加速度為0.5m/s2<a<l.0m/s2時，啟動電流饋電輸出為10A，當加速度為a>l.0m/s2時，電磁鐵電源控制模塊關閉電流輸出。[0013]優選地，速度控制裝置根據膠囊內窺鏡的加速度傳感器所反饋的加速度值的變化來調整其在腸胃中的運行速度，使其保持低速運行，所述膠囊內窺鏡的設定加速度值小于
1.0m/S2。優選地，所述加速度值嵌入圖像數據中，以圖像數據中的填色像素格作為標記，與圖像數據一并發送至接收控制模塊。與現有技術相比，本實用新型膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，通過加速度傳感器記錄并向速度控制裝置反饋加速度值，根據所反饋的加速度值驅動電磁鐵電源控制模塊調整饋電電流的幅度，通過負反饋過程對調整電磁吸引力的大小，由此，調整內窺鏡的運行速度，避免了其速度過快導致所攝圖像不清晰，以獲得清晰的圖像或影像，提高了拍攝的質量，進而提高了診斷的準確性 和精確度，對其診療具有很大的實踐意義。同時，在操作設備上，采用負反饋機制進行檢測并控制，結合電磁場場強變化特點對內窺鏡運行的影響，通過改變場強強度來實現對內窺鏡速度的調整，使其保持勻速運行，保證了拍攝的平穩性和清晰性。
圖1為本實用新型膠囊內窺鏡的結構示意圖；圖2為本實用新型膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統的控制示意圖；圖3為本實用新型膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統的系統框圖；圖4為本實用新型膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統的電磁場曲線圖；圖5為本實用新型膠囊內窺鏡的電流控制示意圖；圖6為本實用新型膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統的電磁鐵電源控制模塊的原理不意圖；圖7為本實用新型膠囊內窺鏡的圖像數據中加速度的標示示意圖。
具體實施方式
參照圖1和圖2所示，本實用新型提供了一種膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其包括膠囊內窺鏡100和速度控制裝置200，速度控制裝置200通過膠囊內窺鏡100所反饋的加速度值的變化，對其進行負反饋控制，以調整膠囊內窺鏡100在腸胃內的運行速度。其中，所述膠囊內窺鏡100包括膠囊殼體I以及封裝于其中的光源2、鏡頭3、天線
4、電源5、主控電路6、導磁模塊7,鏡頭3設置于電源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6和電源5分別與各模塊電連接，所述導磁模塊7套設于電源5外周，起配重并受磁力吸引牽引作用。參照圖3所示，所述主控電路6上設有第一微處理器60和與之電連接的加速度傳感器61和視頻傳感器62，所述視頻傳感器62與射頻調制芯片63電連接，其中，所述加速度傳感器61設于導磁模塊7的一側，并貼附于電源5上，用于采集膠囊內窺鏡在腸胃中的當前磁感應強度并傳輸至第一微處理器60 ;所述第一微處理器60將磁感應強度值附于視頻傳感器62所采集的圖像數據上，傳輸至射頻調制芯片63，經射頻調制芯片63反饋至速度控制裝置200，所述視頻傳感器62用于拍攝腸胃壁的圖像，并通過天線發送至圖像處理模塊進行記錄并分析。所述速度控制裝置200包括電連接的接收控制模塊201和電磁線圈202，其中，接收控制模塊201包括第二微控制器201a以及與之電連接的電磁鐵電源控制模塊201c和圖像處理模塊201d，射頻解調芯片201b與圖像處理模塊201d電連接，其中，射頻解調芯片201b接收膠囊內窺鏡100所反饋的加速度值，對其進行解調后傳輸至圖像處理模塊201d，所述圖像數據發送至第二微控制器201a，經第二微控制器201a對圖像數據進行解析，提取出圖像數據中的加速度值，第二微控制器201a根據磁感應強度值的變化值控制電磁鐵電源控制模塊201c對其輸出電流進行實時調整，實現電磁線圈的磁場大小調整，以改變磁場對膠囊內窺鏡100的磁場吸引力，進而改變膠囊內窺鏡在腸胃中的運行速度。膠囊內窺鏡在體液中，受浮力、重力和電磁吸引力的合力作用，其浮力和重力為穩定值，因此，電磁吸引力決定其合力大小和方向，而電磁吸引力與磁感應強度成正比例關系，因此，磁感應強度決定膠囊運行加速度的大小和方向。電磁線圈在通電狀態產生磁場，對含有導磁模塊的膠囊內窺鏡產生吸引力，進而控制膠囊在人體內的行進路線和位置。由于，磁感應強度正比于電磁鐵饋電電流的幅度，控制電磁鐵的電流，即可控制膠囊內窺鏡的瞬時加速度。參照圖4所示，從以上電磁線圈磁感應強度分布曲線可以看出，磁感應強度距離
不是均勻分布的，磁感應強度隨距離以約為+形式分布，電磁鐵磁力隨距離靠近而加強，距
離越近，電磁力加強越快，距離越遠，磁力增加越慢。因此，當電磁線圈通電啟動時，吸引膠囊內窺鏡的時候，由于膠囊內窺鏡距離磁鐵越來越近，電磁吸引力隨曲線急劇增大，導致加速度越來越大，膠囊運行速度也急劇增大，由于膠囊內窺鏡圖像采集速度的限制，膠囊運行速度過快，對于采集到清晰圖像是非常不利的，因此需要對其加速度進行控制，以獲得清晰的圖像數據。在本實用新型的優選實施例中，通過加速度傳感器記錄各個時間下的膠囊內窺鏡的加速度值，在第二微控制器中，當射頻解調芯片所傳輸的加速度值大于設定加速度值時，則發送減速信號至電磁鐵電源控制模塊，驅動其降低電流輸出，以降低電磁線圈的電磁力；反之，當射頻解調芯片所傳輸的加速度值小于設定加速度值時，則發送加速信號至電磁鐵電源控制模塊，驅動其提高電流，以提高電磁線圈的電磁力。通過對膠囊內窺鏡的當前加速度進行實時監控，并根據加速度值對電流大小進行實時調整，以控制膠囊內窺鏡保持在低速運行狀態，保證所攝圖像或影像的清晰度。其中，所述膠囊內窺鏡的設定加速度值為小于1.0m/S2。為了更精確地對膠囊內窺鏡的運行速度進行控制，對加速度值的變化進行定量控制。當啟動電磁線圈時，膠囊內窺鏡距離腸胃壁最遠，設定最大的電流輸出，這時，膠囊內窺鏡受磁場吸引力逐漸靠近腸胃壁，隨著膠囊內窺鏡與腸胃壁之間的距離縮短，按圖4所示的磁感應強度變化曲線所示，磁感應強度隨膠囊內窺鏡與腸胃壁之間的距離逐漸縮小而增大。參照圖5所示，在本實施例中，所述電磁鐵電源控制模塊的電流饋電檔位分為4檔:0A、10A、20A和30A，當加速度為零時，啟動電流饋電輸出為30A，以最大的饋電電流輸出，使其受力最大，以加快其 運行速度；當加速度為0m/s2〈a〈0.5m/s2時，啟動電流饋電輸出為20A ;當加速度為0.5m/s2<a<l.0m/s2時，啟動電流饋電輸出為IOA ;當加速度為a>l.0m/S2時，電磁鐵電源控制模塊關閉電流輸出，電流饋電為0A。當加速度逐漸提升，膠囊內窺鏡逐漸靠近腸胃壁，可降低饋電幅度，以降低其運行加速度，一方面，避免其運行過快，拍攝圖像不清晰，另一方面，當靠近腸胃壁時運行過快，會導致其受磁力而快速吸附于腸胃壁上，影響其拍攝控制。當其加速度達到1.0m/s2時，第二微控制器發送停止信號至電磁鐵電源控制模塊，由其控制電磁線圈停止電流輸出，使得膠囊內窺鏡不受磁吸引力，其靠慣性緩慢向腸胃壁靠近，使其保持勻速運行，以獲得清晰的拍攝圖像并傳輸至接收控制模塊的圖像處理模塊中進行處理分析。通過設置多個調整檔位，方便負反饋的靈活調整，可根據加速度的大小，撥動電流控制檔位，定量地控制電流輸出幅度，以獲得精確的加速度控制結果。參照圖6所示，在電磁鐵電源控制模塊201c中，包括電連接的交直流轉換控制模塊202a、反向電流抑制模塊202b和防雷保護模塊202c，交直流轉換控制模塊202a與第二微控制器電連接，反向電流抑制模塊202b與電磁線圈202電連接，當交流電源接入交直流轉換控制模塊202a，防雷保護模塊202c與報警模塊電連接，交流電源由交直流轉換控制模塊202a接入，當收到第二微控制器所發出的調整電壓信號時，根據所述信號指令控制，采用小信號控制輸出的直流幅值，經過交直流轉換后，輸出所需大小電流，所述防雷保護模塊202c起到防雷擊及電流浪涌的作用，反向電流抑制模塊對反向電流起到泄放和抑制作用，使得電壓保持正向，經電流抑制和調整后，輸出至電磁線圈202，使其產生相應大小的磁場。參照圖7所示，為提高圖像質量，膠囊內窺鏡圖像傳輸采用模擬信號形式，直接通過模擬FM調制芯片輸出，因此，加速度值無法通過數字形式打包輸出。為了解決數據的傳輸問題，所述加速度值嵌入圖像數據中，以圖像數據中的填色像素格作為標記，與圖像數據一并發送至接收控制模塊，通過視頻傳感器的OSD功能，當第一微控制器采集到加速度值后，通過OSD功能，控制特定區域輸出圖像像素排列，以像素排列數表示加速度值，以此將加速度值輸出給外部接收端。OSD是on-screen display的簡稱，即屏幕菜單式調節方式。一般是按Menu鍵后屏幕彈 出的顯示器各項調節項目信息的矩形菜單，可通過該菜單對顯示器各項工作指標包括色彩、模式、幾何形狀等進行調整，從而達到最佳的使用狀態。另外，在OSD選項里還可以調整顯示的位置、無動作關閉顯示的時間。例如:將圖像屏幕最后一列像素排列作為加速度值輸出表示列:從上之下，每一位像素顯紅色，表示加速度值為
0.05m/s2 ;如加速度值為0.2m/s2時，則從上至下顯示4格紅色，同列其余格像素顯示藍色；以此類推；接收端根據所接收屏幕信息最后一列的像素顏色排列和數量，即可即使得到加速度值。在電磁線圈產生磁場的過程中，膠囊內窺鏡實時地將加速度傳感器所記錄的加速度值通過膠囊內部的射頻調制芯片和天線，發送至速度控制裝置的接收控制模塊的射頻解調芯片，根據所反饋的加速度值信息，第二微控制器驅動電磁鐵電源控制模塊對饋電電流幅度進行實時的調整。剛開始吸引膠囊內窺鏡時，由于膠囊內窺鏡距離電磁線圈的相對距離較遠，吸引力較弱，這時，電磁線圈以最大電流進行工作，以吸引和牽動膠囊；當膠囊內窺鏡由于受到電磁線圈的電磁吸引力，開始向電磁線圈方向運行，由于其相互之間距離的拉近，電磁吸引力根據其磁感應強度分布曲線，開始逐漸加強，膠囊內窺鏡運行加速度越來越大；當外部的接收控制模塊接收到膠囊內窺鏡的加速度值急劇增大時，立即通過電磁鐵電源控制模塊，實時降低電磁鐵饋電電流，從而降低電磁吸引力，降低膠囊內窺鏡的運行加速度，從而保證其運行速度不至于過快，保證輸出圖像的清晰度，且避免其高速運動而吸入腸胃壁中，影響拍攝控制過·程。
權利要求1.一種膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其特征在于包括: 膠囊內窺鏡，其設有第一微處理器以及與之電連接的加速度傳感器、射頻調制芯片，通過加速度傳感器實時記錄下膠囊內窺鏡在體內運行時的加速度值，傳輸至射頻調制芯片進行信號發送； 速度控制裝置，置于體外，包括電性連接的接收控制模塊和電磁線圈； 其中，接收控制模塊包括第二微控制器和與之電連接的電磁鐵電源控制模塊、射頻解調芯片，電磁鐵電源控制模塊與電磁線圈電連接； 當電磁鐵電源控制模塊驅動電磁線圈通電產生電磁場，體內的膠囊內窺鏡受磁力作用而逐漸靠近腸胃內壁，并通過加速度傳感器所記錄的運行加速度值經由射頻調制芯片發送至接收控制模塊的射頻解調芯片，并由射頻解調芯片傳輸至第二微控制器，第二微控制器根據設定要求驅動電磁鐵電源控制模塊控制電磁線圈調整電磁場的大小，以根據所反饋的加速度值的變化來控制膠囊內窺鏡在腸胃內的運動速度。
2.根據權利要求1所述的膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其特征在于:在第二微控制器中，當射頻解調芯片所傳輸的加速度值大于設定加速度值時，則發送減速信號至電磁鐵電源控制模塊 ，驅動其降低電流輸出，以降低電磁線圈的電磁力；反之，當射頻解調芯片所傳輸的加速度值小于設定加速度值時，則發送加速信號至電磁鐵電源控制模塊，驅動其提高電流，以提高電磁線圈的電磁力。
3.根據權利要求2所述的膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其特征在于:當膠囊內窺鏡的加速度為零時，電磁鐵電源控制模塊啟動最大電流，當膠囊內窺鏡的加速度達到或大于1.0m/S2時，電磁鐵電源控制模塊關閉電流輸出。
4.根據權利要求3所述的膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其特征在于:所述電磁鐵電源控制模塊的電流饋電檔位分為4檔:0A、10A、20A和30A，當加速度為零時，啟動電流饋電輸出為30A，當加速度為0m/s2〈a〈0.5m/s2時，啟動電流饋電輸出為20A，當加速度為0.5m/s2<a<l.0m/s2時，啟動電流饋電輸出為10A，當加速度為a>l.0m/s2時，電磁鐵電源控制模塊關閉電流輸出，電流饋電輸出為OA。
5.根據權利要求2所述的膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其特征在于:所述膠囊內窺鏡的設定加速度值小于1.0m/s2。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統，其特征在于:所述加速度值嵌入圖像數據中，以圖像數據中的填色像素格作為標記，與圖像數據一并發送至接收控制模塊。
專利摘要一種膠囊內窺鏡體內運行速度的控制系統包括膠囊內窺鏡，設有第一微處理器和與之電連接的加速度傳感器、射頻調制芯片，通過加速度傳感器記錄下其在體內運行時的加速度值，傳輸至射頻調制芯片進行信號發送；速度控制裝置，置于體外，包括電性連接的接收控制模塊和電磁線圈；接收控制模塊包括第二微控制器和與之電連接的電磁鐵電源控制模塊、射頻解調芯片，電磁鐵電源控制模塊與電磁線圈電連接；當通電產生電磁場，體內的膠囊內窺鏡逐漸靠近腸胃內壁，并將運行加速度值經由射頻調制芯片發送至射頻解調芯片，第二微控制器驅動電磁鐵電源控制模塊控制電磁線圈調整電磁場的大小，以根據所反饋的加速度值的變化來控制膠囊內窺鏡在腸胃內的運動速度。
文檔編號A61B5/06GK203122346SQ20132017649
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者李奕, 孫平, 章偉 申請人:深圳市資福技術有限公司