CN111568348A - 一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，包括胶囊本体、连接线缆、体外控制装置和磁控装置；胶囊本体设置有永磁体、摄像头和多种照光设备；胶囊本体通过连接线缆与体外控制装置连接；体外控制装置用于为胶囊本体提供电源、获取摄像头采集的图像以及控制照光设备的开启和关闭；磁控装置通过永磁体与胶囊本体无线连接以控制胶囊本体的位姿。本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜，具有诊疗位置精准可控、供电时间长、通讯带宽大、直径小、多功能光源以及成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜。
背景技术
中国是胃部疾病的高发地区，胃癌发病率更是位居全球首位，早期胃癌症状和胃炎基本相似，所以定期胃镜检查对于早发现、早治疗、及提高胃癌治愈率具有至关重要的作用，然而传统胃镜的不适感和可能存在的感染风险使得很多人放弃了传统胃镜的健康筛查。此外，对于胃癌的常规治疗，主要是手术和化疗，其最大的问题是造成肌体破损，器官缺失，功能残缺，免疫破坏。对于胃炎的常规治疗，主要是内服药物或姑息治疗，不仅见效慢而且容易反复。因此，临床上急需一种能有效对胃部疾病治疗的新方法。
光动力治疗的原理是将光敏剂输入人体，光敏剂有在肿瘤细胞内高浓度聚集并长时间潴留的特性，然后用特定波长的激光去照射肿瘤组织表面或者将光纤插入肿瘤内部进行照射，光敏剂吸收激光能量发生一系列化学反应生成活性很强的单态氧和自由基，把异常增生活跃的细胞杀死，达到治疗的目的。光动力治疗的优势包括：创伤很小、毒性低微、选择性好、适用性好、可重复治疗。光动力治疗虽然具有非常多的优点，但以胃癌的光动力治疗为例，当患者被注入光敏剂后，需要通过胃镜系统对病灶进行定位后才进行激光照射治疗，且单次治疗时间通常大于30min。众所周知，即使是最新型的胃镜系统，其直径通常也不小于7mm。治疗时，内镜需长时间停留在“胃—食管—口腔”消化道内，患者需要麻醉处理，给患者带来极大痛苦。
为解决上述问题，磁控胶囊技术的出现提供了有效途径。该技术的出现为临床提供了一种可以长时间停留在体内，实时了解胃部病灶形态、位置，并可以将胶囊准确定位在病灶部位的技术。其中，磁控胶囊内镜技术突破了以往被动式胶囊内镜只能随消化道的蠕动而运动、无法定位其在消化道内的准确位置、也不能被医生主动控制的技术局限，在磁场精确控制技术的控制下，磁控胶囊可以以一定方式调整观测位置，大大提升诊断效率。磁控胶囊内镜技术的优点为：1.无痛无创、无麻醉；2.无交叉感染；3.全方位无死角；4.检查快捷；5.操作简便。
目前，磁控胶囊技术主要用于替代胃镜进行常规胃部疾病的诊断。而当磁控胶囊技术与光动力治疗、光动力诊断、光生物调节技术相结合时，就会产生新的技术。目前，光生物调节、光动力治疗、光动力诊断在消化道疾病治疗方面，尚处于起步阶段，其主要原因是缺少相应的治疗设备，传统的消化道内镜(如胃窥镜)成本高、痛苦大、以交叉感染，而磁控胶囊内镜功能少，无治疗功能。
总结来说，临床上对胃部胶囊诊疗系统技术需求有以下几点：A、诊疗位置精准可控；B、供电时间尽可能长；C、通讯带宽尽量大；D、直径尽可能小；E、多功能的光源(白光诊断、光动力治疗、光动力诊断、光生物调节干预)；F、成本尽可能低。经过检索，现有相关技术均无法满足上述要求。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，包括：胶囊本体、连接线缆、体外控制装置和磁控装置；
所述胶囊本体设置有永磁体、摄像头和多种照光设备；
所述胶囊本体通过所述连接线缆与所述体外控制装置连接；所述体外控制装置用于为所述胶囊本体提供电源、获取所述摄像头采集的图像以及控制所述照光设备的开启和关闭；
所述磁控装置通过所述永磁体与所述胶囊本体无线连接以控制所述胶囊本体的位姿。
可选的，所述胶囊本体的外部为透明树脂外壳；所述永磁体、所述摄像头和多种所述照光设备设置在壳体内。
可选的，所述照光设备包括用于白光检视的LED设备、用于光动力荧光诊断的LED设备、用于光生物调节治疗的LED设备以及用于光动力治疗的LED设备。
可选的，所述连接线缆为直径小于2mm的多芯线缆。
可选的，还包括多芯连接头；所述胶囊本体与所述连接线缆的一端机械连接，所述连接线缆的另一端通过所述多芯连接头与所述体外控制装置连接。
可选的，还包括与所述磁控装置连接的控制杆；所述控制杆用于调节所述胶囊本体的位姿。
可选的，所述体外控制装置包括ARM芯片以及与所述ARM芯片均连接的控制按键、触摸显示屏以及电源管理芯片；
其中，所述电源管理芯片还通过所述连接线缆与所述胶囊本体内的LED驱动芯片连接；所述ARM芯片还通过所述连接线缆分别与所述胶囊本体内的单片机和摄像头连接。
可选的，所述体外控制装置还包括与所述电源管理芯片均连接的电源板和锂电池；其中，所述电源板与外界电源连接。
可选的，所述胶囊本体内的单片机分别与LED驱动芯片、摄像头以及永磁体连接；所述LED驱动芯片分别与每种照光设备连接。
可选的，所述磁控装置与所述体外控制装置集成在一起；所述磁控装置的ARM芯片与所述体外控制装置的ARM芯片为同一芯片；所述控制杆还与所述ARM芯片电连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，包括胶囊本体、连接线缆、体外控制装置和磁控装置；胶囊本体设置有永磁体、摄像头和多种照光设备；胶囊本体通过连接线缆与体外控制装置连接；体外控制装置用于为胶囊本体提供电源、获取摄像头采集的图像以及控制照光设备的开启和关闭；磁控装置通过永磁体与胶囊本体无线连接以控制胶囊本体的位姿。本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜，具有诊疗位置精准可控、供电时间长、通讯带宽大、直径小、多功能光源以及成本低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明光学诊疗胶囊内窥镜的结构示意图；
图2为本发明光学诊疗胶囊内窥镜的原理图。
符号说明：
1—胶囊本体；2—连接线缆；3—体外控制装置；4—多芯连接头；5—触摸显示屏；6—控制杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，具有诊疗位置精准可控、供电时间长、通讯带宽大、直径小、多功能光源以及成本低的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和2所示，本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜包括胶囊本体1、连接线缆2、体外控制装置3和磁控装置。
胶囊本体设置有永磁体、摄像头、LED驱动芯片(LED驱动装置)、单片机和多种照光设备(照光装置)；单片机分别与LED驱动芯片、摄像头以及永磁体连接；LED驱动芯片分别与每种照光设备连接。其中，照光设备包括用于白光检视的LED设备、用于光动力荧光诊断的LED设备、用于光生物调节治疗的LED设备以及用于光动力治疗的LED设备。
胶囊本体1通过连接线缆2与体外控制装置3连接；胶囊本体1负责诊断与治疗；连接线缆2在治疗时驻留在“胃—食管—口腔”消化道，负责为胶囊本体1传送电源信号与控制信号，并将采集到的诊断图像传输至体外控制装置3；体外控制装置3控制胶囊本体1的诊断与治疗，负责为胶囊本体1提供电源，负责记录并显示采集到的图像。综上，体外控制装置3用于为胶囊本体提供电源、获取摄像头采集的图像以及控制照光设备的开启和关闭等。
磁控装置通过磁力作用于胶囊本体1，以实现胶囊本体1在体内的位姿调节。所以，本发明将磁控装置通过永磁体与胶囊本体1无线连接以控制胶囊本体1的位姿。
优先的，胶囊本体1的外部为透明树脂外壳；永磁体、摄像头、LED驱动芯片、单片机和多种照光设备(照光装置)均设置在壳体内。
优先的，连接线缆2为直径小于2mm的多芯线缆。
优先的，本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜还包括多芯连接头4；胶囊本体1与连接线缆2的一端机械连接，连接线缆2的另一端通过多芯连接头4与体外控制装置3连接。
优先的，本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜还包括与磁控装置连接的控制杆6；控制杆6用于调节胶囊本体1的位姿，为了降低成本，磁控装置与体外控制装置3集成在一起；磁控装置的ARM芯片与体外控制装置3的ARM芯片为同一芯片；控制杆6还与述ARM芯片电连接。
优先的，体外控制装置包括ARM芯片、电源板、锂电池以及与ARM芯片均连接的控制按键、触摸显示屏5以及电源管理芯片。电源管理芯片还通过连接线缆与胶囊本体1内的LED驱动芯片连接；ARM芯片还通过连接线缆2分别与胶囊本体1内的单片机和摄像头连接。电源管理芯片还分别与电源板和锂电池连接；其中，电源板与外界电源连接。
连接线缆2内的供电线一端连接体外控制装置3内的电源管理芯片，另一端连接胶囊本体1内的单片机和摄像头；连接线缆2内的视频传输线缆一端连接体外控制装置3内的ARM芯片，另一端连接胶囊本体1内的摄像头；连接线缆2内的照光设备控制线一端连接体外控制装置3内的ARM芯片，另一端连接胶囊本体1内的单片机；单片机连接着控制胶囊本体1内的照光设备，控制其发光。
下面详细介绍下各个器件
(1)胶囊本体1
胶囊本体1，包括：外部的透明树脂外壳、内部的照光设备(用于白光、治疗光、诊断光的LED等)、摄像头、单片机、LED驱动芯片和永磁体。
①照光设备是一个组件，其主要是由不同的LED设备构成的，根据用途的不同，LED设备可以有不同的种类、组合方式、排布方式。LED设备的排布方式、控制方式、波长类型等，以及摄像头与LED设备的位置关系，之前专利已有覆盖，此专利不再详细介绍。
②胶囊本体的磁控方式，之前专利已有覆盖，此专利不再详细介绍。
③胶囊本体的结构、外壳制造方式，之前专利已有覆盖，此专利不再详细介绍。
(2)连接线缆2
直径小于2mm，为多芯线(12～20根)，分别用于视频信号传输、LED设备控制以及供电。
①当摄像头分辨率为720p，采用的传输协议为MIPI 1Lane，共6根线，分别为data+，data-，clk+，clk-，SDA，SCL6；如采用更高分辨率摄像头，如1080p，采用的传输协议为MIPI 2Lane，共12根线。
②LED设备控制采用RS232协议，共有RXD、TXD、GND共3根线。
③负责供电的线共2根，V+和V-，传输DC 3.3V电压。
(3)体外控制装置3
体外控制装置3用于控制胶囊本体1上照光设备的发光、摄像头的捕捉。由以下部分组成：
①ARM芯片，负责：总体控制、照光设备控制信号输出、摄像头控制信号输出、摄像头图像的处理与记录、电源管理信号的输出、触摸显示屏5显示。
②电源管理芯片，其受ARM芯片控制，负责将电源板输出的DC 5V转换成摄像头和LED驱动芯片所需的DC 3.3V。
③触摸显示屏5，负责将系统的工作情况与摄像头捕捉的实时图像提供显示，并提供控制所需的人机界面。
④电源板，与外部AC 220V相连，负责将AC 220V转换为DC，提供给电源管理芯片和ARM芯片所需的电源。
⑤锂电池，为体外控制装置3的移动工作提供电量，输出电压为DC 4.2V，与电源管理芯片相连。
(4)磁控装置
磁控装置负责精确控制体内的胶囊本体1的位姿，之前专利已有覆盖，此专利不再详细介绍。
下面通过具体的病例来说明本发明提供的技术方案
(1)胃癌的光动力诊疗一体
当对胃癌进行光动力诊疗一体治疗时，本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜的胶囊本体内的照光设备中有3种光源，分别为用于白光检视的LED设备，用于光动力荧光诊断的LED设备(波长范围：390nm～410nm)，以及用于光动力治疗的LED设备(波长范围：500nm～850nm)，具体实施方式如下。
在使用本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜时，首先患者被要求一定时长的禁食，并注射或口服光敏药物。
在准备治疗前，首先将胶囊本体1通过连接线缆2与体外控制装置3相连，并打开体外控制装置3的电源。
治疗时，患者将胶囊本体1通过“口-食管-胃”吞咽到胃中，并将连接线缆2不断送入。
此时，胶囊本体1中的白光光源处于打开状态，而摄像头处于拍摄状态，摄像头拍摄的胃中影像不断通过连接线缆2传输至体外控制装置3，影像经过ARM芯片处理后发送至触摸显示屏5显示，医生可以操纵触摸显示屏5放大图片，寻找病灶大致位置。
当确定病灶大致位置后，医生打开磁控装置，并操纵控制杆6精确操纵胶囊本体到达病灶上方。
到达病灶上方后，医生打开胶囊本体1上的诊断光源，进行光动力诊断。
病灶部位受到照射后会发出激发荧光，荧光会被摄像头捕捉，捕捉的影像传回体外控制装置3，医生可以据此判断病灶情况，并确定光动力治疗的剂量。
医生通过体外控制装置3关闭诊断光源，并打开治疗光源，对病灶进行光动力治疗，其间可以通过摄像头不断捕捉的病灶图像观察病灶情况并实时调整胶囊本体1位置。
完成治疗后，医生关闭系统电源，并断开连接胶囊本体1与体外控制装置3的多芯连接头4，拉动连接线缆2协助患者从口中将胶囊本体1取出。
胶囊本体1经过内镜使用邻苯二甲醛消毒后，可供本人重复使用，降低多疗程的治疗成本。
(2)胃溃疡的光生物调节
当对胃溃疡进行光生物调节治疗时，本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜的胶囊本体1内照光设备中有2种光源，分别为用于白光检视的白光LED设备，以及用于光生物调节治疗的LED设备(波长范围：500nm～850nm)，具体实施方式如下。
在使用本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜时，首先患者被要求一定时长的禁食。
在准备治疗前，首先将胶囊本体1通过连接线缆2与体外控制装置3相连，并打开体外控制装置2的电源。
治疗时，患者将胶囊本体1通过“口-食管-胃”吞咽到胃中，并将连接线缆2不断送入。
此时，胶囊本体1中的白光光源处于打开状态，而摄像头处于拍摄状态，摄像头拍摄的胃中影像不断通过连接线缆2传输至体外控制装置3，影像经过ARM芯片处理后提供触摸显示屏5显示，医生可以操纵触摸显示屏5放大图片，寻找病灶大致位置。
当确定病灶大致位置后，医生打开磁控装置，并操纵控制杆6精确操纵胶囊本体到达病灶上方，医生可以根据传回的影像判断病灶情况，并确定治疗的光照剂量。
到达病灶上方后，医生打开胶囊本体1上的光生物调节光源对胃溃疡患处进行照射，进行光生物调节治疗。
完成治疗后，医生关闭系统电源，并断开连接胶囊本体1与体外控制装置3的多芯连接头4，拉动连接线缆2协助患者从口中将胶囊本体1取出。
胶囊本体1经过内镜使用邻苯二甲醛消毒后，可供本人重复使用，降低多疗程的治疗成本。
该技术的优点是：
1、本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜通过线缆的方式与体外控制装置相连，胶囊本体可以回收(可供同一患者多疗程使用)，成本低。
2、本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜的供电通过线缆由体外控制装置提供，治疗时长无限制。
3、本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜可使用高分辨率、高帧率的摄像头，其图像传输可以采用MIPI规范，其传输带宽最高可达1Gbps，传输带宽高、延时低、连续拍摄。
4、本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜的照光设备，可根据需求布置有白光、光动力诊断光、光动力治疗光、光生物调节光等多种光源；又设置了可以捕捉白光及光动力荧光的摄像装置(摄像头)，可实现白光检视、光动力诊断、光动力治疗、光生物调节，功能多。
5、本发明提供的光学诊疗胶囊内窥镜与市面上的磁控胶囊内镜直径一至，治疗时，其吞咽过程不适感较小；此外连接线缆为直径小于2mm的多芯线，在治疗过程中也不会引起很大的不适感，患者依从性好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，包括：胶囊本体、连接线缆、体外控制装置和磁控装置；
所述胶囊本体设置有永磁体、摄像头和多种照光设备；
所述胶囊本体通过所述连接线缆与所述体外控制装置连接；所述体外控制装置用于为所述胶囊本体提供电源、获取所述摄像头采集的图像以及控制所述照光设备的开启和关闭；
所述磁控装置通过所述永磁体与所述胶囊本体无线连接以控制所述胶囊本体的位姿。
2.根据权利要求1所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述胶囊本体的外部为透明树脂外壳；所述永磁体、所述摄像头和多种所述照光设备设置在壳体内。
3.根据权利要求1所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述照光设备包括用于白光检视的LED设备、用于光动力荧光诊断的LED设备、用于光生物调节治疗的LED设备以及用于光动力治疗的LED设备。
4.根据权利要求1所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述连接线缆为直径小于2mm的多芯线缆。
5.根据权利要求1所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，还包括多芯连接头；所述胶囊本体与所述连接线缆的一端机械连接，所述连接线缆的另一端通过所述多芯连接头与所述体外控制装置连接。
6.根据权利要求1所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，还包括与所述磁控装置连接的控制杆；所述控制杆用于调节所述胶囊本体的位姿。
7.根据权利要求1所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述体外控制装置包括ARM芯片以及与所述ARM芯片均连接的控制按键、触摸显示屏以及电源管理芯片；
其中，所述电源管理芯片还通过所述连接线缆与所述胶囊本体内的LED驱动芯片连接；所述ARM芯片还通过所述连接线缆分别与所述胶囊本体内的单片机和摄像头连接。
8.根据权利要求7所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述体外控制装置还包括与所述电源管理芯片均连接的电源板和锂电池；其中，所述电源板与外界电源连接。
9.根据权利要求7所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述胶囊本体内的单片机分别与LED驱动芯片、摄像头以及永磁体连接；所述LED驱动芯片分别与每种照光设备连接。
10.根据权利要求6所述的一种体外供电与控制的光学诊疗胶囊内窥镜，其特征在于，所述磁控装置与所述体外控制装置集成在一起；所述磁控装置的ARM芯片与所述体外控制装置的ARM芯片为同一芯片；所述控制杆还与所述ARM芯片电连接。
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