CN102090876A - 基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统 - Google Patents
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Abstract
一种医疗器械技术领域的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，包括：药物释放胶囊系统、体外磁驱动装置、体外施药操作装置、体外无线供能装置和体外图像实时处理装置，药物释放胶囊系统位于消化道内并采集消化道环境信息，体外施药操作装置与药物释放胶囊系统以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时处理装置与药物释放胶囊系统以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向药物释放胶囊系统以交变磁场方式提供能量，体外磁驱动装置与药物释放胶囊系统通过磁力实现对药物释放胶囊姿态和位置的控制。本发明实现真正意义上的图像导航下的消化道疾病的无创诊疗。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种医疗器械技术领域的装置，具体是一种基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统。
背景技术
现代人由于工作节奏加快、饮食不均、导致消化道疾病的发病率日趋升高，消化道疾病成为影响现代人健康的常见的一种疾病，据统计分析发现，消化道疾病正在向低龄化、隐蔽化方向发展。消化道疾病的可视化检测对于消化道疾病的预防和诊疗具有非常重要的作用，而人体全消化道总长9米，由于消化道形状属于细长管道，分布于人体躯干各个器官之间，全消化道结构的不规则封闭性，给临床上消化道疾病的检测和治疗带来很大的挑战。
临床上实施的消化道疾病的可视化检测主要有两种：胃肠、肠镜和胶囊内窥镜两大类。胃镜、肠镜检测属于主动检测，能够实现对全消化道疾病“定点”诊断，但胃镜、肠镜检测过程中可能存在导致胃创伤、肠创伤的风险，检测过程中会给病人带来巨大的痛苦。胶囊内窥镜检测属于无创检测方法，患者口服胶囊内窥镜后即可实施消化道疾病的检测，不会给患者带来不适或痛苦的感觉，但胶囊内窥镜在患者消化道内只能跟随消化道的蠕动开展诊断，胶囊内窥镜的运动完全属于被动运动方式，胶囊内镜对于消化道疾病的诊断也属于“局部性”和“随机性”诊断，不能对消化道疾病实施主动“定点”诊断，胶囊内窥镜诊断全过程存在很大的盲区，极大限制了胶囊内窥镜在全消化道疾病可视化诊断中的临床应用。
另一方面，在确诊消化道发现疾病等疾病时，临床上可以采用的治疗方案：对于胃部以上消化道和结肠以下消化道可在胃镜和肠镜的视频图像导航下开展治疗，但在治疗过程中仍然存在导致胃创伤、肠创伤的风险，治疗过程中患者需要承受巨大的痛苦；而对于小肠所在的消化道存在的疾病，无法采用传统的胃镜和肠镜进行治疗，对于小肠存在的疾病必须通过手术方法开展治疗，这对于患者而言造成的痛苦是可想而知的。而胶囊内镜仅仅具体消化道图像的拍摄功能，完全不具体消化道疾病的治疗功能，因此无法对消化道疾病开展治疗。
现有胶囊内窥镜系统也不具备发现疾病后开展药物释放治疗的功能；而现有胃镜、肠镜具备对全消化道疾病开展“主动”可视化诊断，同时具备在图像导航下开展治疗的功能，但在诊断和治疗过程中存在创伤和给患者带来很大痛苦，也无法在小肠所在的消化道段开展治疗的功能。因此现有的技术无法满足临床无创或微创诊断和治疗的实际需求。
经过对现有技术的检索发现，发表在《现代制造工程》2009年第8期上的学术论文“药物释放微胶囊控制电路的设计与研究”，公布了一种用于消化道药物释放的微胶囊结构，通过控制微型磁控制开关使药仓内的药物被压缩弹簧释放出来。
但该技术形成的微胶囊至少存在如下两个缺点：首先，没有消化道图像导航帮助，不能确定药物释放的位置；其次操作者缺乏体外操作控制微胶囊姿态和位置的能力，不能主动控制微胶囊姿态和位置，以上两个缺点的限制，使该发明专利无法应用于临床实际。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，实现由体外磁场主动驱动控制，克服胶囊系统受消化道蠕动“被动”运行方式，在药物释放过程中的任意时刻，药物释放胶囊系统可以将图像系统传送至体外，为操作者的体外磁控制和药物释放控制提供图像导航帮助，直至完成病灶部位的耙向药物释放治疗全过程。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：药物释放胶囊、体外磁驱动装置、体外施药操作装置、体外无线供能装置和体外图像实时处理装置，其中：药物释放胶囊位于消化道内并采集消化道环境信息，体外施药操作装置与药物释放胶囊以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时处理装置与药物释放胶囊以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向药物释放胶囊以交变磁场方式提供能量，体外磁驱动装置与药物释放胶囊通过磁力实现对对药物释放胶囊姿态和位置的控制。
所述的药物释放胶囊包括：模拟图像传感器、照明系统、药舱和药物释放装置、外壳及设置于其内部的主控制系统、图像无线发送装置、数字信号无线通讯装置、整流装置、无线能量接收线圈和永磁装置，其中：模拟图像传感器和照明系统安装在外壳的外侧端部，药物释放装置和药舱安装在药物释放胶囊系统外壳的外表面，永磁装置安装在外壳与药物释放装置之间，无线能量接收线圈接收由体外无线供能装置发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置与无线能量接收线圈相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置分别与模拟图像传感器、照明系统、主控制系统、图像无线发送装置、药物释放装置相连并提供直流电源，图像无线发送装置直接将模拟图像传感器采集到的视频输出通过无线方式发送至患者体外，主控制系统可以对模拟图像传感器的成像参数进行调节，主控制系统控制药物释放装置的启动与关闭，药物释放装置与药舱相连。永磁装置与药物释放胶囊其它部分不产生任何电气联接，永磁装置产生的永久磁场与体外磁驱动装置的永久磁场相互作用，即同极性永久磁场相斥，异极性永久磁场相吸，且永久磁场间相互作用力与其距离有关，通过改变体外磁驱动装置的永久磁场极性与药物释放胶囊永久磁场之间的距离和极性，从而保证体外磁驱动装置对药物释放胶囊姿态和位置的控制。
所述的外壳为胶囊体状，两端部为球状结构。
所述的体外磁驱动装置为具有永磁体的磁驱动控制装置，其中：磁驱动控制装置通过调节永磁体与药物释放胶囊之间的位移和方向实现对药物释放胶囊姿态和位置的调整。
所述的体外施药操作装置包括：剩余药量显示屏、无线单元和施药操作装置，其中：剩余药量显示屏将药物释放胶囊内剩余的药量显示在屏幕上，施药操作装置发出施药控制信号，该控制信号通过无线单元传送到消化道内的药物释放胶囊，药物释放胶囊根据控制信号发出控制信号到药物释放装置，药物释放装置对病灶部位开展药物释放治疗。
所述的体外无线供能装置包括：体外无线能量发射线圈和电源控制器，其中：电源控制器与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈，体外无线能量发射线圈将控制信号转变为交变电磁场并输出至药物释放胶囊系统。
所述的体外图像实时处理装置包括：体外图像实时接收模块和计算机工作站，其中：体外图像实时接收模块实时接收由药物释放胶囊系统发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现药物释放胶囊系统姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
本发明与现有技术相比，体外操作控制者对体内药物释放胶囊的姿态和位置的能够主动控制，可以完成消化道图像的“定点”诊断，为药物释放操作实现“耙向”操作控制，同时体外主动控制体内药物释放胶囊的操作均在视频图像引导下进行，实现真正意义上的图像导航下的消化道疾病的无创诊疗。相比于现有胃镜、肠镜和图像胶囊系统，具有明显的优势，本发明在消化道疾病诊断和治疗方面具有非常重要的实际应用价值。
附图说明
图1为本发明工作原理示意图。
图2为药物释放胶囊系统结构示意图。
图3为体外磁驱动结构示意图。
图4为体外施药操作装置结构示意图。
图5为体外无线供能装置示意图。
图6为体外图像实时处理装置示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施包括：药物释放胶囊1、体外磁驱动装置2、体外施药操作装置3、体外无线供能装置4和体外图像实时处理装置5，其中：药物释放胶囊1位于消化道内并采集消化道环境信息，体外施药操作装置3与药物释放胶囊1以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时处理装置5与药物释放胶囊1以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置4向药物释放胶囊1以交变磁场方式提供能量，体外磁驱动装置2与药物释放胶囊1根据永久磁场相互作用原理开展工作，即同极性永久磁场相斥，异极性永久磁场相吸，且永久磁场间相互作用力与其距离有关，通过改变体外磁驱动装置的永久磁场极性与药物释放胶囊永久磁场之间的距离和极性，从而保证体外磁驱动装置对药物释放胶囊姿态和位置的控制。
所述的药物释放胶囊1包括：模拟图像传感器6、照明系统7、药舱15和药物释放装置8以及外壳9及设置于其内部的主控制系统10、图像无线发送装置11、数字信号无线通讯装置12、整流装置13、无线能量接收线圈14和永磁装置16，其中：照明系统7安装在外壳9的外侧端部，模拟图像传感器6安装在照明系统7后面，药舱15安装在药物释放胶囊中部，物释放装置8输出口安装药物释放胶囊1外壳9的外表面，永磁装置16紧贴外壳9，无线能量接收线圈14安装在药物释放胶囊1端部，接收由体外无线供能装置4发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置13与无线能量接收线圈14相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置13分别与模拟图像传感器6、照明系统7、主控制系统10、图像无线发送装置11、药物释放装置8相连并提供直流电源，图像无线发送装置11直接将模拟图像传感器6采集到的模拟视频以无线方式传送到患者体外，主控制系统10与模拟图像传感器相连并实现对模拟图像传感器成像参数调节，主控制系统10与数字信号无线通讯装置12相连并实现与数字无线通讯装置的通讯，主控制系统10与药物释放装置8相连，并实现对药物释放装置8的控制，药物释放装置8与药舱15相连，永磁装置16与药物释放胶囊其它部分没有任何电气联接，永磁装置16固定在外壳9内表面。
所述的外壳9为胶囊体状，两端部为球状结构。
本实施例中的体外磁驱动装置2通过永久磁场控制药物释放胶囊1内的永磁装置16生成的永久磁场，根据永久磁场相互作用原理：同极性永久磁场相斥，异极性永久磁场相吸，且永久磁场间相互作用力与其距离有关，通过改变体外磁驱动装置的永久磁场极性与药物释放胶囊永久磁场之间的距离和极性，从而保证体外磁驱动装置对药物释放胶囊姿态和位置的控制。
本实施例中药物释放装置8以较高的压力将药舱15内的药物释放至消化道病灶组织表面，并且可多次重复将药舱15内的药物释放。
本实施例中的数字信号无线通讯装置12接收由体外施药操作装置3的无线单元20发送过来的药物释放控制信号，并将该控制信号传送到药物释放胶囊1的主控制系统10，主控制系统10根据该控制信号启动药物释放装置8实现药物释放。
本实施例中的无线能量接收线圈14接收由体外无线供能装置4的能量发射线圈22发送的交变电磁场，并将该交变电磁场转变为交流电动势，整流装置13将该交流电动势转变为合适的直流电源。
本实施例中的永磁装置16产生的永久磁场通过与体外磁驱动装置2的永磁装置18产生的永久磁场相互作用，同极性永久磁场相斥，异极性永久磁场相吸，实现体外磁驱动装置2对药物释放胶囊1的姿态和位置的调节。
本实施例中的体外磁驱动装置2包括永磁装置18和磁驱动装置17，永磁装置18安装在磁驱动装置17上，其中：磁驱动控制装置通过调节永磁装置18与药物释放胶囊1之间的位移和方向实现对药物释放胶囊1姿态和位置的调整。
所述的体外施药操作装置3包括剩余药量显示屏19、无线单元20和施药控制装置21，其中：药物释放胶囊1的主控制系统10实时采样药舱15剩余药量，将剩余药量转化为数字量，该数字量通过数字信号无线通讯装置12传送到无线单元20，无线单元20将剩余药量传送给剩余药量显示屏19并显示出来，控制者根据剩余药量的多少，通过施药控制装置21发出药物释放控制信号，该控制信号通过无线单元20传送给药物释放胶囊1的无线通讯装置12，由无线通讯装置12将传送给主控制系统10，主控制系统10根据控制信号启动药物释放装置8，药物释放装置8将药舱15内的药物释放到病理组织。
所述的体外无线供能装置4包括：体外无线能量发射线圈22和电源控制器23，其中：电源控制器23与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈22，体外无线能量发射线圈22将控制信号转变为交变电磁场并输出至药物释放胶囊1。
本实施例中所述的体外无线能量发射线圈22和电源控制器23通过具体电缆直接连接，电源控制器23内的控制信号直接驱动无线能量发射线圈22实现将电能转化为交变电磁场得以实现。
所述的体外图像实时处理装置5包括：体外图像实时接收模块24和计算机工作站25，其中：体外图像实时接收模块24实时接收由药物释放胶囊1发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站25，计算机工作站25将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现药物释放胶囊1姿态、位置控制和药物释放操作提供图像导航功能。
本装置通过以下方式进行工作：患者通过吞服药物释放胶囊，体外无线供能装置开始工作，电源控制器将直流电源转变为一定频率的交变信号并传送到体外无线能量发射线圈，体外无线能量发射线圈将电能转变为一定频率的交变磁场，该交变磁场被体内药物释放胶囊里的无线能量接收线圈接收，在线圈内部产生交变电动势，该交变电动势被整流装置进行滤波整流后生成直流电源，该直流电源给药物释放装置、模拟图像传感器、药舱、主控制系统、图像无线发送装置和数字信号无线收发装置提供电源。模拟图像传感器、主控制系统和图像无线发送装置即开始工作。模拟图像传感器将消化道壁的图像通过图像无线传送装置传送到体外，由体外图像实时接收模块接收并传送到计算机工作站，计算机工作站将图像显示在屏幕上，操作者根据图像，控制永磁体控制装置改变永磁体的位置和方向，体内药物释放胶囊的永磁装置跟随体外永磁装置的位置和姿态发生改变，改变药物释放胶囊在消化道内的位置和状态，模拟图像传感器可以检测不同位置和姿态情况下消化道壁的图像并传送到体外，从而确保操作者在图像导航下对消化道开展“定点”和“定向”的诊断。在诊断过程中，当发现有疾病时，在图像引导下，操作者控制药物释放胶囊停留在疾病表面，使药物释放胶囊的药物释放装置紧贴疾病表面，操作者利用体外施药操作装置的施药控制装置发出药物释放操作控制信号，该控制信号通过无线单元传送给药物释放胶囊，由数字信号无线收发装置接收并传送到主控制系统，主控制系统启动药物释放装置工作，对疾病表面开展药物释放治疗，在药物释放过程中，主控系统实时检测药舱内剩余药量，主控制系统对剩余药量进行模数转换后传送到数字信号无线收发装置，并由数字信号无线收发装置传送到体外，体外施药操作装置的无线单元接收到该剩余药量信号后，传送到剩余药量显示屏上，操作者可以实时掌握药物释放部位的剩余药量多少，并结合模拟图像传感器检测到的图像对疾病表面开展药物释放，在药物释放过程中，操作者可以操作体外磁驱动装置改变药物释放胶囊的姿态和位置，借助于工作站上的图像导航，以实现对病灶部位的全方位耙向药物释放。
Claims (7)
1.一种基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征在于，包括：药物释放胶囊系统、体外磁驱动装置、体外施药操作装置、体外无线供能装置和体外图像实时处理装置，其中：药物释放胶囊系统位于消化道内并采集消化道环境信息，体外施药操作装置与药物释放胶囊系统以无线方式连接并传输热疗控制信息，体外图像实时处理装置与药物释放胶囊系统以无线方式连接并传输胶囊视频信息并以图形方式输出，体外无线供能装置向药物释放胶囊系统以交变磁场方式提供能量，体外磁驱动装置与药物释放胶囊系统通过磁力实现对药物释放胶囊姿态和位置的控制。
2.根据权利要求1所述的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征是，所述的药物释放胶囊系统包括：模拟图像传感器、照明系统和药物释放装置以及外壳及设置于其内部的主控制系统、图像无线发送装置、数字信号无线通讯装置、整流装置、无线能量接收线圈、药舱和永磁装置，其中：模拟图像传感器和照明系统安装在外壳的外侧端部，药物释放装置安装在药物释放胶囊系统外壳的外表面，永磁装置安装在外壳与药物释放装置之间，无线能量接收线圈接收由体外无线供能装置发送的交变磁场并转化为交流电动势，整流装置与无线能量接收线圈相连并将交流电动势转化为直流电压，整流装置分别与模拟图像传感器、照明系统、主控制系统、图像无线发送装置、药物释放装置相连并提供直流电源，图像无线发送装置直接将模拟图像传感器采集到视频图像传送到体外，主控制系统与模拟图像传感器相连，实现对模拟图像传感器成像参数调节，主控制系统与数字信号无线通讯装置相连，实现与数字信号无线通讯装置的通信，主控制系统与药物释放装置相连，实现对药物释放装置的控制，药物释放装置与药舱相连，实现将药舱内的药释放到消化道病理组织表面。
3.根据权利要求2所述的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征是，所述的外壳为胶囊体状，两端部为球状结构。
4.根据权利要求2所述的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征是，所述的体外磁驱动装置为具有永磁体的磁驱动控制装置，其中：磁驱动控制装置通过调节永磁体与药物释放胶囊系统之间的位移和方向实现对药物释放胶囊系统姿态和位置的调整。
5.根据权利要求2所述的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征是，所述的体外施药操作装置包括：剩余药量显示屏、无线单元和施药操作装置，其中：剩余药量显示屏将药物释放胶囊内剩余的药量显示在屏幕上，施药操作装置发出施药控制信号，该控制信号通过无线单元传送到消化道内的药物释放胶囊，药物释放胶囊根据控制信号发出控制信号到药物释放装置，药物释放装置对病灶部位开展药物释放治疗。
6.根据权利要求1所述的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征是，所述的体外无线供能装置包括：体外无线能量发射线圈和电源控制器，其中：电源控制器与直流或交流电源相连并输出具有时序的控制信号至体外无线能量发射线圈，体外无线能量发射线圈将控制信号转变为交变电磁场并输出至药物释放胶囊系统。
7.根据权利要求1所述的基于无线供能的体外磁控制药物释放胶囊系统，其特征是，所述的体外图像实时处理装置包括：体外图像实时接收模块和计算机工作站，其中：体外图像实时接收模块实时接收由药物释放胶囊系统发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站，计算机工作将图像显示在计算机屏幕上，为操作控制者实现药物释放胶囊系统姿态、位置控制和热疗操作提供图像导航功能。
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