[实用新型]基于灵巧机器人的磁控主动式胶囊内窥镜运动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及胶囊内窥镜运动控制系统，尤其涉及基于灵巧机器人的磁控主动式胶囊内窥镜运动控制系统。

背景技术

当前，消化道疾病已成为最常见最多发的疾病之一。临床上常用的内窥镜检查都是使用插管的方式，但由于消化道狭窄曲折，长距离插入困难，小肠成为检查的“盲区”。另一方面，在检查过程中患者痛苦大，容易造成交叉感染，引起诸多并发症。 

和传统内窥镜相比，胶囊内窥镜有诸多优点，其操作方便、易耐受、微创、小肠诊断率高、避免交叉感染、全胃肠道彩色图像、资料利于会诊、教学、保存。

但是目前的临床产品还存在很多缺陷，例如：仅靠胃肠道蠕动和重力被动提供动力前行，拍摄过程随机，无法对可疑病灶进行重点观察；不能对胶囊进行定位和主动控制，易发生漏检及体内嵌顿、滞留现象；检测耗时较长；无法进行活检和镜下治疗。

现有的胶囊内窥镜主动控制方法主要有两大类。第一类方法中，动力装置与胶囊内窥镜一体，其驱动力来于体内胶囊本身，包括形状记忆合金驱动、蠕动式驱动、电刺激驱动、压电陶瓷驱动、液压驱动、气动驱动等。1979年Frazer在其实用新型专利文献（美国实用新型专利：US4176662）提出蠕动式驱动方式，适用于管道机器人、肠道机器人等领域。该类微型机器人主要包括前气囊、后气囊和风箱三个部分。通过周期性的控制前后气囊与风箱的充气放气，实现微型机器人在肠道内的前进或后退。2005年，韩国学者Kim 等人提出利用压电陶瓷驱动一个仿蚯蚓机器人（“An earthworm-like locomotive mechanism for capsule endoscopes”, IROS2005, pp: 2997-3002, 2005）。2006年，韩国学者Park等人模拟单人划船，提出胶囊内窥镜的划桨式驱动方法（“Multi-functional capsule endoscope for gastro-intestinal tract, “SICE-ICASE, 2006. International Joint Conference, Pp. 2090-2093, 2006）。2009年，意大利学者Valdastri等人提出带倒钩的多腿驱动方式（“A New Mechanism for Mesoscale Legged Locomotion in Compliant Tubular Environments”，IEEE Transactions on Robotics, 25(5): 1047-1057,  2009）。此类驱动方式应用于胶囊内窥镜存在以下缺点：一是其驱动装置与内窥镜一体，驱动装置大大增加了内窥镜的尺寸。二是其驱动能量来自于电能，驱动机构要分享胶囊内部的电能。目前无线能量传输技术尚不够成熟，胶囊内窥镜的能量主要由内置电池提供。若要提供足够的电能，则需要增加内置电池数量，继而导致胶囊内镜的尺寸进一步增加。三是采用机械装置驱动，可能对消化道造成损害。因此，动力装置内置的方式不适合于胶囊内窥镜。

第二类主动控制方法是非接触式的驱动方式，如微波驱动、磁场驱动等。非接触式驱动不需要使用胶囊内置的电池电能，不增加（或仅少量增加）胶囊尺寸，对消化道无损伤，因此，非接触式驱动能够满足胶囊内窥镜的应用需求。目前，国内外胶囊内窥镜的驱动研究主要集中在磁场驱动方向。日本奥林巴斯株式会社公司中国分公司在专利文献（JP2004-255174，CN200480003501.X）中提出采用外加三维旋转磁场进行驱动的方案。在该方案中，胶囊内置磁体外表嵌有螺纹，依靠由大型电磁铁产生的三维旋转磁场产生推动力前行。通过改变外磁场的方向来控制胶囊运动方向，通过改变产生外磁场的电流强度、频率来改变胶囊的运动速度。该方案能够实现胶囊的运动驱动，但是三维旋转磁场的控制方法十分复杂，螺旋结构胶囊通过转动实现平移前进，螺旋结构与肠道会产生接触摩擦而引起肠道粘连，从而对人体肠道造成较大伤害，不利于临床推广应用。而且，该装置过于笨重且能量消耗极大。