[发明专利]基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及胶囊内窥镜的控制方法及医学检测领域，特别是涉及一种基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统及控制方法。

背景技术

传统的胶囊内镜主要依靠人体器官的蠕动和收缩沿消化道运动，行走极其缓慢而且容易出现漏检现象。它不能停留在某个固定的位置，也不能对病变部位进行进一步检查或执行某种操作。因此被动式胶囊内窥镜在一定程度上限制了胶囊内镜的取样、释放药物等新功能的发展。

为了实现胶囊内窥镜在人体内的主动运动与控制，国内外研究人员提出了多种新的胶囊内镜驱动方法，但大都处于探索阶段，还不能在医疗上成熟使用。常见的驱动机制大致包括蠕动式、电机式、压电式、磁致伸缩式、记忆合金式、仿生式、静电驱动式和电磁驱动式。

日本东京大学研制的一种模拟生物蠕动爬行的卫星胶囊由三个电磁驱动单元构成，此机器人可在直径10mm的管内前后移动，移动速度约为2.2mm/s。韩国的研究人员利用记忆合金的特性提出了一种基于记忆合金的胶囊内窥镜主动控制方法，可以较好的实现主动控制。另外韩国研究人员还相继提出了多足式胶囊内窥镜和蠕虫状肠道机器人。

以上驱动方式的一个共同特点是驱动本身需要消耗胶囊内部大量的能量。由于胶囊大小有限，因此其自身携带的电能有限。而且胶囊本身还要完成照明、图像获取和传输等功能。基于此种原因，上述方案的可行性受到了很大的限制。另外上述方法大大增加了胶囊本身结构的复杂性，如果胶囊在体内被损害将会对人体造成极大的危害，存在许多潜在的危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统及控制方法，其基于电磁驱动的胶囊主动运动控制则大大减小了胶囊电能的消耗，胶囊的运动方向由外磁场的方向来控制，运动速度决定于外磁场的强度和运行介质的特性等，提高安全性并简化胶囊本身结构。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统，其特征在于，其包括体内胶囊内窥镜、体外永磁体、三轴力传感器、机械手、数据处理电路、工作站、控制器；所述体内胶囊内窥镜与所述体外永磁体之间形成磁路，所述三轴力传感器用于测量所述体内胶囊内窥镜与所述体外永磁体产生的相互作用力以形成三轴力传感器数据信息，所述机械手用于控制所述体外永磁体的运动，所述数据处理电路对三轴力传感器数据信息进行处理并将处理后的三轴力传感器数据信息发送至所述工作站，所述工作站通过解析运算得出所述胶囊内窥镜的位置信息，并由操作人员通过所述控制器控制所述机械手的运动。

优选地，所述体内胶囊内窥镜包括透明玻璃罩、体内永磁体、CMOS成像器件、LED照明电路，电源；所述LED照明电路产生的光源透过透明玻璃罩照在体内消化系统内壁上，以使所述COMS成像器件实时获取消化系统内部信息；所述体内永磁体主要用于与体外永磁体形成磁路以控制胶囊内窥镜的运动。

优选地，所述三轴力传感器主要用于测量体内永磁体与体外永磁体在三维方向产生的相互作用力的大小。

优选地，所述数据处理电路将传感器获得的信息进行放大和模数转换从而得到工作站所需的控制信息。

优选地，所述工作站将得到的空间三维方向上的力通过相应的计算转化为三维方向上的距离信息，从而得出所述体内胶囊内窥镜与所述体外永磁体之间的相对位置。

优选地，所述控制器用于实时控制所述机械手的空间方向上的运动。

本发明还提供一种基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统的控制方法，所述控制方法采用上述的基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤一，口服体内胶囊内窥镜，体内胶囊内窥镜在体外永磁体的作用下运动；步骤二，三轴力传感器测得空间三维方向上体内永磁体与体外永磁体之间作用力的大小，经过放大及模数转换后得到所需的数字信号；步骤三，工作站接收上述数字信号，将磁体间作用力转化为磁体间的相对位置信息；步骤四，操作人员根据所得到的信息，通过控制器控制机械手的运动从而实现对胶囊的位置控制。

本发明的积极进步效果在于：本发明基于电磁驱动的胶囊主动运动控制则大大减小了胶囊电能的消耗，胶囊的运动方向由外磁场的方向来控制，运动速度决定于外磁场的强度和运行介质的特性等，提高安全性并简化胶囊本身结构；另外，本发明原理简单，易于实现，同时由于可以利用电磁感应原理对胶囊供电，使得胶囊在体内电能供应问题得到解决。本发明成本低廉，对人体无创伤，可以检测并定位出人体病变部位，解决了传统胶囊内镜无法定位的弊端。

附图说明

图1为整个系统的结构原理图；