专利名称：基于数字图像导航的体外磁控制药物释放胶囊系统的制作方法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 和隐蔽化方向发展。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。而现有胶囊内 镜仅仅具体消化道图像的拍摄功能，不具备发现消化道产生后对消化道疾病开展治疗的功 能，因此无法对消化道疾病开展治疗。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。
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于数字图像导航的体外磁控制 药物释放胶囊系统，实现主动控制该药物释放胶囊系统在消化道内的姿态和位置，克服胶3囊系统受消化道蠕动“被动”运行方式的缺陷，药物释放胶囊系统携带的数字图像传感器能 够对消化道图像进行拍摄，并通过无线传输方式传送至体外，医生根据拍摄到的图像对消 化道疾病开展详细的诊断，当发现有疾病时，通过体外磁场，操作者控制药物释放胶囊系统 “定位”于疾病部位，药物释放胶囊系统可以将疾病部位的图像实时传送至体外，在胶囊数 字图像的导航，操作者控制药物释放胶囊系统对疾病部位“耙向”施药治疗，在施药过程中 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施 药控制提供图像导航帮助，直至完成病灶部位的施药治疗全过程。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、体外施药控制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进行药 物缓释，体外施药控制装置与药物释放胶囊以无线方式连接并传输药物释放控制信息，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，体外磁驱动装置与药物释放胶囊通过磁力实现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照明系统、光学系统和药物释放装置、外壳及设置于其 内部的主控制系统、数字图像传感器、图像无线发送装置、无线收发模块、电源管理模块、药 仓、电池和永磁体，其中药物释放装置安装在药物释放胶囊外壳的外表面以实现局部药物 释放以及药物释放部位温度实时测量，永磁体安装在药物释放胶囊一端，并与体外磁驱动 装置产生的永久磁场产生相互吸引或相互排斥的磁力，通过磁力改变药物释放胶囊的姿态 和位置，电源管理模块与电池相连并将直流电压分别输出至数字图像传感器、照明系统、主 控制系统、无线收发模块和药物释放装置，光学系统、照明系统和数字图像传感器依次串联 并设置于外壳的端部，数字图像传感器与主控制系统相连并输出数字图像，无线收发模块 与主控制系统相连并将数字图像传感器采集到的视频信息以及采集到的温度信息转化为 电磁波并发送至体外，药物释放装置分别与药仓和主控制系统相连以获取药物并接收控制 指令。所述的外壳为胶囊体状，两端部接近光滑球头状。所述的体外磁驱动装置包括永磁体和位置调整机架，其中永磁体固定设置于 位置调整机架上并对药物释放胶囊提供磁场。所述的体外施药控制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系统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系统，药物释放 胶囊系统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、位置控制和药物释放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系统的姿态和位置 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系统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。 图1为本发明工作原理示意图。图2为药物释放胶囊结构示意图。图3为体外磁驱动结构示意图。图4体施药疗操作控制装置结构示意图。图5为体外图像实时处理装置示意图。
所述的体外图像实时处理装置4包括体外图像实时接收模块22和计算机工作站 23，其中体外图像实时接收模块22由具有数字无线通讯功能的通用电子元器件构成并接 收由药物释放胶囊发送的数字图像信息，体外图像实时接收模块22实时接收由药物释放 胶囊系统1发送到体外的拍摄图像并传送到计算机工作站23，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1，开关13关闭，电源 管理模块12将电池15电压转化为合适电压，药物释放胶囊1开始工作，数字图像传感器10 将采集到的消化道壁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22 接收并传送到计算机工作站23，计算机工作站23将图像显示在屏幕上，操作者根据图像， 控制体外磁驱动装置的永磁体17改变方向和位置，体内药物释放胶囊的永磁体16跟随体 外永磁体17的位置和姿态发生改变，改变药物释放胶囊1在消化道内的位置和状态，数字 图像传感器10可以检测不同姿态和位置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1停留在疾病表面，使药物释放胶囊1的药 物释放装置7紧贴疾病表面，操作者利用体外施药控制装置3的施药调节系统21发出施药 控制信号，该控制信号通过无线收发模块11传送药物释放胶囊，由药物释放胶囊系统1的 无线收发模块11接收并传送到主控制系统9，主控制系统9启动药物释放装置7工作，对疾 病表面开展药物“耙向”释放治疗，在施药过程中，主控系统实时检测药仓14内剩余药量， 主控制系统9对剩余药量进行AD转换后传送到无线收发模块11，并由无线收发模块11传 送到体外，体外施药控制装置3的无线单元20接收到该剩余药量信号后，传送到剩余药量 显示屏19上，操作者可以实时掌握施药部位的剩余药量多少，并结合数字图像传感器10检 测到的图像对疾病表面开展施药，在施药过程中，操作者可以操作体外磁驱动装置2改变 药物释放胶囊的姿态和位置，借助于工作站23上的图像导航，以实现对疾病部位的全方位 和“耙向”药物释放治疗。


一种医疗器械技术领域的基于数字图像导航的体外磁控制药物释放胶囊系统，包括药物释放胶囊、体外磁驱动装置、体外施药控制装置和体外图像实时处理装置，药物释放胶囊位于消化道内进行药物缓释，体外施药控制装置与药物释放胶囊传输药物释放控制信息，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，体外磁驱动装置与药物释放胶囊通过磁力实现对药物释放胶囊姿态和位置的控制。本发明实现主动控制药物释放胶囊在消化道内的姿态和位置，可根据拍摄到的图像对消化道疾病开展详细的诊断，为操作者的体外磁控制和施药控制提供图像导航帮助，直至完成病灶部位的施药治疗全过程。