专利名称：基于数字图像导航的体外磁控制取样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检测具有非常重要的作用，而人体全消化道总长超过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取样带来很大的挑战。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，通过胶囊图像发现有疾病病灶，进一步确定疾病类型时，需要通过消化道疾病周围的生物组织取样分析确定疾病类型，实现消化道疾病组织的取样要求，对于胃部以上消化道和结肠以下消化道在胃镜和肠镜的视频图像导航下可完成取样工作，但在取样过程中仍然存在导致胃创伤、肠创伤的风险，取样过程中患者需要承受巨大痛苦。对于小肠所在的消化道存在的病理组织取样，无法采用传统的胃镜和肠镜，需要通过手术方法实现病理组织取样，这对于患者而言造成的痛苦是可想而知的。现有胶囊内窥镜仅仅具备消化道图像的拍摄功能，不具备消化道病理组织的取样功能。现有技术检索虽然胃镜和肠镜具备在上消化道和结肠以下消化道诊断疾病并开展病理取样的功能，但在诊断和取样过程存在创伤和给患者带来很大痛苦，同时不具备诊断小肠疾病和在小肠病理取样的功能，因此现有技术无法满足临床无创诊断和病理组织取样的实际需求。经过对现有技术的检索发现，发表在《Gastrointestinal Endoscopy)) Vol. 72， No. 5, 2010 上的论文"Remote magnetic control of a wireless capsule endoscope in the esophagus is safe andfeasible :results of a randomized, clinical trial in healthy volunteers”公开一种体外磁控制图像胶囊技术，该论文通过体外磁场控制志愿者服务的磁控图像胶囊，完成在志愿者胃部疾病的图像图像诊断，通过与没有体外磁控制的图像胶囊对比实验，证明利用体外磁场控制图像胶囊在消化道内的姿态和位置是安全和可行的。该论文的研究成果虽然证明体外磁控制图像胶囊的安全性和可行性，但该磁控制图像胶囊没有组织取样功能，即通过胶囊图像发现消化道疾病后，无法对消化道疾病的病理组织开展取样。
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取样胶囊系统，通过体外磁场控制消化道内的取样胶囊系统，能够实现对消化道系统任意方向和部位开展图像拍摄，通过无线传输装置传输至体外，医生根据拍摄到的图像可以对消化道疾病开展详细的诊断，当发现有疾病病灶时，通过体外磁场，操作者控制取样胶囊系统“定位”于病灶部位，取样胶囊系统可以将病灶部位的图像实时传送至体外，在图像的导引下，操作者控制取样胶囊系统对病灶部位的病理组织开展取样，在取样过程中，取样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取样控制提供图像导航，直至完成病理组织的取样保存全过程。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括取样胶囊、体外磁驱动装置、体外取样控制装置和体外图像实时处理装置，其中取样胶囊系统位于消化道内并采集消化道环境信息，体外图像实时处理装置与取样胶囊系统以无线方式连接并传输胶囊数字图像信息并以图形方式输出，体外磁驱动装置通过磁力实现对取样胶囊姿态和位置的控制，体外取样控制装置与取样胶囊以无线方式连接并进行取样操作控制。所述的取样胶囊包括取样装置、照明系统、光学系统、外壳及设置于其内部的主控制系统、数字图像传感器、无线收发模块、电源管理模块、存储仓、电池和永磁装置，其中 永磁装置产生的永久磁场与体外磁驱动装置产生的永久磁场之间的磁力实现取样胶囊姿态和位置的调节，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，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转化为电磁波并发送至体外，取样装置设置于外壳的外部并分别与存储仓和主控制系统相连以保存采样组织并接收控制指令。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包括磁场发生装置和位置调整机架，其中磁场发生装置固定设置于位置调整机架上并对取样胶囊提供磁场。所述的体外取样控制装置包括无线通讯单元和取样控制装置，通过取样控制装置发出取样操作信号，该信号由无线通讯单元通过无线通讯方式传送至取样胶囊。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取样胶囊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，为操作控制者实现取样胶囊姿态、位置控制和取样操作提供图像导航功能。本发明集图像采集和病理组织取样功能于一体，运用本取样胶囊系统，对消化道疾病可以运用图像诊断和病理组织分析的定量诊断，诊断过程中无创、无痛苦，在临床上具有重要的实际意义。图1为本发明工作原理示意图。图2为取样胶囊结构示意图。图3为体外磁驱动结构示意图。图4为体外取样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。本装置通过以下方式进行工作打开取样胶囊1的电池开关16，患者通过吞服取样胶囊，电源模块12将电池14电压转化为合适电压，该电压被传送到无线收发模块11、主控制系统9、数字图像传感器10、取样装置5、照明系统6，取样胶囊1开始工作，数字图像传感器10采集消化道图像，数字图像传感器10将采集到的图像数据传送给主控制系统9，主控制系统9将图像数据传送给无线收发模块11并以电磁波形式传送到体外，由体外图像实时接收模块21接收并传送到计算机工作站22，计算机工作站22将图像显示在屏幕上，在图像导航帮助下，操作者体外控制永磁装置2改变永磁装置17的位置和方向，体内取样胶囊1 的永磁装置15跟随体外永磁装置17的位置和姿态发生改变，改变取样胶囊在1消化道内姿态和位置，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”的图像拍摄。在诊断过程中，当发现有消化道疾病时，在胶囊图像导航帮助下，操作者控制取样胶囊1与病灶病理组织相对姿态和位置，使取样胶囊1的取样装置5紧贴病理组织，操作者利用体外取样控制装置3的取样操作装置20发出取样控制信号，该控制信号通过无线通讯单元19传送至传送取样胶囊1，由无线收发装置11接收并传送到主控制系统9，主控制系统9启动取样装置5工作，取样装置5对病理组织取样，并将取样获得的病理组织样本送入存储仓13保存。在取样过程中，操作者可以操作体外磁驱动装置2改变取样胶囊1的姿态和位置，借助于工作站21上的图像导航，以实现对病理组织的取样操作。


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取样胶囊系统，包括取样胶囊、体外磁驱动装置、体外取样控制装置和体外图像实时处理装置，取样胶囊位于消化道内并采集消化道环境信息，体外图像实时处理装置与取样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，体外磁驱动装置以磁力方式改变取样胶囊的姿态和位置，体外取样控制装置与取样胶囊以无线方式连接并进行取样操作控制。本发明实现在数字图像导航下，体外操作控制者对操作控制取样胶囊开展消化道组织取样。