消化道癌前病變無創(chuàng)檢查系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種內(nèi)窺鏡領(lǐng)域的消化道癌前病變無創(chuàng)檢查系統(tǒng)，包括：人機界面、控制器、無線供能子系統(tǒng)和位于體內(nèi)的機器人，其中：機器人包含白光/熒光圖像采集模塊，可采集被檢查者的消化道圖像信息；人機界面分別通過接口與控制器和無線供能子系統(tǒng)相連，無線供能子系統(tǒng)通過能量發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場向機器人提供能量，該能量由機器人的能量接收線圈接收，控制器通過無線通訊向機器人輸出控制命令并接收機器人的數(shù)據(jù)；本發(fā)明通過機器人運行機構(gòu)實現(xiàn)在腸道內(nèi)的自主爬行，機器人的徑向運動機構(gòu)可實現(xiàn)對腸道的擴張，降低檢查過程的漏檢率，封閉式的徑向運動機構(gòu)不會夾住腸道組織，提高了機器人的安全性。
【專利說明】消化道癌前病變無創(chuàng)檢查系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種內(nèi)窺鏡領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種消化道癌前病變無創(chuàng)檢查系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]消化道腫瘤是惡性腫瘤中常見的一種腫瘤，包括食管癌、胃癌、結(jié)直腸癌等。食管癌是指起源于食管鱗狀上皮的鱗癌和起源于Barrett食管的食管腺癌,而胃癌則包括賁門癌和胃腺癌等，結(jié)直腸癌則指起源于結(jié)直腸上皮組織的腺癌等。2008年Globcan資料顯示，結(jié)直腸癌、胃癌及食管癌分列各腫瘤年齡標(biāo)化發(fā)病率的第4、6、9位，而胃癌年齡標(biāo)化死亡率則僅次于肺癌和乳腺癌，位居第三位，結(jié)直腸癌和食管癌的年齡標(biāo)化死亡率也位居所有腫瘤前十位。由此可見，消化道腫瘤的防治在腫瘤防治中依舊具有舉足輕重的地位。消化道癌變病情隱匿，很多患者就診時即已至進(jìn)展期，延誤了最佳治療時機。臨床實踐表明，早期消化道癌變良好及時治療后的5年及以上的生存率達(dá)90%以上，有的甚至可以痊愈。因此提高早期消化道癌變的診斷水平對消化道癌變的早發(fā)現(xiàn)和早治療尤為重要，但目前臨床上仍缺乏經(jīng)濟、簡便、有效的篩查和早期診斷手段。
[0003]消化道癌變的發(fā)生、發(fā)展是一個由量變到質(zhì)變的過程，因此，診查癌前病變及監(jiān)測預(yù)后是防癌和治癌的關(guān)鍵?，F(xiàn)代分子生物學(xué)研究表明，從正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為惡性細(xì)胞要經(jīng)歷多個步驟，在這個過程中周邊生化環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生質(zhì)的變化，如基因突變，繼而導(dǎo)致基因表達(dá)異常，細(xì)胞中蛋白質(zhì)和酶的變化引起代謝比如卟啉代謝的變化，這些變化形成后變成特殊的宿主體，癌細(xì)胞才能生存。研究表明，這些特殊宿主體在不同波長單色光的激發(fā)下發(fā)出熒光，該熒光無需通過外源性物質(zhì)產(chǎn)生，因此又稱固有熒光。固有熒光主要是由粘膜下層膠原受到激發(fā)產(chǎn)生，對于癌前病變組織，由于上皮細(xì)胞增生導(dǎo)致組織致密，阻擋了部分激發(fā)光，亮度減弱呈暗色。因此，通過 熒光的顏色、亮度及熒光光譜特性，即可揭示特殊宿主體的生物化學(xué)特征，從而進(jìn)行癌前病變組織的檢測。
[0004]腸胃道在一般情況下是塌陷的，并且會因為塌陷形成許多皺褶，癌變組織通常會隱藏在這些皺褶里面。如果沒有把消化道撐開后再對其進(jìn)行檢查的話往往會出現(xiàn)許多漏檢，所以消化道癌前病變無創(chuàng)診查微型機器人系統(tǒng)需要設(shè)計一個可以撐開消化道的運動機構(gòu)來降低診查的漏檢率。機器人需要擁有在腸道自主運動的能力來提高診查的自主性。由于消化道的長度較長，無拖纜化對于實現(xiàn)機器人對全消化道的診查有很大幫助。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN 103211564，
【公開日】2013-07-24，記載了一種用于胃腸道的微型機器人，包括:軸向伸縮機構(gòu)、頭部徑向鉗位機構(gòu)和尾部徑向鉗位機構(gòu)，其中:頭部徑向鉗位機構(gòu)由徑向動力裝置與軸向伸縮機構(gòu)相連，徑向鉗位機構(gòu)包括:相互哨合的機構(gòu)輸出齒輪和調(diào)速輸出齒輪、至少3條均勻分布于機構(gòu)輸出齒輪外圓周的螺旋線腿和鉗位調(diào)速裝置。但該現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明相比的實質(zhì)性缺陷在于:該文獻(xiàn)中機構(gòu)的鉗位腿打開后呈開放狀，沒有形成封閉面，存在夾住腸道并對腸道造成損傷的可能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種消化道癌前病變無創(chuàng)檢查系統(tǒng)，能夠通過白光/熒光攝像頭對消化道區(qū)域進(jìn)行檢查，并且通過機器人運動機構(gòu)實現(xiàn)其在腸道內(nèi)的自主爬行，機器人的徑向運動機構(gòu)可實現(xiàn)對腸道的擴張，降低檢查過程的漏檢率，封閉式的徑向運動機構(gòu)不會夾住腸道組織，提高了機器人的安全性。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括:人機界面、控制器、無線供能子系統(tǒng)和位于體內(nèi)的機器人，其中:人機界面分別通過接口與控制器和無線供能子系統(tǒng)相連，無線供能子系統(tǒng)通過能量發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場向機器人提供能量，該能量由機器人的能量接收線圈接收，控制器通過無線通訊向機器人輸出控制命令并接收機器人的數(shù)據(jù)；
[0008]機器人的整體為膠囊形狀，包括:用于采集消化道內(nèi)圖像的圖像采集模塊、前端徑向運動機構(gòu)、用于供能的無線供能模塊、后端徑向運動機構(gòu)、位于兩個徑向運動機構(gòu)中間的軸向伸縮機構(gòu)以及機器人控制模塊，其中:機器人控制模塊接收控制器的控制命令、向控制器傳輸數(shù)據(jù)并控制圖像采集模塊、兩個徑向運動機構(gòu)和軸向伸縮機構(gòu)；
[0009]如端徑向運動機構(gòu)和后端徑向運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)相冋，包括:兩個內(nèi)齒圈、兩個固定擋板、徑向齒輪減速箱、徑向電機和三組鉗位腿，其中:兩個內(nèi)齒圈的內(nèi)端面相向設(shè)置，外端面分別與一個固定擋板相連，分別由兩個相反轉(zhuǎn)動且與徑向齒輪減速箱相連的齒輪驅(qū)動，各組鉗位腿分別與兩個內(nèi)齒圈相連且沿圓周等間距布置，兩個內(nèi)齒圈相對轉(zhuǎn)動時三組鉗位腿旋轉(zhuǎn)從而徑向伸出或縮回，徑向電機由機器人控制模塊控制運行且由徑向齒輪減速箱減速增力；
[0010]軸向伸縮機構(gòu)包括:由機器人控制模塊控制運行的軸向電機、與軸向電機相連的軸向齒輪減速箱、絲杠、螺母和導(dǎo)桿，其中:絲杠與軸向齒輪減速箱的輸出端相連，導(dǎo)桿與絲杠平行設(shè)置，螺母分別與絲杠和導(dǎo)桿相套接，螺母與其中一個徑向運動機構(gòu)的徑向電機相連。
[0011]所述的絲杠和軸向電機平行設(shè)置，兩者端部分別與軸向齒輪減速箱相連。
[0012]所述的兩個徑向電機與軸向電機平行設(shè)置且外側(cè)套設(shè)圓柱形固定件，該圓柱形固定件的外側(cè)套設(shè)能量接收線圈。
[0013]所述的兩個內(nèi)齒圈的內(nèi)端面分別與一個圓環(huán)相連以實現(xiàn)軸向限位。
[0014]所述的各個內(nèi)齒圈與固定擋板之間分別設(shè)有滾珠以實現(xiàn)滾動摩擦。
[0015]所述的兩個固定擋板由三個圓柱套筒進(jìn)行軸向限位，由螺絲與擋板進(jìn)行固定。
[0016]所述的各個鉗位腿包括:兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件和一個瓦片狀零件，其中:兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件的一端相互鉸接，鉸接處轉(zhuǎn)動連接瓦片狀零件，該瓦片狀零件與腸道壁呈面接觸以減小對腸道的損傷，并可以自由轉(zhuǎn)動適應(yīng)腸道壁易變形的特點，兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件的另一端分別與兩個內(nèi)齒圈固定，鉗位腿隨著內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)動打開與關(guān)閉。
[0017]所述的數(shù)據(jù)包括:徑向電機和軸向電機的電流采樣值，以及機器人的運行狀態(tài)。
[0018]所述的機器人控制模塊包括:機器人機構(gòu)驅(qū)動及控制、無線通信、電機電流檢測及反饋。
[0019]所述的圖像采集模塊包括:紫外單色光源、白光光源、短焦鏡頭、圖像傳感器、圖像處理電路、圖像傳輸通信。[0020]所述的無線供能子系統(tǒng)包括:磁芯、接收線圈、諧振電路、整流電路、穩(wěn)壓電路。
技術(shù)效果
[0021]本發(fā)明通過消化道腔內(nèi)白光/熒光圖像采集及體內(nèi)的機器人實現(xiàn)了檢測裝置在受試者消化道內(nèi)可控、有效的驅(qū)動運動，實現(xiàn)了對消化道組織白光/熒光圖像的可控和長時間檢測、檢測結(jié)果向體外的無線發(fā)送，實現(xiàn)了對全消化道的無創(chuàng)、無痛苦檢查。通過機器人前端徑向運動機構(gòu)可以擴張塌陷的腸道，降低檢查的漏檢率。通過無線供能子系統(tǒng)實現(xiàn)了對消化道腔內(nèi)白光/熒光圖像采集及體內(nèi)的機器人的無線供能，突破了當(dāng)前消化道檢測裝置采用電池功能時工作時間的限制、采用拖纜供能時不能實現(xiàn)對全消化道實施檢測的限制。采用人機界面及控制子系統(tǒng)實現(xiàn)了對檢測過程的自動控制、檢測結(jié)果的無線傳輸及處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；
[0023]圖2為機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為機器人的徑向運動機構(gòu)原理圖；
[0025]圖4為機器人的徑向運動機構(gòu)打開示意圖；
[0026]圖5至圖8為圖4中各步驟的結(jié)構(gòu)放大圖；
[0027]圖9為機器人的軸向伸縮機構(gòu)和無線供能模塊示意圖；
[0028]圖10為機器人在腸道內(nèi)運動的原理圖。
【具體實施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0030]如圖1所示，本實施例包括:人機界面、控制器、無線供能子系統(tǒng)和位于體內(nèi)的機器人，其中:人機界面分別通過接口與控制器和無線供能子系統(tǒng)相連，無線供能子系統(tǒng)通過能量發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場向機器人提供能量，該能量由機器人的無線供能模塊3的能量接收線圈26接收，控制器通過無線通訊向機器人輸出控制命令并接收機器人的數(shù)據(jù)；
[0031]如圖2所示，機器人的整體為膠囊形狀，包括:用于采集消化道內(nèi)圖像的圖像采集模塊1、前端徑向運動機構(gòu)2、用于供能的無線供能模塊3、后端徑向運動機構(gòu)5、位于兩個徑向運動機構(gòu)2、5中間的軸向伸縮機構(gòu)4以及機器人控制模塊6，其中:機器人控制模塊6接收控制器的控制命令、向控制器傳輸數(shù)據(jù)并控制圖像采集模塊1、兩個徑向運動機構(gòu)和軸向伸縮機構(gòu)4 ；
[0032]如圖3至圖8所示，前端徑向運動機構(gòu)2和后端徑向運動機構(gòu)5結(jié)構(gòu)相同，包括:兩個內(nèi)齒圈10、14、兩個固定擋板8、16、徑向齒輪減速箱17、徑向電機18、25和三組鉗位腿13，其中:兩個內(nèi)齒圈10、14的內(nèi)端面相向設(shè)置，外端面分別與一個固定擋板8、16相連，分別由兩個相反轉(zhuǎn)動且與徑向齒輪減速箱17相連的齒輪驅(qū)動，各組鉗位腿13分別與兩個內(nèi)齒圈10、14相連且沿圓周等間距布置，兩個內(nèi)齒圈10、14相對轉(zhuǎn)動時三組鉗位腿13旋轉(zhuǎn)從而徑向伸出或縮回，徑向電機18、25由機器人控制模塊6控制運行且由徑向齒輪減速箱17減速增力；
[0033]兩個內(nèi)齒圈10、14的內(nèi)端面分別與一個圓環(huán)11相連以實現(xiàn)軸向限位；
[0034]各個內(nèi)齒圈10、14與固定擋板8、16之間分別設(shè)有滾珠9以實現(xiàn)滾動摩擦；
[0035]兩個固定擋板8、16由三個圓柱套筒12進(jìn)行軸向限位，由螺絲7與擋板16進(jìn)行固定;
[0036]各個鉗位腿13包括:兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件和一個瓦片狀零件，其中:兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件的一端相互鉸接，鉸接處轉(zhuǎn)動連接瓦片狀零件，該瓦片狀零件與腸道壁呈面接觸以減小對腸道的損傷，并可以自由轉(zhuǎn)動適應(yīng)腸道壁易變形的特點，兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件的另一端分別與兩個內(nèi)齒圈固定，鉗位腿隨著內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)動打開與關(guān)閉。
[0037]如圖9所示，軸向伸縮機構(gòu)4包括:由機器人控制模塊6控制運行的軸向電機19、與軸向電機19相連的軸向齒輪減速箱20、絲杠22、螺母23和導(dǎo)桿24，其中:絲杠22與軸向齒輪減速箱20的輸出端相連，導(dǎo)桿24與絲杠22平行設(shè)置，螺母23分別與絲杠22和導(dǎo)桿24相套接，螺母23與徑向電機25相連；
[0038]絲杠22和軸向電機19平行設(shè)置，兩者端部分別與軸向齒輪減速箱20相連；
[0039]兩個徑向電機18、25與軸向電機19平行設(shè)置且外側(cè)套設(shè)圓柱形固定件21，該圓柱形固定件21的外側(cè)套設(shè)無線供能模塊3的能量接收線圈26 ；
[0040]所述的數(shù)據(jù)包括: 軸向電機和徑向電機的電流采樣值，以及機器人的運行狀態(tài)。
[0041]所述的機器人控制模塊6包括:機器人機構(gòu)驅(qū)動及控制、無線通信、電機電流檢測及反饋；
[0042]所述的圖像采集模塊I包括:紫外單色光源、白光光源、短焦鏡頭、圖像傳感器、圖像處理電路、圖像傳輸通信；
[0043]前端徑向運動機構(gòu)2除了參與機器人運動外，在系統(tǒng)采集圖像信息時還可以擴張塌陷的腸道，提高信息采集率。
[0044]如圖10所示，機器人運動一共分為四個步驟進(jìn)行，A第一步是后端徑向運動機構(gòu)5打開，前端徑向運動機構(gòu)2關(guān)閉，且軸向伸縮機構(gòu)4處于縮回狀態(tài)，這樣機器人后端由于后端徑向運動機構(gòu)5打開所產(chǎn)生的鉗位力被鉗位在某一點。B第二步，軸向伸縮機構(gòu)4伸長，由于機器人后端被鉗位住，機器人前端向前移動一個步距。C第三步，前端徑向運動機構(gòu)2打開，后端徑向運動機構(gòu)5關(guān)閉，這樣機器人前端由于前端徑向運動機構(gòu)2打開所產(chǎn)生的鉗位力被鉗位在某一點。D第四步，軸向伸縮機構(gòu)4縮回，機器人后端向前移動一個步距。這樣，在經(jīng)過四個運動步驟后，機器人整體向前運動一個步距。將四個運動步驟逆序運動可實現(xiàn)機器人的后退運動。
【權(quán)利要求】
1.一種消化道檢查系統(tǒng)，其特征在于，包括:人機界面、控制器、無線供能子系統(tǒng)和位于體內(nèi)的機器人，其中:人機界面分別通過接口與控制器和無線供能子系統(tǒng)相連，無線供能子系統(tǒng)通過能量發(fā)射線圈產(chǎn)生交變磁場向機器人提供能量，該能量由機器人的能量接收線圈接收，控制器通過無線通訊向機器人輸出控制命令并接收機器人的數(shù)據(jù)； 機器人的整體為膠囊形狀，包括:用于采集消化道內(nèi)圖像的白光/熒光圖像采集模塊、前端徑向運動機構(gòu)、用于供能的無線供能模塊、后端徑向運動機構(gòu)、位于兩個徑向運動機構(gòu)中間的軸向伸縮機構(gòu)以及機器人控制模塊，其中:機器人控制模塊接收控制器的控制命令、向控制器傳輸數(shù)據(jù)并控制圖像采集模塊、兩個徑向運動機構(gòu)和軸向伸縮機構(gòu)； iu端徑向運動機構(gòu)和后端徑向運動機構(gòu)結(jié)構(gòu)相冋，包括:兩個內(nèi)齒圈、兩個固定擋板、徑向齒輪減速箱、徑向電機和三組鉗位腿，其中:兩個內(nèi)齒圈的內(nèi)端面相向設(shè)置，外端面分別與一個固定擋板相連，分別由兩個相反轉(zhuǎn)動且與徑向齒輪減速箱相連的齒輪驅(qū)動，各組鉗位腿分別與兩個內(nèi)齒圈相連且沿圓周等間距布置，兩個內(nèi)齒圈相對轉(zhuǎn)動時三組鉗位腿旋轉(zhuǎn)從而徑向伸出或縮回，徑向電機由機器人控制模塊控制運行且由徑向齒輪減速箱減速增力； 軸向伸縮機構(gòu)包括:由機器人控制模塊控制運行的軸向電機、與軸向電機相連的軸向齒輪減速箱、絲杠、螺母和導(dǎo)桿，其中:絲杠與軸向齒輪減速箱的輸出端相連，導(dǎo)桿與絲杠平行設(shè)置，螺母分別與絲杠和導(dǎo)桿相套接，螺母與其中一個徑向運動機構(gòu)的徑向電機相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的絲杠和軸向電機平行設(shè)置，兩者端部分別與軸向齒輪減速箱相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的兩個徑向電機與軸向電機平行設(shè)置且外側(cè)套設(shè)圓柱形固定件，該圓柱形固定件的外側(cè)套設(shè)能量接收線圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的兩個內(nèi)齒圈的內(nèi)端面分別與一個圓環(huán)相連以實現(xiàn)軸向限位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的各個內(nèi)齒圈與固定擋板之間分別設(shè)有滾珠以實現(xiàn)滾動摩擦。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的兩個固定擋板由三個圓柱套筒進(jìn)行軸向限位，由螺絲與擋板進(jìn)行固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的各個鉗位腿包括:兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件和一個瓦片狀零件，其中:兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件的一端相互鉸接，鉸接處轉(zhuǎn)動連接瓦片狀零件，該瓦片狀零件與腸道壁呈面接觸以減小對腸道的損傷，兩個圓弧結(jié)構(gòu)零件的另一端分別與兩個內(nèi)齒圈固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù)據(jù)包括:徑向電機和軸向電機的電流采樣值，以及機器人的運行狀態(tài)。
【文檔編號】A61B1/00GK103637762SQ201310738901
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】顏國正, 賀術(shù), 石煜, 王志武, 姜萍萍, 高晉陽, 劉大生 申請人:上海交通大學(xué)