用于膠囊內窺鏡的穿戴式無線能量傳輸設備的制作方法
【專利摘要】一種內窺鏡類【技術領域】的用于膠囊內窺鏡的穿戴式無線能量傳輸設備，包括：設置于體外穿戴式背心中的發(fā)射線圈及其發(fā)射控制電路、設置于膠囊中的鏡頭、照明器、圖像傳感器、微控制單元、通信模塊、接收電路以及接收線圈。本發(fā)明可產(chǎn)生隨人體移動的穩(wěn)定交變磁場，保證膠囊內窺鏡持續(xù)工作，且易于臨床實現(xiàn)。
【專利說明】用于膠囊內窺鏡的穿戴式無線能量傳輸設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種內窺鏡類【技術領域】的裝置，具體是一種用于膠囊內窺鏡的穿戴式無線能量傳輸設備。
【背景技術】
[0002]胃腸道疾病是人類的常見病，全世界患病率在10%以上，國內則在13%以上。其中超過40%的患者長期受胃腸道疾病折磨，每年死于胃腸道病的人數(shù)高達30萬人。胃腸道疾病的診斷一直是一大難題。胃鏡和腸鏡是國內外診斷和治療消化道疾病的傳統(tǒng)方法，然而目前臨床上使用時都是將攝像頭和組織取樣等裝置深入到胃部、腸管部位，對消化道內壁進行診斷，或組織取樣、微型手術等動作，在插入過程中，患者必須忍受很大痛苦，還有可能引起諸多并發(fā)癥。另外，小腸由于狹長多曲且位于消化道中部而難于用上述內窺鏡檢查到。
[0003]膠囊內窺鏡是針對這一問題的新技術，實現(xiàn)了低侵入性、非侵入性或微創(chuàng)診療。以色列的Given Imaging公司生產(chǎn)的世界上第一款稱為“PillCam”的膠囊狀無線內窺鏡，于2001年獲得美國藥監(jiān)部門的臨床試驗許可，開始大面積臨床使用。但由于空間限制，各種膠囊內窺鏡攜帶的紐扣電池數(shù)量有限，為了節(jié)省能量以延長工作時間，必須降低圖像幀率。除了定點檢測類，圖像采集速率僅為2-3幀/秒，分辨率也較低，無法對人體胃腸道做全程診查。
[0004]針對膠囊內窺鏡供能問題的研究，目前進展最大的是基于電磁耦合原理的無線能量傳輸。但目前這項技術主要用于汽車、手機、小家電以及體外醫(yī)療設備，對于體內能量傳輸大多處于研究階段，在膠囊內窺鏡上的應用極少。
[0005]經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN103654691，
【公開日】2014_3_26，記載了一種胃腸道癌前病變無創(chuàng)診查裝置，包括:胃腸道腔內白光/熒光圖像采集及無線傳送微型機器人診查子系統(tǒng)、躺臥床及驅動子系統(tǒng)、人機界面及控制子系統(tǒng)以及無線供能子系統(tǒng)，其中:所述的無線供能子系統(tǒng)系統(tǒng)包括:無線供能子系統(tǒng)包括:無線能量發(fā)射線圈、能量變換及控制模塊以及能源及管理模塊。但是該技術中的不足在與:其無線供能要求人體采用類似CT檢查的躺臥方式，診查過程中，受試者不能離開躺臥床，相對于人體一天左右的消化周期，這種方式對于受試者來說極為不便，且能耗大、效率低，臨床應用中耗費看護人員的時間和精力。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種用于膠囊內窺鏡的穿戴式無線能量傳輸設備，可隨人體移動，同時產(chǎn)生穩(wěn)定的交變磁場，保證膠囊內窺鏡持續(xù)工作，且易于臨床實現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括:設置于穿戴式背心中的發(fā)射線圈及其發(fā)射控制電路、設置于膠囊中的鏡頭、照明器、圖像傳感器、微控制單元、通信模塊、接收電路以及接收線圈，其中:發(fā)射控制電路產(chǎn)生方波信號以控制發(fā)射線圈，膠囊內的接收線圈與發(fā)射線圈電磁耦合產(chǎn)生感應電流，接收電路的輸入端與接收線圈相連以接收感應電流并分別向圖像傳感器以及鏡頭提供能量，鏡頭將攝取到的圖像傳輸至圖像傳感器并形成圖像信息，圖像傳感器與通信模塊相連并由通信模塊向體外輸出圖像信息，微控制單元分別與圖像傳感器、照明器和通信模塊相連，分別控制照明器使得攝取圖像清晰，控制圖像傳感器與通信模塊通信。
[0008]所述的發(fā)射控制電路包括:晶振、頻率微控制單元、波形發(fā)生器、反相器、功率放大器、諧振電容和可調電感，其中:晶振和頻率微控制單元分別與波形發(fā)生器的輸入端相連以產(chǎn)生特定頻率的方波信號，波形發(fā)生器的輸出端分別與反相器的一端和功率放大器的輸入端相連，反相器的另一端與功率放大器的輸入端相連，功率放大器的輸出端分別與諧振電容的一端和可調電感的一端相連，諧振電容的另一端和可調電感另一端分別與發(fā)射線圈相連。
[0009]所述的微控制單元主要控制系統(tǒng)時序、圖像傳感器采樣頻率和通信數(shù)據(jù)包的處理。
[0010]所述的方波信號的中心頻率為208kHz±20kHz。
[0011]所述的發(fā)射線圈的發(fā)射電流為0.65A?2A。
[0012]所述的發(fā)射線圈包括:上下兩部分，上下兩部分之間由支架相連，且上下兩部分均為尺寸相同的類橢圓螺線管，長軸為400mm，短軸為220mm。
[0013]所述的接收線圈包括:具有三個維度繞組的線圈，且各維度的線圈分別與相應電容形成諧振回路，該回路的諧振頻率與發(fā)射線圈的特定頻率相同。
[0014]所述的接收電路包括串聯(lián)的全橋逆變電路、整流電容和穩(wěn)壓電路，其中:全橋逆變電路的輸入端與接收線圈相連，穩(wěn)壓電路的輸出端與圖像傳感器相連。
[0015]所述的整流電容和穩(wěn)壓電路以及圖像傳感器均設置于屏蔽罩內。
技術效果
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的發(fā)射線圈通過外部可移動電源供電，發(fā)射線圈在體外產(chǎn)生穩(wěn)定的交變磁場。由于發(fā)射線圈為雙螺線管結構，因此交變磁場均勻分布。接收線圈集成在膠囊內窺鏡上，替代紐扣電池。膠囊的接收線圈受到外部磁場激勵，產(chǎn)生感應電流，通過整流穩(wěn)壓電路形成穩(wěn)定的直流電為系統(tǒng)供能。整個能量傳輸設備輕便可攜帶，保證膠囊內窺鏡在高頻率和高分辨率狀態(tài)下持續(xù)工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明膠囊內窺鏡結構示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明發(fā)射線圈結構及其發(fā)射控制電路示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明發(fā)射控制電路示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明接收線圈剖面示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明接收電路示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0023]如圖1所示，本實施例包括:設置于體外的穿戴式背心中的發(fā)射線圈10及其發(fā)射控制電路14、設置于膠囊9中的鏡頭1、照明器2、圖像傳感器3、微控制單元4、通信模塊5、接收電路6以及接收線圈7，其中:發(fā)射控制電路14產(chǎn)生方波信號控制發(fā)射線圈10，膠囊9內的接收線圈7與發(fā)射線圈10電磁耦合產(chǎn)生感應電流，接收電路6的輸入端與接收線圈7相連，接收感應電流且形成直流電，輸出端與圖像傳感器3相連且提供能量，鏡頭I攝取圖像傳輸至圖像傳感器3形成圖像信息，圖像傳感器3與通信模塊5相連以傳輸圖像信息，微控制單元4分別控制圖像傳感器3、照明器2和通信模塊5 ;膠囊外殼9的頭部為透明觀察端8。
[0024]如圖2和圖3所示，發(fā)射控制電路14包括:晶振12、頻率微控制單元13、波形發(fā)生器18、反相器19、功率放大器16、諧振電容17和可調電感15，其中:晶振12和頻率微控制單元13分別與波形發(fā)生器18的輸入端相連以產(chǎn)生特定頻率的方波信號，波形發(fā)生器18的輸出端分別與反相器19的一端和功率放大器16的輸入端相連,反相器19的另一端與功率放大器16的輸入端相連，功率放大器16的輸出端分別與諧振電容17的一端和可調電感15的一端相連，諧振電容17的另一端和可調電感15另一端分別與發(fā)射線圈10相連。
[0025]所述的方波信號的特定頻率由發(fā)射線圈10的品質因數(shù)決定。
[0026]所述的方波信號的中心頻率為208kHz±20kHz，品質因數(shù)最高，因此設定此頻率為工作頻率，并調制接收線圈7匹配電容，使其諧振頻率同樣達到208kHz±20kHz。
[0027]所述的發(fā)射線圈10的發(fā)射電流為0.65A?2A。
[0028]所述的發(fā)射線圈10包括中間由支架11相連的上下兩部分，上下兩部分為尺寸相同的類橢圓螺線管，長軸為400mm,短軸為220mm,間隔距離為160mm,總高度為270mm,線圈由多股絲包利茲線繞成，單根銅線直徑小于0.05mm,股數(shù)大于180,單個線圈寬度為55mm,線圈之間由ABS支架11連接，用膠固化后，放置在背心中。
[0029]如圖4和圖5所示，所述的接收線圈7包括三個維度的線圈71、72、73，且各個維度的線圈分別與相應電容形成諧振回路，該回路的諧振頻率與發(fā)射線圈10的特定頻率相同。接收線圈7由多股漆包銅線在鐵氧體磁芯74上分別從三個維度繞制，本實施例中繞成后接收線圈7的總體尺寸為Φ 9.5mm X 10.5mm，封裝在膠囊9狀外殼中。
[0030]所述的接收電路6包括串聯(lián)的全橋逆變電路20、整流電容21和穩(wěn)壓電路22，其中:全橋逆變電路20的輸入端與接收線圈7相連，穩(wěn)壓電路22的輸出端與圖像傳感器3相連。
[0031]所述的整流電容和穩(wěn)壓電路以及圖像傳感器3均設置于屏蔽罩23內。
[0032]人體穿戴發(fā)射線圈10并連接發(fā)射控制電路14后，吞服膠囊內窺鏡，則接收線圈7由于電磁耦合產(chǎn)生感應電流，通過整流穩(wěn)壓電路21、22后形成穩(wěn)定的直流電，為負載供能，此時膠囊內窺鏡開始工作。
【權利要求】
1.一種用于膠囊內窺鏡的穿戴式無線能量傳輸設備，其特征在于，包括:設置于穿戴式背心中的發(fā)射線圈及其發(fā)射控制電路、設置于膠囊中的鏡頭、照明器、圖像傳感器、微控制單元、通信模塊、接收電路以及接收線圈，其中:發(fā)射控制電路產(chǎn)生方波信號以控制發(fā)射線圈頻率，膠囊內的接收線圈與發(fā)射線圈電磁耦合產(chǎn)生感應電流，接收電路的輸入端與接收線圈相連以接收感應電流并分別向圖像傳感器以及照明器提供能量，鏡頭將攝取到的圖像傳輸至圖像傳感器并形成圖像信息，圖像傳感器與通信模塊相連并由通信模塊向體外輸出圖像信息，微控制單元分別與圖像傳感器、照明器和通信模塊相連，分別控制照明器使得攝取圖像清晰，控制圖像傳感器與通信模塊通信； 所述的發(fā)射控制電路包括:晶振、頻率微控制單元、波形發(fā)生器、反相器、功率放大器、諧振電容和可調電感，其中:晶振和頻率微控制單元分別與波形發(fā)生器的輸入端相連以產(chǎn)生特定頻率的方波信號，波形發(fā)生器的輸出端分別與反相器的一端和功率放大器的輸入端相連，反相器的另一端與功率放大器的輸入端相連，功率放大器的輸出端分別與諧振電容的一端和可調電感的一端相連，諧振電容的另一端和可調電感另一端分別與發(fā)射線圈相連。
2.根據(jù)權利要求1或2所述的穿戴式無線能量傳輸設備，其特征是，所述的方波信號的工作頻率為208kHz ± 20kHz。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的穿戴式無線能量傳輸設備，其特征是，所述的發(fā)射線圈的發(fā)射電流為0.65A?2A。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的設備，其特征是，所述的發(fā)射線圈包括中間由支架相連的上下兩部分，上下兩部分為尺寸相同的類橢圓螺線管，長軸為400mm，短軸為220mm。
5.根據(jù)權利要求4所述的穿戴式無線能量傳輸設備，其特征是，所述的接收線圈包括三個維度的線圈，且各個維度的線圈分別與相應電容形成諧振回路，該回路的諧振頻率與發(fā)射線圈的特定頻率相同。
6.根據(jù)權利要求5所述的穿戴式無線能量傳輸設備，其特征是，所述的接收電路包括串聯(lián)的全橋逆變電路、整流電容和穩(wěn)壓電路，其中:全橋逆變電路的輸入端與接收線圈相連，穩(wěn)壓電路的輸出端與圖像傳感器相連。
7.根據(jù)權利要求6所述的穿戴式無線能量傳輸設備，其特征是，所述的整流電容和穩(wěn)壓電路以及圖像傳感器均設置于屏蔽罩內。
【文檔編號】A61B1/00GK104382547SQ201410655283
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】顏國正, 石煜, 王志武, 朱柄全, 劉剛 申請人:上海交通大學