[发明专利]肠道诊疗机器人系统及其运动控制方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种肠道诊疗机器人系统及其运动控制方法，用于在动物或人体的肠道进行诊疗操作，属于生物医学工程技术领域。

背景技术：

无创、微创一直是消化道疾病诊疗的重要发展方向。传统的插入式肠道内窥镜，在插入操作检查过程中，使得患者产生严重的不舒适感甚至创伤，而且很难进入肠道的深部。肠道诊疗机器人(Intestinal Medical Robot，IMR)，在医生的操控下可以主动地进入肠道，不仅可以进入肠道深部，而且可以大幅度的减少创伤，近年来成为国际研究热点。但是，近年来研究表明，肠道诊疗机器人的主动驱动仍然是该方向的瓶颈问题。研究人员已经从多种思路进行肠道诊疗机器人驱动体研究，如形状记忆合金(SMA)、压电驱动、气体驱动、电磁驱动等，其中，意大利CRIM试验室的Paolo Dario是该领域最著名的学者，他领导的欧盟合作项目BIOLOCH开展了基于仿生学(Bionics)的肠道机器人驱动技术前沿研究，意大利、德国、英国、法国的多家高校及研究机构的研究人员联合，研究多毛环节动物、蠕虫、蚯蚓等动物的运动机理，利用形状记忆聚合物、SMA、生物胶、人造肌肉等多种手段研制肠道机器人驱动机构。研究表明，基于“仿生原理+机电系统”的肠道机器人驱动技术，距离实际应用仍有诸多问题，其中能量供给问题较为突出，各种驱动机构，如SMA驱动、电磁驱动、压电驱动等均存在能量消耗较大的问题，都需要一根用于供给能量的线缆，尽管克服了传统插入式操作的创伤，但由于供能线缆的束缚，在总体结构上仍然和当前的插入式消化内镜类似，在进入肠道深部方面仍存在着一定的局限性。更重要的是，主动驱动的肠道诊疗机器人的驱动机构的散热问题难于解决，如形状记忆合金的驱动过程中伴随着反复的发热、散热过程，产生大量的热量导致了生物安全性的隐患。如何克服主动驱动中的能量瓶颈问题，获得一种现对独立的、具有较高能量效率、可以进入肠道深部的肠道机器人，当前仍然没有很好的解决思路。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可主动驱动进入肠道深部、具有较高能量效率、良好生物相容性的肠道诊疗机器人系统及其控制方法。

本发明的技术方案如下所述：

肠道诊疗机器人系统，系统包括可通过肛门进入动物或者人体肠道的肠道诊疗机器人、位于动物或者人体肠道外的控制器，其中肠道诊疗机器人包括运动驱动体、若干个刺激电极、诊疗仓、柔性固定环，所述刺激电极和运动驱动体固定连接，所述诊疗仓包括运动控制电路、微型诊疗单元，运动控制电路和刺激电极通过柔性电路线连接，诊疗仓和运动驱动体柔性固定连接。

本发明的肠道诊疗机器人系统中，所述的运动驱动体可以为长度大于15mm，直径大于5mm的肠道寄生虫或者转基因肠道寄生虫。所述的运动驱动体可以为似蚓蛔线虫、或者为转基因似蚓蛔线虫。

本发明的肠道诊疗机器人系统中，所述的微型诊疗单元包括图像传感单元、或者药物控释单元、或者消化道参数检测单元、或者所述三种微型诊疗单元中的任意组合。

本发明的肠道诊疗机器人系统中，所述的控制器和肠道诊疗机器人中的诊疗仓也可以通过一个柔性线缆连接。

肠道诊疗机器人系统运动控制方法，技术方案为：位于体外的控制器发出运动控制信号，位于肠道诊疗机器人中的运动控制电路接收该运动控制信号，再由运动控制电路发出相应的刺激信号，并将刺激信号传输至和运动驱动体固定连接的若干个刺激电极中的一对或者其中几对，运动驱动体在刺激电极的刺激信号作用下完成设定运动动作，从而实现肠道诊疗机器人在肠道中的运动。

本发明的肠道诊疗机器人系统运动控制方法，所述的刺激电极可以为针状金属电极，并且刺激电极的一部分植入运动驱动体体内。所述的针状刺激电极的尖端植入部位是作为运动驱动体的似蚓蛔线虫、或者转基因似蚓蛔线虫的运动神经元部位或者觅食神经元部位。

本发明的肠道诊疗机器人系统运动控制方法，所述的刺激电极也可以为光波刺激电极，该光波刺激电极包括微型发光单元，所述光波刺激电极和运动驱动体表面紧密接触。所述的光波刺激电极的光波刺激部位可以是作为运动驱动体的似蚓蛔线虫、或者转基因似蚓蛔线虫的运动神经元部位或者觅食神经元部位。

本发明的工作过程及原理为：