[发明专利]一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及胶囊内窥镜，属于智能驱动技术领域。

背景技术

随着我国经济水平和医疗条件的提高，人性化的微创/无创诊疗技术越来越受到青睐。被医学界誉为“消化道疾病诊断的第四个里程碑”的胶囊内窥镜作为一种消化道疾病的可视化诊断设备2001年已经诞生。但是胶囊内窥镜作为一种消化道疾病的可视化诊断新型设备，其功能并不十分完善。内窥镜胶囊在人体内是随消化道的蠕动向前运动，摄取的消化道图像具有随机性，镜头角度不能控制，无法对可疑病灶进行多角度重复的观察，易造成图像遗漏、失真和对焦不准，在消化道疾病检查与诊断中具有一定的被动性和局限性。

目前有不少胶囊内窥镜主动驱动机制的探索研究，主要方式有蠕动式(Kim B，Park S，Jee C Y，et al.An earthworm-like locomotive mechanism for capsule endoscopes[C].Intelligent Robots and Systems，2005.(IROS 2005).2005IEEE/RSJ International Conference on.IEEE，2005：2997-3002.)、微型电机式(De Falco I，Tortora G，Dario P，et al.An Integrated System for Wireless Capsule Endoscopy in a liquid-distended Stomach[J].2014.)和电磁驱动式(Leon-Rodriguez H，Lee C，Ha L V，et al.Conceptual design of micro-hydraulics system for active and biopsy capsule endoscope robot[C].Biomedical Robotics and Biomechatronics.2014 5th IEEE RAS&EMBS International Conference on.IEEE，2014：1068-1072.)等，除此之外还有采用特殊材料：如压电陶瓷材料(Kim B，ParkS，Jee C Y，et al.An earthworm-like locomotive mechanism for capsule endoscopes[C].Intelligent Robots and Systems，2005.(IROS 2005).2005IEEE/RSJ International Conference on.IEEE，2005：2997-3002.)，磁致伸缩材料，记忆合金式材料等。但是，上述主动控制驱动机制还不能满足消化道检查的要求，比如蠕动式运动效率低、体积大，有可能阻塞病人的消化道；多足式多采用钩挂划动的方式，结构复杂，控制起来难度大且容易对肠道带来二次伤害；微电机式驱动耗能大，特别是基于螺旋原理的驱动方式容易损伤肠道内壁；形状记忆合金工作温度较高，不适用于肠道内检测；磁导式在运动控制上较为便捷，但是不易实现镜头角度控制，不能从根本上解决对于胶囊内窥镜在治疗功能的拓展。为了改善传统消化系统及人体微管道检查的不便以及难于实现对目标点位的观察，对于胶囊内窥镜的移动及镜头姿态的主动控制已成为消化系统检测技术发展的趋势。出于对消化道内部管壁的保护，传统机械驱动已不能满足于胶囊内窥镜机器人主动式控制的需求，因此需要设计对人体无损伤、微型化的驱动机制。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜及其驱动方法，实现胶囊内窥镜机器人在人体消化道内的前进、减速、定点钳位和姿态控制的功能。

技术方案：一种基于IPMC驱动的胶囊内窥镜，包括胶囊前盖、胶囊主体结构、胶囊尾部结构，在所述胶囊主体结构外侧以及所述胶囊尾部结构沿胶囊轴向方向设置有若干片状IPMC，所述若干片状IPMC的一端与胶囊固定，所述若干片状IPMC的另一端为自由端，所述胶囊主体结构内部设有用于控制所述若干片状IPMC的控制模块。

进一步的，所述胶囊内窥镜外部包裹可溶性膜。

进一步的，所述胶囊主体结构的外侧沿胶囊四周均匀设有三个或四个凹槽，所述每个凹槽对应容纳一片所述片状IPMC，每片所述片状IPMC的固定端位于凹槽内靠近胶囊尾部结构的一端。

进一步的，所述胶囊尾部结构中间位置设置一片所述片状IPMC。

进一步的，所述胶囊尾部结构平行设置两片所述片状IPMC，所述两片片状IPMC的控制信号相位差为180°。