[发明专利]一种基于磁场空间分布变化的胶囊内镜运动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种使用胶囊内镜进行胃部检查的体外控制 方法，具体是一种医疗用胶囊内镜磁控导航控制方法，可用于控制、引导胶囊内镜在 人体内的运动和检查。

背景技术

胶囊内镜是一种大小形状类似于胶囊药丸，却集成了一套完整的光学摄影系统、 无线通讯系统和电源供电系统的人体消化道检查工具。胶囊被受检者吞服后将在胃肠 消化道中运动，沿途对胃肠消化道内壁进行拍摄检查，并向外部终端发送图像。医生 可以通过接收的图像，对病灶进行定位和诊断。

目前实际使用中的胶囊内镜产品都采用被动运动方式，即胶囊本身没有移动的能 力，需借助肠道的自然蠕动进行运动。被动式胶囊内镜的最主要缺点是：胶囊内镜在 人体内只能随机运动、拍摄，难以按照医生的指示到达指定位置，也不能在特定部位 停留，因而存在检查盲区，有漏检可能。因此目前主要用于小肠疾病的检测，无法应 用于胃部和大肠检测。因此胶囊内镜的主动控制技术成为该领域研究热点。

目前研究中的胶囊内镜的主动控制分为内部和外部驱动两种方式。内部驱动就是 利用胶囊自身的能源和机械结构进行运动的一种驱动方式，主要包括：形状记忆合金 驱动、微型电机驱动、磁致伸缩驱动、气动驱动、蠕动驱动、多足驱动、静电驱动和 仿生驱动等，大部分处理原理研究阶段。内部驱动有以下几个缺点：1、驱动本身需要 消耗大量的能量，可能造成电池电量不够；2、微型胶囊的结构变得复杂，生产困难， 成本偏高；3、运动结构可能对消化道产生损伤；4、胶囊运动难以控制且速度缓慢。

外部驱动是通过外部设备为胶囊运动提供动力的驱动方式。常规可用的非接触力 只有重力(万有引力)和电磁力，重力基本不可控，人体体液是导电的，且电场对人 体生物电活动有影响，只有静磁场(或者低频变化磁场)能基本无阻碍地穿过人体， 而且对人无不良影响，相对安全。

产生磁场的方式主要可分为电磁线圈和永磁体两种。从易于控制的角度来说，电 磁线圈可以通过控制线圈电流来控制磁感应强度，更为方便，国内外也有不少相关的 研究成果。但是由于胶囊在人体内部，设备在体外，设备到胶囊的距离在10-20cm左 右，而磁场对小磁体产生的吸引力基本是按距离的三次方衰减的。要产生作用距离足 够远的磁场，设备端磁场发生器的等效电流达到数十万安培，一般铜导线难以支持这 么高的电流密度，而使用超导线圈涉及超低温冷却等问题，系统庞大且设备成本很高。 随着钕铁硼稀土永磁材料的发明，可获得超强永磁体且价格低廉。因此使用永磁体作 为主要的磁场源成为必然的原则。

由于静磁场是一种无源有旋场，与重力场、静电场等有本质不同，不可能单独对 永磁体或者铁磁体构成稳定约束。这也与生活经验是吻合的：磁铁总是把铁质材料加 速吸引到自己表面，而不能稳定在一定距离上，除非有其他力作用。而人体腹中是没 有其他可控力作用的，这导致了永磁体对胶囊是难以控制的。

中国安翰光电技术(武汉)有限公司发明了一种使用球形永磁体控制胶囊悬浮和 运动的装置，并申请了专利(专利号201310136094.0)。该装置利用控制磁体运动，使 得磁力与重力、浮力平衡，可以建立稳定的漂浮系统，胶囊内镜可以在人体内移动、 旋转。但专利中没有明确说明控制胶囊运动的方法，实际操作依赖操作者手感，效果 根据不同操作员差异较大，且培训周期长。

哈工大深圳研究生院提出一种基于灵巧机器人的磁控主动式胶囊内镜运动控制系 统(专利号201320151833.9)，包括灵巧机器人、第一磁场发生器、二自由度转台、第 二磁场发生器和控制单元等。通过灵巧机器人和二自由度转台改变两个磁场发生器的 位置和姿态，从而改变空间磁场分布，引导胶囊在体内运动。但是该发明专利同样没 有系统地说明控制胶囊运动的操作方法。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的胶囊内镜运动控制方法，通过操控 体外磁场发生器的运动引导体内磁性胶囊的运动，从而解决胶囊内镜在人体内检查时 的主动控制问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何方便简洁地主动 控制胶囊内镜在人体内检查时的位置和姿态。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于磁场空间分布变化的胶囊内镜运动控制 方法，用于使胶囊内镜沉底或漂浮状态下的位置姿态控制，包括以下步骤：

提供永磁体胶囊内镜、磁场发生器、多自由度运动机构和对应的运动控制器；