基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統的製作方法

2023-06-22 21:29:51 2

專利名稱：基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種醫療器械技術領域的裝置，具體是一種基於無線供能的體外 磁控制藥物釋放膠囊系統。
背景技術：
現代人由於工作節奏加快、飲食不均、導致消化道疾病的發病率日趨升高，消化道 疾病成為影響現代人健康的常見的一種疾病，據統計分析發現，消化道疾病正在向低齡化、 隱蔽化方向發展。消化道疾病的可視化檢測對於消化道疾病的預防和診療具有非常重要的 作用，而人體全消化道總長9米，由於消化道形狀屬於細長管道，分布於人體軀幹各個器官 之間，全消化道結構的不規則封閉性，給臨床上消化道疾病的檢測和治療帶來很大的挑戰。臨床上實施的消化道疾病的可視化檢測主要有兩種胃腸、腸鏡和膠囊內窺鏡兩 大類。胃鏡、腸鏡檢測屬於主動檢測，能夠實現對全消化道疾病「定點」診斷，但胃鏡、腸鏡 檢測過程中可能存在導致胃創傷、腸創傷的風險，檢測過程中會給病人帶來巨大的痛苦。膠 囊內窺鏡檢測屬於無創檢測方法，患者口服膠囊內窺鏡後即可實施消化道疾病的檢測，不 會給患者帶來不適或痛苦的感覺，但膠囊內窺鏡在患者消化道內只能跟隨消化道的蠕動開 展診斷，膠囊內窺鏡的運動完全屬於被動運動方式，膠囊內鏡對於消化道疾病的診斷也屬 於「局部性」和「隨機性」診斷，不能對消化道疾病實施主動「定點」診斷，膠囊內窺鏡診斷全 過程存在很大的盲區，極大限制了膠囊內窺鏡在全消化道疾病可視化診斷中的臨床應用。另一方面，在確診消化道發現疾病等疾病時，臨床上可以採用的治療方案對於胃 部以上消化道和結腸以下消化道可在胃鏡和腸鏡的視頻圖像導航下開展治療，但在治療過 程中仍然存在導致胃創傷、腸創傷的風險，治療過程中患者需要承受巨大的痛苦；而對於小 腸所在的消化道存在的疾病，無法採用傳統的胃鏡和腸鏡進行治療，對於小腸存在的疾病 必須通過手術方法開展治療，這對於患者而言造成的痛苦是可想而知的。而膠囊內鏡僅僅 具體消化道圖像的拍攝功能，完全不具體消化道疾病的治療功能，因此無法對消化道疾病 開展治療。現有膠囊內窺鏡系統也不具備發現疾病後開展藥物釋放治療的功能；而現有胃 鏡、腸鏡具備對全消化道疾病開展「主動」可視化診斷，同時具備在圖像導航下開展治療的 功能，但在診斷和治療過程中存在創傷和給患者帶來很大痛苦，也無法在小腸所在的消化 道段開展治療的功能。因此現有的技術無法滿足臨床無創或微創診斷和治療的實際需求。經過對現有技術的檢索發現，發表在《現代製造工程》2009年第8期上的學術論 文「藥物釋放微膠囊控制電路的設計與研究」，公布了一種用於消化道藥物釋放的微膠囊結 構，通過控制微型磁控制開關使藥倉內的藥物被壓縮彈簧釋放出來。但該技術形成的微膠囊至少存在如下兩個缺點首先，沒有消化道圖像導航幫助， 不能確定藥物釋放的位置；其次操作者缺乏體外操作控制微膠囊姿態和位置的能力，不能 主動控制微膠囊姿態和位置，以上兩個缺點的限制，使該發明專利無法應用於臨床實際。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基於無線供能的體外磁控制藥物 釋放膠囊系統，實現由體外磁場主動驅動控制，克服膠囊系統受消化道蠕動「被動」運行方 式，在藥物釋放過程中的任意時刻，藥物釋放膠囊系統可以將圖像系統傳送至體外，為操作 者的體外磁控制和藥物釋放控制提供圖像導航幫助，直至完成病灶部位的耙向藥物釋放治 療全過程。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括藥物釋放膠囊、體外磁驅動裝 置、體外施藥操作裝置、體外無線供能裝置和體外圖像實時處理裝置，其中藥物釋放膠囊 位於消化道內並採集消化道環境信息，體外施藥操作裝置與藥物釋放膠囊以無線方式連接 並傳輸熱療控制信息，體外圖像實時處理裝置與藥物釋放膠囊以無線方式連接並傳輸膠囊 視頻信息並以圖形方式輸出，體外無線供能裝置向藥物釋放膠囊以交變磁場方式提供能 量，體外磁驅動裝置與藥物釋放膠囊通過磁力實現對對藥物釋放膠囊姿態和位置的控制。所述的藥物釋放膠囊包括模擬圖像傳感器、照明系統、藥艙和藥物釋放裝置、外 殼及設置於其內部的主控制系統、圖像無線發送裝置、數位訊號無線通訊裝置、整流裝置、 無線能量接收線圈和永磁裝置，其中模擬圖像傳感器和照明系統安裝在外殼的外側端部， 藥物釋放裝置和藥艙安裝在藥物釋放膠囊系統外殼的外表面，永磁裝置安裝在外殼與藥物 釋放裝置之間，無線能量接收線圈接收由體外無線供能裝置發送的交變磁場並轉化為交流 電動勢，整流裝置與無線能量接收線圈相連並將交流電動勢轉化為直流電壓，整流裝置分 別與模擬圖像傳感器、照明系統、主控制系統、圖像無線發送裝置、藥物釋放裝置相連並提 供直流電源，圖像無線發送裝置直接將模擬圖像傳感器採集到的視頻輸出通過無線方式發 送至患者體外，主控制系統可以對模擬圖像傳感器的成像參數進行調節，主控制系統控制 藥物釋放裝置的啟動與關閉，藥物釋放裝置與藥艙相連。永磁裝置與藥物釋放膠囊其它部 分不產生任何電氣聯接，永磁裝置產生的永久磁場與體外磁驅動裝置的永久磁場相互作 用，即同極性永久磁場相斥，異極性永久磁場相吸，且永久磁場間相互作用力與其距離有 關，通過改變體外磁驅動裝置的永久磁場極性與藥物釋放膠囊永久磁場之間的距離和極 性，從而保證體外磁驅動裝置對藥物釋放膠囊姿態和位置的控制。所述的外殼為膠囊體狀，兩端部為球狀結構。所述的體外磁驅動裝置為具有永磁體的磁驅動控制裝置，其中磁驅動控制裝置 通過調節永磁體與藥物釋放膠囊之間的位移和方向實現對藥物釋放膠囊姿態和位置的調 離
iF. ο所述的體外施藥操作裝置包括剩餘藥量顯示屏、無線單元和施藥操作裝置，其 中剩餘藥量顯示屏將藥物釋放膠囊內剩餘的藥量顯示在屏幕上，施藥操作裝置發出施藥 控制信號，該控制信號通過無線單元傳送到消化道內的藥物釋放膠囊，藥物釋放膠囊根據 控制信號發出控制信號到藥物釋放裝置，藥物釋放裝置對病灶部位開展藥物釋放治療。所述的體外無線供能裝置包括體外無線能量發射線圈和電源控制器，其中電 源控制器與直流或交流電源相連並輸出具有時序的控制信號至體外無線能量發射線圈，體 外無線能量發射線圈將控制信號轉變為交變電磁場並輸出至藥物釋放膠囊系統。所述的體外圖像實時處理裝置包括體外圖像實時接收模塊和計算機工作站，其 中體外圖像實時接收模塊實時接收由藥物釋放膠囊系統發送到體外的拍攝圖像並傳送到
5計算機工作站，計算機工作將圖像顯示在計算機屏幕上，為操作控制者實現藥物釋放膠囊 系統姿態、位置控制和熱療操作提供圖像導航功能。本發明與現有技術相比，體外操作控制者對體內藥物釋放膠囊的姿態和位置的能 夠主動控制，可以完成消化道圖像的「定點」診斷，為藥物釋放操作實現「耙向」操作控制， 同時體外主動控制體內藥物釋放膠囊的操作均在視頻圖像引導下進行，實現真正意義上的 圖像導航下的消化道疾病的無創診療。相比於現有胃鏡、腸鏡和圖像膠囊系統，具有明顯的 優勢，本發明在消化道疾病診斷和治療方面具有非常重要的實際應用價值。


圖1為本發明工作原理示意圖。圖2為藥物釋放膠囊系統結構示意圖。圖3為體外磁驅動結構示意圖。圖4為體外施藥操作裝置結構示意圖。圖5為體外無線供能裝置示意圖。圖6為體外圖像實時處理裝置示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發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，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。如圖1所示，本實施包括藥物釋放膠囊1、體外磁驅動裝置2、體外施藥操作裝置 3、體外無線供能裝置4和體外圖像實時處理裝置5，其中藥物釋放膠囊1位於消化道內並 採集消化道環境信息，體外施藥操作裝置3與藥物釋放膠囊1以無線方式連接並傳輸熱療 控制信息，體外圖像實時處理裝置5與藥物釋放膠囊1以無線方式連接並傳輸膠囊視頻信 息並以圖形方式輸出，體外無線供能裝置4向藥物釋放膠囊1以交變磁場方式提供能量，體 外磁驅動裝置2與藥物釋放膠囊1根據永久磁場相互作用原理開展工作，即同極性永久磁 場相斥，異極性永久磁場相吸，且永久磁場間相互作用力與其距離有關，通過改變體外磁驅 動裝置的永久磁場極性與藥物釋放膠囊永久磁場之間的距離和極性，從而保證體外磁驅動 裝置對藥物釋放膠囊姿態和位置的控制。所述的藥物釋放膠囊1包括模擬圖像傳感器6、照明系統7、藥艙15和藥物釋放 裝置8以及外殼9及設置於其內部的主控制系統10、圖像無線發送裝置11、數位訊號無線 通訊裝置12、整流裝置13、無線能量接收線圈14和永磁裝置16，其中照明系統7安裝在外 殼9的外側端部，模擬圖像傳感器6安裝在照明系統7後面，藥艙15安裝在藥物釋放膠囊 中部，物釋放裝置8輸出口安裝藥物釋放膠囊1外殼9的外表面，永磁裝置16緊貼外殼9， 無線能量接收線圈14安裝在藥物釋放膠囊1端部，接收由體外無線供能裝置4發送的交變 磁場並轉化為交流電動勢，整流裝置13與無線能量接收線圈14相連並將交流電動勢轉化 為直流電壓，整流裝置13分別與模擬圖像傳感器6、照明系統7、主控制系統10、圖像無線發 送裝置11、藥物釋放裝置8相連並提供直流電源，圖像無線發送裝置11直接將模擬圖像傳 感器6採集到的模擬視頻以無線方式傳送到患者體外，主控制系統10與模擬圖像傳感器相連並實現對模擬圖像傳感器成像參數調節，主控制系統10與數位訊號無線通訊裝置12相 連並實現與數字無線通訊裝置的通訊，主控制系統10與藥物釋放裝置8相連，並實現對藥 物釋放裝置8的控制，藥物釋放裝置8與藥艙15相連，永磁裝置16與藥物釋放膠囊其它部 分沒有任何電氣聯接，永磁裝置16固定在外殼9內表面。所述的外殼9為膠囊體狀，兩端部為球狀結構。本實施例中的體外磁驅動裝置2通過永久磁場控制藥物釋放膠囊1內的永磁裝置 16生成的永久磁場，根據永久磁場相互作用原理同極性永久磁場相斥，異極性永久磁場 相吸，且永久磁場間相互作用力與其距離有關，通過改變體外磁驅動裝置的永久磁場極性 與藥物釋放膠囊永久磁場之間的距離和極性，從而保證體外磁驅動裝置對藥物釋放膠囊姿 態和位置的控制。本實施例中藥物釋放裝置8以較高的壓力將藥艙15內的藥物釋放至消化道病灶 組織表面，並且可多次重複將藥艙15內的藥物釋放。本實施例中的數位訊號無線通訊裝置12接收由體外施藥操作裝置3的無線單元 20發送過來的藥物釋放控制信號，並將該控制信號傳送到藥物釋放膠囊1的主控制系統 10，主控制系統10根據該控制信號啟動藥物釋放裝置8實現藥物釋放。本實施例中的無線能量接收線圈14接收由體外無線供能裝置4的能量發射線圈 22發送的交變電磁場，並將該交變電磁場轉變為交流電動勢，整流裝置13將該交流電動勢 轉變為合適的直流電源。本實施例中的永磁裝置16產生的永久磁場通過與體外磁驅動裝置2的永磁裝置 18產生的永久磁場相互作用，同極性永久磁場相斥，異極性永久磁場相吸，實現體外磁驅動 裝置2對藥物釋放膠囊1的姿態和位置的調節。本實施例中的體外磁驅動裝置2包括永磁裝置18和磁驅動裝置17，永磁裝置18 安裝在磁驅動裝置17上，其中磁驅動控制裝置通過調節永磁裝置18與藥物釋放膠囊1之 間的位移和方向實現對藥物釋放膠囊1姿態和位置的調整。所述的體外施藥操作裝置3包括剩餘藥量顯示屏19、無線單元20和施藥控制裝 置21，其中藥物釋放膠囊1的主控制系統10實時採樣藥艙15剩餘藥量，將剩餘藥量轉化 為數字量，該數字量通過數位訊號無線通訊裝置12傳送到無線單元20，無線單元20將剩餘 藥量傳送給剩餘藥量顯示屏19並顯示出來，控制者根據剩餘藥量的多少，通過施藥控制裝 置21發出藥物釋放控制信號，該控制信號通過無線單元20傳送給藥物釋放膠囊1的無線 通訊裝置12，由無線通訊裝置12將傳送給主控制系統10，主控制系統10根據控制信號啟 動藥物釋放裝置8，藥物釋放裝置8將藥艙15內的藥物釋放到病理組織。所述的體外無線供能裝置4包括體外無線能量發射線圈22和電源控制器23，其 中電源控制器23與直流或交流電源相連並輸出具有時序的控制信號至體外無線能量發 射線圈22，體外無線能量發射線圈22將控制信號轉變為交變電磁場並輸出至藥物釋放膠 囊1。本實施例中所述的體外無線能量發射線圈22和電源控制器23通過具體電纜直接 連接，電源控制器23內的控制信號直接驅動無線能量發射線圈22實現將電能轉化為交變 電磁場得以實現。所述的體外圖像實時處理裝置5包括體外圖像實時接收模塊對和計算機工作站25，其中體外圖像實時接收模塊M實時接收由藥物釋放膠囊1發送到體外的拍攝圖像並 傳送到計算機工作站25，計算機工作站25將圖像顯示在計算機屏幕上，為操作控制者實現 藥物釋放膠囊1姿態、位置控制和藥物釋放操作提供圖像導航功能。
本裝置通過以下方式進行工作患者通過吞服藥物釋放膠囊，體外無線供能裝置 開始工作，電源控制器將直流電源轉變為一定頻率的交變信號並傳送到體外無線能量發射 線圈，體外無線能量發射線圈將電能轉變為一定頻率的交變磁場，該交變磁場被體內藥物 釋放膠囊裡的無線能量接收線圈接收，在線圈內部產生交變電動勢，該交變電動勢被整流 裝置進行濾波整流後生成直流電源，該直流電源給藥物釋放裝置、模擬圖像傳感器、藥艙、 主控制系統、圖像無線發送裝置和數位訊號無線收發裝置提供電源。模擬圖像傳感器、主控 制系統和圖像無線發送裝置即開始工作。模擬圖像傳感器將消化道壁的圖像通過圖像無線 傳送裝置傳送到體外，由體外圖像實時接收模塊接收並傳送到計算機工作站，計算機工作 站將圖像顯示在屏幕上，操作者根據圖像，控制永磁體控制裝置改變永磁體的位置和方向， 體內藥物釋放膠囊的永磁裝置跟隨體外永磁裝置的位置和姿態發生改變，改變藥物釋放膠 囊在消化道內的位置和狀態，模擬圖像傳感器可以檢測不同位置和姿態情況下消化道壁的 圖像並傳送到體外，從而確保操作者在圖像導航下對消化道開展「定點」和「定向」的診斷。 在診斷過程中，當發現有疾病時，在圖像引導下，操作者控制藥物釋放膠囊停留在疾病表 面，使藥物釋放膠囊的藥物釋放裝置緊貼疾病表面，操作者利用體外施藥操作裝置的施藥 控制裝置發出藥物釋放操作控制信號，該控制信號通過無線單元傳送給藥物釋放膠囊，由 數位訊號無線收發裝置接收並傳送到主控制系統，主控制系統啟動藥物釋放裝置工作，對 疾病表面開展藥物釋放治療，在藥物釋放過程中，主控系統實時檢測藥艙內剩餘藥量，主控 制系統對剩餘藥量進行模數轉換後傳送到數位訊號無線收發裝置，並由數位訊號無線收發 裝置傳送到體外，體外施藥操作裝置的無線單元接收到該剩餘藥量信號後，傳送到剩餘藥 量顯示屏上，操作者可以實時掌握藥物釋放部位的剩餘藥量多少，並結合模擬圖像傳感器 檢測到的圖像對疾病表面開展藥物釋放，在藥物釋放過程中，操作者可以操作體外磁驅動 裝置改變藥物釋放膠囊的姿態和位置，藉助於工作站上的圖像導航，以實現對病灶部位的 全方位耙向藥物釋放。
權利要求
1.一種基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵在於，包括藥物釋放 膠囊系統、體外磁驅動裝置、體外施藥操作裝置、體外無線供能裝置和體外圖像實時處理裝 置，其中藥物釋放膠囊系統位於消化道內並採集消化道環境信息，體外施藥操作裝置與藥 物釋放膠囊系統以無線方式連接並傳輸熱療控制信息，體外圖像實時處理裝置與藥物釋放 膠囊系統以無線方式連接並傳輸膠囊視頻信息並以圖形方式輸出，體外無線供能裝置向藥 物釋放膠囊系統以交變磁場方式提供能量，體外磁驅動裝置與藥物釋放膠囊系統通過磁力 實現對藥物釋放膠囊姿態和位置的控制。
2.根據權利要求1所述的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵是， 所述的藥物釋放膠囊系統包括模擬圖像傳感器、照明系統和藥物釋放裝置以及外殼及設 置於其內部的主控制系統、圖像無線發送裝置、數位訊號無線通訊裝置、整流裝置、無線能 量接收線圈、藥艙和永磁裝置，其中模擬圖像傳感器和照明系統安裝在外殼的外側端部， 藥物釋放裝置安裝在藥物釋放膠囊系統外殼的外表面，永磁裝置安裝在外殼與藥物釋放裝 置之間，無線能量接收線圈接收由體外無線供能裝置發送的交變磁場並轉化為交流電動 勢，整流裝置與無線能量接收線圈相連並將交流電動勢轉化為直流電壓，整流裝置分別與 模擬圖像傳感器、照明系統、主控制系統、圖像無線發送裝置、藥物釋放裝置相連並提供直 流電源，圖像無線發送裝置直接將模擬圖像傳感器採集到視頻圖像傳送到體外，主控制系 統與模擬圖像傳感器相連，實現對模擬圖像傳感器成像參數調節，主控制系統與數位訊號 無線通訊裝置相連，實現與數位訊號無線通訊裝置的通信，主控制系統與藥物釋放裝置相 連，實現對藥物釋放裝置的控制，藥物釋放裝置與藥艙相連，實現將藥艙內的藥釋放到消化 道病理組織表面。
3.根據權利要求2所述的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵是， 所述的外殼為膠囊體狀，兩端部為球狀結構。
4.根據權利要求2所述的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵是， 所述的體外磁驅動裝置為具有永磁體的磁驅動控制裝置，其中磁驅動控制裝置通過調節 永磁體與藥物釋放膠囊系統之間的位移和方向實現對藥物釋放膠囊系統姿態和位置的調 整 ο
5.根據權利要求2所述的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵是， 所述的體外施藥操作裝置包括剩餘藥量顯示屏、無線單元和施藥操作裝置，其中剩餘藥 量顯示屏將藥物釋放膠囊內剩餘的藥量顯示在屏幕上，施藥操作裝置發出施藥控制信號， 該控制信號通過無線單元傳送到消化道內的藥物釋放膠囊，藥物釋放膠囊根據控制信號發 出控制信號到藥物釋放裝置，藥物釋放裝置對病灶部位開展藥物釋放治療。
6.根據權利要求1所述的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵是， 所述的體外無線供能裝置包括體外無線能量發射線圈和電源控制器，其中電源控制器 與直流或交流電源相連並輸出具有時序的控制信號至體外無線能量發射線圈，體外無線能 量發射線圈將控制信號轉變為交變電磁場並輸出至藥物釋放膠囊系統。
7.根據權利要求1所述的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，其特徵是， 所述的體外圖像實時處理裝置包括體外圖像實時接收模塊和計算機工作站，其中體外 圖像實時接收模塊實時接收由藥物釋放膠囊系統發送到體外的拍攝圖像並傳送到計算機 工作站，計算機工作將圖像顯示在計算機屏幕上，為操作控制者實現藥物釋放膠囊系統姿態、位置控制和熱療操作提供圖像導航功能。
全文摘要
一種醫療器械技術領域的基於無線供能的體外磁控制藥物釋放膠囊系統，包括藥物釋放膠囊系統、體外磁驅動裝置、體外施藥操作裝置、體外無線供能裝置和體外圖像實時處理裝置，藥物釋放膠囊系統位於消化道內並採集消化道環境信息，體外施藥操作裝置與藥物釋放膠囊系統以無線方式連接並傳輸熱療控制信息，體外圖像實時處理裝置與藥物釋放膠囊系統以無線方式連接並傳輸膠囊視頻信息並以圖形方式輸出，體外無線供能裝置向藥物釋放膠囊系統以交變磁場方式提供能量，體外磁驅動裝置與藥物釋放膠囊系統通過磁力實現對藥物釋放膠囊姿態和位置的控制。本發明實現真正意義上的圖像導航下的消化道疾病的無創診療。
文檔編號A61B1/045GK102090876SQ20111005144
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者劉華, 姜萍萍, 王志武, 顏國正 申請人:上海交通大學