全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統的製作方法
2023-12-10 15:59:07
專利名稱：全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統，屬於微型機電系統或生物醫學工程技術領域。
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統，不僅定位準確，工作可靠，而且對人體沒有損害，使用方便。
為實現這樣的目的，本發明的技術方案中，將主動定位改為被動定位，超聲定位系統中設計若干個微型超聲探頭，分別設置在與人體全消化道各關鍵點對應的體表位置。由於超聲波在介質中傳播時具有反射、透射、衰減、吸收的特性，當超聲波通過具有較大聲阻抗差的人體組織和「微型無創介入探測膠囊」的界面時，將會產生較強的超聲波反射，通過檢測反射波即可確定「微型無創介入探測膠囊」是否通過該關鍵點和什麼時刻通過該關鍵點，從而實現了檢測數據和消化道位置的對應，為後續數據分析及正確診斷提供必要條件。
所謂關鍵點就是由於腔內生理組織的粘連，消化道在該點的位置幾乎不隨生理過程變化的點。
本發明主要包括電源模塊、微型超聲探頭、超聲波發生電路、超聲波信號接收放大電路、比較與非重觸發延時器、單片機控制電路。系統工作時在全消化道上選擇若干個關鍵點，對應體表處分別布置一個微型超聲探頭，並通過導線連接到裝置本體上。超聲探頭由單片機、多路轉換開關、電磁繼電器共同控制，按膠囊通過的順序依次選通工作。但同一時刻只有一隻探頭工作，一旦前一探頭停止，下一探頭即開始啟動。超聲波發生電路產生重複頻率為1000Hz的2.5MHz的激勵脈衝，經功率放大後驅動選通的探頭髮射超聲波，一旦膠囊經過該探頭所對應的關鍵點，便從其表面返回回波信號由接收電路接收，經電壓跟隨器、放大器、檢波濾波迴路後與比較器比較，產生的觸發脈衝送往單片機控制電路。控制電路則實現計時、探頭的順序選通等功能。
本發明與其他方法相比，從計算各時間點膠囊在體內的具體位置坐標轉為確定其通過消化道固定位置的時間，由主動定位轉為被動定位的思路，是一種全新的定位方法。本發明利用超聲波的傳播特性作為檢測介質，優於射線或磁場等物理介質，系統結構大大簡化，定位準確、可靠性高，避免了其他方法所必須的複雜計算、大量實驗和可能的誤判，同時為患者提供了方便。另外超聲波定位是一種對人體完全無損傷的方法，因此，更具臨床應用價值，易於被患者、醫生接受。
圖2本發明所定義的全消化道上關鍵點的示意圖。
如圖2所示，本發明定位系統實施例中，定義微型探測膠囊13先後通過的12個關鍵點分別是噴門1、幽門2、肚臍3、回盲部4、升結腸中點5、肝曲6、橫節腸中點7、脾曲8、降結腸中點9、乙降結腸交結處10、直乙結腸交結處11、直腸12。
圖3為本發明工作原理圖。
如
圖1、圖3所示，本發明的定位系統主要由微型超聲探頭、超聲波發生電路、超聲波信號接收放大電路、整形濾波電路、比較與非重觸發延時器和單片機控制電路等組成。超聲探頭分別布置在與人體全消化道各關鍵點對應的體表，經多路開關連接到定位系統的本體裝置，諧振頻率為2.5MHz、體積為Φ6×6mm3。
超聲波發生電路包括鎖相環4046和功率放大，由單片機控制鎖相環4046產生重複頻率為1000Hz的2.5MHz激勵信號，再經場效應管功率放大即可驅動超聲探頭髮射超聲波，超聲波接收放大電路由前置電壓跟隨器、兩級運算放大器、檢波、濾波環節組成。比較與非延時觸發器的作用是產生單一觸發脈衝。單片機選用87C51型晶片。系統連接方式為單片機控制電路和多路轉換開關相連，多路轉換開關連接12路電磁繼電器，12路電磁繼電器分別控制12個超聲探頭，超聲探頭經繼電器和超聲波發生電路連接，超聲探頭連接到接收放大電路，並經整形濾波電路與比較與非重觸發延時器連接，非重觸發延時器接單片機控制電路。單片機、超聲波發生電路、接收放大電路、比較與非重觸發延時器皆由電源模塊供電，以保障系統的正常運行。
全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統具體工作過程如下(1)由醫生確定病人的消化道12個關鍵點位置，在對應體表處分別固定諧振頻率為2.5MHz、體積Φ6×6mm3微型超聲探頭。本發明實施的12個關鍵點如圖2所示，分別是噴門1、幽門2、肚臍3、回盲部4、升結腸中點5、肝曲6、橫節腸中點7、脾曲8、降結腸中點9、乙降結腸交結處10、直乙結腸交結處11、直腸12。(2)微型無創介入探測膠囊從口腔進入，按下系統復位開關，單片機發出第一個探頭的選通信號並啟動計數器開始計時；(3)發射電路產生的激勵脈衝加到第一個探頭使其開始工作，發射超聲波；(4)膠囊通過第一個位置時，被選通的探頭接收回波信號，經放大、整形濾波後，送比較與非重觸發延時器；(5)比較與非重觸發延時器輸出單一觸發脈衝引發單片機中斷，從而記錄通過時的時刻，讀定時器值，送存儲器保存；(6)停止第一個探頭，選通第二個探頭，繼續工作。
權利要求
1.一種全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統，其特徵在於主要由微型超聲探頭、超聲波發生電路、超聲波信號接收放大電路、整形濾波電路、比較與非重觸發延時器和單片機控制電路等組成，單片機控制電路和多路轉換開關相連，多路轉換開關通過電磁繼電器分別控制對應的超聲探頭，超聲探頭經繼電器和超聲波發生電路連接，超聲探頭連接到接收放大電路，並經整形濾波電路與比較與非重觸發延時器連接，非重觸發延時器接單片機控制電路。
2.如權利要求1所說的全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統，其特徵在於在與人體全消化道關鍵點對應的體表處布置12個超聲探頭，諧振頻率為2.5MHz、體積為Φ6×6mm3。
3.如權利要求1所說的全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統，其特徵在於超聲波發生電路包括鎖相環4046和功率放大，超聲波接收放大電路由前置電壓跟隨器、兩級運算放大器、檢波、濾波環節組成，單片機選用87C51型晶片。
全文摘要
一種全消化道微型無創介入探測膠囊體外超聲定位系統，單片機控制電路通過多路轉換開關和電磁繼電器，控制布置在與人體全消化道關鍵點對應體表的12個超聲探頭，超聲探頭連接到接收放大電路，並經整形濾波電路、比較與非重觸發延時器連接單片機控制電路。超聲波發生電路產生激勵脈衝驅動探頭髮射超聲波，膠囊經過時從其表面返回的回波信號，經放大比較後，產生觸發脈衝送往單片機控制迴路，實現計時、探頭的順序選通。本發明利用超聲探頭根據回波信號確定膠囊是否通過關鍵點及通過的具體時刻，實現膠囊的定位，結構簡化，定位準確，避免了複雜計算和可能的誤判，對人體無損，更具臨床應用價值。
文檔編號A61B8/12GK1403059SQ0213717
公開日2003年3月19日 申請日期2002年9月26日 優先權日2002年9月26日
發明者顏國正, 姜萍萍 申請人:上海交通大學