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几种常用的胶囊式内窥镜休眠方式介绍

作者:未知

  摘 要:胶囊式内窥镜(capsule endoscopy)系统是一种新型的无痛消化道无线检测系统,是图形处理、光电工程、无线通讯和生物医学等多种技术相结合的综合系统。通常包含摄像单元、LED照明装置和无线通信装置等,内置于胶囊壳体中,由被检者吞服,在通过消化道的过程中对胃或小肠等进行拍摄,将拍摄信息通过无线发送装置发送到外部,外部设备接收后显示在显示设备上。由于胶囊式内窥镜需要进入人体消化道系统工作,产品必须要严格遵守医用电气安全通用要求,所以胶囊式内窥镜各元器件必须要封装到殼体内部,以满足防水防漏电等防护要求。但因为胶囊式内窥镜体积很小(外径约11mm,长度约26mm),受此限制胶囊内部电池电量及其有限,仅维持工作期间的电量需求。怎么保证在长期存储过程中电池电量不消耗,而在使用前随时唤醒?目前的研究资料很少提及,本篇将介绍几种常用的胶囊式内窥镜休眠和唤醒方式。
  关键词:胶囊式内窥镜;电池;休眠;唤醒
  1 绪论
  2001年全球第一套胶囊式内窥镜系统在以色列面市并获得成功,随后经美国 FDA认证批准进入临床应用,开启了肠胃内镜检查口服无痛化时代。截至2010年底全球已有100万人次接受了胶囊式内窥检查,使得胶囊式内窥镜检查成为消化道疾病诊断的重要手段。[1]相对于传统的内镜检查其优点甚多,操作简单无需专业内镜操作人员,检查全方位无死角,无交叉感染,检查过程无痛无创无麻醉,适用人群广泛,检查后的图像资料可用于会诊、教学、保存等。胶囊式内窥镜开创了内镜技术医学应用的新领域,与传统胃镜和肠镜形成良好的互补性,在消化道疾病的诊治中将具有更广泛的临床应用前景。[2]
  2 简介
  胶囊式内窥镜系统由影像工作站、可佩戴数据记录仪和一次性使用的胶囊式内窥镜组成。胶囊式内窥镜的组成方式因产品而异,通常包含七个部分,外壳、光源、摄像单元、传感器、电池、发射模块和天线(MiroCam胶囊式内窥镜因其数据传输方式独特,没有发射模块和天线)。[3]受检者通过吞服胶囊式内窥镜,在人体肠胃蠕动的帮助下,沿着消化方向缓慢移动,同时记录和传输影像,医生再利用体外的数据记录仪和影像工作站,观察整个过程中的消化道病变情况,从而对受检者的病情做出合理诊断。(图1)
  3 工作原理
  通常胶囊式内窥镜各元件封装完成后即进入工作状态,通过内部的2粒氧化银电池串联供电。单个电池电压1.5V直径约9.5mm厚度3.6mm。由于电池电量及其有限,所以成品检测合格后便使其进入休眠状态以保存电量,常用的休眠和唤醒方式有以下三种。
  3.1 第一种休眠方式为接触开关式
  胶囊式内窥镜塑料外壳内外表面镀特定金属层,中间绝缘隔开形成两端,作为正负极。胶囊内部控制电路与胶囊壳内侧金属层接触,再通过内外金属层传递至胶囊壳表面。胶囊内镜成品默认为工作状态,当需要休眠时,引入一个外部直流电源,将外部电源正负极与胶囊壳表面正负极连接(正极与正极连接,负极与负极连接),胶囊内镜即进入休眠模式(图2)。
  该休眠方式的工作原理是胶囊内镜内部设有控制电路和信号发生器,当接入外部电源时,控制电路给信号发生器一个开启电压,信号发生器中电子开关高电平开启(2.86V),从而切断内部电源使胶囊内镜休眠。移除外部电源,控制电路断开,此时信号发生器中电子开关低电平关闭,内部电源供电工作。(图3)。该种休眠方式由韩国IntroMedic公司发明,用于MiroCam系列胶囊内镜。
  3.2 第二种休眠方式为磁开关式
  胶囊式内窥镜的内部电路上串联一个磁开关,在休眠盒中的对应位置放入一块永久磁铁。将胶囊内镜按特定方向放入休眠盒中时胶囊内镜进入休眠状态;取出胶囊内镜即进入工作状态。其中的原理是磁开关在施加一定强度的磁场环境下保持断开状态,若外部磁场移除,磁开关接通。磁开关包括弹簧、柱塞、电路板、触点,将柱塞和电路板连接在
  一起,柱塞在磁场的吸引下移动会带动电路板触点的闭合。[4]目前市场上的胶囊内窥镜产品主要使用该种休眠方式,比如Given Imaging公司的PillCamSB系列和金山公司的OMOM系列胶囊内窥镜等等(图4)
  3.3 第三种休眠方式为感应开关式
  胶囊内窥镜默认处于断电休眠状态,当需要开启电源工作时,取下光学圆顶的保护帽,由胶囊内窥镜外部的光源发生器产生一定光强的光束(波长范围780nm-880nm),透过光学圆顶照射到胶囊内窥镜内部的光电开关启动器,光电开关启动器再将光信号转换为电信号,产生一个开启脉冲信号开启电子开关,实现胶囊内窥镜内部电源的电路连接。[5]使用该类型休眠方式的产品有安翰公司的Aukon系列胶囊内窥镜。(图5)
  4 结论
  成年人消化道长度约6米左右,为提高患者胃和小肠检查覆盖率,各厂商都在研究如何延长电池的工作时间,现有的胶囊式内窥镜工作时间能延续到8-12小时左右。为了进一步避免电池电量浪费,每种胶囊内镜均需配有一个相对可靠的休眠装置,以确保胶囊内窥镜在存储和运输过程中电量不消耗。以上三种是目前市面上胶囊式内窥镜产品常用的休眠方式,因产品结构不同,适用的休眠方式也不一样,孰优孰劣难以界定。
  随着新技术的不断发展,未来胶囊式内窥镜连续工作时间会更长,甚至取消电池采用无线供电也有可能。
  参考文献:
  [1]李凯旋,刘哲星,吕庆文,等.基于小波变换的胶囊内镜图像检索[J].现代消化及介入诊疗,2011,16(2):77-81.
  [2]潘建南.胶囊内镜图片分析系统研究[D].南方医科大学,2013.
  [3]胡程志.微型胶囊内窥镜电磁驱动设计与主动控制研究[D].华中科技大学,2010.
  [4]戈登.威尔逊.用于医疗胶囊的电源控制:中国,CN 104105437 A,2014.10.15.
  [5]王新宏,肖国华,段晓东,王俊杰.一种无线胶囊内窥镜及其电源控制方法:中国,CN 103340595 A,2013.10.09.
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