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胶囊内镜(三)

在这一期,我们以 “胶囊内镜”为题,专门收集了2019年以来有这关方面的科技文献与资料并汇集成汇编提供给大家,希望对“胶囊内镜”方面有兴趣的朋友和有意愿开发此类技术的朋友起到借鉴与参考作用。由于近几年这方面的文献资料较多,我们将其分四部分提供给大家。这是第三部分。

 

胶囊内镜简介

【摘自中华消化杂志, 2019,39(6) : 361-363 戈之铮吴姗胶囊内镜技术现状与展望》一文】

 

胶囊内镜技术作为一种无创、便携、可视化的检查方式,近年来得到患者和业界的广泛认可,目前其已经不局限于小肠疾病的诊断,日益成为覆盖全胃肠道疾病诊断的重要武器。

一、胶囊内镜技术的发展与现状

为减少传统机械插入内镜检查给患者带来的痛苦,以色列导弹制造工程师Gavriel Iddan博士于1992年率先提出了胶囊内镜概念,英国胃肠病学家Paul Swain医师也在同年世界胃肠病会议上展示了胶囊内镜的设计理念,2人随后组建Given影像有限公司并设计开发胶囊内镜。20005Paul Swain医师在"美国消化疾病周"上对首例胶囊内镜应用情况进行汇报和展示[1]20018月胶囊内镜即通过美国FDA审核批准上市,宣告无创内镜检查时代的到来。

胶囊内镜系统设计的成功得益于多项技术的突破,互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)影像仪、特定用途集成电路(application specific integrated circuit, ASIC)发送装置和发光二极管(light-emitting diode, LED)照明系统均可在有限的体积和低耗能下取得高质量图像的摄制和传输,减少了功率和耗能困扰。

胶囊内镜设计之初主要为解决小肠特殊的解剖结构对插入性内镜、X线和造影等检查的影响,提升小肠相关疾病的诊疗水平。随着无创内镜理念的推进,为适应消化道各部位的解剖特点,胶囊内镜逐步推进技术革新,逐渐成为全消化道疾病诊断的重要方式。如为适应吞咽动作和重力作用对胶囊内镜通过食管速度的影响,食管胶囊内镜将拍摄帧数和视野进行提升,拍摄帧数由14/s提升至最高35/s,视野角度由标准的140°扩大至超宽(169°)视角,同时结合食管的运动状态可自动调节光照强度,扩大了食管的可视度。由于胃腔空间较大,传统胶囊内镜存在视觉盲区,无法观察到胃各部位黏膜的情况,磁控导航胃镜通过外部磁场控制胶囊在胃内运动,成功解决了临床难题。考虑结肠腔较大,胶囊内镜在结肠中滞留时间较长,传统小肠胶囊内镜的单摄像头恒速拍摄难以全面显示结肠病变,结肠胶囊内镜双镜头172°视野可大大提高肠腔拍摄覆盖率,同时其拍摄频率在静止情况下为4/s,而在运动状态下可自动调整至35/s,极大提高了结肠病变的检出率。

二、胶囊内镜技术在临床中的应用

1.小肠胶囊内镜:

目前已经成为小肠疾病诊断的首选检查方法。小肠胶囊内镜的适应证主要包括不明原因消化道出血,不明原因缺铁性贫血,疑似CD或监测并指导CD的治疗,疑似小肠肿瘤,监控小肠息肉病综合征的发展,疑似或难以控制的吸收不良综合征(如乳糜泻等),检测NSAID相关性小肠黏膜损害,以及临床上需要排除的小肠疾病者[2]。其对小肠疾病的总体诊断率达60%,与相对有创的气囊辅助式小肠镜相当[3],具有重要临床价值。

2.食管胶囊内镜:

目前食管胶囊内镜主要应用于疑似Barrett食管、疑似食管炎,以及疑似食管静脉曲张和需要食管内镜检查但不愿接受和()不能耐受传统胃食管镜检查者。由于无法注气扩张食管腔,考虑到其通过食管的可控性和显示范围,目前仍不推荐替代传统胃镜检查作为检测和诊断的首选方案。

3.磁控胶囊胃镜:

我国自主研发的体外磁控的胶囊胃镜系统已于2013年正式投入临床使用。2014年全国共有7家中心协作完成了350例胃镜与磁控胶囊胃镜的对比研究,系统评估了磁控胶囊胃镜的应用情况,结果显示胃清洁程度满意度达到85%,总体胃腔显示满意度为83.3%,与胃镜相比,其灵敏度达86.9%,特异度为94.9%,诊断准确度可达92.8%,阳性预测值为85.9%,阴性预测值为95.3%,证实其在胃部疾病检查中具有较好的临床应用前景[4]

4.结肠胶囊内镜:

与传统结肠镜相比,结肠胶囊内镜的腺瘤检出灵敏度可达88%92%[5],此外在无法耐受或未能完成全结肠镜检查的患者中,结肠胶囊内镜的结肠息肉检出率也显著高于CT仿真结肠镜检查[6]。因而目前结肠胶囊内镜的适应证为需要接受结肠镜检查但不能耐受或条件不允许者,结肠镜检查无法到达回盲瓣同时无消化道梗阻者,UC的随访以指导治疗,以及非高危人群的结肠病变筛查。

三、胶囊内镜面临的机遇与挑战

随着大数据时代人工智能技术的崛起,计算机辅助诊断为胶囊内镜提供了新的机遇,缓解了胶囊内镜诊断读片时间长、易漏诊、诊断标准不明确、学习与应用成本较高的问题。基于色彩和形态特征的病灶识别系统可识别97%左右的血管畸形和淋巴管扩张病灶[7]。基于深度卷积网络的人工智能系统可对较小的黏膜糜烂和阿弗他溃疡进行识别,灵敏度达90.9%,特异度达90.8%[8]。根据形态学变化、色彩差异和对比度进行图像数据提取,同时进行远程网络诊断等技术进一步节省了诊断时间[9],为规范胶囊内镜诊疗创造了有利条件。

目前胶囊内镜在临床应用中仍存在一些问题,亟需工程学发展带来新一轮胶囊内镜革新。首先,胶囊内镜由于自身机械和电池功率限制,仅能依靠肠腔蠕动和重力作用完成检查,极易出现视觉盲区,影响观察。目前在胃部检查中,磁控胶囊系统已可通过外部磁场控制完成胃部检查,其安全性和稳定性得到临床认可,但进一步的全胃肠道巡航机器人自动化诊疗可能更依赖如划桨装置、螺旋桨结构、自推进翅片结构、电动腿结构等主动驱动系统的创新。其次,由于小肠结构复杂,缺乏固定解剖标记,给病变定位带来很大难题。传统的胃肠镜操作可通过止血夹、染色剂等定位病变,受此思路启发,有研究通过弹簧定位释放装置,使胶囊内镜也可标记病灶,更精准地引导外科手术中对病灶的定位。通过磁控切割刀等进行病变活组织检查的技术也有望为小肠病理诊断提供强有力的支撑[10]。在体外定位方面,目前的胶囊内镜外部传感器系统可以通过胶囊运动情况和运行时间大致估测胶囊内镜的位置,磁控手柄可定位胶囊所在的大致腹腔位置。随着图像处理技术的进步,计算机辅助定位系统通过自动识别连续每帧图像间的像素差异,模拟运动距离和角度,可进一步将位置精度提高至2‰,角度精度提高至[11]。最后,在胶囊内镜辅助治疗方面,目前基于磁控活塞释放系统(magnetic active agent release system, MAARS)和自动电容控制器(IntelliCap®system)的药物投放系统均已进入临床试验阶段,靶向给药可以最大程度提高局部药物浓度,减少全身不良反应。胶囊内镜集诊断、活组织检查和治疗为一体的多合一功能发展也可为胃肠道疾病的诊疗带来新的活力。

经过多年临床与科研的反复探索,胶囊内镜已成为全消化道诊断的重要检查方式,为未来便携无创的全消化道内镜诊疗方式奠定了坚实基础。同时也看到,虽然与传统插入式内镜相比胶囊内镜检查的痛苦显著减少,但每种胶囊内镜在临床应用中仍有不同程度的欠缺,目前胶囊内镜还处在计算机辅助人工诊断与控制操作阶段。期待临床医师与工程技术人员的通力合作,使得胶囊内镜实现全自动诊疗一体化,带来消化疾病诊疗的新革命。

 

胶囊内镜(三)

 

25磁控胶囊内镜在胃部疾病应用中的研究进展

【作者】廖想周文策苗龙李依倪

【机构】兰州大学护理学院  兰州大学第一医院普外二科 海南省肿瘤医院内镜中心

【文献出处】<中国普外基础与临床杂志>2020年06期 

【摘要】目的总结磁控胶囊内镜(magnetic controlled capsule endoscopy,MCCE)在胃部疾病应用中的研究进展。方法通过检索国内外文献,就近年来有关MCCE在胃部疾病中应用的相关文献加以综述。结果 MCCE与传统胃镜相比,诊断准确率与传统胃镜相当,目前并无严重并发症的报道;此外,MCCE还具有舒适、安全、零交叉感染风险等优点,但无法进行活检及治疗。随着经济和技术的发展,可将其大规模应用于临床。结论 MCCE对胃部疾病的诊断能力较高,对比传统胃镜优势较多,不足之处可以随着科技的发展来完善,可用于胃部疾病的初筛。 

 

26思维导图+多媒体健康教育在胶囊内镜肠道准备中的应用

【作者】彭红高聪廖凤珍张盼黄丽华

【机构】广西医科大学第一附属医院小儿外科

【文献出处】<国际护理学杂志> 2020,39(04) 

【摘要】目的:探讨加速康复外科(enhanced recovery after surgeryERAS)应用于胆道闭锁患儿腹腔镜手术的护理效果。方法:选择20165月至20175月广西医科大学第一附属医院住院行腹腔镜手术的胆道闭锁患儿80例,随机分为对照组和实验组各40例。对照组采用常规护理,实验组采用ERAS护理。比较两组术后进食、肛门排便时间及并发症发生情况。结果:两组患儿术后进食时间、肛门排便时间及住院时间、费用比较差异有统计学意义( P<0.05),术后并发症发生情况(除腹胀外)比较差异无统计学意义( P>0.05) 结论:采用ERAS护理腹腔镜手术胆道闭锁患儿效果良好,明显缩短患儿术后住院时间,降低住院费用,加快了手术患儿的康复。

 

27胶囊内镜在肝硬化门静脉高压性消化道疾病中的应用现状与评价

【作者】蒋熙潘骏廖专李兆申

【文献出处】中华消化内镜杂志, 2020,37(09) 

【摘要】胶囊内镜(capsule endoscopyCE)具有无创、舒适度高的特点,随着CE技术的不断提升,先后有多项临床研究对CE检查肝硬化患者门静脉高压性消化道疾病的可行性和诊断效能进行了探索。食管CE应用于食管静脉曲张筛查安全可行,但其探查食管静脉曲张以及对静脉曲张大小分级的效能与传统胃镜比有一定差距。系线CE提高了胶囊在食管中检查的主动性,检查食管静脉曲张效能有所提升,但研究样本量相对较少,结果有待进一步验证。胃腔较大,现有CE评估胃静脉曲张、门静脉高压性胃病的研究多为胶囊被动性检查胃腔,效能较低。同时,多项研究将CE应用于门静脉高压性肠病的筛查,并且对门静脉高压性肠病的表现进行了初步分类,加深了临床医师对门静脉高压性肠病的认识。

 

28深度学习人工智能在胶囊内镜领域中的应用

【作者】夏季;潘骏;夏天;廖专;李兆申

【机构】海军军医大学附属长海医院消化内科

【文献出处】中华消化内镜杂志2019(036),012

【摘要】胶囊内镜经过长期临床验证,其适应证已基本明确.因胶囊内镜一次检查可产生约6万张图像数据,不仅会占用医生大量阅片时间,而且人工阅片产生疲劳后,会增加漏诊率.因此多项图像处理技术依靠人工智能强大的计算能力,不断在胶囊内镜领域被尝试用于胶囊定位与疾病辅助诊断,以减少阅片时间,提高检查效率.本文简要总结在胶囊内镜领域中基于深度学习人工智能技术的应用与其发展前景.

 

29卷积神经网络在胶囊内镜图像自动诊断中的应用

【作者】周莉函褚晔郭昊新车天翼王若蕙邹多武

【机构】上海交通大学医学院附属瑞金医院消化内科 康奈尔大学科技学院,美国纽约  上海交通大学医学院

【文献出处】《中华消化杂志》2020406

【摘要】计算机辅助技术在内镜中的各项应用是近年来的研究热点,其中使用深度学习的人工智能技术(AI)具有跨时代意义。卷积神经网络(CNN)在图像分析中表现最佳,在消化学科领域,CNN被用于处理大量的临床数据和各种内镜图像资料。现主要介绍机器学习技术和AI在无线胶囊内镜小肠疾病自动诊断中的应用。

 

30胶囊内镜技术现状与展望

【作者】戈之铮吴姗

【机构】上海交通大学医学院附属仁济医院消化科

【文献出处】《中华消化杂志》2019396

【摘要】作为便携、无创的消化道检查方法,胶囊内镜的应用领域随工程学技术的进步、临床医师与工程师的不懈努力而不断成熟和扩展,目前已完成全消化道覆盖,为消化系统疾病的诊疗带来了革命性突破.现从临床需求出发,结合胶囊内镜的创新发展历程、当前临床应用成熟的几种胶囊内镜形式,以及实践中存在的问题等,简述胶囊内镜的技术现状,展望其未来发展方向.

 

31改良胶囊内镜检查在小肠疾病诊断中的应用研究

【作者】陈剑

【机构】广东省韶关市第一人民医院

【文献出处】《吉林医学》2020416

【摘要】
目的:探讨改良胶囊内镜检查在小肠疾病诊断方面的应用价值.方法:选取20183 20193月韶关市第一人民医院收治的60例疑似小肠疾病患者随机分为常规胶囊内镜检查组(常规组)和改良潜水胶囊内镜组(改良组)30,比较两组患者检查参数,检查资料满意度评分以及小肠病变检出率.结果:改良组患者小肠胶囊内镜检查完成率高于常规组患者,胶囊镜在小肠平均工作时间少于常规组患者,胶囊内镜小肠黏膜观察满意度评分高于常规组患者,胶囊内镜对小肠病变诊断准确率高于对照组患者,两组差异均有统计学意义(P<0.05).结论:小肠疾病诊断中应用改良胶囊内镜检查可提高检查完成率,缩短检查时间,提高影像学资料质量与小肠疾病检出率,值得推广与应用.

 

32气囊内镜与胶囊内镜对小肠疾病诊断价值的研究

【作者】刘一品

【机构】山东大学

【文献出处】《山东大学》 2020年博士论文

【摘要】背景小肠是位于腹腔内的管状结构,在右侧髂窝区与大肠相连续,上连幽门,下至回盲瓣,根据解剖位置及功能分为十二指肠、空肠、回肠三部分。因小肠疾病表现出了临床症状不典型,加之位置隐匿,难以明确病因和定位部位。随着医学的发展,各种各样检查小肠的方法不断被发明与改进。其中,小肠钡剂造影检查成本低,对仪器设备要求不高,但其缺点诊断率低,无法满意的观察全小肠,随着CT及磁共振技术的不断发展,小肠钡剂灌肠逐渐被CTE及MRE所取代。MRE的图像虽然质量高,但检查及成像时间长,成本及对设备要求较高,很多患者无法耐受;小肠血管造影无法清楚地显示肠道粘膜及管壁病变。临床上随着胶囊内镜(capsule endoscopy,CE)、单气囊小肠镜(single-balloon enteroscopy,SBE)在小肠检查临床中的应用,提高了小肠疾病的检出率。诊断小肠疾病的诊断方法虽然多,但是应该优选哪种检查手段,目前尚有争议。因此,我们回顾性研究,比较单气囊小肠镜和胶囊内镜检查在小肠疾病的检出率、诊断率、依从性和不良反应发生率等方面,探讨单气囊小肠镜和胶囊内镜检查在小肠疾病诊断中的有效性、安全性和应用前景,并提出比较实用的小肠疾病诊治流程以供临床参考。目的通过对比单气囊小肠镜和胶囊内镜对小肠各种疾病的诊断率、检出率,探讨单气囊小肠镜和胶囊内镜在小肠疾病临床诊治应用中的意义。方法回顾性分析2015.06-2019.02期间在滨州医学院烟台附属医院消化内科住院的患者,怀疑小肠疾病需完善单气囊小肠镜或/和胶囊内镜检查者,单气囊小肠镜组80例,胶囊内镜组80例,分析结果,计算各组的检出率。结果1.80例单气囊小肠镜检查中,检出阳性55例(68.8%);80例胶囊内镜检查中,检出阳性51例(63.7%),两组比较P=0.504,无显著差异。2.炎性病变和新生物是临床上常见原因。炎性病变中,单气囊小肠镜19例(34.5%),胶囊内镜19例(37.3%),两组比较P=0.771;新生物病变中,单气囊小肠镜14例(25.5%),胶囊内镜17例(33.3%),两组比较P=0.373,临床上通过小肠镜和胶囊内镜检查率无统计学意义。3.发生在空肠病变较多,单气囊小肠镜24例(43.6%),胶囊内镜21例(41.2%),两组比较P=0.798,无统计学差异。4.单气囊小肠镜与胶囊内镜不良反应分别为26例(32.5%)、9例(11.3%),两组比较P=0.0010.05,有统计学差异。5.腹胀/腹痛(9例,11.3%)为单气囊小肠镜主要不良反应,恶心/呕吐(5例,7.5%)为胶囊内镜主要不良反应。结论1.单气囊小肠镜和胶囊内镜对小肠疾病总体阳性检出率相似。2.新生物和炎症性改变为小肠最常见的疾病,主要部位发生在空肠较多。3.单气囊小肠镜不良反应较胶囊内镜大,其中腹胀/腹痛为单气囊小肠镜主要不良反应,恶心/呕吐为胶囊内镜不良反应,提示临床可首选胶囊内镜检查,发现病变后完善小肠镜检查,必要时行内镜下治疗。背景不明原因消化道出血(obscure gastrointestinal bleeding,OGIB)为消化内科常见的急危症,小肠出血是最常见的病因。因小肠特殊解剖结构,导致病因查找困难。随着临床上胶囊内镜和小肠镜的应用,诊断OGIB的病因有了巨大飞跃。目前诊断小肠疾病的首选胶囊内镜和小肠镜检查,也是查找OGIB病因的主要手段。SBE是基于DBE发展而来的,具有更灵活的镜体,从而具有更大的视觉。近年来,SBE用来作为在全身麻醉或清醒镇静下诊断OGIB的紧急手段,诊断率因镇静条件和治疗过程也不同。此外,患者在手术过程中的反应也影响诊断结果。根据以往的研究,SBE诊断程序的并发症发生率较低,而治疗程序的并发症可能高达8%。SBE手术中常见的并发症有出血、穿孔、胰腺炎等。镇静的选择可能对急诊SBE在OGIB的诊断价值和安全性起着至关重要的作用。因此,本研究旨在评估急诊SBE在全身麻醉或清醒镇静下对OGIB的诊断价值及安全性。目的评价急诊单气囊小肠镜(single-balloon enteroscopy,SBE)在不明原因消化道出血(obscure gastrointestinal bleeding,OGIB)的诊断价值及安全性。方法回顾性分析2015.06-2018.06期间在滨州医学院烟台附属医院消化内科住院的OGIB患者102例。根据患者的年龄和性别、手术和麻醉的类型、出血类型(显性或隐性)和SBE路线(经口或肛门),计算总的诊断率和检出率以及不良反应。结果1.102例患者中,阳性66例,可疑阳性11例,总诊断率为64.7%,检出率为75.5%。2.溃疡(19.6%)和肿瘤(16.7%)是OGIB最常见的原因。3.与年龄60岁组相比,≥60岁组的诊断率和检出率分别为74.2%和60.6%,P=0.185;83.9%和 71.8%,P=0.194,但无统计学意义。4.急诊 SBE 的诊断率和检出率(68.6%vs.35.3%,P=0.023;80.0%vs.47.1%,P=0.016)明显高于非急诊SBE。5.入院24小时完善SBE的诊断率均高于2-7天、1周的诊断率(88.0%vs.61.5%,P=0.030;88.0%vs.53.8%,P=0.007)。6.对于显性出血,24小时、2-7天、1周的诊断率差异有统计学意义(100.0%vs.57.1%,P=0.006;100.0%vs.57.1%,P=0.006)。对于隐匿性出血,两两比较无统计学差异。7.全麻组的检出率显著高于清醒镇静组(87.9%vs.63.9%,P=0.004)。8.全身麻醉下的不良事件发生率低于清醒镇静下的不良事件发生率(28.8%vs.69.4%,P=0.020)。不同时间点的不良反应无显著性差异(P0.05)。结论1.溃疡在不明原因消化道出血患者中发病率最高的,其次为肿瘤;可疑阳性的病变最常见为小肠非特异性炎症。2.年龄≥60岁患者行SBE发现病变的阳性率与年龄60岁患者相似。3.行急诊SBE检查的OGIB患者诊断率、检出率高于非急诊SBE患者,进一步说明急诊SBE的必要性。4.全身麻醉下行SBE与清醒镇静下行SBE比较,全身麻醉下OGIB患者诊断率和检出率高,条件允许下,全身麻醉下SBE检查可提高病变的诊断率和检出率。5.OGIB患者中,显性出血患者发现病变部位的诊断率高于隐性出血患者。6.经口、经肛途径不同,对诊断率和检出率无明显影响。7.全身麻醉下安全性与清醒镇静下安全性一致。

 

33胶囊内镜无线能量传输系统的优化设计与试验研究

【作者】顾明亮

【机构】华南理工大学

【文献出处】《华南理工大学》 2019年硕士论文

【摘要】现已临床应用的胶囊内镜主要采用纽扣电池供电,供电时间较短且存在安全隐患,难以满足现有的诊疗要求。基于无线能量传输技术的胶囊内镜能够很好地解决能量供应问题,已经得到了广泛关注。本文在课题组已有的基础上对胶囊内镜无线能量传输系统进行了改进设计。搭建了一维接收线圈与三维接收线圈的无线能量传输系统性能测试平台,进行了仿真分析与试验研究,通过试验验证了改进方案和优化后参数的正确性、可行性。本文具体进行了以下几个方面的研究工作:基于胶囊内镜的应用环境设计了无线能量传输系统的接收端应用电路,并通过仿真分析与实验验证了接收端应用电路的可行性。分析了不同谐振补偿模型的性能,分析了不同因素对系统输出功率与传输效率的影响。分析了截面形状不同的发射线圈的磁感应强度,选择圆形发射线圈。采用近似的方法求得在轴线平面上不同类型发射线圈的磁感应强度计算公式。在Matlab中对不同类型发射线圈的磁感应强度进行计算并选择改进型Helmholtz线圈作为系统的发射线圈,通过实验分析了Helmholtz线圈与改进型Helmholtz线圈的磁感应强度和磁场均匀性。采用COMSOL软件对人体腹部模型中的电流密度、比吸收率进行仿真分析。将效能积作为优化过程中的目标函数,将系统谐振频率、线圈参数作为优化变量,将温升条件与电磁安全性作为约束条件。采用改进的差分进化算法与粒子群算法对无线能量传输系统的一维接收线圈参数与三维接收线圈参数进行优化设计。在三维接收线圈优化过程中,考虑实际应用条件选择整流后并联的三维接收线圈应用电路。对优化后的一维接收线圈参数与三维接收线圈进行仿真分析与试验验证。根据胶囊内镜的应用条件对无线能量传输系统接收端进行了微型化设计,对微型化后的摄像模块、信号发射模块、整流滤波稳压模块分别进行性能测试。将胶囊内镜各模块进行集成并对集成后的系统进行试验分析,通过试验验证了优化方案的可行性。设计了以单片机为控制核心的全桥逆变电路,解决了WL3866型信号发生器体积大、频率不易调节的问题,通过试验验证设计电路的效果。

 

34卷积神经网络在胶囊内镜图像自动诊断中的应用

【作者】周莉函褚晔郭昊新车天翼王若蕙邹多武

【机构】上海交通大学医学院附属瑞金医院消化内科 上海交通大学医学院

【文献出处】中华消化杂志2020,40(6)

【摘要】 计算机辅助技术在内镜中的各项应用是近年来的研究热点,其中使用深度学习的人工智能技术(AI)具有跨时代意义。卷积神经网络(CNN)在图像分析中表现最佳,在消化学科领域,CNN被用于处理大量的临床数据和各种内镜图像资料。现主要介绍机器学习技术和AI在无线胶囊内镜小肠疾病自动诊断中的应用。

 

35基于MATLAB的胶囊内窥镜驱动机器人的运动学分析及仿真

【作者】陈曦俞经虎钱善华曹澍胡雨农

【机构】 江南大学机械工程学院  江苏省食品先进制造装备技术重点实验室

【文献出处】《机械设计与制造工程》2020 第6

【摘要】设计了一种新型的胶囊驱动机器人,用于控制胶囊在胃肠道内的运动和定位。首先,建立胶囊驱动机器人的三维数字化模型;其次,利用齐次变换矩阵来确定驱动机器人运动过程中的位姿,同时利用D-H坐标系法进行运动学正逆解的相关计算;最后,利用MATLAB软件完成运动学建模与仿真,进行驱动机器人的工作空间分析及运动学验证。结果表明,通过控制五自由度的驱动机器人,能在平面任何方向上引导胶囊穿过胃肠道。

 

36基于无线胶囊内窥镜系统的环形天线的设计与研究

【作者】朱诚

【机构】南京邮电大学

【文献出处】《南京邮电大学》硕士论文

【摘要】现代医学技术飞速发展,在胃病的检测治疗方面,传统的胃镜检测病人痛苦大,易造成损伤和病人抵触检查。而无线胶囊内窥镜是一种新兴出现的无创无痛消化道诊断技术,这是一种集光电工程、图像处理、信息通讯与生物医学等多种技术于一体的综合性系统,它由众多精细微小的部件构成,包括摄像机、电池、天线等,其中的无线通信天线是将无线胶囊内窥镜在人体内采集的数据图像传输到人体外的接收设备中,因此天线的性能就直接影响到无线信息传输的质量,天线是无线胶囊内窥镜系统的重要组成部分。无线胶囊内窥镜的出现为现代医疗消化道诊断提供了全新的选择。本文针对应用于无线胶囊内窥镜的环形天线进行研究,主要研究工作如下:首先研究并设计了一款宽频环形胶囊天线。该款天线基于柔性基板聚酰亚胺,工作频段为胶囊天线常用的两个频段400 MHz2.45 GHz,尺寸为14 mm*31.4 mm,厚度为0.1 mm。利用了环形天线结构简单,占用面积小,并且宽频带的特点,提升了胶囊天线的性能。该款天线带宽为2.82 GHz,增益为-24.7 dB,仿真与测试环境均为模拟人体中,在两个工作频段均达到电子胶囊系统的应用要求。在此基础上,研究了利用环形天线宽频带特性来增加带宽的方法。设计了应用于电子胶囊的加载了环形天线的单极子天线。该款天线基于柔性基板聚酰亚胺,工作频段为400 MHz,尺寸为14 mm*31.4 mm,厚度为0.1 mm,带宽约为244 MHz,相比于未加环形天线时的带宽102 MHz增加了一倍多,增益为-20 dB,与未添加环天线时的增益变化很小,达到了增加带宽的目的,仿真与测试环境均为模拟人体中。最后,本文总结了之前的工作以及设计时的各种不足,并提出了后续的研究方向和所需的研究工作。