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1、(10)申请公布号 CN 103767662 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103767662 A (21)申请号 201410058051.X (22)申请日 2014.02.20 A61B 1/273(2006.01) A61B 1/04(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 颜国正 贺术 石煜 姜萍萍 王志武 高晋阳 刘大生 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王毓理 王锡麟 (54) 发明名称 螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊 查系统 (57) 摘要 一种。
2、无创医疗器械技术领域的螺线形腿扩张 式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统， 外壳以及 设置于其内部的光学成像部分、 无线能量信息收 发部分、 运动部分和微处理器， 微处理器与光学成 像部分相连并接收模拟图像信息， 无线能量信息 收发部分接收包含控制指令的无线能量并输出来 自微处理器的数字图像， 运动部分接收微处理器 的控制指令以调整侦察系统的位置及姿态。本发 明能够对获取胃肠道的可视光和荧光图像信息， 其获取的荧光图像信息可作为胃肠道癌前病变 组织的筛查依据。系统包含一个可扩张的螺线型 腿式机械结构， 可有效扩张胃肠道直径以增加摄 像头的视野， 以便获取消化道皱褶中的图像信息， 此外该机构还可控制。
3、系统停泊于消化道的特定位 置， 实现驻留检查。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103767662 A CN 103767662 A 1/1 页 2 1. 一种螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统， 其特征在于， 包括 ： 外壳 以及设置于其内部的光学成像部分、 无线能量信息收发部分、 运动部分和微处理器， 其中 ： 微处理器与光学成像部分相连并接收模拟图像信息， 无线能量信息收发部分接收包含控制 指令的无线能量并输出来自。
4、微处理器的数字图像， 运动部分接收微处理器的控制指令以调 整侦察系统的位置及姿态。 2. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的外壳包括 ： 医用透明半球形外壳和医 用外壳， 其中 ： 医用透明半球形外壳位于光学成像部分的外面以提供拍摄视角， 医用外壳与 医用透明半球形外科密封连接。 3. 根据权利要求 2 所述的系统， 其特征是， 所述的密封连接处设有可径向伸缩的医用 弹性密封膜。 4. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的光学成像部分包括 ： 紫外单色光源、 白光源、 成像器件和短焦镜头， 其中 ： 紫外单色光源与白光源均匀分布于短焦镜头的两侧， 成像器件位于短焦。
5、镜头的下方并与微处理器相连以输出模拟图像信息。 5. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的无线能量信息收发部分包括 ： 无线信 息发送部分和无线能量接收部分， 其中 ： 无线信息发送部分由无线通信模块和收发天线组 成， 将来自微处理器的数字图像信息发送至所述诊查系统外部 ； 无线能量接收部分由接收 线圈及电源管理电路组成， 接收来自所述诊查系统外部的无线能量并向光学成像部分、 无 线信息发送部分、 运动部分和微处理器供能， 同时将其中的控制指令输出至微处理器。 6. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征是， 所述的运动部分包括 ： 螺线形腿径向扩张机 构和螺线形腿驱动控制模块，。
6、 其中 ： 螺线型腿径向扩张机构位于医用透明半球形外壳和医 用外壳连接处， 螺线型腿驱动控制模块位于医用外科内部。 7. 根据权利要求 6 所述的系统， 其特征是， 所述的螺线形腿径向扩张机构包括 ： 驱动齿 轮、 机架、 中心齿轮和螺线腿， 其中 ： 转动设置于机架上的驱动齿轮以及分别与之相啮合的 多个螺线腿和一个中心齿轮 ； 所述的螺线腿由设置于机架上的转动齿轮和弧形结构的支撑腿组成 ； 所述的螺线腿平均分布于所述驱动齿轮的外周 ； 所述的转动齿轮为不完整齿轮结构。 权 利 要 求 书 CN 103767662 A 2 1/4 页 3 螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统 技术领域。
7、 0001 本发明涉及的是一种无创医疗器械技术领域的系统， 具体是一种螺线形腿扩张式 胃肠道癌前病变微型无创诊查系统。 背景技术 0002 随着人们生活节奏加快与饮食结构的不断改变， 胃肠道疾病的发病率日趋升高。 据报道， 我国胃肠道恶性肿瘤的粗死亡率为 37/10 万， 高于肝癌的 25.17/10 万、 肺癌的 31.44/10 万， 占据死亡率的第一位。我国男性胃肠道恶性肿瘤标准化年龄死亡率比发达国 家男性高 13.2， 农村男性胃肠道恶性肿瘤的标准化年龄死亡率比城镇男性高 16.85， 农村女性比城镇男性高 16.5， 已成为危害人民健康和生命质量的顽症之一。 0003 胃肠道恶性肿瘤。
8、等疾病病情隐匿， 目前临床上难以发现， 一旦发现病情已达一定 程度， 80已处于中晚期， 延误了最佳治疗时机。临床实践表明， 早期胃肠道恶性肿瘤良好 及时治疗后的 5 年及以上的生存率达 90% 以上， 有的甚至可以痊愈。因此提高早期胃肠癌 变的诊断水平对胃肠癌变的早发现和早治疗尤为重要， 但目前临床上缺乏经济、 简便、 有效 的筛查和早期诊断手段。 0004 现代分子生物学研究表明， 从正常细胞转化为恶性细胞要经历多个步骤， 细胞的 周边生化环境将产生质的变化并变成特殊的宿主体， 这些特殊宿主体在不同波长单色光的 激发下会发出荧光， 因该荧光的产生无需外源性物质， 因此称为固有荧光。 对于癌。
9、前病变组 织， 由于上皮细胞增生导致组织致密， 阻挡了部分激发光， 亮度减弱呈暗色。 因此， 通过固有 荧光的颜色、 亮度及荧光光谱特性， 即可揭示特殊宿主体的生物化学特征， 从而进行癌前病 变组织的检测。 0005 利用固有荧光进行癌前病变检测方法目前有图像法和光谱法。 图像法是根据正常 组织与癌前病变组织固有荧光颜色、 强度的不同来诊断是否为癌前病变。光谱法是将固有 荧光经光导纤维收集， 经过光 / 电信号变换、 模 / 数转换后， 送入计算机系统通过专门设计 的软件显示光谱曲线 , 根据正常组织与异常组织光谱曲线的差异判断待检组织的类型。显 然， 荧光图像法直接根据颜色进行检测， 优点是。
10、直观、 简单， 能做出实时判断、 观测视野大 , 且不需要复杂的装置设备， 非常有利于临床推广。 荧光光谱法较为严谨科学， 光谱包含的信 息量大， 包括已知的各种病变与早期癌的分化、 癌细胞的分化程度以及基因突变等， 但光谱 法是按 “点” 采样， 获得光谱是单个的点， 且光谱设备结构复杂、 昂贵， 对病变的判断不够直 观， 因此推广使用有一定局限。 0006 经对现有技术检索发现以下相关文献 ： 中国专利文献号 CN102160774A， 公开日 2011-08-24， 公开了一种 ： 无线供能的视频图像胶囊系统。该技术采用无线供能， 将检测的 消化道图像信号通过无线方式传送至体外图像接收器。
11、， 再通过专用软件可将体外图像接收 器保存的图像回放或直接由图像工作站实时显示。这个专利采用无线供能的方式， 提高图 像的采集频率， 实现消化道图像的 “连续” 采集， 提高消化道图像采集的分辨率， 满足临床全 消化道疾病诊断的需求， 但是该视频图像胶囊仍然是白光胶囊内窥镜， 不能实现癌前病变 说 明 书 CN 103767662 A 3 2/4 页 4 的检测， 同时， 由于该视频图像胶囊不具备胃肠道扩张机构， 不能对胃肠道塌陷和皱折部位 进行诊查， 造成漏检。 0007 中国专利文献号 CN103211564A， 公开日 2013-07-24， 公开了一种内窥镜类技术领 域的用于胃肠道的微。
12、型机器人， 包括 ： 轴向伸缩机构、 头部径向钳位机构和尾部径向钳位机 构， 其中 ： 头部径向钳位机构由径向动力装置与轴向伸缩机构相连， 径向钳位机构包括 ： 相 互啮合的机构输出齿轮和调速输出齿轮、 至少 3 条均匀分布于机构输出齿轮外圆周的螺旋 线腿和钳位调速装置。但该技术于本发明相比的缺陷及不足在于 ： 该机器人的视频模块中 仅含有白光光源， 因此只能获取胃肠道的可视光图像信息， 不能对癌前病变组织进行排查 ； 此外， 复杂的机械结构也会增加机器人的体积， 不利于深入人体消化道。 发明内容 0008 本发明针对现有技术存在的上述不足， 提出一种螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变 微型无创诊查。
13、系统， 能够对获取胃肠道的可视光和荧光图像信息， 其获取的荧光图像信息 可作为胃肠道癌前病变组织的筛查依据。系统包含一个可扩张的螺线型腿式机械结构， 可 有效扩张胃肠道直径以增加摄像头的视野， 以便获取消化道皱褶中的图像信息， 此外该机 构还可控制系统停泊于消化道的特定位置， 实现驻留检查。 0009 本发明是通过以下技术方案实现的， 本发明包括 ： 外壳以及设置于其内部的光学 成像部分、 无线能量信息收发部分、 运动部分和微处理器， 其中 ： 微处理器与光学成像部分 相连并接收模拟图像信息， 无线能量信息收发部分接收包含控制指令的无线能量并输出来 自微处理器的数字图像， 运动部分接收微处理器。
14、的控制指令以调整侦察系统的位置及姿 态。 0010 所述的外壳包括 ： 医用透明半球形外壳和医用外壳， 其中 ： 医用透明半球形外壳 位于光学成像部分的外面以提供拍摄视角， 医用外壳与医用透明半球形外科密封连接。 0011 所述的光学成像部分包括 ： 紫外单色光源、 白光源、 成像器件和短焦镜头， 其中 ： 紫外单色光源与白光源均匀分布于短焦镜头的两侧， 成像器件位于短焦镜头的下方并与微 处理器相连以输出模拟图像信息。 0012 所述的无线能量信息收发部分包括 ： 无线信息发送部分和无线能量接收部分， 其 中 ： 无线信息发送部分由无线通信模块和收发天线组成， 将来自微处理器的数字图像信息 发。
15、送至所述诊查系统外部 ； 无线能量接收部分由接收线圈及电源管理电路组成， 接收来自 所述诊查系统外部的无线能量并向光学成像部分、 无线信息发送部分、 运动部分和微处理 器供能， 同时将其中的控制指令输出至微处理器。 0013 所述的运动部分包括 ： 螺线形腿径向扩张机构和螺线形腿驱动控制模块， 其中 ： 螺线型腿径向扩张机构位于医用透明半球形外壳和医用外壳连接处， 螺线型腿驱动控制模 块位于医用外科内部。 0014 所述的螺线形腿径向扩张机构包括 ： 驱动齿轮、 机架、 中心齿轮和螺线腿， 其中 ： 转动设置于机架上的驱动齿轮以及分别与之相啮合的多个螺线腿和一个中心齿轮。 0015 所述的螺线。
16、腿由设置于机架上的转动齿轮和弧形结构的支撑腿组成。 0016 所述的螺线腿平均分布于所述驱动齿轮的外周。 0017 所述的转动齿轮为不完整齿轮结构。 说 明 书 CN 103767662 A 4 3/4 页 5 技术效果 0018 与现有技术相比， 本发明通过螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统 实现了检测装置在受试者胃肠道内可控、 有效的泊位， 实现了对胃肠道组织白光 / 荧光图 像的可控和长时间检测、 检测结果向体外无线发送 ； 由于系统具备螺线形腿径向扩张机构， 解决了现有技术在胃肠道塌陷和皱折部位诊查时所造成的漏检， 实现了对全消化道的无 创、 无痛苦全面诊查。通过无线供能系统。
17、实现了对螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无 创诊查系统的无线供能， 突破了当前胃肠道检测装置采用电池供能时工作时间的限制、 采 用拖缆供能时不能实现对全消化道实施检测的限制。 通过无线通信技术实现了对螺线形腿 扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统螺线形腿径向扩张机构的径向扩张动作 ； 根据诊 查需求， 实现了白光 / 紫外单色光照明光源的可控切换， 白光 / 荧光图像的可控获取 ； 实现 了对检测检测图像信息的无线传输。 附图说明 0019 图 1 为螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统示意图 ； 0020 图 2 为螺线形腿径向扩张机构示意图 ； 0021 图 3 为螺线形腿径向扩张。
18、机构工作示意图 ； 0022 图中 ： 医用透明半球形外壳 1、 紫外单色光源 2、 成像器件 3、 螺线形腿径向扩张机 构4、 微处理器5、 无线通信模块6、 医用外壳7、 收发天线8、 接收线圈9、 电源管理电路10、 螺 线形腿驱动控制模块11、 可径向伸缩的医用弹性密封膜12、 短焦镜头13、 白光源14、 驱动齿 轮 15、 机架 16、 中心齿轮 17 和螺线腿 18。 具体实施方式 0023 下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例 1 0024 如图。
19、 1 所示， 本实施例包括 ： 外壳 a 以及设置于其内部的光学成像部分 b、 无线能 量信息收发部分 c、 运动部分 d 和微处理器 5， 其中 ： 微处理器 5 与光学成像部分 b 相连并接 收模拟图像信息， 无线能量信息收发部分 c 接收含有控制指令的无线能量并输出来自微处 理器 5 的数字图像， 运动部分 d 接收微处理器 5 的控制指令以调整侦察系统的位置及姿态。 0025 所述的含有控制指令的无线能量是指将控制指令经调制后与无线能量一并通过 无线方式由无线能量信息收发部分 c 接收。 0026 所述的外壳包括 ： 医用透明半球形外壳 1 和医用外壳 7， 其中 ： 医用透明半球形外。
20、 壳 1 位于光学成像部分 b 的外面以提供拍摄视角， 医用外壳 7 与医用透明半球形外科密封 连接。 0027 所述的光学成像部分 b 包括 ： 紫外单色光源 2、 白光源 14、 成像器件 3 和短焦镜头 13， 其中 ： 紫外单色光源 2 与白光源 14 均匀分布于短焦镜头 13 的两侧， 成像器件 3 位于短 焦镜头 13 的下方并与微处理器 5 相连以输出模拟图像信息。 0028 所述的无线能量信息收发部分 c 包括 ： 无线信息发送部分 e 和无线能量接收部分 说 明 书 CN 103767662 A 5 4/4 页 6 f， 其中 ： 无线信息发送部分 e 由无线通信模块 6 和。
21、收发天线 8 组成， 将来自微处理器 5 的 数字图像信息发送至所述诊查系统外部 ； 无线能量接收部分 f 由接收线圈 9 及电源管理电 路 10 组成， 接收来自所述诊查系统外部的无线能量并向光学成像部分 b、 无线信息发送部 分 e、 运动部分 d 和微处理器 5 供能， 同时将其中的控制指令输出至微处理器 5。 0029 所述的运动部分 d 包括 ： 螺线形腿径向扩张机构 4 和螺线形腿驱动控制模块， 其 中 ： 螺线型腿径向扩张机构4位于医用透明半球形外壳1和医用外壳7连接处， 螺线型腿驱 动控制模块位于医用外科内部。 0030 如图 2 所示， 本实施例中的螺线形腿径向扩张机构 4 。
22、包括 ： 驱动齿轮 15、 机架 16、 中心齿轮 17 和螺线腿 18， 其中 ： 转动设置于机架 16 上的驱动齿轮 15 以及分别与之相啮合 的多个螺线腿 18 和一个中心齿轮 17。 0031 所述的螺线腿 18 由转动设置于机架 16 上的转动齿轮和弧形结构的支撑腿组成。 0032 所述的螺线腿 18 平均分布于所述驱动齿轮 15 的外周。 0033 所述的转动齿轮为不完整齿轮结构。 0034 所述的螺线形腿径向扩张机构 4 实现螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创 诊查系统在胃肠道任意位置的泊留， 对胃肠道组织进行的长时间检测及对比分析， 或从不 同角度实现对观察部位的成像， 或对。
23、胃肠道塌陷和具有皱折部位实施诊查。 0035 工作过程中， 医务人员通过操作控制系统的人机界面发送控制指令， 控制指令由 收发天线8、 无线通信模块6接收， 微处理器5通过螺线形腿驱动控制模块11和螺线形腿径 向扩张机构 4 实现对塌陷和具有皱折胃肠道的径向扩张， 扩张的大小通过控制系统的人机 界面上实现白光图像由医务人员控制。 一方面实现螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无 创诊查系统在胃肠道内任意位置的停泊， 也实现了对胃肠道塌陷和皱折部位的清晰成像。 0036 所述的微型电动机带动驱动齿轮 15 在螺线形腿驱动控制模块 11 的控制下转动， 并驱动中心齿轮17转动 ； 通过转动轴定位并与中。
24、心齿轮17啮合， 当中心齿轮17转动时， 所 有螺线腿18随之同步转动， 使螺线腿18的末端向外伸张， 实现对塌陷和具有皱折胃肠道的 径向扩张， 螺线形腿径向扩张机构 4 工作过程如图 3 所示。 0037 如图 3d 所示为各螺线腿 18 的初始位置， 此时螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微 型无创诊查系统的外径最小， 保证在螺线形腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统从 受试者口腔或肛门送入体内时， 不对受试者带来痛苦和损伤， 同时保证螺线形腿扩张式胃 肠道癌前病变微型无创诊查系统在胃肠道内的可通过性 ； 随着图3c到图3b再到图3a的运 动过程， 螺线腿 18 末端的外径不断增加， 对胃肠道。
25、内壁的径向伸张效果也逐渐加强。 0038 为了减小螺线腿 18 的末端对胃肠道内壁的损伤， 螺线腿 18 的末端采用在轴向加 宽方式， 通过增大螺线腿18的末端与胃肠道内壁的接触面积， 减小螺线腿18的末端对胃肠 道内壁的作用力的方式来防止螺线腿 18 的末端对胃肠道组织的损伤。为了实现对螺线形 腿扩张式胃肠道癌前病变微型无创诊查系统的可靠密封， 在螺线形腿径向扩张机构 4 的外 部沿轴向设置高弹性、 薄壁圆筒状的可径向伸缩的医用弹性密封膜 12， 可径向伸缩的医用 弹性密封膜 12 的两端分别与医用透明半球形外壳 1、 医用外壳 7 的外缘粘接可靠密封。 0039 由上述实施例可以看出， 通过精密机械技术、 无线供能技术、 无线通信技术、 白光 / 荧光图像检测技术实现检测装置在胃肠道内的可控泊位、 胃肠道的径向伸张、 主动检测， 消 除现有胃肠道检测系统缺点和不足， 有助于胃肠道疾病的诊查， 造福于临床患者。 说 明 书 CN 103767662 A 6 1/2 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103767662 A 7 2/2 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103767662 A 8 。