一种磁引导采样胶囊机器人及采样方法技术

本发明专利技术公开了一种磁引导采样胶囊机器人及采样方法，涉及胶囊机器人技术领域，第一胶囊壳体和第二胶囊壳体相互扣合形成内部空腔，内部磁体位于内部空腔，第一柔磁性膜和第二柔磁性膜分别位于内部磁体的两侧，在没有外界磁场的情况下，第一柔磁性膜和第二柔磁性膜均朝向内部磁体凸起，第一胶囊壳体上设置有第一采样孔，第一胶囊壳体与第一柔磁性膜之间形成第一采样腔，第二胶囊壳体上设置有第二采样孔，第二胶囊壳体与第二柔磁性膜之间形成第二采样腔。本发明专利技术用于病变部位胃液和/或黏膜的采样，能够在外部磁场的作用下实现锚定采样，通过对称设置的第一采样腔和第二采样腔的设计能够实现单次入胃多次采样的操作。能够实现单次入胃多次采样的操作。能够实现单次入胃多次采样的操作。

【技术实现步骤摘要】
一种磁引导采样胶囊机器人及采样方法


[0001]本专利技术涉及胶囊机器人
，特别是涉及一种磁引导采样胶囊机器人及采样方法。

技术介绍

[0002]根据WHO的数据表明，全球有胃肠疾病史的人高达80％，而我国的肠胃病患者约有1.2亿之多。其中，消化道溃疡发病率10％，慢性胃炎发病率30％。近年来，胃病发病趋向年轻化，越来越多的年轻人患上胃病。更需要注意的是，在19～35岁的青年人胃癌发病率比30年前翻了一倍。而这背后的原因来自于对于早期胃病的忽视，错过了最佳治疗时间，导致由慢性胃炎转变为致命的胃癌。因此，对于胃病患者而言，早发现早治疗是使其远离胃癌的最佳手段。
[0003]临床医学表明早期慢性胃炎/消化性溃疡都是由胃黏膜受损演变而来的。胃消化性黏膜损伤疾病及其并发症的治疗在医学上仍然是一个挑战。非甾体类抗炎药(NSAIDs)、幽门螺旋杆菌感染、低剂量阿司匹林、吸烟、过量饮酒、情绪紧张和社会心理因素也日益成为黏膜损伤及其并发症的重要原因。相较于其他致病因素，幽门螺杆菌以其胃酸高度适应性、胃黏膜高度滞留性、高度耐药性成为消化性溃疡、慢性胃炎及胃恶性肿瘤的主要致病因素之一。因此要对幽门螺杆菌进行有效的清除，需要对幽门螺杆菌菌株种类信息进行分析，以便调整用药的组合达到更好的治疗效果。
[0004]临床上对于胃部疾病的采样检测方法主要有三种：1.C13/C14呼气试验，能够快速的检测出患者胃部幽门螺杆菌的数量，该方法获取的信息也仅限于此，对于相应病情的判断未提供有效的信息。2.胃镜检查，通过胃镜中的活检钳夹取病变组织，通过对取出的组织进行培养分析，能够对疾病的发展做出有效、精准的判断。但该方法除了会使患者感到不适的同时，容易对胃黏膜造成损害，因此往往需要具有熟练技术的医师进行操作。3.作为胃镜的替代者胶囊内窥镜，其能够以无创的方式进入人体胃部，通过图像、视频的方式向医师传递病理信息，但是不同病症在不同的发展阶段容易出现相似的图像特征，加大了疾病诊断的难度，容易造成病情的误判。然而，对于上述提及的临床方法，在疾病诊断的准确性和患者友好性之间存在矛盾。因此，依旧需要一种无创、高效的幽门螺杆菌采样方案。
[0005]对于无创操作而言，磁场由于其穿透性强、生物相容性好、控制精准等优点被视为无创操作的主要驱动方式。因此，磁驱动机器人在活检领域受到研究学者的热捧。
[0006]对于磁引导采样胶囊机器人而言，根据其采样模块的不同，能够讲其分为三大类：刀片式、针刺式、钳夹式。一、刀片式，利用刀片锋利的边缘实现活体组织的切割。对于其触发方式，逐渐由单次的热触发向磁引导的多次触发转变。二、针刺式，利用细针扎入组织内部获取样本，通过外部施加梯度磁场，胶囊内部的磁体被吸引，带动细针从胶囊内部/中间部位伸出完成采样。撤去磁场后细针在微簧/弹性材料的作用下回弹，减少了样品与环境的交互，避免了组织样品的污染。三、钳夹式，利用两个锋利的钳头夹取目标组织的方法。利用外部匀强旋转磁场带动胶囊内部的永磁体发生旋转运动，在永磁体的带动下夹钳伸出张
开，翻转外部旋转磁场，夹钳闭合完成采样的同时回缩到胶囊内部，完成一次取样工作。
[0007]上述提到的磁引导采样胶囊机器人能够较好的完成病变组织的微量采样，但要对幽门螺杆菌种类进行详细的分析，就需要对胃液和/或黏膜进行批量采样，而上述机器人结构复杂导致采样仓较少，无法胜任该工作。因此面向胃液和/或黏膜的采样工作时，仍需要对磁引导采样胶囊机器人进行重新设计和优化。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种磁引导采样胶囊机器人及采样方法，用于病变部位胃液和/或黏膜的采样，能够在外部磁场的作用下实现锚定采样，通过对称设置的第一采样腔和第二采样腔的设计能够实现单次入胃多次采样的操作。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0010]本专利技术提供了一种磁引导采样胶囊机器人，包括内部磁体、第一柔磁性膜、第二柔磁性膜、第一胶囊壳体和第二胶囊壳体，所述第一胶囊壳体和所述第二胶囊壳体相互扣合形成内部空腔，所述内部磁体位于所述内部空腔，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜分别位于所述内部磁体的两侧，在没有外界磁场的情况下，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜均朝向所述内部磁体凸起，所述第一胶囊壳体上设置有第一采样孔，所述第一胶囊壳体与所述第一柔磁性膜之间形成第一采样腔，所述第二胶囊壳体上设置有第二采样孔，所述第二胶囊壳体与所述第二柔磁性膜之间形成第二采样腔。
[0011]优选地，所述第一柔磁性膜靠近所述内部磁体的一侧与所述内部磁体靠近所述第一柔磁性膜的一侧相互吸引，所述第二柔磁性膜靠近所述内部磁体的一侧与所述内部磁体靠近所述第二柔磁性膜的一侧相互吸引。
[0012]优选地，还包括第一磁体支撑板和第二磁体支撑板，所述第一磁体支撑板位于所述内部磁体和所述第一柔磁性膜之间，所述第一磁体支撑板的边缘与所述内部空腔的内部连接，所述第二磁体支撑板位于所述内部磁体和所述第二柔磁性膜之间，所述第二磁体支撑板的边缘与所述内部空腔的内部连接。
[0013]优选地，所述第一胶囊壳体和所述第二胶囊壳体相互扣合后的外形为胶囊形。
[0014]优选地，在没有外界磁场的情况下，所述第一采样腔和所述第二采样腔的气压为P1，所述内部磁体产生的梯度力F
m
＝(M
·
▽
)B，其中，M为所述第一柔磁性膜或所述第二柔磁性膜的磁矩的磁矩，B为外部磁场的磁感应强度。
[0015]优选地，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜的结构相同，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜均包括第一层结构和第二层结构，所述第一层结构采用钕铁硼微粒和聚二甲基硅氧烷的混合材料制成，所述混合材料中的所述钕铁硼微粒和所述聚二甲基硅氧烷的质量比为：2:1，所述第二层结构采用聚二甲基硅氧烷制成。
[0016]优选地，所述第一胶囊壳体和所述第二胶囊壳体均采用3D打印成型的方式进行制备。
[0017]本专利技术还提供了一种采用所述磁引导采样胶囊机器人的采样方法，包括以下步骤：
[0018]步骤一，将磁引导采样胶囊机器人摄入体内并进入胃部；
[0019]步骤二，通过调整外部磁场与磁引导采样胶囊机器人之间的距离，使外部磁场在
第一柔磁性膜或第二柔磁性膜处产生的磁感应强度小于内部磁体在同位置处产生的磁感应强度，在该状态下对磁引导采样胶囊机器人进行运动控制，到达指定的位置；
[0020]步骤三，操纵外部磁场靠近磁引导采样胶囊机器人，产生远大于内部磁体对第一柔磁性膜或第二柔磁性膜产生的吸引力，第一柔磁性膜或第二柔磁性膜向外部磁场方向发生凸起，压缩第一采样腔或第二采样腔，使第一采样腔或第二采样腔内部的气压变为P2，同时由于外部磁场对内部磁体产生的梯度力，使磁引导采样胶囊机器人能够锚定在胃内壁；
[0021]步骤四，快速撤去外部磁场，第一柔磁性膜或第二柔磁性膜在内部磁体的吸引下回弹，第一采样腔或第二采样腔中的气压由P2变为P1，胃液和/或黏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁引导采样胶囊机器人，其特征在于：包括内部磁体、第一柔磁性膜、第二柔磁性膜、第一胶囊壳体和第二胶囊壳体，所述第一胶囊壳体和所述第二胶囊壳体相互扣合形成内部空腔，所述内部磁体位于所述内部空腔，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜分别位于所述内部磁体的两侧，在没有外界磁场的情况下，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜均朝向所述内部磁体凸起，所述第一胶囊壳体上设置有第一采样孔，所述第一胶囊壳体与所述第一柔磁性膜之间形成第一采样腔，所述第二胶囊壳体上设置有第二采样孔，所述第二胶囊壳体与所述第二柔磁性膜之间形成第二采样腔。2.根据权利要求1所述的磁引导采样胶囊机器人，其特征在于：所述第一柔磁性膜靠近所述内部磁体的一侧与所述内部磁体靠近所述第一柔磁性膜的一侧相互吸引，所述第二柔磁性膜靠近所述内部磁体的一侧与所述内部磁体靠近所述第二柔磁性膜的一侧相互吸引。3.根据权利要求1所述的磁引导采样胶囊机器人，其特征在于：还包括第一磁体支撑板和第二磁体支撑板，所述第一磁体支撑板位于所述内部磁体和所述第一柔磁性膜之间，所述第一磁体支撑板的边缘与所述内部空腔的内部连接，所述第二磁体支撑板位于所述内部磁体和所述第二柔磁性膜之间，所述第二磁体支撑板的边缘与所述内部空腔的内部连接。4.根据权利要求1所述的磁引导采样胶囊机器人，其特征在于：所述第一胶囊壳体和所述第二胶囊壳体相互扣合后的外形为胶囊形。5.根据权利要求1所述的磁引导采样胶囊机器人，其特征在于：在没有外界磁场的情况下，所述第一采样腔和所述第二采样腔的气压为P1，所述内部磁体产生的梯度力其中，M为所述第一柔磁性膜或所述第二柔磁性膜的磁矩的磁矩，B为外部磁场的磁感应强度。6.根据权利要求1所述的磁引导采样胶囊机器人，其特征在于：所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜的结构相同，所述第一柔磁性膜和所述第二柔磁性膜均包括第一层结构和第二层结构，所述第一层结构采用钕铁硼微粒和聚二甲基硅氧烷的混合材料制成...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娜，陈子衡，任华洋，易灵杰，岳涛，刘媛媛，蒲华燕，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：