主动可控内窥镜胶囊机器人研究

为了实现对人体胃肠道的无创诊疗,设计了一种尺蠖式内窥镜胶囊机器人。机器人采用直流电机作为动力源,通过双轴复用减速器和丝杆螺母机构把旋转运动转化为两个串行的直线运动,分别驱动机器人的径向和轴向伸缩,并按照一定的时序配合实现尺蠖运动。此外,还讨论了机器人的结构、运动原理以及运动的可行性。为了检验机器人运动的可行性,做了一系列测试驱动器驱动能力的实验。实验结果表明,驱动器可以提供平稳可靠的轴向和径向力,满足机器人在胃肠道运动的需求。

新型无线内窥镜胶囊天线设计方法

本文提出一种基于圆锥型螺旋天线,应用于无线内窥镜检测技术的天线微型化电图、核磁共振成像等常用检测方式[1],已经在各医院广泛应用。X光检测、超声成像、胃电图、核磁共振成像等成像技术,需要的图像处理能力还有待提高;线缆内窥镜其最远只能到达人体胃部,不能到小肠,并且容易操作失误导致误伤病人。因此,提出无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscope,WCE)诊断技术。

基于改进YOLOv5的胶囊内窥镜病灶区域检测

针对目前胶囊内窥镜病灶检测模型存在检测疾病单一且效率低等问题,提出了一种基于YOLOv5的胶囊内窥镜病灶区域检测方法。该方法在原始YOLOv5基础上进行了如下改进:首先,在主干网络Backbone部分,添加一个CBAM(convolutional block attention module)模块,增强模型对重要特征的突出能力;其次,在头部网络Head部分,添加一个检测头,增强模型对小目标的检测能力;最后,将原始YOLOv5的泛化交并比(generalized intersection over union, GIoU)损失函数替换成完整交并比(complete intersection over union, CIoU)损失函数,使模型训练时更快地收敛。本文提出的方法在长江大学第一临床医学院提供的胶囊内窥镜影像数据上进行了实验,精确率达到了93.6%,召回率达到了94.3%,mAP@0.5达到了97.2%,而且检测速度达到了每帧0.027 2 s。实验结果表明提出的方法是有效的、灵活的、鲁棒的,能够满足临床医学诊断的实际需求。

基于无线胶囊内窥镜图像的胃肠道病变智能检测方法综述

无线胶囊内窥镜(WCE)以其无痛和非入侵的特点,为胃肠道疾病检查提供了新颖方式,在临床上得到了广泛应用。然而,WCE每次检测均产生数以万计图像,但其中病变图像可能仅占少数。传统的WCE图像筛查主要依赖医生的临床经验,其过程耗时费力且存在漏检和误检风险。因此,开发WCE胃肠道病变图像的智能检测方法,用于辅助临床诊断,提高医生诊断效率和准确率,已成为当前的研究热点。综述了WCE胃肠道病变图像智能检测的最新研究进展;介绍了WCE病变图像智能检测的基本原理和评价指标;从传统机器学习和深度学习方法的角度出发,回顾了WCE胃肠道病变图像自动分类和预测的研究,总结了不同方法的优势与不足;探讨了WCE病变智能检测未来发展所面临的挑战及可能的拓展方向。

惯性-磁定位技术测量胃肠道内胶囊内窥镜的动力学

目的胶囊内窥镜在胃肠道环境中的运动非常复杂。准确测量胶囊内窥镜在胃肠道内的受力分布和姿态变化规律,对于优化检查流程、提升诊断的精确度具有至关重要的作用。方法采用基于惯性测量技术和磁场定位技术的球形探测器,测量其在胃肠道模拟装置的动力学,包括加速度、姿态以及位移信息。探测器的最高采样频率达到200 Hz,累积角度误差小于0.15°,加速度误差小于0.02 g,位移误差在5%以下。结果在模拟胃部环境中,加速度值始终保持在1 g左右,其姿态也是保持不变。而当从胃部向肠道运动过程中,探测器的加速度值激增至2 g,俯仰角和偏航角增加了100°±15°。这是由于在收敛区域内,探测器受到软颗粒的挤压作用急剧增加,且这种挤压作用力在各个方向上并不均匀。结论通过对球形探测器在胃肠道模拟装置中的位置和姿态测量,探究胶囊内窥镜在复杂环境中的动力学特征,从而为优化胶囊内窥镜的设计提供数据参考,提高其在临床应用中的诊断效率和安全性。

机械臂操纵胶囊内窥镜磁导航系统

胶囊内窥镜因其舒适性高、无交叉感染等优点,广泛用于消化道疾病检查,但因为无磁控或弱磁控,无法在小肠实现自由高效可控检查。为克服这一缺点,文中基于机械臂操纵的胶囊内窥镜磁导航系统被提出。该系统由机械臂、外部磁源、主从控制系统及磁性胶囊内窥镜组成,通过改变机械臂的姿态和位置实时调节磁性胶囊内窥镜的位姿,提高控制的准确性。通过搭建磁驱动试验平台测试胶囊内窥镜肠道中的操控性能试验,验证了方案可行性,表明机械臂操纵胶囊内窥镜磁导航系统能够满足肠道高效镜检要求,为下一步推向临床奠定了基础。

胶囊内窥镜临床应用及临床评价关注要点分析

通过综述小肠、结肠、胃部和食管胶囊内窥镜等不同胶囊内窥镜临床使用情况,梳理不同疾病患者胶囊内窥镜临床应用相关评价指标,结合境内外已上市胶囊内窥镜产品审评过程,分析我国胶囊内窥镜产品上市需通过临床试验路径进行临床评价的关注要点,其临床评价关注内容包括主要评价指标、次要评价指标和安全性评价指标,主要评价指标可考虑病变诊断结果一致率和图像质量优良率;胶囊内窥镜产品临床试验入选标准为拟使用该产品的人群,排除标准需考量不适用于该类产品的情形及不适用于入组的情形。

智能型胶囊式内窥镜的研究

智能型胶囊式内窥镜是肠胃道疾病检查的新技术手段,它的出现有效减轻了患者在肠胃道检查期间的不适、提高了患者对检查肠胃道的接受度。本文采用三维正交磁场,通过控制其磁场强度和方向,实现对胶囊式内窥镜的多自由度驱动与定位,设计并实现胶囊的定点释药功能。智能型胶囊式内窥镜将有助于提高胶囊式内窥镜检测效率以及消化道疾病的检出率,是融消化道疾病影像诊断和药物治疗于一体的新途径。

双半球胶囊内窥镜流体环境姿态稳定性研究

为实现双半球胶囊内窥镜流体环境下精准定位控制,需对双半球胶囊滑滚运动姿态稳定性进行研究。建立了双半球胶囊流体环境滑滚运动动力学模型,对胶囊姿态稳定特性及影响因素进行了数值仿真分析,给出了胶囊姿态稳定控制参数选取方法。仿真和实验结果表明,双半球胶囊内窥镜在流体环境下可实现姿态稳定的滑滚运动,姿态调整时间短,移动速度低,有利于胶囊的精准定位控制。

磁控胶囊内窥镜与标准视频内窥镜胃部检查的盲法随机对照研究

目的:对比分析磁控胶囊内窥镜(MCE)与标准视频内窥镜行胃部检查的检测效果。方法:选取在医院行胃部疾病检查的100例患者,采用随机数表法将其分为观察组和对照组,每组50例,对照组采用标准视频内窥镜进行检查,观察组采用MCE进行检查。对比两组胃部息肉、溃疡、胃黏膜下隆起、胃癌等局部病灶检出率,胃内贲门、胃底、胃体、胃角、胃窦、幽门等主要结构可视度,吞咽时间、胃腔检查时间和整体检查时间,以及不良反应发生情况。结果:MCE检查出局灶性病变47例,检出率为94%,高于标准视频内窥镜检出率(80%),差异具有统计学意义(x^(2)=4.332,P<0.05)。MCE检查的可视度中贲门100%、胃底100%、胃体100%、胃角94%、胃窦96%、幽门90%,标准视频内窥镜检查的可视度中贲门92%、胃底90%、胃体92%、胃角80%、胃窦96%、幽门88%,MCE检查的可视度优于标准视频内窥镜检查,其中贲门、胃底、胃体及胃角检查可视度具有统计学意义(x^(2)=4.166,x^(2)=5.263,x^(2)=4.166,x^(2)=4.332;P<0.05)。观察组吞咽时间、胃腔检查时间和整体检查时间均较对照组低,差异有统计学意义(t=3.317,t=6.930,t=9.634;P<0.05);观察组的诊断灵敏度为97.9%,高于对照组的90.9%,差异有统计学意义(x^(2)=5.021,P<0.05);检查过程中观察组不良反应发生率为6.00%,对照组为20.00%,差异有统计学意义(x^(2)=4.332,P<0.05)。结论:采用MCE对胃部检查其可视度较好,能够准确的检查出胃部病灶,虽检查时间较长,检查过程中被检查者的接受度较好且不良反应较少。

可调焦胶囊内窥镜光学系统设计

为解决胶囊内窥镜分辨率与景深相互制约的问题，将一种单液体、电控、可变焦液体透镜应用到内窥镜光学系统中进行光学设计，在保证分辨率的同时，扩大了系统景深．采用CODEV软件进行设计，建立系统初始结构，构造液体透镜模型，基于液体透镜中液体的体积不变，曲率、孔径和厚度可变的结构约束特点，在MATLAB中计算出不同物距下透镜的曲率、孔径和厚度数据，将其导入CODEV的系统模型中，并提出了相应的优化流程．设计并优化带有液体透镜的胶囊内窥镜系统，实现了系统在3～100mm景深范围内的清晰成像，视场角大于110°，全视场范围内调制传递函数在40lp／mm频率下均大于0．3．

胶囊内窥镜能量接收稳定性研究

提出了用三维接收线圈组成接收电路,解决由于无线胶囊内窥镜在人体消化道内姿态不确定所带来的接收能量不稳定问题。分析了由三维接收线圈组成的不同接收电路的接收效果,得出了对每一维线圈单独全桥整流后再并联输出的电路结构是最适合于为胶囊内窥镜供能的电路。计算了该接收电路的输出范围,并通过试验对其进行了验证。结果表明:当发射功率为25W时,胶囊内窥镜可在姿态任意变化的情况下获得320mW以上可用能量,满足其高清晰度、高帧率功能对能量的需求。

无线供能图像胶囊内窥镜的设计与实验分析

针对目前胶囊内窥镜受到能量限制的问题,设计了一种基于无线供能的微型化、低功耗的图像胶囊内窥镜.对无线供能电路,图像传感器电路,无线发射电路进行设计研究,搭建了无线能量传输系统平台,制作了无线供能图像胶囊内窥镜样机,并通过实验验证了无线能量传输系统发射线圈设计的合理性.通过与医院合作的猪大肠内部图像采集实验,验证了研制的图像胶囊系统样机的可行性.完整的图像胶囊内窥镜的尺寸仅为510mm@20mm,图像传感器电路和无线发射电路的整体功耗最低约为65mW.

基于OV2640的微型胶囊内窥镜系统设计

为了实现消化道疾病的无痛检查,研究并设计了一种基于OV2640的微型胶囊内窥镜无线图像传输系统,该系统由2.4GHz低功耗射频收发芯片nRF24LE1和CMOS图像传感器OV2640构成。分析了图像无线传输的原理与图像压缩技术,介绍了该系统的硬件结构。实验结果表明:该系统可得到清晰的图像,系统运行稳定,功耗低,体内微型胶囊内窥镜直径只有13 mm,为微型胶囊内窥镜的临床诊断提供了一种可行方案。

驱动胶囊内窥镜的外磁场的2D仿真及实验研究

提出了一种用于胶囊内窥镜驱动的外部磁场线圈,对它进行了二维磁场分析,用有限元方法对不同电流和永磁体直径下的磁场转矩进行了仿真,并搭建了相应的实验模型,在实验中取得较好的效果,为设计更加复杂的驱动无线内窥镜的外部磁场线圈提供了基础。

间歇工作图像胶囊内窥镜的设计与实验

针对图像胶囊内窥镜受到能量限制而工作时间较短的问题,基于图像胶囊在人体肠道蠕动的速度设计了一种间歇工作模式的微型化、低功耗图像胶囊内窥镜。采用霍尔开关代替干簧管作为电源总开关,进一步降低了图像胶囊的体积。通过对电池电源模块、模拟开关电路和软件进行设计研究,实现了无线发射和照明电路的间歇供电和图像传感器的间歇休眠。动物实验验证了整个系统的工作时间和可行性。结果表明,整个系统的尺寸仅为Φ12mm×25mm,1s间隔工作模式下系统的工作时间超过9h。

胶囊内窥镜便携式无线能量发射系统

对采用电磁感应无线能量传输(WPT)系统为视频胶囊内窥镜(VCE)提供能量的技术进行优化,主要对无线能量发射系统进行了改进,并搭建了便携式WPT平台。通过比较磁场强度和均匀度,选定了合适的发射线圈结构;通过分析谐振原理并测试Q值变化,确定了传输频率;在发射电路中加入可调电感提高频率稳定性,并测量了电流的波动情况。实验显示:优化设计的WPT系统稳定可靠,VCE在WPT平台上工作正常,可以30frame/s的帧率向接收天线发送分辨率为320×240的图像,功率为78.4mW。该无线能量发射系统可携带,传输效率和稳定性受人体行动影响较小,可保证VCE在高频率和高分辨率状态下持续工作,提高了VCE临床应用的可行性。

胶囊内窥镜位置方向磁场定位技术的研究

胶囊内窥镜是极有潜力的新型肠胃道检查手段,但是目前的临床胶囊内窥镜产品还存在一些问题需要解决,其准确定位跟踪是关键之一。在各种可能的定位方法中,利用磁体的定位技术具有明显的优势:无需供电、占用胶囊空间小、可以连续跟踪、实时性强和无副作用。本文重点讨论基于磁场传感器阵列实现对胶囊中磁体进行定位的方法,通过算法和系统的优化设计,实现了以磁偶极子为数学模型的3维位置和2维方向实时定位跟踪。为了消除人体运动对胶囊跟踪的干扰影响,本文提出对胶囊和参考目标磁体同时定位的方法,也提出了对胶囊的3维位置和3维方向的全6维定位算法以开展三维重建和病变组织的准确测算。实验结果证明本系统可对胶囊内窥镜实现2～3mm精度的定位跟踪。

被动式胶囊内窥镜在小肠内运动的力学分析

将蠕动过程中的小肠简化为不可压缩弹性薄膜，结合旋转壳体的薄膜应力平衡方程，研究小肠蠕动推进被动式胶囊内窥镜的力学行为．对推导公式进行了，数值分析，分析表明：在小肠蠕动过程中，小肠对于胶囊内窥镜的推力与其直径的平方成正比；综合考虑患者感受、检查成功性，胶囊内窥镜的直径应该设计为7～15mm；在假设胶囊行进速度为常数时，粘滞阻力和其直径与长度乘积呈线性关系，但数值较小．

胶囊内窥镜弱磁场测量系统设计与实验研究

针对胶囊内窥镜磁定位方法的要求,设计出一种基于磁阻传感器和LabVIEW虚拟仪器技术的空间磁感应强度采集系统。该系统使用HMC1043型三轴磁阻传感器对永磁体的磁感应强度进行测量,然后设计了系统控制电路,对传感器输出信号进行滤波、偏置调零和放大等处理,由USB型数据采集卡采集并传输给PC机,通过LabVIEW进行数据处理和实时显示。最后建立了基于LabVIEW和HMC1043的永磁体弱磁感应强度测量系统,通过实验可知,该系统能够测量圆柱永磁体的磁感应强度,并将实验测得的磁感应强度与永磁体磁偶极子理论模型的仿真值进行了对比,发现误差非常小。结果表明,该测量系统设计是可行的和有效的。