胶囊内镜活检系统的设计
胶囊内镜 ppt课件
ห้องสมุดไป่ตู้
检查过程
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轻便灵巧的图像接收仪
每秒获取2幅图像讯号；（最多 可记录57,600余幅图像） 显示基本检查数据；（患者名 、ID、剩余电量、错误警告
系统锁定功能；
重：515g（含电池）； 采用3600mAh锂电池。
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胶囊内镜全球应用
胶囊内镜的诊断地位
胶囊内镜在美国被保险公司认可
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小肠的解剖位置
小肠远离口腔与肛门， 长约3.38~7.85m，游离 于腹腔内并被肠系膜束 缚形成多发复合肠襻。传 统的检查技术受到很大 的限制
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胶囊内镜简介
胶 囊 内 镜 （ Capsule endoscopy ） 又 名 无 线 胶 囊 内 镜 （ Wireless capsule endoscopy） 由以色列Given Imaging公司研制，2000年4月正式面市 2001年8月获美国食品和药品管理局（FDA）允许应用于人体
动期、溃疡性结肠炎急性期，尤其爆发型者。
※对高分子材料过敏者 ※18岁以下、70岁以上患者以及精神病患者
禁忌证
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与传统方法（消化道造影、血管造影和推进式内镜
比较，胶囊内镜诊断率最高） • 对于胃镜和肠镜检查正常的消化道出 血，应首选胶囊内镜检查。
国内外报道诊断率在70%左右
胶囊内镜对小肠出血的诊断价值
胶囊被吞下后，借助消化道的蠕动在全消化道内推进。 在胃内停留的平均时间为63min（10-319min)，在小肠内停留的平 均时间为194min（70-322min) ，一般在 8~72h 后就会随粪便排出体 外。
胶囊内镜评价分析
OMOM胶囊内镜临床应用的初步评价不明原因的消化道出血、腹痛、腹泻，是临床工作中常见的问题。
一些患者虽然通过胃镜、肠镜和全消化道钡透检查仍不能确诊，尤其是小肠疾病应用常规的检查方法难于确诊，长期以来一直是消化道检查的盲区。
胶囊内镜的问世填补了全程小肠可视性检查的空白，为小肠疾病的诊断提供了新的方法。
OMOM智能胶囊消化道内镜系统(以下简称OMOM胶囊内镜)是继以色列M2A胶囊内镜问世以来，国内第1个研究成功的胶囊内镜，由重庆金山科技集团自主研发。
我院于2O13年引进OMOM胶囊内镜，对20例患者进行检查，现总结资料，初评其临床诊断价值和安全性。
1 资料与方法1．1 临床资料2006—10 2OO7—07，接受检查者20例。
其中，男性32例，女性18例。
年龄22—8O岁，平均年龄5O．7岁。
人选标准：曾接受过传统检查仍无法解释的消化道出血；肠源性的腹痛、腹泻；炎症性肠病；血管畸形；肠营养吸收不良等疾病。
20例符合入选标准：腹痛18例，腹胀、腹泻12例，便秘3例，消瘦2例，健康体检2例，黑色血便3例。
胶囊内镜适应症：1.不明原因的消化道出血；2.慢性腹痛或腹泻疑为小肠器质性疾病所致；3.了解克罗恩氏病和乳糜性腹泻累及的范围，观察手术吻合口情况；4.监控小肠息肉病的发展；5.其他检查提示或怀疑小肠影象学异常。
并发症：1.胶囊嵌顿，主要并发症是胶囊嵌顿，它可嵌顿于狭窄处、憩室内，或进入术后胃的输入袢不能排出，国内外文献报道其发生率大约为1%。
2.食管、胃、十二指肠滞留如幽门运动功能异常的患者，胶囊在胃内停留时间过长需经胃镜送入十二指肠。
3.其它胶囊内电池的原料有一定的毒性，但至今国内外文献报道未发现胶囊完整性在肠道受破坏的病例。
禁忌症：1.凡能妨碍胶囊正常通过消化道的疾病，如胃肠道狭窄、梗阻、穿孔、肠瘘、消化道大憩室等，尤其是无手术条件以及拒绝接受任何外科手术者；2.严重动力障碍者，包括未经治疗的贲门失弛缓症和严重胃轻瘫患者（除非先用胃镜将胶囊送入十二指肠）；3.不推荐在安装心脏起搏器、除颤器或其他医用电子装置的患者及儿童中使用胶囊内镜，但这些人群中应用，未发现并发症，因而属相对禁忌症1．2 仪器与方法1．2．1 仪器设备：重庆金山科技公司生产的OMOM无绳胶囊内镜、数据记录仪套件及影像工作站。
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胶囊式小肠内镜、推进式小肠镜比较
在小肠疾病的诊断中，推进式小肠镜仅能到达曲氏韧带以下50cm左 右，故其诊断小肠疾病的能力有限，并发症有食管贲门粘膜撕裂 症、食管创伤、急性胰腺炎、肠穿孔等；
胶囊内镜无创性、无交叉感染的方法易为患者所接受， 它对小肠疾病的检出率较其他传统的方法有所提高。胶囊 内 镜局限性：内镜移动的不可控制性、肠道积液对观察的影 响、图象分辨率不如电子内镜、无活检功能以及可能产生 胶囊肠道梗阻或滞留等。
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并发症
1、胶囊嵌顿 2、食管、胃、十二指肠滞留 3、其 它
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1、胶囊嵌顿 主要并发症是胶囊嵌顿，它可嵌顿于 狭窄处、憩室内，或进入术后胃的输入袢 不能排出，其发生率大约为1%。
X 线下的 胶囊内镜
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2 食管、胃、十二指肠滞留
胃镜下的胶囊内镜
胶囊内镜下的胃镜及导丝
胶囊内镜
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胶囊内镜的历史
1991 “Tiny Missile” concept 小型导弹概念
1994
CMOS imaging (patent) CMOS 成像专利
1996
“Live pig transmissions” 动物测试
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胶囊内镜的历史
2000年，以色列科学家经多年的开发研 究，发明了胶囊内镜（capsule endoscopy） 又名 无线胶囊内镜 ( wireless capsule endoscopy)。 2001年8月，美国FDA批准将其用于临 床。 上海交通大学附属仁济医院 2002年5月率先开展。
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球部溃疡
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德国威斯巴登市Ｈｏｒｓｔ Ｓｃｈｍｉｄｔ医 院Ｅｌｌ 等于 2001 年 4 月至 10 月，该医院收 治了 65 例慢性胃肠道出血，其中 32 例进行了 完全的传统诊断性检查（包括小肠灌肠造影、 血管造影和闪烁显像以及 PE 和 CE ）。 CGB 患 者的平均患病期为29 ± 24 个月(6 - 126)；最 低血色素水平为 3.0 - 9.9 g/dl ( 均值 5.9 ± 1.4); 输血17 ± 18 个血单位(0 - 60)；每位患 者经历6 ± 7( 1 - 38)次住院治疗，在CE之前 平均做过14 ± 9次诊断性检查。
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胶囊式内镜有助于诊断隐性胃肠道出血
Ｌｉｍ等，美国胃肠病学会第６７届年会
迈阿密大学医学院Ｌｉｍ等对２０例原因不明胃 肠道出血病人进行了检查，先做微型无线胶囊内 镜检查，然后再做推进式肠镜检查。进行推进式 肠镜检查时，将一根装备有微型摄像机、长４英 尺的管子通过食管和胃送入小肠上１／３部位。 结果显示，微型无线胶囊内镜检查可发现７０％ 病人的出血原因，而推进式肠镜检查只能发现４ ５％病人的出血原因。
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组成
小型短焦镜头 彩色照（摄）相机 发白光二极管 两个微型电池 射频发送器 天线。
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•图象采集过程
–一个如随身听大小 的便携式数据记录 仪。 –照相机可对直径小 至０.１毫米的目标 进行摄影，放大８ 倍。 –每秒钟可拍摄80幅 图像，８小时内能 向数据记录仪传送 近６万幅图。 –由工作站专用处理 软件进行数据处理, 得到完整的图象和 数据。 9
磁控胶囊胃镜工作原理
磁控胶囊胃镜工作原理
磁控胶囊胃镜是一种新型的无痛胃镜检查方法，它是利用微型胶囊镜头及磁控技术来
观察胃内病变情况的医疗器械。
磁控胶囊胃镜的工作原理主要分为三个部分：胶囊镜头、磁力系统和显像系统。
1. 胶囊镜头
磁控胶囊胃镜内置有微型摄像头、LED灯及电池等部件，呈胶囊状，其直径为11毫米，长度为23毫米，重约3克。
胶囊外壳由可溶解材料制成，可以被胃液、胆汁等消化液体溶解，不会对人体产生任何损伤。
2. 磁力系统
磁力系统由外部磁铁和磁控器组成，主要用于控制胶囊镜头的运动轨迹，使其在胃内
行进。
磁控器内置有电子控制单元、电池、通讯模块等部件，可通过无线信号控制磁铁的
位置和强度，从而控制胶囊的运动。
在无线信号的作用下，磁铁会在胃部从外部控制，磁
铁的位置和强度决定了胶囊镜头的运动方向和速度。
3. 显像系统
显像系统由电视监视器、计算机及运动控制软件等组成，主要负责接收和解读从胶囊
镜头采集到的图像信息，并将其转化为视频信号输出。
显像系统可以对病变点、粘膜等进
行显微分析，通过传送数据到计算机，拍摄、记录图像，使医生能够更准确地了解胃内病
变情况。
以上三个部分相互配合，完成磁控胶囊胃镜的检查任务。
在进行检查前，医生会要求
患者服用清肠剂，并于早晨空腹吞下胶囊，待检查结束后，胶囊自动排出体外。
整个过程
无需麻醉，不会带来任何疼痛或不适感，也免除了传统胃镜检查的不适和恐惧感。
胶囊内镜最新ppt课件
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胶囊内镜的发展史
?胶囊内镜(capsule endoscopy),是两个独立研究组联合攻关完
成的
?伦敦研究组1994年发布研究意向
?1997年用 CCD( charne coupled device,)技术无线照相机获得
第一张胃内镜图像
?Idden等1997年描述了这一无线内镜视频系统
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胶囊内镜探路系统
? 胶囊在肠道内滞留的时间超过 24小时或4天仍未排出，则胶 囊会在体内自动溶解，无需外科手术取出。
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食道胶囊内镜
? 食道胶囊内镜是胶囊内镜家族中的新成员 ? 最初的食道胶囊内镜仅可以采图 4幅/秒，可以准确发现明
显的食道病变 ? 14 幅 / 秒 的 食 道 胶 囊 内 镜 ， 在 诊 断 胃 食 管 反 流 病
?以色列研究组首先制造出CMOS装置 (complemen-
tart‘ metal oxide silicon, CMOS)
?1999年A月经伦理委员会的允许，进行了第一例志愿者一研究
?2000年4月以色列(GIV FN影像公司生产的胶囊内镜正式面，
其商品名为杰文诊断图像
系统，)
?2001年A月获FDA认证，准许运用于临床
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禁忌症
? 无条件手术及拒绝接受任何外科手术者
肠道梗阻、狭窄
? ?
无条件手术及拒绝接受任何外科手术者
? ?
广泛的小肠克罗恩病 肠道梗阻、狭窄
? 使用心脏起搏器及安装其他电子医学仪器者 ? 广泛的小肠克罗恩病
? ?
吞使咽用困心难脏者起搏器及安装其他电子医学仪器者
? ?
胶囊内镜的临床应用
结肠狭窄和梗阻
胶囊内镜可用于检查结肠狭窄和 梗阻情况，评估肠道通畅程度及 狭窄原因，为患者提供及时有效
的诊疗建议。
03
胶囊内镜在呼吸系统检查中的应用
肺部检查
肺部病变诊断
胶囊内镜可用于肺部病变的诊断，如肺炎、肺结核、肺癌等 。通过内镜观察肺部组织的变化和异常表现，医生可以做出 准确的诊断并制定相应的治疗方案。
气道异物取出
当气道内出现异物时，胶囊内镜可以帮助医生准确定位并取出异物，避免对患者 造成进一步的伤害和并发症。
04
胶囊内镜在特殊人群中的应用
儿童患者应用
诊断胃肠道疾病
胶囊内镜可用于儿童胃肠 道疾病的诊断，如炎症性 肠病、息肉、溃疡等。
评估治疗效果
对于已确诊的儿童胃肠道 疾病患者，胶囊内镜可用 于评估治疗效果及病情变 化情况。
多模态成像技术
结合光学、超声、MRI等多模态成像技术，提供更全面的 消化道信息，提高诊断准确性。
延长在体工作时间
通过优化能源管理和提高能源利用效率，延长胶囊内镜在 体内的工作时间，以便更全面地观察消化道情况。
政策法规影响因素分析
医疗器械监管政策
各国对医疗器械的监管政策不同，可能影响胶囊内镜的研发、注册 和上市流程，企业需要密切关注相关政策法规的变化。
发展历程
自20世纪末胶囊内镜问世以来， 经历了多次技术革新和升级，逐 渐成为一种安全、有效的消化道 检查手段。
工作原理及结构特点
工作原理
患者吞服胶囊内镜后，内置摄像头在 消化道内拍摄高清图像，并通过无线 传输技术将图像发送至体外接收器， 供医生分析和诊断。
结构特点
胶囊内镜通常由摄像头、光源、电池 、无线发射器等组成，具有体积小、 重量轻、易于吞咽等特点。
胶囊内镜技术研究进展
统 的研 发工作 在全 世 界 如 火 如荼 地 开 展 起 来 ， 产 品 不 断丰 富 ， 各类 智 能 胶 囊 内镜 产 品 纷 纷 亮 相 ， 而 且 在 功能 上各有 所 长 。例 如 ， 专 用 于 食 管 检 查 的食 管 胶 囊 内镜 ， 专用于结肠检查 的结肠胶囊 内镜， 专 用 于探 测 消 化道 压 力 、 ｐ Ｈ 值 的胶囊 内镜 ， 可在 体 外遥 控 下 完成药 物 释 放 、 图像 采 集 、 组 织 活 检 和 治 疗 等
证 并投 入 临 床 ， 成 为 第 一 代 产 品 。２ ０ ０ ８年 ， 经 过 改
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
４个 研究 单 位 共 ９ １例 各 种 适 应证 者 同 时进 行 了结 肠胶 囊 内镜 和 电子 结 肠镜 检查 ， 对 结 肠 息 肉的 敏感 性 分别 为 ７ ６ 和８ ０ ， 而胶 囊 内镜对单 个 息 肉的发
胶囊 内镜 技术 的推 广 ， 对 消化 道 胶 囊 式 微 型诊 疗 系
张 的筛查 和 随访 ， 以及 反流性 食管 炎患 者 Ｂ ａ ｒ ｒ ｅ ｔ ｔ 食
管 的筛查 。 ２ 结肠 胶囊 内镜 结 肠 胶囊 内镜 是 继 食 管 胶 囊 内镜 后 ， Ｇｉ ｖ ｅ ｎ公
司上 市 的另 一个 重 磅产 品 ， 其 在 随后 的临 床检 查 研
多种 功能 的机 器 人 胶 囊 内镜 。本 文 就 当前 除 小 肠
较于 普通 的小 肠胶 囊 内 镜 ， 结 肠胶 囊 内镜 在 长 度 上
超 出了 ５ ｍｍ 以增 加运 行平稳 性 。 由于胶囊 内镜 检
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胶囊内镜活检系统的设计发表时间：2019-09-11T09:46:33.970Z 来源：《科技新时代》2019年7期作者：李振豪周楠张立卓张世崇[导读] 活体组织检查是诊断病情的重要依据。
本文介绍了一种利用胶囊内镜实现消化道活体组织采样的方案。
（天津医科大学临床医学院天津 300000）摘要：活体组织检查是诊断病情的重要依据。
本文介绍了一种利用胶囊内镜实现消化道活体组织采样的方案。
设计了一套胶囊内镜活体组织采样系统，以电磁铁工作原理为物理模型, 通过体外无线指令控制胶囊内部电路板进而控制活检探针，进行消化道组织采样。
结果表明，该系统可对胃肠道同一位置进行多次取样，并可控制活检探针进针深度，为消化道疾病的诊断提供依据。
关键词：胶囊内镜；活检；电磁The Design of a Biopsy System for Capsule Endoscopy Li Zhenhao, Zhou Nan, Zhang Lizhuo, Zhang Shichong (The clinical medicine college of Tianjin medical university, Tianjin 300000)Abstract:Biopsy is an effective tool for diagnosis. A scheme that utilizing capsule endoscopy to realize tissue biopsy was discussed in this paper. To realized tissue biopsy, a biopsy system for capsule endoscopy is designed.The mechanism is based the physics model of electromagnetism,and the proposed biopsy mechanism utilizes wireless command to control the circuit board in the capsule which is used to charge for biopsy needle. The system can sample tissues in the alimentary canal repeatedly,and the depth of needle can be controlled,which provides diagnostic basis for clinical physicians.Key Words：Capsule Endoscopy；Biopsy；electromagnetism1引言我国消化道疾病高发，早期诊治率低，传统电子内镜因其局限性人群接受度较低，而胶囊内镜具有安全、舒适、无交叉感染等优点。
但目前临床上应用的胶囊内镜都不具有活检功能,因此,研究一种可取活检的胶囊内镜，可提高人群接受度，应用于消化道疾病普查，为消化道疾病的诊断提供依据和评估手段。
本文介绍了一种胶囊内镜进行组织采样的方法，通过设计安装磁控活检探针等一系列装置达到取组织活检的目的。
可针对同一部位进行多次取样，并可控制活检探针进针深度，有效防止取得的组织污染或丢失。
2胶囊内镜活检胶囊内镜最早在2000年由以色列科学家研究发明，是人类的一项伟大发明。
[1] 经过近二十年的发展，目前胶囊内镜已经成为消化道疾病检查的重要手段，尤其是小肠疾病的一线诊断方式。
但是，现有临床用胶囊内镜都还不具有活检功能，因此，研究一种具有胃肠道无创采样功能的胶囊内镜机器人，以减轻病人的痛苦，为消化道功能性疾病的诊断提供依据和评估手段，为研究胃肠道对营养物质的消化吸收特性提供客观的评价指标，对临床医学的发展有重大的意义。
2004年，美国研究者提出了一种可进行组织活检和药物施放的胶囊内镜机器人。
[2] 机器人的活检机构通过内部变形使胶囊外壳表面的活检刀片伸出采取组织。
2005年，韩国先进科学技术院的文献[3] 提出了一种利用 SU8 模具与镍电镀工艺制作的活检工具，这种工具可集成到胶囊内窥镜中。
研制了一种利用石蜡触发的微型转动活检装置，该机构通过外部电路控制内部通电，加热至 42℃使石蜡融化，触发扭矩弹簧带动剃刀转动采取组织[4]。
2005年以色列科研人员在专利WO2005112460A2 中提出了可用于活检的胶囊机器人[5]，机器人由两个单独的装置组成，第一个装置用于图像采集与无线数据传输，第二个装置集成采样机构进行组织活检。
2007 年韩国首尔国立大学的 Park 等 [6] 利用 LiGA（Lithog-raphie，Galvanoformung，Abformung）工艺在胶囊内镜内集成一种微型活检执行机构。
该执行机构由三部分组成，通过加热合金丝熔断聚合物线触发扭簧带动微端丝进行活检。
国内近年来也逐渐开展胶囊内镜活检方面的研究。
相关方面的研究主要是重庆大学和某理工大学所研究的消化道微采样机器人。
某大学提出了一种基于活塞工作原理的微型采样药丸.[7]当收到采样命令时，驱动机构拉动活塞远离单向阀，肠液存储空间产生真空，吸引肠液进入肠液存储空间，采样量约为 0.3mL。
华南理工大学研究了一种基于 MEMS 技术的磁控电磁吸取式胃肠道取样微型胶囊，通过体外遥控装置使胶囊在胃肠道内定点取样[8]。
2013年，某军区医院，通过上位机下发无线指令控制胶囊机器人内部，控制电路板对电阻丝供电，电阻丝发热烧断熔断丝，从而释放扭簧带动活检爪进行胃肠道组织采样。
[9] 上述活检胶囊内镜机构只能进行一次组织采样，有很大可能导致活检失败，为此提出了一种可进行同一部位多次采样并可控制活检探针进针深度的活检胶囊内镜。
3 活检胶囊内镜结构及工作原理 3.1 方案设计提出了一种利用胶囊内镜实现消化道同一部位进行多次活体组织采样的方案。
其整体流程，如图 1 所示。
受检者吞服活检胶囊内镜进入人体后，通过外部磁控机械手臂来控制胶囊内镜机器人在体内位置，实现对胶囊的实时定位与位置跟踪，并根据胶囊摄像头所拍摄的图像，当到达病变位置时，外界发出控制指令，接通电磁铁电源，触发磁控活检探针刺入活体组织，进行组织活检。
胶囊排出体外以后，对取得的组织进行病理学检查。
图1活检胶囊内镜工作流程图3.2探针本项目所用的探针，在医用活检探针的基础上，在其尾部增加了一块与探针相匹配的条形磁铁，从而实现利用磁控系统对探针的控制，可将探针刺入活体组织，取组织进行活检；亦可在取样完成后将探针收回胶囊内部，并可重复完成上述取样过程。
3.3探针内倒刺如图2活检针内有倒刺，可防止取得的组织在胶囊运动过程中丢失，也可以增大组织采样的成功率，减少胶囊的用电量。
如图 2所示。
图2：探针内倒刺装置3.4磁控探针装置原理3.4.1出针通过外部控制胶囊内部通电，开关闭合后通电螺线管产生磁场，根据右手定则可得电磁铁右侧为N极，探针根部的条形磁铁左侧亦产生N极磁场，根据同极相斥，进而推出探针，刺入活体组织。
如图3所示。
图4 收针回到胶囊3.5探针进出深度不同患者的肿物厚度、大小不同，为防止刺入肠壁黏膜层的正常组织，应对进针深度进行控制。
通过改变滑动变阻器，改变接入电路的电阻大小来控制电流大小，从而改变磁力大小，进而控制进针深度。
如图5、6所示。
图6 病理组织较浅时进针深度减小3.6防污染瓣膜其原理与心脏瓣膜相似，为单向瓣膜，由耐腐蚀高分子材料构成，如图7，可有效防止胃肠内容物进入胶囊。
胶囊内镜瓣膜可实现出针小孔的开启与密封，维持胶囊的封闭性。
如图 7所示。
图 7 心脏瓣膜示意图4结论胶囊内镜有检查、初步诊断消化道疾病的能力及最低限度的侵入性，可以用于消化道疾病患者的初步筛查，这将有益于国家的早期消化道疾病的普查，落实三级预防。
磁控胶囊内镜镜已广泛应用于国内外临床，但针对其无法取组织进行病理检查，从而影响进一步确诊疾病。
利用电磁铁原理，提出了一种在现有胶囊内镜的基础上设计安装磁控活检探针。
接通电源时，实现出针，断开电源时，利用弹簧弹性回缩作用，实现收针。
以及密闭装置、深度控制装置等一系列装置达到取组织活检的目的，为患者减轻痛苦，亦为消化道疾病的确诊提供依据。
参考文献[1]（Mohseni, Kamran, Regents of The University of Colorado. Guided Capsule for Wireless Endoscopy, Biopsy, and Drug Delivery World，WO2004041- 068A2［P］，2004-05-21）[2] /en/main.asp.[3] Mohseni, Kamran, Regents of The University of Colorado. Guided Capsule for Wireless Endoscopy, Biopsy, and Drug Delivery World，WO2004041-068A2［P］，2004-05-21.[4]K.Kyoung-chul.A rotational micro biopsy deviceforthe capsule endoscope， in Intelligent Robots and Systems，2005［C］（. IROS 2005）. 2005 IEEE/ RSJ International Conference on，2005：1839-1843.[5]GIVEN IMAGING LTD. Method，System and Device for In-vivo Biopsy:World，WO20051124 60A2［P］，2005-11-24.[6] P. Sunkil. A Novel Micro-Biopsy Actuator for Capsular Endoscope using LIGA Process，in Solid-State Sensors，Actuators and Microsystems Conference，2007. TRANSDUCERS2007［C］. International，2007：209-212.[7]崔建国.用于肠道药物释放和采样的遥控式微型药丸的研制［J］.北京生物医学工程，2004，23（4）. （Cui Jian-guo. The development of the remote control micro pill for the intestinal drug release and sampling［J］. Beijing Biomedical Engineering， 2004，23（4））[8]王亚珍.胶囊式胃肠道取样微机电系统的设计研究［J］.现代制造工程，2004. （Wang Ya -zhen.Design research of the Gastrointestinal capsule type sampling micro electro mechanical system ［J］. Modern Manufacturing Engineering，2004.）[9]朱国昕，胶囊机器人活检机构的研究［J］机械设计与制造，2013。