幾種常用的膠囊式內(nèi)窺鏡休眠方式介紹

李華國(guó)

摘?要：膠囊式內(nèi)窺鏡（capsule endoscopy）系統(tǒng)是一種新型的無(wú)痛消化道無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)，是圖形處理、光電工程、無(wú)線通訊和生物醫(yī)學(xué)等多種技術(shù)相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。通常包含攝像單元、LED照明裝置和無(wú)線通信裝置等，內(nèi)置于膠囊殼體中，由被檢者吞服，在通過(guò)消化道的過(guò)程中對(duì)胃或小腸等進(jìn)行拍攝，將拍攝信息通過(guò)無(wú)線發(fā)送裝置發(fā)送到外部，外部設(shè)備接收后顯示在顯示設(shè)備上。由于膠囊式內(nèi)窺鏡需要進(jìn)入人體消化道系統(tǒng)工作，產(chǎn)品必須要嚴(yán)格遵守醫(yī)用電氣安全通用要求，所以膠囊式內(nèi)窺鏡各元器件必須要封裝到殼體內(nèi)部，以滿足防水防漏電等防護(hù)要求。但因?yàn)槟z囊式內(nèi)窺鏡體積很小（外徑約11mm，長(zhǎng)度約26mm），受此限制膠囊內(nèi)部電池電量及其有限，僅維持工作期間的電量需求。怎么保證在長(zhǎng)期存儲(chǔ)過(guò)程中電池電量不消耗，而在使用前隨時(shí)喚醒？目前的研究資料很少提及，本篇將介紹幾種常用的膠囊式內(nèi)窺鏡休眠和喚醒方式。

關(guān)鍵詞：膠囊式內(nèi)窺鏡;電池;休眠;喚醒

1 緒論

2001年全球第一套膠囊式內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在以色列面市并獲得成功，隨后經(jīng)美國(guó) FDA認(rèn)證批準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用，開啟了腸胃內(nèi)鏡檢查口服無(wú)痛化時(shí)代。截至2010年底全球已有100萬(wàn)人次接受了膠囊式內(nèi)窺檢查，使得膠囊式內(nèi)窺鏡檢查成為消化道疾病診斷的重要手段。[1]相對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)鏡檢查其優(yōu)點(diǎn)甚多，操作簡(jiǎn)單無(wú)需專業(yè)內(nèi)鏡操作人員，檢查全方位無(wú)死角，無(wú)交叉感染，檢查過(guò)程無(wú)痛無(wú)創(chuàng)無(wú)麻醉，適用人群廣泛，檢查后的圖像資料可用于會(huì)診、教學(xué)、保存等。膠囊式內(nèi)窺鏡開創(chuàng)了內(nèi)鏡技術(shù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用的新領(lǐng)域，與傳統(tǒng)胃鏡和腸鏡形成良好的互補(bǔ)性，在消化道疾病的診治中將具有更廣泛的臨床應(yīng)用前景。[2]

2 簡(jiǎn)介

膠囊式內(nèi)窺鏡系統(tǒng)由影像工作站、可佩戴數(shù)據(jù)記錄儀和一次性使用的膠囊式內(nèi)窺鏡組成。膠囊式內(nèi)窺鏡的組成方式因產(chǎn)品而異，通常包含七個(gè)部分，外殼、光源、攝像單元、傳感器、電池、發(fā)射模塊和天線（MiroCam膠囊式內(nèi)窺鏡因其數(shù)據(jù)傳輸方式獨(dú)特，沒(méi)有發(fā)射模塊和天線）。[3]受檢者通過(guò)吞服膠囊式內(nèi)窺鏡，在人體腸胃蠕動(dòng)的幫助下，沿著消化方向緩慢移動(dòng)，同時(shí)記錄和傳輸影像，醫(yī)生再利用體外的數(shù)據(jù)記錄儀和影像工作站，觀察整個(gè)過(guò)程中的消化道病變情況，從而對(duì)受檢者的病情做出合理診斷。（圖1）

3 工作原理

通常膠囊式內(nèi)窺鏡各元件封裝完成后即進(jìn)入工作狀態(tài)，通過(guò)內(nèi)部的2粒氧化銀電池串聯(lián)供電。單個(gè)電池電壓1.5V直徑約9.5mm厚度3.6mm。由于電池電量及其有限，所以成品檢測(cè)合格后便使其進(jìn)入休眠狀態(tài)以保存電量，常用的休眠和喚醒方式有以下三種。

3.1 第一種休眠方式為接觸開關(guān)式

膠囊式內(nèi)窺鏡塑料外殼內(nèi)外表面鍍特定金屬層，中間絕緣隔開形成兩端，作為正負(fù)極。膠囊內(nèi)部控制電路與膠囊殼內(nèi)側(cè)金屬層接觸，再通過(guò)內(nèi)外金屬層傳遞至膠囊殼表面。膠囊內(nèi)鏡成品默認(rèn)為工作狀態(tài)，當(dāng)需要休眠時(shí)，引入一個(gè)外部直流電源，將外部電源正負(fù)極與膠囊殼表面正負(fù)極連接（正極與正極連接，負(fù)極與負(fù)極連接），膠囊內(nèi)鏡即進(jìn)入休眠模式（圖2）。

該休眠方式的工作原理是膠囊內(nèi)鏡內(nèi)部設(shè)有控制電路和信號(hào)發(fā)生器，當(dāng)接入外部電源時(shí)，控制電路給信號(hào)發(fā)生器一個(gè)開啟電壓，信號(hào)發(fā)生器中電子開關(guān)高電平開啟（2.86V），從而切斷內(nèi)部電源使膠囊內(nèi)鏡休眠。移除外部電源，控制電路斷開，此時(shí)信號(hào)發(fā)生器中電子開關(guān)低電平關(guān)閉，內(nèi)部電源供電工作。（圖3）。該種休眠方式由韓國(guó)IntroMedic公司發(fā)明，用于MiroCam系列膠囊內(nèi)鏡。

3.2 第二種休眠方式為磁開關(guān)式

膠囊式內(nèi)窺鏡的內(nèi)部電路上串聯(lián)一個(gè)磁開關(guān)，在休眠盒中的對(duì)應(yīng)位置放入一塊永久磁鐵。將膠囊內(nèi)鏡按特定方向放入休眠盒中時(shí)膠囊內(nèi)鏡進(jìn)入休眠狀態(tài);取出膠囊內(nèi)鏡即進(jìn)入工作狀態(tài)。其中的原理是磁開關(guān)在施加一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)環(huán)境下保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，若外部磁場(chǎng)移除，磁開關(guān)接通。磁開關(guān)包括彈簧、柱塞、電路板、觸點(diǎn)，將柱塞和電路板連接在

一起，柱塞在磁場(chǎng)的吸引下移動(dòng)會(huì)帶動(dòng)電路板觸點(diǎn)的閉合。[4]目前市場(chǎng)上的膠囊內(nèi)窺鏡產(chǎn)品主要使用該種休眠方式，比如Given Imaging公司的PillCamSB系列和金山公司的OMOM系列膠囊內(nèi)窺鏡等等（圖4）

3.3 第三種休眠方式為感應(yīng)開關(guān)式

膠囊內(nèi)窺鏡默認(rèn)處于斷電休眠狀態(tài)，當(dāng)需要開啟電源工作時(shí)，取下光學(xué)圓頂?shù)谋Ｗo(hù)帽，由膠囊內(nèi)窺鏡外部的光源發(fā)生器產(chǎn)生一定光強(qiáng)的光束（波長(zhǎng)范圍780nm-880nm），透過(guò)光學(xué)圓頂照射到膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部的光電開關(guān)啟動(dòng)器，光電開關(guān)啟動(dòng)器再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)開啟脈沖信號(hào)開啟電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部電源的電路連接。[5]使用該類型休眠方式的產(chǎn)品有安翰公司的Aukon系列膠囊內(nèi)窺鏡。（圖5）

4 結(jié)論

成年人消化道長(zhǎng)度約6米左右，為提高患者胃和小腸檢查覆蓋率，各廠商都在研究如何延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間，現(xiàn)有的膠囊式內(nèi)窺鏡工作時(shí)間能延續(xù)到8-12小時(shí)左右。為了進(jìn)一步避免電池電量浪費(fèi)，每種膠囊內(nèi)鏡均需配有一個(gè)相對(duì)可靠的休眠裝置，以確保膠囊內(nèi)窺鏡在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中電量不消耗。以上三種是目前市面上膠囊式內(nèi)窺鏡產(chǎn)品常用的休眠方式，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同，適用的休眠方式也不一樣，孰優(yōu)孰劣難以界定。

隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)膠囊式內(nèi)窺鏡連續(xù)工作時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，甚至取消電池采用無(wú)線供電也有可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李凱旋，劉哲星，呂慶文，等.基于小波變換的膠囊內(nèi)鏡圖像檢索[J].現(xiàn)代消化及介入診療，2011，16（2）：77-81.

[2]潘建南.膠囊內(nèi)鏡圖片分析系統(tǒng)研究[D].南方醫(yī)科大學(xué)，2013.

[3]胡程志.微型膠囊內(nèi)窺鏡電磁驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與主動(dòng)控制研究[D].華中科技大學(xué)，2010.

[4]戈登.威爾遜.用于醫(yī)療膠囊的電源控制：中國(guó)，CN 104105437 A，2014.10.15.

[5]王新宏，肖國(guó)華，段曉東，王俊杰.一種無(wú)線膠囊內(nèi)窺鏡及其電源控制方法：中國(guó)，CN 103340595 A，2013.10.09.