淺析膠囊內(nèi)窺鏡的研究現(xiàn)狀

王歆媛

摘要：隨著消化道疾病發(fā)病率逐年上升，利用微型化診療機(jī)器人進(jìn)行體內(nèi)成像具有越來越重要的現(xiàn)實(shí)意義。膠囊內(nèi)窺鏡，又稱膠囊內(nèi)視鏡或膠囊內(nèi)鏡，是一種能夠進(jìn)入體內(nèi)進(jìn)行醫(yī)學(xué)探查和治療的醫(yī)療儀器，具有無創(chuàng)、微型化、智能化等優(yōu)點(diǎn)，是體內(nèi)介入檢查與治療的有效手段。本文基于專利數(shù)據(jù)，從專利申請的角度出發(fā)，對膠囊內(nèi)窺鏡領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：消化道，膠囊內(nèi)窺鏡，專利技術(shù)

【中圖分類號】G306 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1673-9026（2021）08-390-01

1.引言

膠囊內(nèi)窺鏡在結(jié)構(gòu)上，包括外殼、成像單元、控制單元、電源單元和傳輸單元，附加地還設(shè)置有傳感器用于測量壓力、溫度、PH值以及活檢裝置等。在成像技術(shù)方面，膠囊內(nèi)窺鏡常見的用于進(jìn)行體內(nèi)的光學(xué)成像，隨著技術(shù)的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了基于OCT、超聲以及基于超聲和光學(xué)的多模態(tài)成像的膠囊內(nèi)窺鏡。而膠囊內(nèi)窺鏡根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式又分為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)和外部驅(qū)動(dòng)[1]。

2.膠囊內(nèi)窺鏡研究現(xiàn)狀

在專利申請中，外國申請人的申請量的前三位是奧林巴斯株式會社、富士膠片株式會社、西門子公司，中國申請人的申請量的前五位是重慶金山醫(yī)療器械有限公司、深圳市資福醫(yī)療技術(shù)有限公司、安翰科技（武漢）股份有限公司、上海安翰醫(yī)療技術(shù)有限公司、無錫安之卓醫(yī)療機(jī)器人有限公司，奧林巴斯是全球中最為領(lǐng)先的申請人，并且在各個(gè)方面都基本上掌握了最為前沿的核心技術(shù)，所涉及的專利申請質(zhì)量比較高，大部分都已經(jīng)獲得授權(quán)或者具有可授權(quán)的前景，而中國申請人相較于外國的主要申請人起步較晚，雖然近年的專利申請量有所提升，但授權(quán)案件的數(shù)量不多，且核心技術(shù)與外國的主要申請人也有一定差距。

2.1光學(xué)膠囊內(nèi)窺鏡

1998年，以色列基文影像公司成功生產(chǎn)出第一粒膠囊內(nèi)窺鏡。光學(xué)膠囊內(nèi)窺鏡是最為常見的膠囊內(nèi)窺鏡，光學(xué)膠囊內(nèi)窺鏡通過拍攝病變部位的圖像，并將拍攝的圖像傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備進(jìn)行圖像處理，從而對消化道進(jìn)行診斷和治療。在專利申請方面，光學(xué)膠囊內(nèi)窺鏡占據(jù)了最多的申請量，專利申請主要集中于對膠囊內(nèi)窺鏡獲取的圖像進(jìn)行處理分析、移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)成像單元、設(shè)置多個(gè)成像單元等方面，申請CN2013800502618通過使用變形信息來進(jìn)行抑制由于刪除圖像而產(chǎn)生無法觀察的區(qū)域的圖像精簡處理，通過使用不要區(qū)域來提高該圖像精簡處理的效率，避免病變區(qū)域或異常區(qū)域不能包含在無法觀察的區(qū)域中，造成疾病診斷的漏診問題;申請CN2021101161655通過旋轉(zhuǎn)觀測機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)拍攝角度的調(diào)整，具有更好的觀察視角，可以更好地對重要部位進(jìn)行觀察及對可疑部位進(jìn)行重點(diǎn)探查;申請CN2005800220250、CN2006800482154公開了在膠囊內(nèi)窺鏡的側(cè)面或前后端部設(shè)置多個(gè)成像單元，從而獲取不同視野下的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)，使得所取得的信息量增加，更精確地進(jìn)行診斷等。

2.2超聲膠囊內(nèi)窺鏡

為了獲取更加全面的診斷信息，也出現(xiàn)了將超聲成像技術(shù)應(yīng)用到膠囊內(nèi)窺鏡中，以進(jìn)行更深層的組織器官的診斷。在專利申請方面，超聲膠囊內(nèi)窺鏡的申請量比較少，申請CN 2010106133935利用多普勒原理對腸道壁間的血管的流速和流量進(jìn)行檢測，并返回圖像信息，幫助醫(yī)生通過分析腸道內(nèi)的彩色多普勒超聲圖像，進(jìn)一步診斷腸道的狀態(tài)和病癥情況;申請CN2015109304350利用旋轉(zhuǎn)電機(jī)來帶動(dòng)微型齒輪組以實(shí)現(xiàn)超聲換能器的360°全方位的成像，成像穩(wěn)定度也得到了加強(qiáng)，成像質(zhì)量的提升為醫(yī)生對各種疾病的診斷提供了更準(zhǔn)確的信息。

2.3膠囊內(nèi)窺鏡的驅(qū)動(dòng)方式

早期的膠囊內(nèi)窺鏡是通過胃腸道自身的蠕動(dòng)而不斷前進(jìn)，屬于被動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，無法采集所需位置的體內(nèi)圖像，導(dǎo)致診斷結(jié)果準(zhǔn)確度較低，為了提高診斷結(jié)果準(zhǔn)確性，后續(xù)的研究則將被動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式改進(jìn)為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制方式，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制方式主要包括內(nèi)部驅(qū)動(dòng)方式和外部驅(qū)動(dòng)方式。

內(nèi)部驅(qū)動(dòng)式膠囊內(nèi)窺鏡是將驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于膠囊內(nèi)，在內(nèi)驅(qū)動(dòng)裝置的作用下完成對膠囊內(nèi)窺鏡運(yùn)行速度和方向的控制。申請CN200810000148X在內(nèi)驅(qū)動(dòng)裝置的作用下完成對膠囊運(yùn)行速度和方向的控制，實(shí)時(shí)調(diào)控膠囊內(nèi)鏡在消化道內(nèi)的移動(dòng)方向;驅(qū)動(dòng)裝置采用電機(jī)帶動(dòng)螺旋線旋殼齒轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，使膠囊運(yùn)行速度合理，并不對使用者造成痛苦;申請CN2013101407203通過控制不同驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)徑向機(jī)構(gòu)以及軸向機(jī)構(gòu)的分別運(yùn)動(dòng)，可以使用小型電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，能夠適應(yīng)人體胃腸道環(huán)境，可以在胃腸道內(nèi)主動(dòng)式運(yùn)行;申請CN2009101962737使用單個(gè)電機(jī)進(jìn)行仿尺蠖蠕動(dòng)，控制膠囊內(nèi)鏡機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)以便反復(fù)觀察可疑區(qū)域，具有主動(dòng)可控、實(shí)時(shí)檢測傳輸圖像、創(chuàng)傷小、安全可靠等特點(diǎn)，有效協(xié)助胃腸道疾病的診斷和治療。

外部驅(qū)動(dòng)式膠囊內(nèi)窺鏡是將驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置于體外，主要是在膠囊內(nèi)設(shè)置內(nèi)部磁體并在體外施加外部磁場，通過控制磁場發(fā)生變化，以驅(qū)動(dòng)膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。申請CN2013101360940通過磁場控制建立一個(gè)穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)，可以在XYZ軸三個(gè)方向移動(dòng)以及偏轉(zhuǎn)各種觀察角度，可以精確產(chǎn)生5維運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁場并對磁性膠囊內(nèi)窺鏡產(chǎn)生遠(yuǎn)程作用力，解決膠囊內(nèi)窺鏡在運(yùn)動(dòng)磁場下的定位和控制問題;申請CN2015800115135當(dāng)膠囊型醫(yī)療裝置在由磁場生成部生成的磁場中的本來的約束位置即指定位置與膠囊型醫(yī)療裝置在該時(shí)間點(diǎn)的存在位置之間的距離大于閾值時(shí)，使針對膠囊型醫(yī)療裝置的磁場的分布相對地變化，更好地進(jìn)行膠囊型醫(yī)療裝置的引導(dǎo)操作。

3.探討與結(jié)語

膠囊內(nèi)窺鏡雖然已經(jīng)有關(guān)于成像技術(shù)、驅(qū)動(dòng)方式的專利申請，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，膠囊內(nèi)窺鏡還具有更大的發(fā)展前景，國內(nèi)的申請人也可以根據(jù)自身的特點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)以形成自身的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬滔.腿式膠囊機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2020.