一种防雾型肛肠内窥镜

技术领域

本发明属于肛肠检查仪器领域，尤其涉及一种防雾型肛肠内窥镜。

背景技术

通过内窥镜能够观察直肠瓣、溃疡、息肉、肿瘤、异物等的存在，观察是否有内口如瘘管、痔疮、息肉、直肠和肿瘤等。

但是在使用内窥镜进行检查时，由于内窥镜一般采用玻璃材质或者树脂材质，当内窥镜进入到人体内时，体内的水汽遇到温度较低的内窥镜摄像镜头，发生液化，产生水雾，影响成像清晰度，造成显示模糊，影响正常检查，不能及时准确的发现病灶，检查效率低，患者舒适性较差；同时目前内窥镜在进行检查时，一般由外部连线继续拧驱动控制，导致在肠道内进行检测时运动姿态受到影响，内窥镜的速度、方向不容易控制，不利于医生准确的获取肠道内的病变部位信息，由于运动控制性较差，导致检查效率不高，耗费大量时间和精力，获得的信息也不足以让医生进行准确诊断。

中国专利申请号201921624052.0公开了一种肠道内窥镜，包括内窥镜头，所述内窥镜头一端连接有连接固定杆、并且连接固定杆另一端固定有连接固定块，所述连接固定块另一端设有连接管道。该肠道内窥镜设置有连接固定杆上的通孔的内部孔径等于软管的外部直径，这样的设计方便软管贯穿连接固定杆上的通孔；上述技术由外部连线进行驱动，灵活性不足，且在检查时内窥镜镜头容易产生起雾现象，导致检查效率低，病理准确性差。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供了一种防雾型肛肠内窥镜，通过在壳体内设置永磁体，当外部通过磁场叠加产生旋转磁场，带动嵌入在壳体内的永磁体在肠道内运动；进行检查，同时在壳体外部设置的螺旋环，内窥镜在旋转时，形成一层压力膜，通过设置的螺旋环形成液体压力差，对内窥镜产生作用力，且推动内窥镜沿轴向运动，由于螺旋环前后会产生不同的压力，压力驱动内窥镜在肠道内前后运动，并且与外磁场产生相互协同作用，共同作用于内窥镜，提高运动的灵活性，提高检查效率；通过设置的防雾温度控制系统，采用分段式加热的方法，对内窥镜的摄像镜头进行加热，从根本上解决了内窥镜起雾的问题，增加成像的清晰度，提高检查的效率、提高病灶检查的准确性。

本发明提供如下技术方案：

一种防雾型肛肠内窥镜；包括，壳体；所述壳体为透明材质，所述壳体设置为囊体结构，所述壳体内部为中空状态，壳体的一端设有摄像镜头，所述摄像镜头镶嵌在壳体内，所述壳体内部靠近摄像镜头的一端设有至少一个加热元件，所述加热元件设置在固定板上，所述固定板固定在壳体内部，所述固定板远离加热元件的一侧的中心位置设有透镜，所述透镜与摄像镜头处在同一水平面上，且摄像镜头的中心与透镜的中心重合；所述透镜的两侧均设有照明灯；所述壳体的内部还设有图像处理模块，图像处理模块与摄像镜头信号连接，图像处理模块接收并处理传输摄像镜头采集的图像信息，所述图像处理模块连接控制器，所述控制器连接有CAN总线，CAN总线连接有信号线，将图像信息传输至外设终端机；

所述壳体内还设有电池，电池为摄像镜头、图像处理模块、控制器提供电能；所述内窥镜还包括防雾温度控制系统，通过控制防雾温度控制系统加热摄像镜头至摄像镜头温度达到人体内的最大露点温度，并实现摄像镜头的恒温控制，消除内窥镜摄像镜头起雾的现象。

优选的，所述壳体的内部设有永磁体，所述永磁体呈环状分布在壳体的内壁，所述壳体的外表面设有螺旋环，所述螺旋环为硅胶材质。

优选的，所述永磁体为钕铁硼永磁体，径向磁化。

优选的，所述加热元件由一对或多对P型和N型半导体通过电极连接，形成一个完整的线路，并夹在两个陶瓷片内构成。

优选的，所述一种防雾型肛肠内窥镜采用一种防雾温度控制系统，其特征在于，所述防雾温度系统包括控制模块、温度模块、通信模块；所述控制模块包括控制器和控制电路，温度模块包括温度采集模块和温度控制模块，温度采集模块通过设置温度传感器采集摄像镜头的温度和内窥镜环境的温度，温度控制模块包括加热元件和加热电路，通信模块实现系统的数据传送和记录。

优选的，所述温度采集模块采集摄像镜头表面温度之后，向控制器输入摄像镜头表面温度值；同时温度控制模块向控制器输入加热电路的电流值，之后控制器将镜头表面温度值与最大允许温度比较，同时将加热电路的电流值与最大允许电流进行比较，当两者均处于最大允许安全值范围内，进行下一步加热操作，否则系统停止，关闭电源。

优选的，所述温度采集模块对内窥镜所处肠道环境进行采集，并将摄像镜头表面温度与肠道平均温度和器械发热温度进行比较，确定是否开启温度控制模式；温度控制模式加热过程中加热电路电压发生变化，从而调节加热元件进行加热，当摄像镜头的温度大于设定肠道环境的温度时，加热元件保持恒温。

优选的，所述一种防雾温度控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：对内窥镜所处的肠道环境进行分析，找出与肠道环境温度与露点温度的关系；

S2：根据肠道环境温度确定露点温度的变化范围；

S3：根据露点温度的变化范围定义内窥镜温度控制的目标值，通过温度控制模块采用分段加热，当摄像镜头的温度大于肠道环境露点温度时，消除起雾现象。

优选的，步骤S3中，分段加热分为三个阶段，a,初始状态防雾温度范围36.5-37.3℃；b，二次加热防雾温度范围37.3-38.5℃；c，三次加热防雾温度范围38.5-40.5℃。

优选的，在进行内窥镜检查时，将内窥镜送入到肛肠内，内窥镜内部设置的永磁体配合外部的外磁场驱动，不耗用内部电源，利于减小内窥镜的体积；所述外磁场采用两组亥姆霍兹线圈，通入不同强度的电流，且该电流成一定的相位关系后，在较大空间范围内产生旋转磁场，从而带动内窥镜内部的永磁体运动；永磁体为径向磁化的方式，外部磁场形成，永磁体指向的空间磁场的磁力线方向，随着亥姆霍兹线圈内电流谐波的变化，产生旋转磁场，施加给胶囊一个磁力距，使内窥镜在肠道内发生旋转，内窥镜在旋转时，形成一层压力膜，压力膜的厚度为h，通过设置的螺旋环形成液体压力p，对内窥镜产生作用力，且推动内窥镜沿轴向运动，此时内窥镜沿周向的分力形成部分阻力矩，两部分阻力矩共同作用，能够使内窥镜的运动方向发生垂直变化，从而对内窥镜进行角度控制，通过调整旋转磁场平面法线方向，所述螺旋环的螺纹升角为θ，螺纹深度为h，螺纹线数n，r为内窥镜圆柱半径；为了进一步提高其协同作用，实现内窥镜在任意方向的运动，所述内窥镜转动角度φ满足：φ=cosθ/(r+h)+2π/n(sinθcosθ)；上式中r、h单位为mm；由于螺旋环前后会产生不同的压力，压力驱动内窥镜在肠道内前后运动，并且与外磁场产生相互协同作用，共同作用于内窥镜，提高运动的灵活性。

另外，在进行温度控制的过程中，为了更加精确的进行温度控制，减小温度误差，增加温度数据采集的准确性，设置温度传感器连接电路，采用ADT温度传感器，引脚1为串行数据输入输出，连接CAN总线SDA；引脚2为串行时钟输入，连接CAN总线SCL；引脚4接地，引脚5与引脚8之间设有电容，电容0.1uF；引脚6和7连接3.3V电源。

优选的，所述摄像镜头采用蓝宝石镜面，摄像头为固定平壁导热，减小热阻对加热元件加热的影响，为了增加温度控制的精确程度，减小误差，增强防雾效果，摄像镜片的面积为A，导热热阻为R，则R满足：R=η·L/（k·A）；L为摄像镜片的厚度，单位mm；k是导热系数，单位W/(m·℃)；A单位m

优选的，在通过半导体加热制冷片作为摄像镜头内侧的加热元件，半导体加热制冷片当直流通过两种不同的半导体材料串联的电偶时，半导体产生焦耳热之外，电偶两端还会分别吸收和放出热量，为了进一步增加测量精度，减小半导体自身吸热对摄像镜片的影响，在温差为T的半导体放热量为Q满足Q=t·I·T；Q单位焦耳；I为加热电流，单位安培；t为汤姆逊系数，T单位为摄氏度；在半导体加热制冷片和摄像镜头的共同作用下，更好了促进了分段式加热的精确性，减小了温度误差，所述摄像镜头厚度L,是导热系数k、面积A与半导体放热量为Q满足：k·A=λ·(IT)/L；λ为关系系数，取值范围为0.32-26.88。

在控制模块控制加热元件通过改变电流进行加热时，采用分段加热的方式，当内窥镜未进入人体之前启动初始状态，加热温度为37.3，接近人体的温度，一方面增加患者的舒适度，另一方面防止冰冷的摄像镜片进入潮湿的肠道环境内必然会发生起雾现象，影响内窥镜的图像采集的准确性，延误检查时间；当内窥镜达到肠道环境温度时，由于肠道环境改变，内窥镜自身发热引起肠道环境温度升高，此时，摄像镜头的温度在再次低于肠道环境温度，此时启动二次加热防雾状态，控制器控制半导体加热制冷片二次加热，加热至37.3-38.5℃之间，改变肠道环境露点，防止起雾；由于通过外加旋转磁场驱动内窥镜在肠道环境中运动，旋转磁场对壳体内的永磁体做功产生热量，二者相互之间有共同的作用，肠道环境温度再次升高，此时启动三次加热防雾状态，加热至38.5-40.5℃；防止摄像镜头起雾；由于肠道环境适应温度有限，因此，控制器控制半导体加热制冷片对摄像镜头的最高的加热温度为40.5，防止烫伤肠道，增加使用安全性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过在壳体内设置永磁体，当外部通过磁场叠加产生旋转磁场，带动嵌入在壳体内的永磁体在肠道内运动；进行检查，同时在壳体外部设置的螺旋环，内窥镜在旋转时，形成一层压力膜，通过设置的螺旋环形成液体压力差，对内窥镜产生作用力，且推动内窥镜沿轴向运动，由于螺旋环前后会产生不同的压力，压力驱动内窥镜在肠道内前后运动，并且与外磁场产生相互协同作用，共同作用于内窥镜，提高运动的灵活性，提高检查效率。

（2）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过设置的防雾温度控制系统，采用分段式加热的方法，对内窥镜的摄像镜头进行加热，从根本上解决了内窥镜起雾的问题，增加成像的清晰度，提高检查的效率、提高病灶检查的准确性。

（3）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过外加旋转磁场驱动内窥镜与设置的温度控制系统相结合，设置分段式加热过程，改变肠道环境的露点，防止摄像镜头起雾，增加使用舒适性，提升检测效率，增加温度控制的准确性，增加使用安全性。

（4）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过限定螺旋环的螺纹升角为，螺纹深度为，螺纹线数，内窥镜圆柱半径之间的关系；进一步提高其与旋转磁场的协同作用效果，实现内窥镜在任意方向的运动，进一步增强内窥镜运动的灵活性。

（5）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过设置温度传感器连接电路，采用ADT温度传感器，更加精确的进行温度控制，减小温度误差，增加温度数据采集的准确性。

（6）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过限定温差为T的半导体放热量的关系，进一步增加测量精度，减小半导体自身吸热对摄像镜片的影响。

（7）本发明一种防雾型肛肠内窥镜，通过限定所述摄像镜头厚度,导热系数、面积与半导体放热量之间的关系；更好了促进了分段式加热的精确性，减小了温度误差，提升检查效率，体的生医生进行诊断准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的旋转磁场驱动远离示意图。

图3是本发明的轴向移动原理示意图。

图4是本发明的壳体任意角度转动原理示意图。

图5是本发明的防雾温度控制系统框图。

图6是本发明的温度传感器连接电路图。

图7是本发明的通信接口电路图。

图8是本发明的不同电压下镜头温度变化与导热电阻的关系表。

图中：1、壳体；2、摄像镜头；3、加热元件；4、永磁体；5、螺旋环；6、透镜；7、照明灯；8、图像处理模块；9、电池；10、控制器；11、CAN总线；12、信号线；13、外磁场；14、肠道环境；15、旋转磁场；16、固定板。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种防雾型肛肠内窥镜；包括，壳体1；所述壳体1为透明材质，所述壳体1设置为囊体结构，所述壳体1内部为中空状态，壳体1的一端设有摄像镜头2，所述摄像镜头2镶嵌在壳体1内，所述壳体1内部靠近摄像镜头2的一端设有至少一个加热元件3，所述加热元件3设置在固定板16上，所述固定板16固定在壳体1内部，所述固定板16远离加热元件3的一侧的中心位置设有透镜6，所述透镜6与摄像镜头2处在同一水平面上，且摄像镜头2的中心与透镜6的中心重合；所述透镜6的两侧均设有照明灯7；所述壳体1的内部还设有图像处理模块8，图像处理模块8与摄像镜头2信号连接，图像处理模块8接收并处理传输摄像镜头2采集的图像信息，所述图像处理模块8连接控制器10，所述控制器10连接有CAN总线11，CAN总线11连接有信号线12，将图像信息传输至外设终端机；

所述壳体1内还设有电池9，电池9为摄像镜头2、图像处理模块8、控制器10提供电能；所述内窥镜还包括防雾温度控制系统，通过控制防雾温度控制系统加热摄像镜头2至摄像镜头2温度达到人体内的最大露点温度，并实现摄像镜头2的恒温控制，消除内窥镜摄像镜头2起雾的现象。

所述壳体1的内部设有永磁体4，所述永磁体4呈环状分布在壳体1的内壁，所述壳体1的外表面设有螺旋环5，所述螺旋环5为硅胶材质；所述永磁体4为钕铁硼永磁体4，径向磁化；所述加热元件3由一对或多对P型和N型半导体通过电极连接，形成一个完整的线路，并夹在两个陶瓷片内构成。

实施例二：

在实施例一的基础上，如图2-4所示，在进行内窥镜检查时，将内窥镜送入到肛肠内，内窥镜内部设置的永磁体4配合外部的外磁场13驱动，不耗用内部电源，利于减小内窥镜的体积；所述外磁场13采用两组亥姆霍兹线圈，通入不同强度的电流，且该电流成一定的相位关系后，在较大空间范围内产生旋转磁场15，从而带动内窥镜内部的永磁体4运动；永磁体4为径向磁化的方式，外部磁场形成，永磁体4指向的空间磁场的磁力线方向，随着亥姆霍兹线圈内电流谐波的变化，产生旋转磁场15，施加给胶囊一个磁力距，使内窥镜在肠道内发生旋转，内窥镜在旋转时，形成一层压力膜，压力膜的厚度为h，通过设置的螺旋环5形成液体压力p，对内窥镜产生作用力，且推动内窥镜沿轴向运动，此时内窥镜沿周向的分力形成部分阻力矩，两部分阻力矩共同作用，能够使内窥镜的运动方向发生垂直变化，从而对内窥镜进行角度控制，通过调整旋转磁场15平面法线方向，所述螺旋环5的螺纹升角为θ，螺纹深度为h，螺纹线数n，r为内窥镜圆柱半径；为了进一步提高其协同作用，实现内窥镜在任意方向的运动，所述内窥镜转动角度φ满足：φ=cosθ/(r+h)+2π/n(sinθcosθ)；上式中r、h单位为mm；由于螺旋环5前后会产生不同的压力，压力驱动内窥镜在肠道内前后运动，并且与外磁场13产生相互协同作用，共同作用于内窥镜，提高运动的灵活性。

实施例三：

如图5-7所示，在实施例一的基础上，所述一种防雾型肛肠内窥镜采用一种防雾温度控制系统，其特征在于，所述防雾温度系统包括控制模块、温度模块、通信模块；所述控制模块包括控制器10和控制电路，温度模块包括温度采集模块和温度控制模块，温度采集模块通过设置温度传感器采集摄像镜头2的温度和内窥镜环境的温度，温度控制模块包括加热元件3和加热电路，通信模块实现系统的数据传送和记录。

所述温度采集模块采集摄像镜头2表面温度之后，向控制器10输入摄像镜头2表面温度值；同时温度控制模块向控制器10输入加热电路的电流值，之后控制器10将镜头表面温度值与最大允许温度比较，同时将加热电路的电流值与最大允许电流进行比较，当两者均处于最大允许安全值范围内，进行下一步加热操作，否则系统停止，关闭电源。

所述温度采集模块对内窥镜所处肠道环境14进行采集，并将摄像镜头2表面温度与肠道平均温度和器械发热温度进行比较，确定是否开启温度控制模式；温度控制模式加热过程中加热电路电压发生变化，从而调节加热元件3进行加热，当摄像镜头2的温度大于设定肠道环境14的温度时，加热元件3保持恒温。

一种防雾温度控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：对内窥镜所处的肠道环境14进行分析，找出与肠道环境14温度与露点温度的关系；

S2：根据肠道环境14温度确定露点温度的变化范围；

S3：根据露点温度的变化范围定义内窥镜温度控制的目标值，通过温度控制模块采用分段加热，当摄像镜头2的温度大于肠道环境14露点温度时，消除起雾现象。

步骤S3中，分段加热分为三个阶段，a,初始状态防雾温度范围36.5-37.3℃；b，二次加热防雾温度范围37.3-38.5℃；c，三次加热防雾温度范围38.5-40.5℃。

在控制模块控制加热元件3通过改变电流进行加热时，采用分段加热的方式，当内窥镜未进入人体之前启动初始状态，加热温度为37.3，接近人体的温度，一方面增加患者的舒适度，另一方面防止冰冷的摄像镜片进入潮湿的肠道环境14内必然会发生起雾现象，影响内窥镜的图像采集的准确性，延误检查时间；当内窥镜达到肠道环境14温度时，由于肠道环境14改变，内窥镜自身发热引起肠道环境14温度升高，此时，摄像镜头2的温度在再次低于肠道环境14温度，此时启动二次加热防雾状态，控制器10控制半导体加热制冷片二次加热，加热至37.3-38.5℃之间，改变肠道环境14露点，防止起雾；由于通过外加旋转磁场15驱动内窥镜在肠道环境14中运动，旋转磁场15对壳体1内的永磁体4做功产生热量，二者相互之间有共同的作用，肠道环境14温度再次升高，此时启动三次加热防雾状态，加热至38.5-40.5℃；防止摄像镜头2起雾；由于肠道环境14适应温度有限，因此，控制器10控制半导体加热制冷片对摄像镜头2的最高的加热温度为40.5，防止烫伤肠道，增加使用安全性。

实施例四

如图8所示，在实施例一的基础上，另外，在进行温度控制的过程中，为了更加精确的进行温度控制，减小温度误差，增加温度数据采集的准确性，设置温度传感器连接电路，采用ADT温度传感器，引脚1为串行数据输入输出，连接CAN总线11SDA；引脚2为串行时钟输入，连接CAN总线11SCL；引脚4接地，引脚5与引脚8之间设有电容，电容0.1uF；引脚6和7连接3.3V电源。

所述摄像镜头2采用蓝宝石镜面，摄像头为固定平壁导热，减小热阻对加热元件3加热的影响，为了增加温度控制的精确程度，减小误差，增强防雾效果，摄像镜片的面积为A，导热热阻为R，则R满足：R=η·L/k·A；L为摄像镜片的厚度，单位mm；k是导热系数，单位W/(m·℃)；A单位m

在通过半导体加热制冷片作为摄像镜头2内侧的加热元件3，半导体加热制冷片当直流通过两种不同的半导体材料串联的电偶时，半导体产生焦耳热之外，电偶两端还会分别吸收和放出热量，为了进一步增加测量精度，减小半导体自身吸热对摄像镜片的影响，在温差为T的半导体放热量为Q满足Q=t·I·T；Q单位焦耳；I为加热电流，单位安培；t为汤姆逊系数，T单位为摄氏度；在半导体加热制冷片和摄像镜头2的共同作用下，更好了促进了分段式加热的精确性，减小了温度误差，所述摄像镜头2厚度L,是导热系数k、面积A与半导体放热量为Q满足：k·A=λ·(IT)/L；λ为关系系数，取值范围为0.32-26.88；由图8表格可知，导热电阻越大，升高的温度越低，二者成反比，温度受正反向电压影响不大；电压越高温度升高越高，电压月底温度升高越低。

通过上述技术方案得到的装置是一种防雾型肛肠内窥镜，通过在壳体内设置永磁体，当外部通过磁场叠加产生旋转磁场，带动嵌入在壳体内的永磁体在肠道内运动；进行检查，同时在壳体外部设置的螺旋环，内窥镜在旋转时，形成一层压力膜，通过设置的螺旋环形成液体压力差，对内窥镜产生作用力，且推动内窥镜沿轴向运动，由于螺旋环前后会产生不同的压力，压力驱动内窥镜在肠道内前后运动，并且与外磁场产生相互协同作用，共同作用于内窥镜，提高运动的灵活性，提高检查效率；通过设置的防雾温度控制系统，采用分段式加热的方法，对内窥镜的摄像镜头进行加热，从根本上解决了内窥镜起雾的问题，增加成像的清晰度，提高检查的效率、提高病灶检查的准确性；通过外加旋转磁场驱动内窥镜与设置的温度控制系统相结合，设置分段式加热过程，改变肠道环境的露点，防止摄像镜头起雾，增加使用舒适性，提升检测效率，增加温度控制的准确性，增加使用安全性；通过限定螺旋环的螺纹升角为，螺纹深度为，螺纹线数，内窥镜圆柱半径之间的关系；进一步提高其与旋转磁场的协同作用效果，实现内窥镜在任意方向的运动，进一步增强内窥镜运动的灵活性；通过设置温度传感器连接电路，采用ADT温度传感器，更加精确的进行温度控制，减小温度误差，增加温度数据采集的准确性；通过限定温差为T的半导体放热量的关系，进一步增加测量精度，减小半导体自身吸热对摄像镜片的影响；通过限定所述摄像镜头厚度,导热系数、面积与半导体放热量之间的关系；更好了促进了分段式加热的精确性，减小了温度误差，提升检查效率，体的生医生进行诊断准确性。

本发明中未详细阐述的其它技术方案均为本领域的现有技术，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。