一种胶囊内窥镜及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种微型医疗机器人，尤其是胶囊内窥镜及其控制方法。


背景技术：

2.胶囊内窥镜由于其高可靠性、高安全性，目前已成为消化道疾病诊断的有效设备，受到了国际医疗器械领域的高度认可。胶囊内窥镜包括cmos图像传感器、光学系统、电池、发射电路及天线等。人体胃肠道的图像通过光学系统成像于cmos图形传感器表面，由cmos图像传感器将光信号转换为电信号，经发射电路调制、放大，通过天线发射出去，这些信息被外部接收装置接收，然后显示在显示设备上。在无痛苦、无创伤的人体胃肠道蠕动状态下，医护人员可根据显示在显示设备上的图像对被检者进行胃肠道疾病的诊断。
3.在胶囊内窥镜进行检查的过程中，对高频率拍摄、视频拍摄、高精度定位等功能的需求越来越多。然而，高频率拍摄、视频拍摄、高精度定位等功能不仅耗电量大，也会使得相应电子元器件发热量较高，较高的发热量一旦积累将可能导致相应电子元器件性能下降甚至损毁。
4.因此，需要一种可以避免局部过热的胶囊内窥镜及其控制方法。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的相关问题，本发明提供的方案如下：
6.一种胶囊内窥镜，包括温度感知单元，温度感知单元用于感知胶囊内窥镜内部发热模块的温度，温度感知单元感知的温度信号传输至电路处理模块，电路处理模块根据感知的温度信号控制胶囊内窥镜的发热模块在正常工作模式和控温模式之间切换。
7.优选地，发热模块包括多个，温度感知单元对多个发热模块的温度均分别进行实时感知。
8.优选地，发热模块包括图像采集模块和/或电路处理模块。
9.优选地，温度感知单元对图像采集模块和电路处理模块的温度均进行实时感知。
10.根据本发明的技术方案，胶囊位于胃部时，当发热模块的温度高于第一阈值时，发热模块进入第一控温模式，发热模块的温度等于或低于第二阈值时，发热模块切换为正常工作模式。
11.其中，第一阈值的温度低于发热模块的耐受极限温度，避免在高频率拍摄、视频拍摄、高精度定位等操作时发热模块过热导致损毁。
12.优选地，第一阈值可以为60-70℃。进一步优选地，第一阈值可以为60-65℃。
13.其中，第一控温模式优选为降低功耗模式。优选地，第一控温模式下，发热模块的功耗降为正常工作模式的6-50％。进一步优选地，第一控温模式下，发热模块的功耗降为正常工作模式的20-40％。
14.发热模块为图像采集模块时，图像采集模块降低功耗的方法可以通过降低拍摄帧率、切换视频拍摄模式至照片拍摄模式等方式。优选地，图像采集模块通过降低拍摄帧率降
低功耗。
15.发热模块为电路处理模块时，电路处理模块降低功耗的方法可以通过降低位置检测精度、降低发射功率、存储单元不进行运算处理等方式。优选地，电路处理模块通过提高位置检测时间间隔、存储单元不进行运算处理降低功耗。可选地，也可以通过降低拍摄速率降低图像采集模块和电路处理模块的功耗。
16.本发明中，第二阈值的温度低于第一阈值的温度。优选地，第二阈值低于第一阈值9-15℃。进一步优选地，第二阈值低于第一阈值10-12℃。第一阈值和第二阈值设置的温度值可以避免局部过热的情形出现，也可以避免工作模式频繁切换，有利于胶囊内窥镜的稳定可靠工作。
17.根据本发明的技术方案，如果进入第一控温模式持续第一特定时间后，发热模块的温度仍高于第二阈值，则使发热模块进入第三控温模式，发热模块的温度等于或低于第二阈值时，发热模块切换为正常工作模式。
18.所述第一特定时间为30-60s。优选地，第一特定时间为60s。
19.本发明中，第三控温模式可以为降低功耗模式或者关闭模式。
20.可选地，第三控温模式为降低功耗模式，发热模块的功耗降为正常工作模式的1-3％。
21.可选地，第三控温模式为关闭模式。
22.第三温控模式为关闭模式时，任一发热模块进入关闭模式的同时均使胶囊内窥镜进入休眠状态。
23.优选地，进入休眠状态后，胶囊内窥镜位于冷却介质中冷却。胶囊内窥镜完全浸入冷却介质中。
24.优选地，进入休眠状态之前，记录胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息，然后再进入休眠状态。
25.可选地，冷却介质可以为胃液。可选地，如果胶囊内窥镜未完全浸于胃液中，通过外部磁控设备控制胶囊内窥镜完全浸入胃液。
26.可选地，进入休眠状态后，当所有发热模块的温度均等于或低于第二阈值时，再将发热模块切换为正常工作模式，胶囊内窥镜进入正常工作状态。
27.优选地，胶囊内窥镜根据进入休眠状态之前记录的胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息返回原工作状态继续工作。
28.优选地，如果进入第一控温模式持续第一特定时间后，任一发热模块的温度仍高于第二阈值，则记录胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息，然后使胶囊内窥镜进入休眠状态，进入休眠状态的胶囊内窥镜完全浸于胃液中冷却或者通过外部磁控设备控制胶囊内窥镜完全浸入胃液中进行冷却。当所有发热模块的温度均等于或低于第二阈值时，启动胶囊内窥镜，将发热模块切换为正常工作模式，胶囊内窥镜进入正常工作状态，并根据进入休眠状态之前记录的胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息返回原工作状态继续工作。
29.根据本发明的技术方案，胶囊位于肠道时，当发热模块的温度高于第一阈值时，发热模块进入第二控温模式，发热模块的温度等于或低于第二阈值时，发热模块切换为正常工作模式。
30.胶囊位于肠道时，胶囊正常工作模式下设置的拍摄帧率、位置检测精度要求等均
低于胃部检测。优选地，胶囊位于肠道时，第二控温模式优选为降低功耗模式。优选地，第二控温模式下，发热模块的功耗降为正常工作模式的50-80％。
31.如果进入第二控温模式持续第二特定时间后，发热模块的温度仍高于第二阈值，则使发热模块进入第四控温模式，发热模块的温度等于或低于第二阈值时，发热模块切换为正常工作模式。
32.所述第二特定时间为1-10min。优选地，第二特定时间为3-7min。
33.本发明中，第四控温模式优选为降低功耗模式。优选地，第四控温模式下，发热模块的功耗降为正常工作模式的3-6％。
34.根据本发明的技术方案，胶囊内窥镜包括电池模块、图像采集模块和电路处理模块，电池模块位于图像采集模块和电路处理模块之间。
35.优选地，本发明的电池模块与图像采集模块和电路处理模块紧贴设计。该设计方式下，图像采集模块和电路处理模块产生的热量可以传递至电池模块，提高电池的工作温度，进而提高电池的性能。
36.可选地，本发明的电池模块外周面缠绕包覆膜。
37.优选地，包覆膜在电池模块外周面缠绕多层。
38.优选地，缠绕的包覆膜需达到一定的厚度。
39.优选地，缠绕后的包覆膜与胶囊壳体内壁相接触。
40.本发明的包覆膜可以为聚乙烯、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯薄膜。薄膜厚度可以为5-50μm。
41.本发明在电池模块外周面缠绕包覆膜可以减少电池热量的散失，有利于保留电池热量，提高电池性能。
42.可选地，电池模块外周面可以缠绕红外线反射薄膜。
43.优选地，电池模块外周面缠绕聚乙烯、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯包覆膜和红外线反射薄膜。聚乙烯、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯包覆膜位于电池模块与红外线反射薄膜之间。红外线反射薄膜与胶囊壳体内壁相接触。
44.优选地，红外线反射薄膜为聚酯薄膜。
45.本发明缠绕红外线反射薄膜有利于进一步减少电池热量的散失。
46.本发明还公开了上述胶囊内窥镜的控制方法，胶囊内窥镜对发热模块的温度进行实时感知，并根据感知的温度信号控制发热模块在正常工作模式和控温模式之间切换。
47.优选地，上述胶囊内窥镜的控制方法，具体包括以下步骤：
48.(1)控制胶囊内窥镜在胃部正常工作模式下工作，电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度；
49.(2)当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第一控温模式，当图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第一控温模式持续第一特定时间后，图像采集模块和/或电路处理模块的温度仍高于第二阈值，则使图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第三控温模式，图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；
50.(3)当胶囊内窥镜进入肠道后，控制胶囊内窥镜在肠道正常工作模式下工作，电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度；
51.(4)当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第二控温模式，图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第二控温模式持续第二特定时间后，图像采集模块和/或电路处理模块的温度仍高于第二阈值，则使图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第四控温模式，图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式。
52.优选地，上述胶囊内窥镜的控制方法，还可以具体包括以下步骤：
53.(1)控制胶囊内窥镜在胃部正常工作模式下工作，电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度；
54.(2)当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第一控温模式，当图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第一控温模式持续第一特定时间后，图像采集模块或电路处理模块的温度仍高于第二阈值，则记录胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息，然后使胶囊内窥镜进入休眠状态，进入休眠状态的胶囊内窥镜完全浸于胃液中冷却或者通过外部磁控设备控制胶囊内窥镜完全浸入胃液中进行冷却，当图像采集模块和电路处理模块的温度均等于或低于第二阈值时，启动胶囊内窥镜，将图像采集模块和电路处理模块切换为正常工作模式，胶囊内窥镜进入正常工作状态，并根据进入休眠状态之前记录的胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息返回原工作状态继续工作；
55.(3)当胶囊内窥镜进入肠道后，控制胶囊内窥镜在肠道正常工作模式下工作，电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度；
56.(4)当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第二控温模式，图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第二控温模式持续第二特定时间后，图像采集模块和/或电路处理模块的温度仍高于第二阈值，则使图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第四控温模式，图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式。
57.本发明采用人工智能视觉识别方法判断胶囊内窥镜是否进入肠道。人工智能视觉识别方法通过人工智能和大数据技术，对海量的胃肠图像进行训练，建立胃肠图像分类模型，并通过该模型识别胶囊内窥镜是否进入肠道。
58.本发明的胶囊内窥镜及其控制方法，尤其适用于高功耗操作，属于高功耗操作时的备用控制方式，可以避免胶囊内窥镜高功耗状态下工作时发热元件出现局部过热使得相应电子元器件损毁，能够在提高检查效果的同时有效延长胶囊内窥镜的续航时间，保障胶囊内窥镜有效工作。同时，电池模块外周面缠绕包覆膜进一步提高了电池性能。
附图说明
59.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
60.图1是本发明胶囊内窥镜的一种结构示意图。
具体实施方式
61.为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
62.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
63.如图1所示，胶囊内窥镜包括壳体(1)、图像采集模块(2)、电路处理模块(3)、电池模块(4)、永磁体(7)，以及信息发送模块(未示出)等部件。壳体(1)包括两个端部，第一端部(102)、第二端部(103)。图像采集模块(2)包括照明模块、摄像模块和pcb板。电路处理模块(3)包括电源ic、处理模块、检测模块、存储模块等。图像采集模块(2)位于壳体第一端部(102)。电池模块(4)一侧紧贴图像采集模块(2)，另一侧紧贴电路处理模块(3)。电池模块(4)外周面缠绕包覆膜(5)，包覆膜多层缠绕至接触壳体(1)内壁。图像采集模块(2)和电路处理模块(3)上分别设置温度感知单元(6)，温度感知单元(6)感知的温度传输至电路处理模块(3)。
64.实施例一：
65.采用如图1的胶囊内窥镜，进行胃部检查。控制胶囊内窥镜在胃部正常工作模式下工作。此实施例中，胃部为高帧率检查，拍摄帧率为16帧/秒。电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度。当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值60℃时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第一控温模式，该模式下，拍摄帧率调整为8帧/秒降低图像采集模块的功耗，控制电路处理模块的存储单元不进行运算处理，提高位置检测时间间隔，使得功耗降至正常工作模式的50％。当图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值50℃时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第一控温模式持续第一特定时间30s后，图像采集模块和/或电路处理模块的温度仍高于第二阈值50℃，则使图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第三控温模式，该模式下，拍摄帧率调整为0.32帧/秒降低图像采集模块的功耗，电路处理模块进一步提高位置检测时间间隔，降低位置检测精度，存储单元不进行运算处理，降低发射功率，使得功耗降至正常工作模式的2％。当图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值50℃时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式。
66.实施例二：
67.采用如图1的胶囊内窥镜，进行胃部检查。控制胶囊内窥镜在胃部正常工作模式下工作。此实施例中，胃部为高帧率检查，拍摄帧率为25帧/秒。电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度。当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值70℃时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第一控温模式，该模式下，拍摄
帧率调整为10帧/秒降低图像采集模块的功耗，控制电路处理模块的存储单元不进行运算处理，提高位置检测时间间隔，使得功耗降至正常工作模式的40％。当图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值55℃时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第一控温模式持续第一特定时间60s后，图像采集模块或电路处理模块的温度仍高于第二阈值55℃，则通过检测模块记录胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息，然后使胶囊内窥镜进入休眠状态，并通过外部磁控设备控制胶囊内窥镜由胃液外移动至完全浸入胃液中进行冷却，当图像采集模块和电路处理模块的温度均等于或低于第二阈值55℃时，启动胶囊内窥镜，将图像采集模块和电路处理模块切换为正常工作模式，胶囊内窥镜进入正常工作状态，并根据进入休眠状态之前记录的胶囊内窥镜的工作位置和姿态信息返回原工作状态继续工作。
68.实施例三：
69.当通过人工智能视觉识别方法判断胶囊内窥镜进入肠道后。控制胶囊内窥镜在肠道正常工作模式下工作，此实施例中，肠道拍摄帧率为5帧/秒。电路处理模块实时感知图像采集模块和电路处理模块的温度；当图像采集模块和/或电路处理模块的温度高于第一阈值60℃时，图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第二控温模式，该模式下，拍摄帧率调整为4帧/秒降低图像采集模块的功耗，提高位置检测时间间隔降低电路处理模块的功耗，使得功耗降至正常工作模式的80％。图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值45℃时，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式；如果进入第二控温模式持续第二特定时间10min后，图像采集模块和/或电路处理模块的温度仍高于第二阈值45℃，则使图像采集模块和/或电路处理模块进入降低功耗的第四控温模式，该模式下，拍摄帧率调整为0.3帧/秒降低图像采集模块的功耗，电路处理模块进一步提高位置检测时间间隔，降低位置检测精度，存储单元不进行运算处理，降低发射功率，使得功耗降至正常工作模式的6％。图像采集模块和/或电路处理模块的温度等于或低于第二阈值时45℃，图像采集模块和/或电路处理模块切换为正常工作模式。
70.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。