几种常用的胶囊式内窥镜休眠方式介绍

李华国

摘 要：胶囊式内窥镜（capsule endoscopy）系统是一种新型的无痛消化道无线检测系统，是图形处理、光电工程、无线通讯和生物医学等多种技术相结合的综合系统。通常包含摄像单元、LED照明装置和无线通信装置等，内置于胶囊壳体中，由被检者吞服，在通过消化道的过程中对胃或小肠等进行拍摄，将拍摄信息通过无线发送装置发送到外部，外部设备接收后显示在显示设备上。由于胶囊式内窥镜需要进入人体消化道系统工作，产品必须要严格遵守医用电气安全通用要求，所以胶囊式内窥镜各元器件必须要封装到壳体内部，以满足防水防漏电等防护要求。但因为胶囊式内窥镜体积很小（外径约11mm，长度约26mm），受此限制胶囊内部电池电量及其有限，仅维持工作期间的电量需求。怎么保证在长期存储过程中电池电量不消耗，而在使用前随时唤醒？目前的研究资料很少提及，本篇将介绍几种常用的胶囊式内窥镜休眠和唤醒方式。

关键词：胶囊式内窥镜;电池;休眠;唤醒

1 绪论

2001年全球第一套胶囊式内窥镜系统在以色列面市并获得成功，随后经美国 FDA认证批准进入临床应用，开启了肠胃内镜检查口服无痛化时代。截至2010年底全球已有100万人次接受了胶囊式内窥检查，使得胶囊式内窥镜检查成为消化道疾病诊断的重要手段。[1]相对于传统的内镜检查其优点甚多，操作简单无需专业内镜操作人员，检查全方位无死角，无交叉感染，检查过程无痛无创无麻醉，适用人群广泛，检查后的图像资料可用于会诊、教学、保存等。胶囊式内窥镜开创了内镜技术医学应用的新领域，与传统胃镜和肠镜形成良好的互补性，在消化道疾病的诊治中将具有更广泛的临床应用前景。[2]

2 简介

胶囊式内窥镜系统由影像工作站、可佩戴数据记录仪和一次性使用的胶囊式内窥镜组成。胶囊式内窥镜的组成方式因产品而异，通常包含七个部分，外壳、光源、摄像單元、传感器、电池、发射模块和天线（MiroCam胶囊式内窥镜因其数据传输方式独特，没有发射模块和天线）。[3]受检者通过吞服胶囊式内窥镜，在人体肠胃蠕动的帮助下，沿着消化方向缓慢移动，同时记录和传输影像，医生再利用体外的数据记录仪和影像工作站，观察整个过程中的消化道病变情况，从而对受检者的病情做出合理诊断。（图1）

3 工作原理

通常胶囊式内窥镜各元件封装完成后即进入工作状态，通过内部的2粒氧化银电池串联供电。单个电池电压1.5V直径约9.5mm厚度3.6mm。由于电池电量及其有限，所以成品检测合格后便使其进入休眠状态以保存电量，常用的休眠和唤醒方式有以下三种。

3.1 第一种休眠方式为接触开关式

胶囊式内窥镜塑料外壳内外表面镀特定金属层，中间绝缘隔开形成两端，作为正负极。胶囊内部控制电路与胶囊壳内侧金属层接触，再通过内外金属层传递至胶囊壳表面。胶囊内镜成品默认为工作状态，当需要休眠时，引入一个外部直流电源，将外部电源正负极与胶囊壳表面正负极连接（正极与正极连接，负极与负极连接），胶囊内镜即进入休眠模式（图2）。

该休眠方式的工作原理是胶囊内镜内部设有控制电路和信号发生器，当接入外部电源时，控制电路给信号发生器一个开启电压，信号发生器中电子开关高电平开启（2.86V），从而切断内部电源使胶囊内镜休眠。移除外部电源，控制电路断开，此时信号发生器中电子开关低电平关闭，内部电源供电工作。（图3）。该种休眠方式由韩国IntroMedic公司发明，用于MiroCam系列胶囊内镜。

3.2 第二种休眠方式为磁开关式

胶囊式内窥镜的内部电路上串联一个磁开关，在休眠盒中的对应位置放入一块永久磁铁。将胶囊内镜按特定方向放入休眠盒中时胶囊内镜进入休眠状态;取出胶囊内镜即进入工作状态。其中的原理是磁开关在施加一定强度的磁场环境下保持断开状态，若外部磁场移除，磁开关接通。磁开关包括弹簧、柱塞、电路板、触点，将柱塞和电路板连接在

一起，柱塞在磁场的吸引下移动会带动电路板触点的闭合。[4]目前市场上的胶囊内窥镜产品主要使用该种休眠方式，比如Given Imaging公司的PillCamSB系列和金山公司的OMOM系列胶囊内窥镜等等（图4）

3.3 第三种休眠方式为感应开关式

胶囊内窥镜默认处于断电休眠状态，当需要开启电源工作时，取下光学圆顶的保护帽，由胶囊内窥镜外部的光源发生器产生一定光强的光束（波长范围780nm-880nm），透过光学圆顶照射到胶囊内窥镜内部的光电开关启动器，光电开关启动器再将光信号转换为电信号，产生一个开启脉冲信号开启电子开关，实现胶囊内窥镜内部电源的电路连接。[5]使用该类型休眠方式的产品有安翰公司的Aukon系列胶囊内窥镜。（图5）

4 结论

成年人消化道长度约6米左右，为提高患者胃和小肠检查覆盖率，各厂商都在研究如何延长电池的工作时间，现有的胶囊式内窥镜工作时间能延续到8-12小时左右。为了进一步避免电池电量浪费，每种胶囊内镜均需配有一个相对可靠的休眠装置，以确保胶囊内窥镜在存储和运输过程中电量不消耗。以上三种是目前市面上胶囊式内窥镜产品常用的休眠方式，因产品结构不同，适用的休眠方式也不一样，孰优孰劣难以界定。

随着新技术的不断发展，未来胶囊式内窥镜连续工作时间会更长，甚至取消电池采用无线供电也有可能。

参考文献：

[1]李凯旋，刘哲星，吕庆文，等.基于小波变换的胶囊内镜图像检索[J].现代消化及介入诊疗，2011，16（2）：77-81.

[2]潘建南.胶囊内镜图片分析系统研究[D].南方医科大学，2013.

[3]胡程志.微型胶囊内窥镜电磁驱动设计与主动控制研究[D].华中科技大学，2010.

[4]戈登.威尔逊.用于医疗胶囊的电源控制：中国，CN 104105437 A，2014.10.15.

[5]王新宏，肖国华，段晓东，王俊杰.一种无线胶囊内窥镜及其电源控制方法：中国，CN 103340595 A，2013.10.09.