經濟市場外部永磁體控制磁性螺旋型膠囊內窺鏡姿態對比研究

葉波　郭琳

摘要：分析對比了旋轉外部永磁體控制磁性螺旋型無線膠囊內窺鏡中不同控制姿態下的控制優劣，得出較好的控制姿態為外部永磁體處于磁性螺旋型無線膠囊內窺鏡上側位的結論。

關鍵詞：外部永磁體；控制姿態；膠囊內窺鏡

0引言

目前磁控制無線膠囊內窺鏡（Wireless capsuleendoscope，WCE）的方法主要有靜磁拖動及旋轉磁場控制法。靜磁拖動法的問題在于WCE必須很好的被控制在兩個永磁體中間位置，不然很容易偏向一邊的永磁體，導致WCE緊緊貼住一邊腸壁，此外在前進過程中WCE與腸壁間產生很大的摩擦力，該摩擦力對腸壁組織的破壞力很大。而在臨床應用中想把WCE控制在一對永磁體中間的位置很難做到。旋轉磁場控制法中傳統的方法是利用亥姆霍茲線圈法來控制磁性螺旋型WCE，但其存在電磁輻射、設備價格高昂、操作過程復雜等缺點。

我們在之前的研究中結合傳統磁控制法的優點提出通過旋轉外部永磁體來控制磁性螺旋型WCE在腸道中運動的磁控制方法，本文旨在分析該方法在外部永磁體和磁性螺旋型WCE間不同控制姿態時的控制優劣對比，得出較好的控制姿態。

1不同控制姿態對比

通過外部永磁體旋轉在磁性螺旋型WCE的一側產生旋轉磁場有幾種不同情況，用外部永磁體相對于磁性螺旋型WCE的方位來區分有：上下側位、左右側位、同軸側位，分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1（a）所示為外部永磁體處于磁性螺旋型WCE上側位，磁性螺旋型WCE所受重力G和來自于外部永磁體的磁吸引力F_吸方向相反，大小相互抵消；而圖1（b）所示為外部永磁體處于下側位，此時F_吸和G方向相同，而這兩種力的合力使得磁性螺旋型WCE會對下部腸壁內側產生較大的正壓力，所以，如果采用這種側位控制將會在磁性螺旋型WCE旋轉中使其與下部腸壁內側之間產生較大的徑向摩擦力，這很容易傷害到腸壁組織。此外，在臨床應用中，采用外部永磁體下側位控制需要將外部永磁體放置于病床下面，而這對于實際操作外部永磁體的旋轉來講是極其不便的。

圖2（a）和圖2（b）所示分別為外部永磁體處于磁性螺旋型WCE左右側位，這兩種情況中，F_吸的方向分別會指向左側和右側。而在外部永磁體控制磁性螺旋型WCE的過程中，因為F_吸的作用，磁性螺旋型WCE會向左側腸壁（對應圖2（a））或右側腸壁（對應圖2（b））方向偏移，一方面這種偏移將使左側或右側腸壁所受到的摩擦力增大從而傷害到腸壁組織；在另一方面，這種偏移將使腸道被迫發生偏移，與此同時容易發生腸道翻轉打結現象，這將會嚴重威脅到病患的身體健康，同時也會使控制難度大大增加。

圖3（a）和圖3（b）所示分別為外部永磁體處于與磁性螺旋型WCE同軸左側位、同軸右側位。圖3（a）所示同軸左側位中F_吸的方向與磁性螺旋型WCE的運動方向一致，F_吸的施加會給磁性螺旋型WCE的平移運動增加動力，然而當外部永磁體與磁性螺旋型WCE間的距離很小時會很容易造成由于過強的磁吸引力使得磁性螺旋型WCE沖向外部永磁體，而這在臨床應用中是需要避免出現的，否則這將會對腸道內壁造成不可估計的損傷。在圖3（b）所示的同軸右側位中，F_吸的方向與磁性螺旋型WCE的移動方向相反，F_吸的作用會給磁性螺旋型WCE的平移增加阻力，而這是不利于控制磁性螺旋型WCE正常運動的。

2對比選型結論

基于對圖1、圖2、圖3所示的外部永磁體與磁性螺旋型WCE間不同側位的控制分析，得出的結論是在使用外部永磁體控制磁性螺旋型WCE時，控制方位宜采用對應于圖1（a）所示外部永磁體處于磁性螺旋型WCE上側位的姿態。