幾種常用的膠囊式內窺鏡休眠方式介紹

李華國

摘?要：膠囊式內窺鏡（capsule endoscopy）系統是一種新型的無痛消化道無線檢測系統，是圖形處理、光電工程、無線通訊和生物醫學等多種技術相結合的綜合系統。通常包含攝像單元、LED照明裝置和無線通信裝置等，內置于膠囊殼體中，由被檢者吞服，在通過消化道的過程中對胃或小腸等進行拍攝，將拍攝信息通過無線發送裝置發送到外部，外部設備接收后顯示在顯示設備上。由于膠囊式內窺鏡需要進入人體消化道系統工作，產品必須要嚴格遵守醫用電氣安全通用要求，所以膠囊式內窺鏡各元器件必須要封裝到殼體內部，以滿足防水防漏電等防護要求。但因為膠囊式內窺鏡體積很小（外徑約11mm，長度約26mm），受此限制膠囊內部電池電量及其有限，僅維持工作期間的電量需求。怎么保證在長期存儲過程中電池電量不消耗，而在使用前隨時喚醒？目前的研究資料很少提及，本篇將介紹幾種常用的膠囊式內窺鏡休眠和喚醒方式。

關鍵詞：膠囊式內窺鏡;電池;休眠;喚醒

1 緒論

2001年全球第一套膠囊式內窺鏡系統在以色列面市并獲得成功，隨后經美國 FDA認證批準進入臨床應用，開啟了腸胃內鏡檢查口服無痛化時代。截至2010年底全球已有100萬人次接受了膠囊式內窺檢查，使得膠囊式內窺鏡檢查成為消化道疾病診斷的重要手段。[1]相對于傳統的內鏡檢查其優點甚多，操作簡單無需專業內鏡操作人員，檢查全方位無死角，無交叉感染，檢查過程無痛無創無麻醉，適用人群廣泛，檢查后的圖像資料可用于會診、教學、保存等。膠囊式內窺鏡開創了內鏡技術醫學應用的新領域，與傳統胃鏡和腸鏡形成良好的互補性，在消化道疾病的診治中將具有更廣泛的臨床應用前景。[2]

2 簡介

膠囊式內窺鏡系統由影像工作站、可佩戴數據記錄儀和一次性使用的膠囊式內窺鏡組成。膠囊式內窺鏡的組成方式因產品而異，通常包含七個部分，外殼、光源、攝像單元、傳感器、電池、發射模塊和天線（MiroCam膠囊式內窺鏡因其數據傳輸方式獨特，沒有發射模塊和天線）。[3]受檢者通過吞服膠囊式內窺鏡，在人體腸胃蠕動的幫助下，沿著消化方向緩慢移動，同時記錄和傳輸影像，醫生再利用體外的數據記錄儀和影像工作站，觀察整個過程中的消化道病變情況，從而對受檢者的病情做出合理診斷。（圖1）

3 工作原理

通常膠囊式內窺鏡各元件封裝完成后即進入工作狀態，通過內部的2粒氧化銀電池串聯供電。單個電池電壓1.5V直徑約9.5mm厚度3.6mm。由于電池電量及其有限，所以成品檢測合格后便使其進入休眠狀態以保存電量，常用的休眠和喚醒方式有以下三種。

3.1 第一種休眠方式為接觸開關式

膠囊式內窺鏡塑料外殼內外表面鍍特定金屬層，中間絕緣隔開形成兩端，作為正負極。膠囊內部控制電路與膠囊殼內側金屬層接觸，再通過內外金屬層傳遞至膠囊殼表面。膠囊內鏡成品默認為工作狀態，當需要休眠時，引入一個外部直流電源，將外部電源正負極與膠囊殼表面正負極連接（正極與正極連接，負極與負極連接），膠囊內鏡即進入休眠模式（圖2）。

該休眠方式的工作原理是膠囊內鏡內部設有控制電路和信號發生器，當接入外部電源時，控制電路給信號發生器一個開啟電壓，信號發生器中電子開關高電平開啟（2.86V），從而切斷內部電源使膠囊內鏡休眠。移除外部電源，控制電路斷開，此時信號發生器中電子開關低電平關閉，內部電源供電工作。（圖3）。該種休眠方式由韓國IntroMedic公司發明，用于MiroCam系列膠囊內鏡。

3.2 第二種休眠方式為磁開關式

膠囊式內窺鏡的內部電路上串聯一個磁開關，在休眠盒中的對應位置放入一塊永久磁鐵。將膠囊內鏡按特定方向放入休眠盒中時膠囊內鏡進入休眠狀態;取出膠囊內鏡即進入工作狀態。其中的原理是磁開關在施加一定強度的磁場環境下保持斷開狀態，若外部磁場移除，磁開關接通。磁開關包括彈簧、柱塞、電路板、觸點，將柱塞和電路板連接在

一起，柱塞在磁場的吸引下移動會帶動電路板觸點的閉合。[4]目前市場上的膠囊內窺鏡產品主要使用該種休眠方式，比如Given Imaging公司的PillCamSB系列和金山公司的OMOM系列膠囊內窺鏡等等（圖4）

3.3 第三種休眠方式為感應開關式

膠囊內窺鏡默認處于斷電休眠狀態，當需要開啟電源工作時，取下光學圓頂的保護帽，由膠囊內窺鏡外部的光源發生器產生一定光強的光束（波長范圍780nm-880nm），透過光學圓頂照射到膠囊內窺鏡內部的光電開關啟動器，光電開關啟動器再將光信號轉換為電信號，產生一個開啟脈沖信號開啟電子開關，實現膠囊內窺鏡內部電源的電路連接。[5]使用該類型休眠方式的產品有安翰公司的Aukon系列膠囊內窺鏡。（圖5）

4 結論

成年人消化道長度約6米左右，為提高患者胃和小腸檢查覆蓋率，各廠商都在研究如何延長電池的工作時間，現有的膠囊式內窺鏡工作時間能延續到8-12小時左右。為了進一步避免電池電量浪費，每種膠囊內鏡均需配有一個相對可靠的休眠裝置，以確保膠囊內窺鏡在存儲和運輸過程中電量不消耗。以上三種是目前市面上膠囊式內窺鏡產品常用的休眠方式，因產品結構不同，適用的休眠方式也不一樣，孰優孰劣難以界定。

隨著新技術的不斷發展，未來膠囊式內窺鏡連續工作時間會更長，甚至取消電池采用無線供電也有可能。

參考文獻：

[1]李凱旋，劉哲星，呂慶文，等.基于小波變換的膠囊內鏡圖像檢索[J].現代消化及介入診療，2011，16（2）：77-81.

[2]潘建南.膠囊內鏡圖片分析系統研究[D].南方醫科大學，2013.

[3]胡程志.微型膠囊內窺鏡電磁驅動設計與主動控制研究[D].華中科技大學，2010.

[4]戈登.威爾遜.用于醫療膠囊的電源控制：中國，CN 104105437 A，2014.10.15.

[5]王新宏，肖國華，段曉東，王俊杰.一種無線膠囊內窺鏡及其電源控制方法：中國，CN 103340595 A，2013.10.09.