基于视频图像导航的体外磁驱动热疗胶囊系统原理研究及关键技术实现

This project firstly proposes the novel conception of "Visible, minimally invasive/noninvasive" diagnosing and treating based on image video navigation. Hyperthermia device is firstly integrated into the capsule endoscope. Hyperthermia capsule endoscopy is developed to treat the superficial disease(such as superficial tumors and superficial UIcer) in gastrointestinal disease. It is a completely innovative diagnosing and treating tool for the superficial diseases in gastrointestinal tract. As soon as the pathological tissues is detected by the aid of the image video from hyperthermia capsule endoscopy, a surgeon can operate the position and posture of the hyperthermia capsule endoscopy to treat the pathological tissues in targeted and direct contact modes by the aid of the external magnets guidance and image video navigation..This project studies the principle and key technologies of the hyperthermia capsule endoscopy. .1. Study of external magnets guidance. A surgeon can change the position and posture of the hyperthermia capsule endoscopy by the aids of external magnets guidance..2. Study of wireless energy transmission. The defect of energy shortness of current capsule endoscopy will be eliminated..3. Study of image video capture, wireless communication and image recognition. Real time diagnosing and real time navigation will turn into action. .4. Study of the hyperthermia treatment of pathological tissues by the aids of external magnets guidance and real time image video navigation. The fruit of the study can turn the conception- "visible, minimally invasive/noninvasive" diagnosing and treating into reality..

本项目首次提出基于视频图像导航的"可视化、微创/无创"诊断和治疗新概念，创新性的将热疗技术集成于胶囊内窥镜系统，研制出用于治疗消化道浅表性疾病（如浅表性恶性肿瘤或溃疡）热疗胶囊系统，使热疗胶囊成为集诊断和治疗功能于一体的全新诊疗工具。通过热疗胶囊发现有病灶组织，结合视频图像导航技术和体外磁控技术，医生能够体外"主动"控制热疗胶囊的姿态和位置，实现对病理组织的"耙向"和"直接接触式"热疗。.本项目研究热疗胶囊原理及关键技术：1. 体外磁驱动原理，实现医生对热疗胶囊姿态和位置控制；2. 无线供能原理，解决现有图像胶囊电池供电不足带来的缺陷；3. 视频图像采集、无线传送及识别，实现消化道疾病实时诊断和实时导航治疗；4. 通过胶囊图像确诊有消化道浅表性疾病时，借助体外磁驱动技术，在实时图像导航下，医生控制热疗胶囊，对病灶组织开展热疗治疗，实现真正意义上的消化道疾病"可视化、微创/无创"诊断和治疗。

本项目自2012年立项以来，在体外主动操控诊疗胶囊方面开展了深入研究，取得研究成果有：.(1)消化道数字图像获取、实时压缩及实时无线传送取得重要研究成果，研究并实现消化道图像JPEG压缩算法、差分压缩算法及切比雪夫雪夫算法的Verilog验证、对比及图像胶囊工程样机，获取了三种压缩算法对消化道图像质量影响的定量指标；.(2)消化道模拟图像获取，受限于无线传输带宽限制，项目组还开展了消化道模拟图像获取研究，研制成功直径为3.5mm的摄像头模组，目前正在测试直径为2.0mm的摄像头模组，极大减小了图像获取组件在诊疗胶囊中的空间容积，为系统集成和更多治疗工具集成于诊疗胶囊提供了有效的安装空间，同时直径为3.5mm的摄像头模组有希望应用于医用内窥镜项目，目前正在进行技术转让的商务洽谈过程；.(3)永磁操作控制，仿真并测试了在人体尺寸条件下胶囊内磁铁与体外磁铁之间的永磁力大小，为设计结构和尺寸合理的诊疗胶囊提供了定量的数据；.(4)无线供能，项目组实现了在人体尺寸条件下对诊疗胶囊进行可靠无线供能的关键技术，尺寸为9mmx9mmx9mm三维无线供能接收线圈在特定位置稳定可靠接收能量超过1.0W电能，解决了诊疗胶囊对电能的问题；.(5)研究并实现了热疗工具与无线供能模块系统集成和整合，并完成1次动物离体试验，计划将图像获取和永磁体集成于热疗胶囊，同时对电刺激治疗工具也进行研究，为后续开展电刺激治疗诊疗胶囊奠定了基础，研制了真正意义上的图像获取和治疗功能于一体的诊疗操作平台，借助于项目研究成果的体外磁控制系统，有希望实现消化道疾病的精准诊疗；.(6)利用热疗胶囊原理样机完成1次动物离体试验，测试了热疗、测温、数据传输和无线供能基本功能，通过实验结果分析，明确了热疗胶囊结构改进和系统集成改进的方向，后期还需要对集成于热疗胶囊上的其它功能模块进行动物试验；.(7)培养青年教师3名，博士研究生1名，硕士研究生9名，本科学士8名，发表硕士学位论文6篇，发表本科学士学位论文6篇，发表期刊学术论文10篇，获授权国家发明专利10项，公开实审3项。