一种可植入式胶囊天线及胶囊内窥镜

1.本发明涉及生物医疗领域，具体涉及一种可植入式胶囊天线及胶囊内窥镜。


背景技术：

2.随着无线通信技术的发展，植入式医疗器械被大量地应用于疾病的诊断和检测，为现代医疗的发展提供了便利。
3.可植入式胶囊天线用来将医疗设备在人体内采集到的数据图像传输到体外的接收设备中，天线的性能会直接影响到无线信息传输的质量。作为无线内窥镜系统的一个重要组成部分，胶囊天线发挥了不可替代的作用。在现代医疗中，对于肠胃道的检查常用的手段是使用有线内窥镜系统，但是有线内窥镜对于医生来说操作复杂，同时很难到达理想的位置，对于患者来说有线内窥镜检查的过程是很痛苦的，所以产生了无线内窥镜技术（wireless capsule endoscopy ,wce）。胶囊天线作为无线内窥镜的重要组成部分，可以给医生诊断病情提供便利，同时减少病人在诊断时的不适感，所以无线内窥镜技术有很好的应用前景。
4.现有的胶囊天线在肠胃内部光线可视条件较差，这就为诊断病情带来了不便；且胶囊天线占用胶囊内部空间较大，挤压其他内部配件的空间；另外，胶囊外壁往往会造成人体排异反应，造成患者不适；同时，现有胶囊天线的带宽很难满足实时地传输不失真的图像信息的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可植入式胶囊天线及胶囊内窥镜，解决医疗图像高速率高质量地传输的技术问题。
6.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种可植入式胶囊天线，包括金属接地板、金属条带以及两个金属针；所述的金属接地板内嵌在胶囊外壳内壁尺寸相匹配的内嵌槽中，所述金属针的一端内嵌于所述金属接地板的内嵌槽中；所述金属条带与胶囊外壳内侧表面共形，所述金属针与所述金属条带连接；所述金属针关于金属接地板的中心轴线对称分布；其中一个金属针与所述的金属接地板作为天线的馈电结构；另一个金属针作为短路结构，将所述金属接地板与所述金属条带相连。
7.进一步的，所述金属条带的形状为共形的“领结”形，且相对于金属条带中心轴对称。
8.进一步的，所述金属条带的形状为矩形或圆形，且相对于金属条带中心轴对称。
9.进一步的，所述金属条带的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯
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氧化铟锡材料。
10.第二方面，本发明提供一种胶囊内窥镜，包括胶囊外壳、玻璃透镜和上述可植入式胶囊天线；进一步的，所述玻璃透镜位于所述金属条带的内侧表面。
11.进一步的，所述胶囊外壳中间为圆柱形，两端为半球壳形。
12.进一步的，所述胶囊外壳的材料为具有生物兼容性的柔性介质材料。
13.进一步的，所述柔性介质材料为聚酰亚胺和/或聚酰胺。
14.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：1、本发明的可植入式胶囊天线在胶囊内部有两个金属针，将共形的“领结”形金属条带结构与金属接地板相连，天线通过底部的同轴馈电，通过调整金属针的位置和金属条带的尺寸，实现在915mhz和2.45ghz工业、科学和医疗（ism）频段的覆盖，可以保证图像高速率高质量地传输；2、本发明提供的可植入式胶囊天线，通过对天线的每个结构的整体设计，采用共形结构，极大地降低了天线系统对胶囊内部空间的占用，使得天线能够小型化设计，易于加工生产；3、本发明提供的胶囊内窥镜采用具有高透光率的pet
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ito材料能够保证可植入胶囊内部的摄像头能够清楚地拍摄体内情况或者提供给摄像头提供光源，提高医疗检测的准确性，同时采用生物兼容材料将天线与生物组织隔离，避免人体发生排异反应，避免对人体健康产生危害，可以很好的应用在未来内窥镜检查系统中。
附图说明
15.图1为本发明实施例中的可植入式胶囊天线的整体结构图；图2为本发明实施例中的可植入式胶囊天线的俯视图；图3为本发明放置于人体模型内仿真反射系数图。
16.其中：1、玻璃透镜；2、第一金属针；3、第二金属针；4、胶囊外壳；5、金属接地板；6、金属条带。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.实施例一：参见附图1，本实施例提供一种可植入式胶囊天线，包括金属接地板5、金属条带6以及第一金属针2和第二金属针3；所述的金属接地板5内嵌在胶囊外壳4内壁尺寸相匹配的内嵌槽中，所述金属针的一端内嵌于所述金属接地板5的内嵌槽中；所述金属条带6与胶囊外壳4内侧表面共形，所述第一金属针2和第二金属针3均与所述金属条带6连接；所述金属针关于金属接地板5的中心轴线对称分布；其中第二金属针3与所述的金属接地板5作为天线的馈电结构。本实施例本身设计的是宽带，领结形结构通过第二金属针3馈电，第一金属针2将金属接地板5与领结形结构金属条带6连接，引入另一个谐振频点，两个谐振模式叠加，产生宽频带。
20.具体的，所述金属条带6的形状可以采用矩形、圆形以及共形的“领结”形，且相对于中心轴对称。
21.具体的，所述金属条带6的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯
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氧化铟锡材料，不会因为引入该结构降低胶囊的透光性。
22.实施原理：本发明的可植入式胶囊天线在胶囊内部有两个金属针，将共形的“领结”形金属条带6结构与金属接地板5相连，天线通过底部的同轴馈电，通过调整金属针的位置和金属条带6的尺寸，实现在915mhz和2.45ghz工业、科学和医疗（ism）频段的覆盖，可以保证图像高速率高质量地传输。具体设计过程：根据要求的频带范围，利用公式计算金属条带的尺寸，仿真建立的模型，验真仿真结果；然后通过调节金属针到中心轴的距离，查看金属条带上的电流分布，不断调整金属针的位置，使得电流分布满足宽带天线的分布，实现在915mhz和2.45ghz工业、科学和医疗（ism）频段的覆盖。控制过程主要是借助仿真软件中hfss中的参数扫描，控制各个变量的不断改变，不断调整天线结构得到最优的结果。
23.本实施例提供的可植入式胶囊天线，通过对天线的每个结构的整体设计，采用共形结构，共形“领结形”金属条带结构是附着在胶囊内壁上的，厚度几乎可以忽略，如果采用平面结构，会将内部空间分为多个部分，空间利用率降低。这样设计极大地降低了天线系统对胶囊内部空间的占用，使得天线能够小型化设计，易于加工生产。
24.实施例二：参见附图1、附图2，本实施例提供一种胶囊内窥镜，包括玻璃透镜1、第一金属针2、第二金属针3、胶囊外壳4、金属接地板5和金属条带6。金属接地板5内嵌在所述柔性介质胶囊外壳4内壁尺寸相匹配的内嵌槽中，第一金属针2和第二金属针3的一端内嵌于金属接地板5的内嵌槽中；共形的金属条带6与柔性材料胶囊外壳4内侧表面共形，第一金属针2和第二金属针3与金属条带6连接；第一金属针2和第二金属针3到金属条带6的边缘距离均为1mm；第一金属针2和第二金属针3关于金属接地板5的中心轴线对称分布，两个金属针半径都为0.2mm；其中第二金属针3与所述的金属接地板5作为天线的馈电结构，采用同轴馈电，馈电点位于距离金属接地板5圆心4.4mm处；金属条带6采用pet
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ito（pet:聚对苯二甲酸乙二醇酯,ito:氧化铟锡）材料形成，不会因为引入该结构降低胶囊的透光性，相对于中心轴对称；半球壳形玻璃透镜1位于金属条带6的内侧表面。柔性介质材料外壳的柔性材料采用polyimide（聚酰亚胺），由于polyimide（聚酰亚胺）具有生物兼容性，将天线与生物组织隔离，避免人体发生排异反应。其中polyimide（聚酰亚胺）的厚度为0.06mm,介电常数为3.5，损耗角正切为0.009。以上天线的设计过程，所有结构与结果均由电磁仿真软件high
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frequency simulation software（hfss）优化设计得到。每个部分能够很好地集成在一起，在减小天线尺寸的同时，为植入人体提供了有利条件。整个胶囊外壳4是一个由一个圆柱和两个半球壳组成，圆柱底面和半球壳的半径为5mm，整体高度为17mm。
25.本实施案例需要采用两个金属针，因为设计的是宽带，领结形结构通过第一金属针2馈电，第二金属针3将金属接地板5与领结形结构金属条带6连接引入另一个谐振频点，两个谐振模式叠加，产生宽频带。
26.图3为本实施例在人体中反射系数随频率的仿真曲线图；其中，横坐标为频率，单位是ghz，纵轴为本发明经优化之后最终反射系数的值，单位为db。由图中可以看出，其
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10db阻抗带宽覆盖为570mhz至2560mhz，其相对带宽为127.2%，即该天线在ism频段仍然能
保持宽带特性。
27.本实施例提供的超宽带可植入式胶囊天线，通过给天线馈电，实现在915mhz和2.45ghz工业、科学和医疗（ism）频段的覆盖，同时实现近场耦合，可以保证图像高速率高质量地传输。所设计的超宽带可植入式胶囊天线采用单点馈电，降低了设计时采用多点馈电的复杂度。
28.本实施例所采用的“领结”形共形金属条带与金属针结构，极大地降低了天线系统对胶囊内部空间的占用，使得天线能够小型化设计，易于加工生产。同时采用具有高透光率的pet
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ito材料能够保证可植入胶囊内部的摄像头能够清楚地拍摄体内情况或者提供给摄像头提供光源，提高医疗检测的准确性，较大的带宽能够保证实时地传输不失真的图像信息，对于未来无线胶囊内窥镜系统是一个很好的方案。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
33.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。