АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ЗОНДИРОВАНИЯ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА
AUTONOMOUS DEVICE FOR GASTROINTESTINAL TRACT PROBING

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при разработке устройств для автономного эндоскопического зондирования желудочно-кишечного тракта.
Известно устройство зондирования желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) с иммобилайзером (патент США №7946979, опубл. 24.05.2011).
Устройство в виде капсулы содержит источник питания, датчики измерения, такие как термометры, pH-метры, оптические сканеры, датчики изображения, модуль регистрации и передачи информации, иммобилайзер, процессор для управления иммобилайзером. Устройство может быть использовано для щадящего мониторинга ЖКТ в целом, а также для детального обследования отдельных участков ЖКТ, например, для контроля после операции. Для проведения непрерывного зондирования отдельных участков устройство фиксируется в исследуемой области ЖКТ. Для фиксации на стенках ЖКТ устройство содержит иммобилайзер, представляющий собой выбрасываемый анкер, выполненный в виде стрежня, внешний конец которого заострен или выполнен в виде крючка для сцепления со стенкой кишечника. Выброс анкера осуществляется по сигналу процессора. При подаче сигнала от процессора элемент, удерживающий пружину в сжатом состоянии, разрушается, и анкер выводится за пределы корпуса капсулы и фиксируется на стенке ЖКТ. В фиксированном положении устройство осуществляет непрерывное детальное зондирование исследуемого участка ЖКТ. После истечения некоторого временного промежутка, анкеры, выполненные из деградирующего в среде ЖКТ материала, разрушаются, и устройство зондирования продолжает движение под действием перистальтики.
Недостатком данного устройства является возможность только пассивного продвижения капсулы по ЖКТ под действием перистальтики, а также невозможность продвижения устройства по ЖКТ в направлении, противоположном движению под действием перистальтики.
Известно устройство - видеокапсула «Mermaid» (Biobyte, 03.07. 2011, http://biobyte.ru/videocapsula-mermaid/-прототип), в корпусе которой установлены источник питания, источник света, видеокамера, блок обработки и передачи видеоизображения. Капсула снабжена движителем, закрепленным на одном конце капсулы и выполненным в виде хвостового плавника, который оснащен магнитным управляющим механизмом, позволяющий контролировать направление и расположение капсулы в кишечнике. Перемещение устройства может корректироваться джойстиком с внешнего пульта управления.
Недостатком устройства является значительное увеличение длины видеокапсулы за счет установки движителя-плавника.
Известен видеокапсульный диагностический комплекс, содержащий блок приема, обработки и отображения регистрируемых изображений, джойстик управления, антенну, видеокапсулу, внутри которой установлены источник питания, источник света, видеокамера, модуль регистрации передачи информации, блок хранения уставок изменяемых параметров состояния желудочно-кишечного тракта, датчики контроля состояния желудочно-кишечного тракта, контроллер, вход которого соединен с датчиками контроля параметров состояния желудочно-кишечного тракта и колебательный механизм, установленный внутри корпуса устройства и снабженный электроприводом (Sukho Parkl et al, Multi-functional Capsule Endoscope for Gastro-intestinal Tract, SICE-ICASE International Joint Conference 2006, Oct. 18-21, 2006 in Bexco, Korea, pp.2090-2093).
Основными недостатками являются сложность конструкции, значительное время обследования, недостаточно высокая информативность регистрируемых изображений.
Известен управляемый робот-эндоскоп микрокапсульного типа, предназначенный для активного перемещения видеокапсулы зондирования по желудочно-кишечному тракту и содержащий корпус в форме тела вращения, внутри которого установлен колебательный инерционный механизм, создающий циклическую знакопеременную силу инерции вдоль продольной оси корпуса для перемещения вперед и назад (WO 2007128084 A3, 15.11.2007 - прототип).
Основными недостатками являются значительная сложность конструкции.
Задачей, стоящей в данной области медицинской техники, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание устройства для зондирования ЖКТ, характеризующегося расширенными возможностями, в частности, обеспечивающего возможность активного продвижения по ЖКТ, в том числе, и в направлении, противоположном движению под действием перистальтики.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном автономном устройстве зондирования желудочно-кишечного тракта, содержащем корпус в виде капсулы, имеющей головную, центральную и хвостовую части, установленные внутри корпуса источник питания, источник света, видеокамеру, модуль регистрации и передачи информации, блок хранения установок измеряемых параметров состояния наружной среды, датчики контроля состояния желудочно-кишечного тракта, согласно изобретению, снаружи корпуса, на его центральную и хвостовую части, установлена оболочка с гладкой наружной поверхностью, выполненная из материала, легко растворяющегося в среде желудочно-кишечного тракта, при этом внутри корпуса установлен блок модуляции режима активного движения, содержащий колебательный инерционный механизм, обеспечивающий принудительное продвижение устройства по желудочно-кишечному тракту, выполненный в виде электропривода с эксцентриком, установленным на его валу, при этом блок модуляции режима активного движения содержит контроллер анализа состояния желудочно-кишечного тракта, соединенный с приводом колебательного инерционного механизма, и соединен с приемником сигналов от внешнего устройства, соединенным с контроллером, при этом на образующей наружной поверхности участка корпуса устройства выполнены конструктивные элементы, в форме косозубой гребенки, создающие силу сопротивления, направленную вдоль продольной оси устройства, различную при его движении вперед и назад по желудочно-кишечному тракту.
Колебательный инерционный механизм выполнен в виде эксцентрика, установленного на валу электропривода, при этом указанный механизм расположен в корпусе устройства таким образом, что обеспечивается знакопеременное действие сил инерции вдоль продольной оси корпуса. Контроллер управляет работой колебательного инерционного механизма на основе сигналов от внешнего управляющего устройства; при управлении работой устройства зондирования оператором, или на основании анализа сигналов от датчиков зондирования, контролирующих состояние ЖКТ, при работе устройства в автоматическом режиме. При этом на наружной поверхности части корпуса устройства, имеющего цилиндрическую форму, выполнены конструктивные элементы, создающие сопротивление движению устройства, различное в противоположных направлениях, при этом движению вперед соответствует меньшее сопротивление, чем движению назад в виде косозубой гребенки.
Целенаправленное движение капсулы в заданном направлении осуществляется за счет движущей силы - результирующей сил, действующих на капсулу за один такт колебаний инерционного механизма: знакопеременного инерционного импульса вперед - назад, направленного вдоль продольной оси корпуса, равного по величине в прямом и обратном направлении, создаваемого колебательным инерционным механизмом, и силы сопротивления, возникающей вследствие взаимодействия конструктивных элементов, выполненных на наружной поверхности корпуса капсулы, форма и расположение которых определяют меньшее сопротивление при движении корпуса капсулы вперед, чем при движении назад, с опорой/поверхностью ЖКТ.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид автономного эндоскопического устройства, на фиг. 2 показана схема автономного эндоскопического устройства, на фиг. 3 показана схема, поясняющая принцип движения устройства по ЖКТ.
Автономное эндоскопическое устройство 1 выполнено в виде капсулы, в корпусе 2 которой размещены источник питания 3, источник света 4, видеокамера 5, модуль регистрации и передачи информации 6, блок хранения установок 7, приемник 8, датчики контроля состояния ЖКТ (на чертеже не показаны и не обозначены), блок модуляции 9 режима активного движения, включающий колебательный инерционный механизм 10, с электроприводом 11, контроллер 12 управления указанным механизмом. На наружной поверхности корпуса 2 выполнены конструктивные элементы 13, форма и расположение которых создают различное сопротивление при перемещении корпуса устройства вперед и назад. На центральную и хвостовую части капсулы установлена оболочка 14 с гладкой наружной поверхностью, выполненная из материала, легко растворяющегося в среде желудочно-кишечного тракта, предпочтительно, желатина.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Устройство 1 вводят в пищевод стороной с меньшим сопротивлением движению, противоположно направлению перемещения под действием перистальтики. Улучшение прохождения устройства 1 по пищеводу обеспечивается за счет гладкой поверхности оболочки 14, которая затем растворяется под действием среды ЖКТ. Размещение указанной оболочки 14 на центральной и хвостовой частях капсулы позволяет оставлять все время открытыми оптические элементы капсулы, расположенные в ее головной части, и исключает возможность их перекрытия в случае неполного или частичного растворения элементов оболочки.
Устройство зондирования перемещается по ЖКТ в пассивном режиме под действием перистальтики. При необходимости детального обследования участка ЖКТ, пройденного в пассивном режиме, устройство перемещают назад на необходимое расстояние, используя режим активного движения. Для перемещения устройства зондирования по ЖКТ в активном режиме, контроллер 12 подает команду на включение электропривода 10 колебательного инерционного механизма 9, создающего колебательные движения корпуса капсулы вдоль продольной оси, при этом, за счет конструктивных элементов 13, обеспечивающих, при движении устройства по желудочно-кишечному тракту, меньшее сопротивление при движении вперед, чем при движении назад, возникает движущая сила - результирующая сил инерции и силы сопротивления движению, под действием которой устройство принудительно и с большей, чем при пассивном перемещении под действием перистальтики, скоростью продвигается по желудочно-кишечному тракту.
В варианте применения в автоматическом режиме зондирования устройство работает следующим образом.
Предварительно в блок хранения установок 7 вводят контрольные значения измеряемых параметров состояния ЖКТ, затем устройство зондирования 1 вводят в пищевод стороной с меньшим сопротивлением движению по направлению перемещения под действием перистальтики. Задействуют колебательный инерционный механизм 10, и далее устройство в активном режиме перемещается по ЖКТ, под действием сил, описанных выше. В процессе перемещения контроллер 12, на основании сигналов от датчиков контроля состояния ЖКТ, анализирует параметры состояния ЖКТ. В случае их заданного отклонения относительно контрольных значений, установленных в блоке хранения установок 7, контроллер 12 выдает команду на отключение электропривода 11 колебательного инерционного механизма 10. Устройство 1 переводится в пассивный режим движения и далее под действием перистальтики перемещается с меньшей скоростью, осуществляя детальное зондирование участка ЖКТ. При завершении участка, характеризующегося измененными условиями состояния ЖКТ, на основании анализа сигналов от датчиков контроля состояния ЖКТ, контролер 12 подает на блок модуляции 9 управляющий сигнал включения режима активного движения, устройство 1 переводится в режим активного движения по ЖКТ.
В варианте применения устройство 1 вводят в прямую кишку и перемещают по ЖКТ в активном режиме движения до выбранного участка обследования, затем отключают режим активного перемещения. Далее устройство 1 в пассивном режиме, под действием перистальтики, продвигается по ЖКТ, зондируя выбранный участок. При необходимости, устройство 1 снова переводят в режим активного движения.
Приведенные иллюстрации и описание признаков изобретения не охватывают весь спектр возможных модификаций и эквивалентных изменений, очевидных для специалиста в данной области. Следует понимать, что прилагаемая формула изобретения охватывает все возможные модификации и изменения, которые попадают в рамки сущности настоящего изобретения.
Результатом предложенного изобретения является создание устройства, позволяющего регулировать скорость его перемещения по ЖКТ, в том числе, на основании измеряемых во время передвижения параметров состояния ЖКТ, за счет этого оптимизировать объем регистрируемой информации по участкам ЖКТ, и в результате повысить эффективность процесса зондирования, а также сократить время проведения исследований.