经济市场外部永磁体控制磁性螺旋型胶囊内窥镜姿态对比研究

    叶波　郭琳

    

    

    摘要：分析对比了旋转外部永磁体控制磁性螺旋型无线胶囊内窥镜中不同控制姿态下的控制优劣，得出较好的控制姿态为外部永磁体处于磁性螺旋型无线胶囊内窥镜上侧位的结论。

    关键词：外部永磁体；控制姿态；胶囊内窥镜

    0引言

    目前磁控制无线胶囊内窥镜（Wireless capsuleendoscope，WCE）的方法主要有静磁拖动及旋转磁场控制法。静磁拖动法的问题在于WCE必须很好的被控制在两个永磁体中间位置，不然很容易偏向一边的永磁体，导致WCE紧紧贴住一边肠壁，此外在前进过程中WCE与肠壁间产生很大的摩擦力，该摩擦力对肠壁组织的破坏力很大。而在临床应用中想把WCE控制在一对永磁体中间的位置很难做到。旋转磁场控制法中传统的方法是利用亥姆霍兹线圈法来控制磁性螺旋型WCE，但其存在电磁辐射、设备价格高昂、操作过程复杂等缺点。

    我们在之前的研究中结合传统磁控制法的优点提出通过旋转外部永磁体来控制磁性螺旋型WCE在肠道中运动的磁控制方法，本文旨在分析该方法在外部永磁体和磁性螺旋型WCE间不同控制姿态时的控制优劣对比，得出较好的控制姿态。

    1不同控制姿态对比

    通过外部永磁体旋转在磁性螺旋型WCE的一侧产生旋转磁场有几种不同情况，用外部永磁体相对于磁性螺旋型WCE的方位来区分有：上下侧位、左右侧位、同轴侧位，分别如图1、图2、图3所示。

    图1（a）所示为外部永磁体处于磁性螺旋型WCE上侧位，磁性螺旋型WCE所受重力G和来自于外部永磁体的磁吸引力F吸方向相反，大小相互抵消；而图1（b）所示为外部永磁体处于下侧位，此时F吸和G方向相同，而这两种力的合力使得磁性螺旋型WCE会对下部肠壁内侧产生较大的正压力，所以，如果采用这种侧位控制将会在磁性螺旋型WCE旋转中使其与下部肠壁内侧之间产生较大的径向摩擦力，这很容易伤害到肠壁组织。此外，在临床应用中，采用外部永磁体下侧位控制需要将外部永磁体放置于病床下面，而这对于实际操作外部永磁体的旋转来讲是极其不便的。

    图2（a）和图2（b）所示分别为外部永磁体处于磁性螺旋型WCE左右侧位，这两种情况中，F吸的方向分别会指向左侧和右侧。而在外部永磁体控制磁性螺旋型WCE的过程中，因为F吸的作用，磁性螺旋型WCE会向左侧肠壁（对应图2（a））或右侧肠壁（对应图2（b））方向偏移，一方面这种偏移将使左侧或右侧肠壁所受到的摩擦力增大从而伤害到肠壁组织；在另一方面，这种偏移将使肠道被迫发生偏移，与此同时容易发生肠道翻转打结现象，这将会严重威胁到病患的身体健康，同时也会使控制难度大大增加。

    图3（a）和图3（b）所示分别为外部永磁体处于与磁性螺旋型WCE同轴左侧位、同轴右侧位。图3（a）所示同轴左侧位中F吸的方向與磁性螺旋型WCE的运动方向一致，F吸的施加会给磁性螺旋型WCE的平移运动增加动力，然而当外部永磁体与磁性螺旋型WCE间的距离很小时会很容易造成由于过强的磁吸引力使得磁性螺旋型WCE冲向外部永磁体，而这在临床应用中是需要避免出现的，否则这将会对肠道内壁造成不可估计的损伤。在图3（b）所示的同轴右侧位中，F吸的方向与磁性螺旋型WCE的移动方向相反，F吸的作用会给磁性螺旋型WCE的平移增加阻力，而这是不利于控制磁性螺旋型WCE正常运动的。

    2对比选型结论

    基于对图1、图2、图3所示的外部永磁体与磁性螺旋型WCE间不同侧位的控制分析，得出的结论是在使用外部永磁体控制磁性螺旋型WCE时，控制方位宜采用对应于图1（a）所示外部永磁体处于磁性螺旋型WCE上侧位的姿态。