基于颜色识别的肠道出血智能施药胶囊研究

摘要

对于肠道出血疾病的诊断和治疗，目前还没有一种较为理想的手段。特别是处于消化道中间部位的小肠段，远离口腔和肛门，且形态结构非常复杂，成为了临床诊断和治疗的一个难点。对于肠道出血疾病的诊断，多数情况下要依靠医师的判断，对医师具有很强的依赖性。对于肠道出血疾病的治疗，当前仍以内镜下止血手术(高频电凝、激光、冷冻等)和开腹手术为主，具有较大的创伤性。
　　 在此背景下，本文将智能出血识别与定点药物释放功能相结合，提出了基于颜色识别的肠道出血智能施药胶囊研究，旨在为肠道出血疾病的临床诊断和治疗提供一个新的手段。论文主要的研究工作如下：
　　 1.利用出血与非出血区域肠液颜色之间的差异，本文提出了基于颜色识别的出血检测思路。通过对颜色空间的分析，确定了用于出血识别的颜色特征参数色相H、饱和度S；综台考虑人体消化道的生理结构和液体环境，设计了适用于人体肠道的出血检测结构：通过体外实验，验证了颜色传感器的出血检测效果并确定的出血识别的判定条件3≤H≤25，0.3≤S≤0.8。
　　 2.设计并制作了适用于胃肠道药物释放的驱动机构-微推进器。主要完成了微推进器内微点火器的设计，并通过实验测试了微点火器的性能。当接收到有效的施药触发信号时，微点火器可顺利完成推进剂的点燃，驱动活塞完成药物释放。
　　 3.完成了肠道出血智能施药胶囊的整体设计。其工作原理为：以5～10秒的时间间隔，进行肠道出血特征识别。一旦识别到出血病灶区，则立即发送施药指令，触发药物释放到出血病灶区域，在施药的同时向体外发出报警指示信号。文中详细介绍了胶囊整体的结构设计、各功能模块的硬件电路设计以及系统的软件设计。
　　 4.对系统的功耗进行了分析，并进行了功耗测试实验。在体内运行过程中，胶囊采用断续工作方式，每工作0.5s，休眠5s。3V工作电压下的平均功耗约为2.1mW，满足低功耗设计的需求。
　　 基于颜色识别的肠道出血智能施药胶囊融“智能诊断”与“施药治疗”功能于一体，既可解决现有肠道出血检测方式对医师依赖性强等问题，同时可避免现有的侵入式止血治疗过程给患者带来的巨大痛苦，国内外尚未见相关研究报道，随着后续研究的深入，有望发展成为实用化的创新医疗产品，具有良好的学术研究意义和临床应用价值。