[发明专利]测量和分析身体中空腔器官的轨迹和角度的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量生物或非生物结构内的轨迹和实时角度方法和装置，例如机体内脏空腔器官。对于生物学领域的应用，通过从身体外部可以应用的开口将导管引入器官。这种导管包含感受器，诸如陀螺仪和加速度计。在其通过空腔器官的过程中，感受器可以单独，或者与其它感受器或刺激技术相结合，提供导管轨迹和弯曲的数据。

背景技术

人体内脏器官具有不同的功能。一些器官的几何形状为管状，其功能之一用于传输管腔中的内容物，如血管和心脏中的血液，泌尿道中的尿液和胃肠道中的液体和半固体的内容物。本发明适用于所有的管腔脏器、甚至非生物体的中空结构，但优选的应用领域是在胃肠（GI）道和泌尿道。

胃肠道由不同的管腔状器官组成，如咽，食道，胃，小肠和大肠包括直肠。连接不同部分的管壁肌肉特化成所谓的括约肌，通常情况下括约肌是关闭的将这些不同的腔室部分分离开来。括约肌的功能是，调节器官内容物流量并防止逆流（返流）。很多疾病与内脏器官功能障碍和所引起的症状有关，如胃肠道，泌尿道和心血管系统。症状常常是来源不明。胃肠道的例子有胃食管反流病（GERD），非糜烂性反流病（NERD），功能性消化不良，肠易激综合征和大便失禁。在泌尿道可能发生尿失禁或部分阻塞。然而，在临床实践中，往往难以确认症状的特异性和其真正的起源。当务之急是开发一种设备和方法，其可以提供内脏器官正常功能和几何特性的数据，并能对内脏器官的功能障碍和症状进行分析。这样的设备和方法，也可用于治疗评估，在介入治疗过程中给内外科医生以指导（如外科手术重建和防止反流的内窥镜操作）。

迄今为止已开发了很多方法研究内脏器官的功能。一些方法包括压力记录， pH值测量，化学测量，医疗图像，等等。其它技术包括给内脏管状器官内的放置的气囊充压，用于测试功能，激发症状或治疗不同疾病。

众所周知，中空器官的弯曲角度和器官的功能和症状相关。例如，曾有学说认为，食道进入胃的角度对酸从胃进入食道的返流非常重要，以及肛门直肠的角度对排便非常重要。例如下食道括约肌的瞬间松弛（TLESPR）与酸返流进入食道相关，并且此相关似乎依赖于食道下括约肌的顺应性，进入胃的角度以及膈脚（即食道通过膈肌时与膈肌之间的角度）。

除了对通过医学图像得到的数据进行繁琐的分析，以上所述的方法中，没有一个可以提供器官特定部位的角度信息。目前，关于肛门直肠角的分析可以通过排便视频来估算，因为在排便时，肛门和直肠连接处向下移动，因此肛门直肠角可以在排便前测量。然而，这样的研究由于放射的辐射和冗长的分析而显得非常不方便。因此，我们需要新的技术来测量角度以及与器官功能相关的几何或机械测量。目前已有的许多传感器，包括陀螺仪，它们的尺寸使得在人体内部放置这些传感器成为可能。

内窥镜已经被现代医学广泛使用。它们主要用于观看胃肠道的内部，并以活组织切片检查，但通常它们不被用于其它类型的测量。为了能看的更清楚，医生一般情况下会旋转或弯曲内窥镜。CN102711587A中描述了一种装置，能够进入人体，从而协助医生更好更清楚的拍CT片。这个装置也许可以临时安装在用于某些器官的内窥镜上。它有助于定位各种身体结构，但依赖于成像技术，如CT。此外，这类技术中不包含取向的测定，不包含例如在本发明中先进的陀螺仪装置。

CN101632572A中描述了一种装置，是一个多关节的内窥镜、可以弯曲并且带有很多个传感器。其主要目的是在肠道内活动更方便，而且给病人减少疼痛。本发明与之的主要区别是，包含一个或多个陀螺仪，提供在一个或多个位置上的移动设备的详细信息和方位。此外，本发明不需要医生来特意弯曲设备，因为本发明装置非常柔软，可以贴着肠道走势从而弯曲测量和改变角度。

US 6,216,028B1中描述到，用一种方法来确定在体内的医疗装置的位置和方向。这个技术主要基于设备上的磁铁能够传送到设置在人体外的设备上的多个磁传感器。这个专利的缺点是，不能准确的测定和定位磁铁的位置。另外一个很大的缺点是，它可以仅包含一个磁铁，而本发明具有较高精度的方位测量和一个可以沿着器官长度测量并提供详细数据的移动设备，此移动设备包含多个陀螺仪。本发明的另外一个优点，是可以根据多个陀螺仪的数据从而进行具体数学计算。

CN101048100A是一种能够获取体内信息的装置，而且它包含对周围组织的电刺激装置。本发明与其不同的主要方面，是本发明不含有电刺激设置，而且CN101048100A也不含有本发明的核心元素，即一个含有陀螺仪的胶囊，能够提供具体数据和确定方位。

发明内容