[發明專利]胃腸道內微系統的跟蹤定位方法

無效

• 申請號: 200910197190.X
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101690662A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發明（設計）人: 王文興;劉勇;顏國正;周益路
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/07
• 分類號: A61B5/07;A61B5/06;A61B1/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種電子通信技術領域的方法，具體是一種胃腸道內微系統的跟蹤定位方法。

背景技術

隨著微電子技術、MEMS(微電子機械系統)技術、機器人技術、無線通信等技術的發展，胃腸道內微系統由于進入人體各種腔道具有無創傷、操作簡便等優點，已成為現代醫療器械的研究熱點與發展方向。然而在醫療應用中，醫生們在使用胃腸道內微系統時，往往需要知道這些診療儀器在病人體內的確切位置，然而這往往不能通過直接的方法得到，因此胃腸道內微系統的無創跟蹤定位是這些微型介入式醫療器械應用中需解決的關鍵技術之一。

由于胃腸道內微系統都是基于無線方式向體外發送采集到PH值，壓力，溫度等生理參數以及圖像信息，因此可以根據射頻信號強度的變化去跟蹤胃腸道內微系統的在體內運動的軌跡，即基于RSSI(接收的射頻信號強度指示)的跟蹤定位，這種方法不用增加胃腸道內微系統硬件上的結構，對人體傷害較小，因此有較強的實用性與操作性。

目前對這種方法進行的研究多采用在無線傳感器網絡中的目標定位上有著廣泛應用的三邊定位法，這種方法的前提基于測距，即通過固定節點，接收來自移動且攜帶有射頻信號的節點發射出來能代表距離或方位的具體物理量的信息來確定移動節點的位置，因此對胃腸道內微系統采用基于射頻信號強度的三邊定位法，確定其三維位置，很關鍵的一步，就是要將接收到的反應接收射頻功率的射頻信號強度轉化為距離信息，這就要精確建立射頻信號在人體傳播的衰減模型，對距離與接收射頻的功率建立明確的關系。

現在技術上存在的問題是：人體是一個復雜的環境，人體的胃腸道系統，由胃、小腸和大腸等多個組織器官構成，而人體各個組織器官對于射頻信號的介電常數以及傳導性都各不相同，導致射頻信號在人體組織的各個部位傳播，會存在差異性，就算同一個組織器官，也可能存在多路徑的干擾，而且胃腸道內微系統在人體消化道內隨著時間的推移不斷的滑動，因此，很難精確的對人體的整個胃腸道建立相應的射頻衰減模型，這就導致應用三邊定位法進行跟蹤定位的誤差比較大。

經對現有文獻檢索發現，Arshak.K和Adepoju.F于2007年發表的“AModel?for?Estimating?the?Real-Time?Positions?of?a?moving?Object?inWireless?Telemetry?Applications?using?RF?Sensors.Sensors?ApplicationsSymposium(一種利用射頻傳感器陣列對無線遙測系統進行實時定位的方法模型)”一文中，對人體的整個胃腸道采用了一個簡單的靜態射頻衰減模型，設置了四個射頻接收節點，但是沒有考慮人體胃腸道各個區域的差異性，使得定位系統的可靠性和定位與跟蹤的精度比較低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的不足和缺陷，提出一種胃腸道內微系統的跟蹤定位方法。本發明通過將三邊定位法和區域分析法相結合，建立了一種動態的胃腸道射頻衰減模型，提高了定位系統的可靠性和定位與跟蹤的精度。

本發明是通過以下技術方案實現的，具體步驟如下：

第一步，按照人體胃腸道的組成，將腹部劃分為若干個區域，并在每個區域設置四個射頻接收模塊，在人體上建立基準參考坐標系，分別記錄下每個區域中四個射頻接收模塊的坐標、四個射頻接收模塊間的距離和同一時間段內四個射頻接收模塊接收到的射頻信號強度值。

所述的基準參考坐標系是以人體肚臍為坐標原點、垂直于體表且指向體內的方向為z軸正方向、平行于脊柱且指向頭部的方向為x軸正方向、垂直于脊柱且平行于體表且指向左手的方向為y軸正方向。

第二步，對每個區域中四個射頻接收模塊在同一時間段內得到的接收射頻信號強度值通過粗大誤差處理、均值濾波和功率轉化得到以dBm為單位的有效接收功率。

第三步，對每個區域建立射頻衰減模型，具體為：

P′＝A-10nLog₁₀(d)+S??????????(公式一)

其中：P′表示射頻接收模塊接收到的以dBm為單位的有效接收功率，A是在該區域內射頻接收模塊距胃腸道內微系統1米時接收到的以dBm為單位的有效接收功率，n是衰減系數，d是射頻接收模塊和胃腸道內微系統間的距離，S是以dBm為單位的誤差功率。

所述的A、n和S都是通過體外實驗來模擬人體環境，由獲取的大量數據擬合得到。

第四步，利用每個區域的射頻衰減模型與該區域內四個射頻接收模塊的有效接收功率，分別計算得到每個區域內的每個射頻接收模塊到胃腸道內微系統之間的距離。