[發明專利]基于永磁和感應線圈的膠囊內鏡空間定位系統及定位方法

有效

• 申請號: 201310567025.5
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103637803A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 王坤東;肖承東
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B5/06
• 分類號: A61B5/06;A61B1/04;A61B5/07
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及電子膠囊定位方法以及醫學檢測技術領域。具體地，涉及一種基于永磁和感應線圈的膠囊內鏡空間定位系統及定位方法。

背景技術

膠囊內窺鏡最早由以色列專家提出并研制成功，其克服了傳統硬式內鏡給患者帶來的痛苦，而且可以檢測到小腸等傳統檢測方法無法檢測到的器官。然而膠囊內窺鏡在臨床應用上仍有諸多問題，膠囊內窺鏡的定位跟蹤便是其中最主要的問題。

隨著膠囊內窺鏡的發展，關于其定位方法的研究也層出不窮。常見的定位方法有：基于無線射頻信號的定位，超聲波定位和磁場定位等。

無線射頻定位技術可以運用膠囊本身已有的射頻天線，不需在膠囊內附加任何元件，只要在體外布置若干天線接收來自膠囊內的射頻信號即可。但是，該系統的精度太低，而且臨床使用也較為困難。

超聲定位則是運用一個跟蹤裝置來跟蹤超聲探頭的位姿，然后綜合掃描得到膠囊圖像，并通過三維重建來確定膠囊的位置。但是該技術難以得到膠囊機器人的具體姿態，該技術至今還有待完善。其精度、速度和可實現性都有待提高。但其仍有較大的發展前景。

基于磁場定位的定位技術主要是運用霍爾元件來檢測膠囊所產生的磁場強度信息，然后通過磁場強度信息反解出膠囊的位置和姿態信息。該方法有明顯的優勢：占用膠囊空間小、可以連續跟蹤、實時性強且無副作用。

2011年美國卡內基梅隆大學的工作人員提出了一種新的膠囊內窺鏡方案。該膠囊內窺鏡采用柔軟的橡膠材料制成，因此被稱為軟膠囊內窺鏡。該內窺鏡有兩個磁鐵，允許醫生在體外通過另一個磁鐵來移動機器人或改變機器人的形狀以達到藥物釋放的目的。通過仔細操縱，它可在患者體內扭曲和自旋，甚至改變它自身的形狀。該方案運用磁鐵間的作用力來控制機器人的移動，因此對磁鐵間的距離有較高的要求。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種基于永磁和感應線圈的膠囊內鏡空間定位系統及定位方法。

本發明是通過以下技術方案實現的。

根據本發明的一個方面，提供了一種基于永磁和感應線圈的膠囊內鏡空間定位系統，包括：振動模塊、體外牽引永磁體、體內膠囊內窺鏡、無線接收裝置以及單片機微處理器，所述振動模塊的一端與所述體外牽引永磁體相連接，所述體外牽引永磁體與體內膠囊內窺鏡之間形成磁路，所述體內膠囊內窺鏡與所述無線接收裝置無線連接，所述無線接收裝置與所述單片機微處理器相連接。

優選地，所述體內膠囊內窺鏡包括：三軸正交線圈、數據處理電路和無線通信模塊，其中，所述三軸正交線圈與體外牽引永磁體形成磁路，并檢測體外牽引永磁體產生的磁感應強度信息，所述數據處理電路對三軸正交線圈檢測到的磁感應強度信息放大并進行模數轉換，所述無線通信模塊與所述無線接收裝置進行無線通信。

優選地，所述振動模塊驅動所述體外牽引永磁體以一定頻率進行振動，從而產生變化的磁場，所述三軸正交線圈在變化的磁場作用下產生感應電動勢。

優選地，所述三軸正交線圈包括至少2個線圈傳感器模塊。

優選地，所述單片機微處理器通過三軸正交線圈所得到的磁感應強度信息獲得體內膠囊內窺鏡的位置及姿態信息。

優選地，所述體外牽引永磁體為軸向磁化的圓柱形磁體，所述磁感應強度包括X、Y、Z三個方向，所述單片機微處理器獲得體內膠囊內窺鏡的位置及姿態信息的具體方法為，建立空間坐標系，設(X_0，Y_0，Z₀)為體外牽引永磁體的中心點坐標，(X_m，Y_m，Z_m)為傳感器在坐標系中的位置，(a，b)為磁矩方向矢量與柱坐標的夾角；

設(X，Y，Z)＝(X_m-X₀Y_m-Y₀Z_m-Z₀)，r＝(X²+Y²+Z²)^1/2則可得到磁感應強度公式如下：

B₀(B_x，B_y，B_z)＝μ₀m_c/(4πr³)