[發明專利]磁引導式膠囊內窺鏡系統及軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201810031346.6
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108245122B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張沛森;李敬;黃強;吳磊;周基陽;周龍;郝陽
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B1/04
• 分類號: A61B1/04;A61B1/045
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

1.一種磁引導式膠囊內窺鏡系統，其特征在于：包括病床(1)、磁鐵控制模塊(2)、磁引導式膠囊機器人(3)、外部引導磁鐵(4)、相機模塊(5)和人機交互系統(6)，所述的外部引導磁鐵(4)安裝在磁鐵控制模塊(2)上與置于人體內的磁引導式膠囊機器人(3)內裝磁鐵產生交互磁場，所述的相機模塊(5)由多臺位于病床(1)支架上的相機組成，相機模塊通過多目視覺建立工作環境的三維模型；相機模塊(5)和磁鐵控制模塊(2)均與人機交互系統(6)連接，在工作環境的三維模型中提取病人人體模型，將所提取病人的人體模型離散化后存入人機交互系統，確定磁引導式膠囊機器人目前所在位置與姿態，確定磁引導式膠囊機器人下一步的前進方向及前進距離，即確定磁引導式膠囊機器人的前進向量，并存入人機交互系統；在人體離散化模型的部分區域上選取外部引導磁鐵方向點,用于確定膠囊機器人的旋轉角度；人機交互系統控制磁鐵控制模塊帶動外部引導磁鐵從當前位置沿直線運動到達外部引導磁鐵的過渡位置及目標姿態，人體內的磁引導式膠囊機器人被帶動到達磁引導式膠囊機器人的目標姿態；人機交互系統控制磁鐵控制模塊帶動外部引導磁鐵沿所述前進向量平移至目標位置Ⅱ，膠囊機器人被引導至目標位置Ⅰ；

外部引導磁鐵(4)的Z軸與磁引導式膠囊機器人(3)的Z軸重合，為磁引導式膠囊機器人(3)的當前位置Ⅰ(9)到所選取的外部引導磁鐵方向點(12)的連線方向；外部引導磁鐵(4)的Y軸與磁引導式膠囊機器人(3)的Y軸平行，為膠囊機器人前進向量(8)所指向的方向；外部引導磁鐵(4)的X軸與磁引導式膠囊機器人(3)的X軸平行；外部引導磁鐵(4)的過渡位置(13)為：以膠囊機器人的當前位置Ⅰ(9)到所選取的外部引導磁鐵方向點(12)為正方向，距離磁引導式膠囊機器人(3)的當前位置Ⅰ(9)距離為d的點，磁引導式膠囊機器人(3)的目標姿態(14)與外部引導磁鐵(4)的目標姿態(14)一致，所述的d取值為max{L+R,D},其中L為外部引導磁鐵方向點(12)到磁引導式膠囊機器人(3)當前位置Ⅰ(9)之間的距離，R為外部引導磁鐵(4)的半徑，D為磁引導式膠囊機器人(3)與外部引導磁鐵(4)之間的預估距離，預先存儲至人機交互系統(6)；

過磁引導式膠囊機器人(3)的當前位置Ⅰ(9)做與磁引導式膠囊機器人(3)的前進向量(8)垂直的平面A(17)，過引導式膠囊機器人的前進向量(8)做與世界坐標系x軸垂直的平面B(19)，做與平面A距離為小量δ的兩個兩個平面A₁(16)、平面A₂(18)，做與平面B距離為v的兩個平面B₁(20)、平面B₂(21)，平面A₁(16)、平面A₂(18)、平面B₁(20)、平面B₂(21)圍成的離散化模型的部分區域；

相機模塊(5)刷新周邊環境模型，并對所述外部引導磁鐵(4)的運動過程進行仿真同時判斷是否有碰撞發生，若有碰撞發生，磁鐵控制模塊(2)停止運動，取與磁引導式膠囊機器人(3)的當前位置點Ⅰ(9)距離次短的點為外部引導磁鐵方向點(12)，并按上述方法計算外部引導磁鐵(4)的運動軌跡。