[發(fā)明專利]磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及軌跡規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810031346.6
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108245122B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張沛森;李敬;黃強(qiáng);吳磊;周基陽;周龍;郝陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: A61B1/04
• 分類號: A61B1/04;A61B1/045
• 代理公司: 青島發(fā)思特專利商標(biāo)代理有限公司 37212
• 代理人: 鞏同海

本發(fā)明涉及一種磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及軌跡規(guī)劃方法，屬于用目視或照相檢查人體的消化道的儀器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括病床、磁鐵控制模塊、磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人、外部引導(dǎo)磁鐵、相機(jī)模塊和人機(jī)交互系統(tǒng)，外部引導(dǎo)磁鐵安裝在磁鐵控制模塊上與置于人體內(nèi)的磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人內(nèi)裝磁鐵產(chǎn)生交互磁場，相機(jī)模塊由多臺位于病床支架上的相機(jī)組成，相機(jī)模塊和磁鐵控制模塊均與人機(jī)交互系統(tǒng)連接，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用外部引導(dǎo)磁鐵軌跡規(guī)劃方法，建立了磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人與外部引導(dǎo)磁鐵在位置和姿態(tài)上的一一對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)膠囊機(jī)器人在腸道內(nèi)的自動導(dǎo)航，并自動檢測疑似病灶部位，極大減少了控制人員的勞動量，降低了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及軌跡規(guī)劃方法，屬于用目視或照相檢查人體的腔或管的儀器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自從2001年以色列Given Imaging公司推出首款商用膠囊內(nèi)窺鏡M2A以來，膠囊內(nèi)窺鏡作為診斷消化道疾病的醫(yī)療手段，由于其優(yōu)良的診斷效果和無痛、無創(chuàng)的檢測方式，得到了廣泛研究，并已經(jīng)逐漸應(yīng)用于臨床診斷中。磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)將磁鐵安裝入膠囊機(jī)器人中，通過外部引導(dǎo)磁鐵驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)膠囊機(jī)器人在人體消化道內(nèi)的可控運(yùn)動，目前磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡由于實(shí)時(shí)可控、動力來源穩(wěn)定、檢測盲區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究的熱點(diǎn)。

手持式外部磁鐵在人體外控制磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡在消化道內(nèi)運(yùn)動，這種控制方式精度較低，并且需要極大的消耗醫(yī)生的時(shí)間。針對胃部空腔結(jié)構(gòu)的磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，但是較難應(yīng)用的人體腸道部位。是由于人體消化道具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，特別是人體腸道部位，其空間分布與性質(zhì)因人而異，甚至對于同一個(gè)人，不同姿勢也會造成腸道形狀、位置的改變，這導(dǎo)致消化道內(nèi)膠囊內(nèi)窺鏡的軌跡無法確定，所以需要對膠囊內(nèi)窺鏡的軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃，才能實(shí)現(xiàn)全消化道范圍的磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡自動檢測功能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)存在的上述缺陷，提出了一種磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)及軌跡規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)了磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人的運(yùn)動軌跡在消化道內(nèi)實(shí)時(shí)規(guī)劃的功能，達(dá)到了磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人在人體消化道內(nèi)自動導(dǎo)航的效果。

本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，包括病床、磁鐵控制模塊、磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人、外部引導(dǎo)磁鐵、相機(jī)模塊和人機(jī)交互系統(tǒng)，所述的外部引導(dǎo)磁鐵安裝在磁鐵控制模塊上與置于人體內(nèi)的磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人內(nèi)裝磁鐵產(chǎn)生交互磁場，所述的相機(jī)模塊由多臺位于病床支架上的相機(jī)組成，相機(jī)模塊和磁鐵控制模塊均與人機(jī)交互系統(tǒng)連接。

一種應(yīng)用所述的磁引導(dǎo)式膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的軌跡規(guī)劃方法，包括以下步驟：

步驟1：相機(jī)模塊通過多目視覺建立工作環(huán)境的三維模型；

步驟2：在工作環(huán)境的三維模型中提取病人人體模型，根據(jù)需要可將所提取病人的人體模型離散化后存入人機(jī)交互系統(tǒng)；

步驟3：確定磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人目前所在位置與姿態(tài)，確定磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人下一步的前進(jìn)方向及前進(jìn)距離，即確定磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人的前進(jìn)向量，并存入人機(jī)交互系統(tǒng)；

步驟4：在人體離散化模型的部分區(qū)域上選取外部引導(dǎo)磁鐵方向點(diǎn),用于確定膠囊機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)角度；

步驟5：人機(jī)交互系統(tǒng)控制磁鐵控制模塊帶動外部引導(dǎo)磁鐵從當(dāng)前位置沿直線運(yùn)動到達(dá)外部引導(dǎo)磁鐵的過渡位置及目標(biāo)姿態(tài)，人體內(nèi)的磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人被帶動到達(dá)磁引導(dǎo)式膠囊機(jī)器人的目標(biāo)姿態(tài)；

步驟6：人機(jī)交互系統(tǒng)控制磁鐵控制模塊帶動外部引導(dǎo)磁鐵沿所述前進(jìn)向量平移至目標(biāo)位置Ⅱ，膠囊機(jī)器人被引導(dǎo)至目標(biāo)位置Ⅰ；