基于永磁體的動力膠囊實時定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種微型醫(yī)療儀器領域的技術，具體是一種基于永磁體的動力膠 囊實時定位方法。
【背景技術】
[0002] 結腸直腸癌是三大最常見癌癥之一，并且它已成為世界上因癌癥死亡的第二大原 因。然而令人擔憂的是，近年來結腸直腸癌患者逐年增加。據(jù)美國癌癥雜志估計，2014年 有96830例結腸癌和40000例直腸癌發(fā)生。當能在結腸病變早期發(fā)現(xiàn)，結腸直腸癌發(fā)病率 將大大降低。目前臨床上應用的結腸診斷方法有結腸測壓、結腸內窺鏡、無線動力膠囊、放 射性掃描等。然而，結腸測壓是把裝有測壓傳感器的導管從肛門插入人體內，給病人帶來 了極大的痛苦，且容易造成腸穿孔和交叉感染。結腸內窺鏡分為有創(chuàng)和無創(chuàng)兩類。有創(chuàng)的 結腸內窺鏡是纖維結腸鏡，它通過肛門插入逆行向下，可檢查直腸、乙狀結腸、降結腸、模結 腸、升結腸和盲腸以及與大腸相連的一小段小腸。然而它同樣給患者帶來了極大的痛苦。 無創(chuàng)的結腸內窺鏡有以色列GivenImaging公司開發(fā)的膠囊內鏡"M2A"，Yokneam公司發(fā)布 的PillCanT和日本Olympus公司生產(chǎn)的"EndoCapsule"。這些膠囊內鏡帶有攝像裝置，可 拍攝人體胃腸道的圖片；它們通過胃腸的蠕動前進，因此病人不會感到不適；與有創(chuàng)結腸 內窺鏡相比，它們更加靈活方便。無線動力膠囊裝載有溫度、壓力、PH傳感器，可檢測生理 狀態(tài)下的胃腸道信息并無線發(fā)輸出至體外，經(jīng)上位機專用數(shù)據(jù)處理軟件分析，可評估胃腸 道的健康狀況。然而，上述這些膠囊本身沒有定位系統(tǒng)，不能實時顯示它們在胃腸道內的位 置，這給胃腸疾病的診斷和治療帶來極大不便。因此，開發(fā)膠囊實時定位系統(tǒng)已是目前亟待 解決的問題。
[0003] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN103637803A公開（公告）日 2014.03. 19,公開了一種基于永磁和感應線圈的膠囊內鏡空間定位系統(tǒng)，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。同時還提供了上述定位系統(tǒng)的定位方法。但該系統(tǒng)過于復雜，且通過振動模 塊使體外永磁體做往復運動，進而產(chǎn)生變化的磁場，而體內三軸線圈測量變化磁場的磁場 強度信息實現(xiàn)體內圖像膠囊的定位。因體外永磁體在做往復運動，即參考點的位置是一個 范圍，則推算的體內膠囊的位置也是一個范圍，從而該定位方法的定位精度不高。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種基于永磁體的動力膠囊實時定位 方法，利用體外磁傳感器檢測體內永磁體的磁感應強度實現(xiàn)動力膠囊在胃腸道內的定位。 因為人體具有磁滲透能力，對靜態(tài)磁場影響較小，所以該定位系統(tǒng)可達到更高的定位精度， 此外本發(fā)明還具有體積小、結構簡單的優(yōu)點。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于永磁體的動力膠囊實時定位方法，包括以下步驟：
[0002] 1)通過位于人體外部的三維磁傳感器陣列采集位于人體內部的動力膠囊內的永 磁體的磁場強度信號；
[0003] 所述的三維磁傳感器陣列包括：四個位于同一平面上的三維磁傳感器，每個三維 磁傳感器采集三個相互垂直方向的磁場強度。
[0004] 所述的三維磁傳感器優(yōu)選為固定在同一平板上。
[0005] 所述的磁場強度信號是與永磁體的位置和磁場方向相關的；
[0006] 2)將三維磁傳感器陣列測得的數(shù)據(jù)進行小波變換以濾除因呼吸、電磁干擾等產(chǎn)生 的噪聲。
[0007] 所述的小波變換是指：用DB4小波對采集的數(shù)據(jù)進行二層分解，得到D1、D2、A2,其 中D1、D2為分解的第一層、第二層的高頻小波系數(shù)，A2為分解的第二層的低頻小波系數(shù)；因 數(shù)據(jù)采集頻率是0. 83Hz，根據(jù)小波分析原理可知D1、D2的頻率范圍分別是0. 21~0. 42Hz、 0. 10~0. 21Hz，Dl是呼吸波，所以在信號重建時直接被濾除了；最后用D2和A2重建磁場 強度信號；
[0008] 3)根據(jù)磁場數(shù)學模型，對步驟2)中得到的過濾后的磁場強度信號，通過 Levenberg-Marquardt算法消除誤差并獲得膠囊在胃腸道內的位置，即通過采用四個 三維磁傳感器并由此構建12個公式，采用不同的公式可求出不同的位置參數(shù)組合（a，b，c，m，n，p)，進一步通過Levenberg-Marquardt算法消除誤差。
[0009] 所述的永磁體為圓柱形，直徑為7. 5mm，高度為2mm〇
[0010] 所述的三維磁傳感器陣列包括：帶有調理電路的四個所述三維磁傳感器、模擬開 關、單片機、時鐘模塊、無線通訊模塊、電源管理模塊和電源模塊，其中：三維傳感器調理模 塊與模擬開關相連；模擬開關、時鐘模塊、無線通訊模塊與單片機相連；電源模塊與電源管 理模塊相連；電源管理模塊與三維傳感器調理模塊、模擬開關、單片機、時鐘模塊、無線通訊 模塊相連，調理電路采集磁場強度信號并轉換為電信號后輸出至模擬開關，模擬開關每次 選通一路三維磁傳感器信號并輸出至單片機。
[0011] 所述的單片機包括：放大電路、AD電路、控制單元、非易失性存儲模塊、SPI模塊， 其中：放大電路、AD電路、控制單元依次相連，非易失性存儲模塊、SPI模塊與控制單元相 連，放大電路將放大后的模擬信號輸出至AD電路，AD電路在控制單元的控制下，將放大后 的模擬信號轉換成數(shù)字信號，控制單元讀取時鐘模塊的時鐘信號并將轉換的數(shù)字信號與該 時鐘信號存儲到非易失性存儲模塊，控制單元通過SPI模塊把數(shù)據(jù)輸出至無線通訊模塊并 無線輸出。 技術效果
[0012] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用三維磁傳感器陣列采集體內永磁體的磁場強度實現(xiàn) 了膠囊的精確定位；并且永磁體無耗能，節(jié)約了電池能量，延長了膠囊的使用壽命；本發(fā)明 的數(shù)據(jù)處理器可對三維磁傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)進行濾波、實時追蹤膠囊在胃腸道內的位 置，并以圖形顯示；通過無線通信技術，實現(xiàn)了磁場強度和時間信息的無線傳送；通過記錄 儀實現(xiàn)對信息的接收和存儲。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0014] 圖2為三維磁傳感器陣列示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。 實施例1
[0016] 如圖1所示，本實施例包括：位于體內的膠囊a、三維磁傳感器陣列b、數(shù)據(jù)記錄儀 c以及數(shù)據(jù)處理器d，其中：膠囊a內裝有圓柱形永磁體，在永磁體周圍會產(chǎn)生磁場；體外背 部位置安裝有磁傳感器陣列b;磁傳感器陣列b采集體內永磁體的磁場強度并無線發(fā)輸出 至數(shù)據(jù)記錄儀c;采集的磁場強度與磁傳感器到永磁體的距離和永磁體磁場強度的方向有 關；數(shù)據(jù)記錄儀c接收數(shù)據(jù)并存儲到MMC卡，經(jīng)USB接