[发明专利]基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，其特征在于，包括：振动模块、体外牵引永磁体、体内胶囊内窥镜、无线接收装置以及单片机微处理器，所述振动模块的一端与所述体外牵引永磁体相连接，所述体外牵引永磁体与体内胶囊内窥镜之间形成磁路，所述体内胶囊内窥镜与所述无线接收装置无线连接，所述无线接收装置与所述单片机微处理器相连接。

2.根据权利要求1所述的基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，其特征在于，所述体内胶囊内窥镜包括：三轴正交线圈、数据处理电路和无线通信模块，其中，所述三轴正交线圈与体外牵引永磁体形成磁路，并检测体外牵引永磁体产生的磁感应强度信息，所述数据处理电路对三轴正交线圈检测到的磁感应强度信息放大并进行模数转换，所述无线通信模块与所述无线接收装置进行无线通信。

3.根据权利要求2所述的基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，其特征在于，所述振动模块驱动所述体外牵引永磁体以一定频率进行振动，从而产生变化的磁场，所述三轴正交线圈在变化的磁场作用下产生感应电动势。

4.根据权利要求2所述的基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，其特征在于，所述三轴正交线圈包括至少2个线圈传感器模块。

5.根据权利要求2所述的基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，其特征在于，所述单片机微处理器通过三轴正交线圈所得到的磁感应强度信息获得体内胶囊内窥镜的位置及姿态信息。

6.根据权利要求5所述的基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，其特征在于，所述体外牵引永磁体为轴向磁化的圆柱形磁体，所述磁感应强度包括X、Y、Z三个方向，所述单片机微处理器获得体内胶囊内窥镜的位置及姿态信息的具体方法为，建立空间坐标系，设(X_0，Y_0，Z₀)为体外牵引永磁体的中心点坐标，(X_m，Y_m，Z_m)为传感器在坐标系中的位置，(a，b)为磁矩方向矢量与柱坐标的夹角；

设(X，Y，Z)＝(X_m-X₀Y_m-Y₀Z_m-Z₀)，r＝(X²+Y²+Z²)^1/2则得到磁感应强度公式如下：

B₀(B_x，B_y，B_z)＝μ₀m_c/(4πr³)

{[(2X2-Y2-Z2)sinacosb+3XYsinasinb+3XZcosa]i→]]>

[(2Y2-X2-Z2)sinacosb+3XYsinasinb+3YZcosa]j→]]>

[(2Z2-X2-Y2)cosa+3XYsinacosb+3YZsinasinb]k→}]]>

其中，B_x，B_y，B_z分别为感应线圈处X，Y，Z三个正交方向的磁感应强度，μ₀为真空磁导率，m_c为胶囊磁矩的大小，r为感应线圈到永磁体中心的距离，上式方程具有永磁体中心位置(X_0，Y_0，Z₀)，磁矩方向矢量与柱坐标的夹角(a，b)五个未知量，因此至少需要两个三轴正交线圈；

当体外牵引永磁体随着振动机构以一定频率振动时，其磁感应强度会以一定规律变化，根据公式其中，ε_i为感应线圈所测得的感应电动势，为磁感应强度随时间的变化率，S为感应线圈的内部面积，当线圈测出空间方向上的感应电动势后便求出体外牵引永磁体的位置信息。