[发明专利]无线胶囊内窥镜5自由度的定位系统及其定位方法

说明书

本发明提供的无线胶囊内窥镜5自由度的定位系统及其定位方法，包括设置于人体外且三轴正交的发射线圈、采样模块、位置及方向计算模块、无线发送模块、体外无线接收模块和位于体内的无线胶囊内窥镜，采用在人体外设置一个三轴正交的发射线圈，在无线胶囊内窥镜内只布置一个单轴感应线圈，发射线圈放置在人体附近，发射线圈的线圈I、线圈II、线圈III顺序发射6个频率和幅值均不同的信号构成一个周期，即在一个周期内，每个线圈要发射2个频率和幅值均不同的信号；从而建立方程组进行三维位置和三维姿态的计算，该方法集成方便、单轴感应线圈占用无线胶囊内窥镜空间少，能实时连续对无线胶囊内窥镜定位，方便后续操作，安全可靠，成本低廉。

【技术领域】

本发明涉及磁定位技术，尤其涉及无线胶囊内窥镜5自由度的定位系统及其定位方法。

【背景技术】

当前，无线胶囊内窥镜进入人体消化道后，在重力和肠胃道蠕动的共同作用下自由移动，缺乏实时的、精确的定位。因此，对无线胶囊内窥镜的位姿控制工作不能有效开展；由于图像没有镜头的位置和方向匹配信息，消化道重建工作也无法开展；没有实时定位数据，在检查过程中医生不能确认胶囊是否被卡住。

Given Imaging公司较早利用无线射频技术对无线胶囊内窥镜进行定位，后来包括重庆金山科技有限公司都采用该方法。在人体表面粘贴8个或者更多无线射频天线，接收来自体内无线胶囊内窥镜发射的射频信号，根据射频信号传播模型建立方程组，通过算法求解方程组获得无线胶囊内窥镜的位置。该方法定位精度不高，平均定位精度为37.7毫米，临床应用效果不好。

有人提出无线胶囊内窥镜永磁定位方法，在无线胶囊内窥镜内部嵌入小型永磁体，或者在胶囊外部套上永磁环，在人体周围布置磁场传感器阵列采集多点磁场，根据永磁空间分布模型建立方程组，通过算法求解方程组获得无线胶囊内窥镜的位置；永磁定位具有精度高、速度快的优点。但是，永磁定位存在一个比较大的缺陷就是定位距离近，对于能放入目前胶囊的永磁体，一般有效探测距离在10cm左右，难以满足人体尺寸要求。

也有人提出在胶囊内布置两个三轴感应线圈，在体外让永磁体在震动模块的作用下作往复运动产生变化的磁场，胶囊内的两个三轴感应线圈输出感应电动势；可是，两个三轴感应线圈要占用胶囊较多空间。

影像学检查如X光成像，CT(计算机断层扫描)成像和MRI(核磁共振)成像也可以用于定位无线胶囊内窥镜。但X光成像、CT成像存在射线损害，不宜长时间定位；MRI成像目前费用较贵。

【发明内容】

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于交变磁场，采用一个三轴发射线圈、一个单轴感应线圈的无线胶囊内窥镜5自由度定位系统及其定位方法。单轴线圈占用无线胶囊内窥镜空间少，集成方便，可实时定位，安全可靠，成本低廉，具有为后续操作提供方便的优点。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

该发明的第一发明目的，提供无线胶囊内窥镜5自由度的定位系统，包括设置于人体外且三轴正交的发射线圈、采样模块、位置及方向计算模块、体外无线接收模块和位于体内的无线胶囊内窥镜，所述无线胶囊内窥镜内置有一个单轴感应线圈和无线发送模块，三轴正交的发射线圈与无线胶囊内窥镜内置的单轴感应线圈通过交变磁场形成磁路，采样模块与无线胶囊内窥镜内置的单轴感应线圈直接连接，无线胶囊内窥镜内置的无线发送模块与体外无线接收模块通过无线信号连接，位置及方向计算模块与体外无线接收模块直接连接；所述发射线圈由三轴正交的线圈I、线圈II和线圈III组成，所述线圈I、线圈II和线圈III顺序发射各自固定频率的信号，线圈I、线圈II、线圈III顺序发射6个频率和幅值均不同的信号构成一个周期，即在一个周期内，每个线圈要发射2个频率和幅值均不同的信号。

进一步地，所述无线胶囊内窥镜还包括信号放大模块和模数转换模块；所述单轴感应线圈与信号放大模块直接连接，所述信号放大模块与无线发送模块直接连接。