[发明专利]胃肠道内微系统的跟踪定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电子通信技术领域的方法，具体是一种胃肠道内微系统的跟踪定位方法。

背景技术

随着微电子技术、MEMS(微电子机械系统)技术、机器人技术、无线通信等技术的发展，胃肠道内微系统由于进入人体各种腔道具有无创伤、操作简便等优点，已成为现代医疗器械的研究热点与发展方向。然而在医疗应用中，医生们在使用胃肠道内微系统时，往往需要知道这些诊疗仪器在病人体内的确切位置，然而这往往不能通过直接的方法得到，因此胃肠道内微系统的无创跟踪定位是这些微型介入式医疗器械应用中需解决的关键技术之一。

由于胃肠道内微系统都是基于无线方式向体外发送采集到PH值，压力，温度等生理参数以及图像信息，因此可以根据射频信号强度的变化去跟踪胃肠道内微系统的在体内运动的轨迹，即基于RSSI(接收的射频信号强度指示)的跟踪定位，这种方法不用增加胃肠道内微系统硬件上的结构，对人体伤害较小，因此有较强的实用性与操作性。

目前对这种方法进行的研究多采用在无线传感器网络中的目标定位上有着广泛应用的三边定位法，这种方法的前提基于测距，即通过固定节点，接收来自移动且携带有射频信号的节点发射出来能代表距离或方位的具体物理量的信息来确定移动节点的位置，因此对胃肠道内微系统采用基于射频信号强度的三边定位法，确定其三维位置，很关键的一步，就是要将接收到的反应接收射频功率的射频信号强度转化为距离信息，这就要精确建立射频信号在人体传播的衰减模型，对距离与接收射频的功率建立明确的关系。

现在技术上存在的问题是：人体是一个复杂的环境，人体的胃肠道系统，由胃、小肠和大肠等多个组织器官构成，而人体各个组织器官对于射频信号的介电常数以及传导性都各不相同，导致射频信号在人体组织的各个部位传播，会存在差异性，就算同一个组织器官，也可能存在多路径的干扰，而且胃肠道内微系统在人体消化道内随着时间的推移不断的滑动，因此，很难精确的对人体的整个胃肠道建立相应的射频衰减模型，这就导致应用三边定位法进行跟踪定位的误差比较大。

经对现有文献检索发现，Arshak.K和Adepoju.F于2007年发表的“AModel for Estimating the Real-Time Positions of a moving Object inWireless Telemetry Applications using RF Sensors.Sensors ApplicationsSymposium(一种利用射频传感器阵列对无线遥测系统进行实时定位的方法模型)”一文中，对人体的整个胃肠道采用了一个简单的静态射频衰减模型，设置了四个射频接收节点，但是没有考虑人体胃肠道各个区域的差异性，使得定位系统的可靠性和定位与跟踪的精度比较低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足和缺陷，提出一种胃肠道内微系统的跟踪定位方法。本发明通过将三边定位法和区域分析法相结合，建立了一种动态的胃肠道射频衰减模型，提高了定位系统的可靠性和定位与跟踪的精度。

本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下：

第一步，按照人体胃肠道的组成，将腹部划分为若干个区域，并在每个区域设置四个射频接收模块，在人体上建立基准参考坐标系，分别记录下每个区域中四个射频接收模块的坐标、四个射频接收模块间的距离和同一时间段内四个射频接收模块接收到的射频信号强度值。

所述的基准参考坐标系是以人体肚脐为坐标原点、垂直于体表且指向体内的方向为z轴正方向、平行于脊柱且指向头部的方向为x轴正方向、垂直于脊柱且平行于体表且指向左手的方向为y轴正方向。

第二步，对每个区域中四个射频接收模块在同一时间段内得到的接收射频信号强度值通过粗大误差处理、均值滤波和功率转化得到以dBm为单位的有效接收功率。

第三步，对每个区域建立射频衰减模型，具体为：

P′＝A-10nLog₁₀(d)+S          (公式一)

其中：P′表示射频接收模块接收到的以dBm为单位的有效接收功率，A是在该区域内射频接收模块距胃肠道内微系统1米时接收到的以dBm为单位的有效接收功率，n是衰减系数，d是射频接收模块和胃肠道内微系统间的距离，S是以dBm为单位的误差功率。

所述的A、n和S都是通过体外实验来模拟人体环境，由获取的大量数据拟合得到。

第四步，利用每个区域的射频衰减模型与该区域内四个射频接收模块的有效接收功率，分别计算得到每个区域内的每个射频接收模块到胃肠道内微系统之间的距离。