[发明专利]基于永磁体的动力胶囊实时定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微型医疗仪器领域的技术，具体是一种基于永磁体的动力胶囊实时定位方法。

背景技术

结肠直肠癌是三大最常见癌症之一，并且它已成为世界上因癌症死亡的第二大原因。然而令人担忧的是，近年来结肠直肠癌患者逐年增加。据美国癌症杂志估计，2014年有96830例结肠癌和40000例直肠癌发生。当能在结肠病变早期发现，结肠直肠癌发病率将大大降低。目前临床上应用的结肠诊断方法有结肠测压、结肠内窥镜、无线动力胶囊、放射性扫描等。然而，结肠测压是把装有测压传感器的导管从肛门插入人体内，给病人带来了极大的痛苦，且容易造成肠穿孔和交叉感染。结肠内窥镜分为有创和无创两类。有创的结肠内窥镜是纤维结肠镜，它通过肛门插入逆行向下，可检查直肠、乙状结肠、降结肠、模结肠、升结肠和盲肠以及与大肠相连的一小段小肠。然而它同样给患者带来了极大的痛苦。无创的结肠内窥镜有以色列Given Imaging公司开发的胶囊内镜“M2A”，Yokneam公司发布的PillCam^TM和日本Olympus公司生产的“EndoCapsule”。这些胶囊内镜带有摄像装置，可拍摄人体胃肠道的图片；它们通过胃肠的蠕动前进，因此病人不会感到不适；与有创结肠内窥镜相比，它们更加灵活方便。无线动力胶囊装载有温度、压力、pH传感器，可检测生理状态下的胃肠道信息并无线发输出至体外，经上位机专用数据处理软件分析，可评估胃肠道的健康状况。然而，上述这些胶囊本身没有定位系统，不能实时显示它们在胃肠道内的位置，这给胃肠疾病的诊断和治疗带来极大不便。因此，开发胶囊实时定位系统已是目前亟待解决的问题。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103637803A公开(公告)日2014.03.19，公开了一种基于永磁和感应线圈的胶囊内镜空间定位系统，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。同时还提供了上述定位系统的定位方法。但该系统过于复杂，且通过振动模块使体外永磁体做往复运动，进而产生变化的磁场，而体内三轴线圈测量变化磁场的磁场强度信息实现体内图像胶囊的定位。因体外永磁体在做往复运动，即参考点的位置是一个范围，则推算的体内胶囊的位置也是一个范围，从而该定位方法的定位精度不高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于永磁体的动力胶囊实时定位方法，利用体外磁传感器检测体内永磁体的磁感应强度实现动力胶囊在胃肠道内的定位。因为人体具有磁渗透能力，对静态磁场影响较小，所以该定位系统可达到更高的定位精度，此外本发明还具有体积小、结构简单的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于永磁体的动力胶囊实时定位方法，包括以下步骤：

1)通过位于人体外部的三维磁传感器阵列采集位于人体内部的动力胶囊内的永磁体的磁场强度信号；

所述的三维磁传感器阵列包括：四个位于同一平面上的三维磁传感器，每个三维磁传感器采集三个相互垂直方向的磁场强度。

所述的三维磁传感器优选为固定在同一平板上。

所述的磁场强度信号是与永磁体的位置和磁场方向相关的；

2)将三维磁传感器阵列测得的数据进行小波变换以滤除因呼吸、电磁干扰等产生的噪声。

所述的小波变换是指：用DB4小波对采集的数据进行二层分解，得到D1、D2、A2，其中D1、D2为分解的第一层、第二层的高频小波系数，A2为分解的第二层的低频小波系数；因数据采集频率是0.83Hz，根据小波分析原理可知D1、D2的频率范围分别是0.21～0.42Hz、0.10～0.21Hz，D1是呼吸波，所以在信号重建时直接被滤除了；最后用D2和A2重建磁场强度信号；

3)根据磁场数学模型，对步骤2)中得到的过滤后的磁场强度信号，通过

Levenberg‐Marquardt算法消除误差并获得胶囊在胃肠道内的位置，即通过采用四个三维磁传感器并由此构建12个公式，采用不同的公式可求出不同的位置参数组合(a，b，c，m，n，p)，进一步通过Levenberg‐Marquardt算法消除误差。

所述的永磁体为圆柱形，直径为7.5mm，高度为2mm。