[发明专利]磁引导式胶囊内窥镜系统及轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种磁引导式胶囊内窥镜系统及轨迹规划方法，属于用目视或照相检查人体的消化道的仪器技术领域。本发明包括病床、磁铁控制模块、磁引导式胶囊机器人、外部引导磁铁、相机模块和人机交互系统，外部引导磁铁安装在磁铁控制模块上与置于人体内的磁引导式胶囊机器人内装磁铁产生交互磁场，相机模块由多台位于病床支架上的相机组成，相机模块和磁铁控制模块均与人机交互系统连接，与现有技术相比，本发明使用外部引导磁铁轨迹规划方法，建立了磁引导式胶囊机器人与外部引导磁铁在位置和姿态上的一一对应关系，实现胶囊机器人在肠道内的自动导航，并自动检测疑似病灶部位，极大减少了控制人员的劳动量，降低了成本。

技术领域

本发明涉及一种磁引导式胶囊内窥镜系统及轨迹规划方法，属于用目视或照相检查人体的腔或管的仪器技术领域。

背景技术

自从2001年以色列Given Imaging公司推出首款商用胶囊内窥镜M2A以来，胶囊内窥镜作为诊断消化道疾病的医疗手段，由于其优良的诊断效果和无痛、无创的检测方式，得到了广泛研究，并已经逐渐应用于临床诊断中。磁引导式胶囊内窥镜系统将磁铁安装入胶囊机器人中，通过外部引导磁铁驱动，能够实现胶囊机器人在人体消化道内的可控运动，目前磁引导式胶囊内窥镜由于实时可控、动力来源稳定、检测盲区小等优点，成为目前研究的热点。

手持式外部磁铁在人体外控制磁引导式胶囊内窥镜在消化道内运动，这种控制方式精度较低，并且需要极大的消耗医生的时间。针对胃部空腔结构的磁引导式胶囊内窥镜系统已经较为成熟，但是较难应用的人体肠道部位。是由于人体消化道具有十分复杂的结构，特别是人体肠道部位，其空间分布与性质因人而异，甚至对于同一个人，不同姿势也会造成肠道形状、位置的改变，这导致消化道内胶囊内窥镜的轨迹无法确定，所以需要对胶囊内窥镜的轨迹进行实时规划，才能实现全消化道范围的磁引导式胶囊内窥镜自动检测功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有胶囊内窥镜系统存在的上述缺陷，提出了一种磁引导式胶囊内窥镜系统及轨迹规划方法，实现了磁引导式胶囊机器人的运动轨迹在消化道内实时规划的功能，达到了磁引导式胶囊机器人在人体消化道内自动导航的效果。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种磁引导式胶囊内窥镜系统，包括病床、磁铁控制模块、磁引导式胶囊机器人、外部引导磁铁、相机模块和人机交互系统，所述的外部引导磁铁安装在磁铁控制模块上与置于人体内的磁引导式胶囊机器人内装磁铁产生交互磁场，所述的相机模块由多台位于病床支架上的相机组成，相机模块和磁铁控制模块均与人机交互系统连接。

一种应用所述的磁引导式胶囊内窥镜系统的轨迹规划方法，包括以下步骤：

步骤1：相机模块通过多目视觉建立工作环境的三维模型；

步骤2：在工作环境的三维模型中提取病人人体模型，根据需要可将所提取病人的人体模型离散化后存入人机交互系统；

步骤3：确定磁引导式胶囊机器人目前所在位置与姿态，确定磁引导式胶囊机器人下一步的前进方向及前进距离，即确定磁引导式胶囊机器人的前进向量，并存入人机交互系统；

步骤4：在人体离散化模型的部分区域上选取外部引导磁铁方向点,用于确定胶囊机器人的旋转角度；

步骤5：人机交互系统控制磁铁控制模块带动外部引导磁铁从当前位置沿直线运动到达外部引导磁铁的过渡位置及目标姿态，人体内的磁引导式胶囊机器人被带动到达磁引导式胶囊机器人的目标姿态；

步骤6：人机交互系统控制磁铁控制模块带动外部引导磁铁沿所述前进向量平移至目标位置Ⅱ，胶囊机器人被引导至目标位置Ⅰ；