[发明专利]用于磁定位和致动系统的同步校准方法

说明书

本发明涉及一种同步校准用于工作空间的磁致动和感测系统的方法，其中，所述致动系统包括多个磁致动器，以及所述感测系统包括多个磁传感器，其中，所有已测量数据馈送至校准模型，其中，所述校准模型是基于传感器测量模型和磁致动模型的，且其中，经由数值解算器找到模型参数的解，使得同时校准致动和感测系统两者。

技术领域

本发明涉及同步校准用于工作空间的磁致动和感测系统的方法，其中，致动系统包括多个磁致动器，并且感测系统包括多个磁传感器。

背景技术

磁致动胶囊内窥镜(Magnetically actuated capsule endoscopes，MACEs)属于前景广阔的医疗技术领域，用以在胃肠(gastrointestinal，GI)道中进行微创诊断。MACE定位和致动是早已熟知的。在各种的定位方法中，由于使用外部磁传感器阵列的磁定位技术最小化必要胶囊组件的体积、能量消耗和复杂性，其对于实际应用是更有前景的。对于胶囊的致动，基于电磁体的致动相比基于永磁体的致动更为安全。

由于远程致动装置仅需包括单线态磁体，磁定位和致动技术的结合是有益的。对于具有尺寸限制的机器人(诸如机器人胶囊内窥镜)特别地重要，这个方法相较于具有另外跟踪工具的装置减少了所需的体积。可利用节省的体积用于其它可提高诊断质量的关键功能，诸如高质量视频或高容量电池。

这两个系统的结合可具有各种配置和需要高的校准标准。这是因为感测和致动系统共享磁场，其中，来自机器人和致动系统的磁场堆叠到一起。在这样的情况下，机器人磁场与致动器的磁场的解耦依靠于精确校准的参数磁模型。

更多的，随着时间推移，传感器和致动器的增益值(参数值)可漂移，且因此这样的致动器和传感器需要在一定时间周期(诸如一周)内进行校准。因此，特别是对于医学成像和扫描装置，不得不减少在校准阶段的停机时间。

不准确的致动和感测模型可导致机器人错误的定位和取向评估。这可引起对于磁机器人控制的错误或故障。

对于校准经结合的磁致动和感测系统的已知方式是独立地校准致动系统和感测系统。为了磁传感器系统的校准，每个传感器的位置、取向和增益可被单独地或同时地被校准。

另外校准致动系统的方法，例如，对于多核电磁体致动系统是已知的。一个这样的方法使用具有多极磁场模型的数值优化。当致动系统产生磁场时，使用预校准高斯计收集测量数据。

这两种用于校准的方法的缺点为它们不能被结合并就此被同步执行。同步校准方法在几个方面(诸如提高校准过程的准确性和速度)可优于分离的校准方法。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法和系统，其中可以凭借提高校准过程的准确性和速度来执行校准过程。

该目的可通过具有各个独立权利要求的特征的同步地校准用于工作空间的磁致动和感测系统的方法以及磁致动和感测系统来满足。

根据本发明，该方法包括下面的步骤：

-通过向所述磁致动器施加多个电流，在所述工作空间产生多个任意磁场；

-利用在所述工作空间中的所述感测系统测量每个磁场，并且利用电流传感器测量每个相应的电流；

-利用所述感测系统在所述工作空间层中的任意位置和取向的测量随机已知样本磁体的磁场；以及

-将所有所测量的数据馈送至校准模型中，其中，所述校准模型是基于传感器测量模型和磁致动模型的，并且经由数值解算器找到所述模型参数的解，以便同时校准所述致动和感测系统两者。

在同步校准方法中，未校准传感器和致动器用作各自的校准源。尽管系统的数据在校准之前是不准确的，用于感测和致动系统的所有数据通过校准模型的属性来同步校准。假设电流传感器在校准之前是预校准过的，并且磁传感器的位置是已知的。