[发明专利]基于多传感器的内窥镜跟踪定位与数字人动态同步显示装置

摘要

本发明设计了一种基于多传感器的内窥镜跟踪定位与数字人动态同步显示装置，包括内窥镜前端姿态采集模块，通讯与控制中心，励磁线圈模块，PC处理中心四部分构成。内窥镜前端探头中放置微型的多传感器系统，包括MEMS三轴加速度计，三轴陀螺仪和三轴磁场传感器，可以实时的探测内窥镜探头载体在转动和移动过程当中的传感信息变化，根据不同的内镜结构，利用无线或者有线的通讯方式，将传感信息周期性导入通讯与控制中心，控制中心根据跟踪定位的算法需求，周期性的驱动外场线圈，同时将传感器信息进行初步处理后传入PC机中，PC经过姿态解算后，利用数字人模型实现对内窥镜的动态同步显示。

主权项

基于多传感器的内窥镜跟踪定位与数字人动态同步显示装置，其特征在于该装置包括：内窥镜前端姿态采集模块、通讯与控制中心、励磁线圈模块，PC处理中心四部分构成；内窥镜前端姿态采集模块：由固定在内窥镜探头处的多传感器系统构成，所述的多传感器系统包括三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁场传感器，这三个传感器同时由3.3V的电源供电，各传感器的SDA和SCL数据线合并在一条信息通路，对内窥镜探头的姿态和位置变化过程中空间矢量的分布进行测量输出，前端探头和通讯与控制中心直接相连；通讯与控制中心：该部分以单片机为核心，外部挂载多种通讯方式，包括串口，I2C以及无线接收装置，同时对外置的励磁线圈进行数字选通控制，该通讯与控制中心作为通讯的中介模块，位于人体外部，作为传统内窥镜图像处理器的辅助功能部分，以内窥镜头的多传感信息为输入连接内窥镜的输出端，以数字选通和串口作为输出分别连接励磁线圈和PC机；励磁线圈模块：包含三个多匝、密绕的铜线圈构成的励磁线圈，根据定位算法需求在一定周期内循环通电和放电，构建符合定位需求的环绕磁场，三个励磁线圈放置在病床下部，正对人体腹腔中心部位，分别与通讯与控制中心的数字选通端相连，通过单片机的IO口来进行数字控制；PC处理中心：和通讯与控制中心的串口输出端连接进行数据通讯，波特率为38400，传输速率约110KHZ，在MFC的环境下，包含两个独立软件功能模块，分别为：(1)传感信息姿态解算模块：主要利用跟踪定位算法，根据多传感器系统采集到的信息，在PC机中完成对姿态角和位置信息的解算；(2).同步模型显示模块：为了便于人机交互，以PC的图形构建功能，创建数字人和跟踪的内窥镜模型，以模型动作仿真真实环境，方便医生进行对比诊断。