胶囊内窥镜系统及其胶囊内窥镜磁定位方法技术方案

本公开描述了一种胶囊内窥镜系统，包括胶囊内窥镜、磁控装置以及处理装置，胶囊内窥镜具有布置在内置空间中的第一磁体、IMU和至少两个磁传感器，至少两个磁传感器分别靠近内置空间沿纵向的两个端部。磁控装置具有第二磁体。IMU获取姿态测量值，至少两个磁传感器至少获取第一磁场测量值和第二磁场测量值。处理装置，计算胶囊内窥镜的自旋角度，自旋角度包括精估Pitch角、精估Roll角和预估Yaw角；处理装置计算胶囊内窥镜相对于第二磁体的预估位置，并使用UKF算法获得胶囊内窥镜相对于第二磁体的精估位置和精估Yaw角，获得胶囊内窥镜在世界坐标系中的位置和姿态。本公开还描述了胶囊内窥镜的磁定位方法。本公开UKF算法中进行优化，提高了磁定位效率。提高了磁定位效率。提高了磁定位效率。

【技术实现步骤摘要】
胶囊内窥镜系统及其胶囊内窥镜磁定位方法


[0001]本公开涉及一种胶囊内窥镜系统及该系统的胶囊内窥镜磁定位方法。

技术介绍

[0002]随着现代医学技术的发展，对于消化腔的病变(例如胃壁上的息肉)可以通过导入胶囊型内窥镜来进行检查，通过胶囊型内窥镜能够帮助医生获取胃壁上的息肉的图像信息，以辅助医生对患者进行诊断和治疗。这样的胶囊型内窥镜通常可以受到磁力作用，医生、护士或其他操作人员通过控制外部磁控装置，对位于消化腔的胶囊型内窥镜进行磁引导，以使胶囊型内窥镜移动至消化腔内的预定位置进行检查。当使用上述胶囊型内窥镜对消化腔进行检查时，为了更好地对位于消化腔内的胶囊型内窥镜进行控制，医生等需要获知胶囊型内窥镜在消化腔内的具体位置。
[0003]在现有技术中，胶囊内窥镜在人体内的定位方法有超声波定位、射频信号定位、磁定位等。内置式磁定位使用磁传感器和惯性传感器，利用误差估计算法来确定胶囊内窥镜的位置和姿态。但存在精度不高的问题。

技术实现思路

[0004]本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能提高磁定位精度的胶囊内窥镜系统及其该系统的胶囊内窥镜磁定位方法。
[0005]为此，本公开的第一方面提供了一种胶囊内窥镜系统，包括胶囊内窥镜、磁控装置以及处理装置，其中所述胶囊内窥镜具有内置空间以及布置在所述内置空间中的第一磁体、惯性传感器(IMU：Inertial Measurement Unit)和至少两个磁传感器，所述至少两个磁传感器中的两个磁传感器分别靠近所述内置空间沿纵向的两个端部。所述磁控装置具有第二磁体，所述磁控装置通过所述第二磁体对所述第一磁体的作用以对所述胶囊内窥镜进行磁控制。所述IMU感应于所述胶囊内窥镜的运动姿态并获取姿态测量值，所述至少两个磁传感器感应于所述第二磁体的磁场并至少获取第一磁场测量值和第二磁场测量值。所述处理装置，基于预设姿态解算算法和所述姿态测量值计算所述胶囊内窥镜的自旋角度，所述自旋角度包括精估俯仰(Pitch)角、精估翻滚(Roll)角和预估偏航(Yaw)角；所述处理装置基于驱动磁场算法以及所述第一磁场测量值、所述第二磁场测量值和所述自旋角度，计算所述胶囊内窥镜相对于第二磁体的预估位置，并使用无迹卡尔曼滤波(UKF：Unscented Kalman Filter)算法对所述预估位置和所述预估Yaw角进行优化，获得所述胶囊内窥镜相对于所述第二磁体的精估位置和精估Yaw角，基于所述第二磁体的位置和姿态，确定所述胶囊内窥镜在世界坐标系中的位置和姿态。
[0006]在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，通过采用IMU和两个磁传感器的组合能够减少传感器的使用数量，特别是磁传感器的数量。两个磁传感器分别靠近胶囊内窥镜内置空间沿纵向的两个端部布置，能够使得两个磁传感器距离尽量远，从而能够增加磁定位的精度。采用UKF算法进行优化，其基于贝叶斯定理的计算方法，便于融合多个传感器的数据，
不仅能够应对线性场景，而且能够应用于非线性场景，计算速度快且能够同时考虑过程误差和测量误差，由此提高定位效率。
[0007]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述磁传感器为三轴测量、数字输出的微机电系统器件。在这种情况下，能够采集三个轴向的磁场测量值，微机电系统(MEMS：Microelectro Mechanical Systems)器件能使传感器尺寸小，适于安装在胶囊内窥镜中，其采用数字输出能减少专用的信号采集电路，进一步节省空间。
[0008]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述至少两个磁传感器中更加靠近所述第一磁体放置的磁传感器为霍尔(Hall)传感器。Hall传感器量程大的特点能够有效应对磁传感器因靠近第一磁体而量程饱和的问题。
[0009]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述至少两个磁传感器中更加远离所述第一磁体放置的磁传感器为各向异性磁电阻(AMR：Anisotropic Magneto Resistance)传感器。在这种情况下，能充分发挥AMR传感器灵敏度高、尺寸小、功耗低的特点。
[0010]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述IMU为六轴IMU。在这种情况下，通过使用六轴的IMU，能够更准确地测量胶囊内窥镜的姿态。
[0011]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述IMU包括加速度计和陀螺仪。在这种情况下，通过加速度计能够获得胶囊内窥镜的线加速度，并且通过陀螺仪能够获得胶囊内窥镜的角速度，由此能够更准确地得到胶囊内窥镜的姿态。
[0012]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述磁控装置还具有与所述第二磁体配合以对所述胶囊内窥镜进行磁控制的线圈，并且当所述磁控装置对所述胶囊内窥镜进行磁定位时，所述线圈处于非工作状态。由此能够减少对胶囊内窥镜磁场测量的干扰，避免了去除干扰所做的处理，进一步提高定位效率。
[0013]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述IMU和所述至少两个磁传感器具有大致相同的坐标朝向。在这种情况下，能够避免计算量较大的旋转变换，加快了计算速度，从而提高定位效率。
[0014]另外，在本公开所涉及的胶囊内窥镜系统中，可选地，所述驱动磁场算法将所述第二磁体等效为磁偶极矩。在这种情况下，在第二磁体距离胶囊内窥镜距离较远时(10cm以上)时，通过采用磁偶极矩模型，能够简化计算，因此快速得到结果，有利于实时获取定位信息。
[0015]本公开的第二方面提供了一种胶囊内窥镜系统的胶囊内窥镜磁定位方法，包括：获取胶囊内窥镜的姿态测量值。在所述胶囊内窥镜的第一位置和第二位置分别感应第二磁体的磁场并获取第一磁场测量值和第二磁场测量值，其中，第一位置和第二位置分别靠近所述胶囊内窥镜的内置空间沿纵向的两个端部，所述第二磁体用于对所述胶囊内窥镜进行磁控制。基于预设姿态解算算法和所述姿态测量值计算所述胶囊内窥镜的自旋角度，所述自旋角度包括精估俯仰角、精估翻滚角和预估偏航角；基于驱动磁场算法以及所述第一磁场测量值、所述第二磁场测量值和所述自旋角度，计算所述胶囊内窥镜相对于第二磁体的预估位置，并使用无迹卡尔曼滤波算法对所述预估位置和所述预估偏航角进行优化，获得所述胶囊内窥镜相对于所述第二磁体的精估位置和精估偏航角，基于所述第二磁体的位置和姿态，确定所述胶囊内窥镜在世界坐标系中的位置和姿态。
[0016]在本公开所涉及的磁定位方法中，通过姿态测量值能够减少传感器的使用数量，特别是磁传感器的数量。分别靠近胶囊内窥镜内置空间沿纵向的两个端部来获得第二磁体的磁场测量值，能够使得两个测量位置距离尽量远，从而能够增加磁定位的精度。采用UKF算法进行优化，其基于贝叶斯定理的计算方法，便于融合多个传感器的数据，不仅能够应对线性场景，而且能够应用于非线性场景，计算速度快且能够同时考虑过程误差和测量误差，由此提高定位效率。
[0017]根据本公开提供的胶囊内窥镜系统及其胶囊内窥镜的磁定位方法，能够在外置磁控磁场相对较强的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种胶囊内窥镜系统，其特征在于，包括胶囊内窥镜、磁控装置以及处理装置，其中所述胶囊内窥镜具有内置空间以及布置在所述内置空间中的第一磁体、惯性传感器和至少两个磁传感器，所述至少两个磁传感器中的两个磁传感器分别靠近所述内置空间沿纵向的两个端部；所述磁控装置具有第二磁体，所述磁控装置通过所述第二磁体对所述第一磁体的作用以对所述胶囊内窥镜进行磁控制；所述惯性传感器感应于所述胶囊内窥镜的运动姿态并获取姿态测量值，所述至少两个磁传感器感应于所述第二磁体的磁场并至少获取第一磁场测量值和第二磁场测量值；所述处理装置，基于预设姿态解算算法和所述姿态测量值计算所述胶囊内窥镜的自旋角度，所述自旋角度包括精估俯仰角、精估翻滚角和预估偏航角；所述处理装置基于驱动磁场算法以及所述第一磁场测量值、所述第二磁场测量值和所述自旋角度，计算所述胶囊内窥镜相对于第二磁体的预估位置，并使用无迹卡尔曼滤波算法对所述预估位置和所述预估偏航角进行优化，获得所述胶囊内窥镜相对于所述第二磁体的精估位置和精估偏航角，基于所述第二磁体的位置和姿态，确定所述胶囊内窥镜在世界坐标系中的位置和姿态。2.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述磁传感器为三轴测量、数字输出的微机电系统器件。3.根据权利要求2所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述至少两个磁传感器中更加靠近所述第一磁体放置的磁传感器为霍尔传感器。4.根据权利要求2所述的胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述至少两个磁传感器中更加远离所述第一磁体放置的磁传感器为各向异性磁电阻传感器。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昕，王敏慧，刘浏，彭璨，
申请(专利权)人：深圳硅基智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：