磁控胶囊系统及其定量闭环控制方法技术方案

本发明专利技术揭示了一种磁控胶囊系统及其定量闭环控制方法，方法包括：持续获取胶囊的实时位姿信息；获取胶囊的目标位姿信息；根据目标位姿信息，确定目标位姿范围；根据实时位姿信息和目标位姿信息，计算控制磁体的当前移动轨迹；控制控制磁体沿当前移动轨迹运动；若直至控制磁体停止运动，实时位姿信息在目标位姿范围外，则重复上述步骤直至实时位姿信息在目标位姿范围内。该磁控胶囊系统的定量闭环控制方法能够定量、闭环地对胶囊的运动过程进行控制，精准控制胶囊的运动量，控制过程的健壮性强，磁控胶囊系统的自动化、智能化检查及衍生应用提供便利。应用提供便利。应用提供便利。

【技术实现步骤摘要】
磁控胶囊系统及其定量闭环控制方法


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，尤其涉及一种磁控胶囊系统及其定量闭环控制方法。

技术介绍

[0002]体内设备定位技术，如无线胶囊体、侵入式医疗器械等体内定位技术，受到越来越多的关注。磁控胶囊系统通过磁力驱动胶囊在体内运动，目前对胶囊的驱动，还需要通过有丰富经验的医师来完成。医师通过内置镜头拍摄消化道内壁的检查图像，确定胶囊的位置和姿态朝向，再通过外部控制磁体驱动胶囊继续运动到下一位置。
[0003]由于磁力的极度非线性、非均匀空间分布特点，消化道可形变环境以及摩擦力的影响，胶囊自旋导致难以依据图像判断真实方位，使得仅依靠图像视觉反馈信息，无法精准定量控制胶囊到达目标位置和目标姿态角度。现有的定位系统仅能起到辅助确认的作用，胶囊的下一步运动仍需要医师凭借经验判断，整个控制过程不够直观、精准。
[0004]尤其是在永磁体控制胶囊运动的过程中，由于永磁体无法像电磁铁一样高频地改变磁力大小和调整磁性方向，所以控制的速度慢，传递反馈的速度慢，很难根据反馈做如何进一步控制的判断，操作效率特别低，使用体验很不好。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术问题中的至少其一，本专利技术的目的在于提供一种通过闭环的形式准确控制胶囊运动的磁控胶囊系统及其定量闭环控制方法。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术一实施方式提供一种磁控胶囊系统的定量闭环控制方法，包括如下步骤：
[0007]持续获取胶囊的实时位置信息；
[0008]获取所述胶囊的目标位置信息；
[0009]根据所述目标位置信息，确定目标位置范围；
[0010]根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹；
[0011]控制所述控制磁体沿所述当前移动轨迹运动；
[0012]若直至所述控制磁体停止运动，所述实时位置信息在所述目标位置范围外，则重复步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹；控制所述控制磁体沿所述当前移动轨迹运动”，直至所述实时位置信息在所述目标位置范围内。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤：
[0014]持续获取所述控制磁体的实时磁体位置信息，其中，所述实时磁体位置信息、所述实时位置信息和所述目标位置信息均位于同一世界坐标系。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤：
[0016]获取临界距离，其中，所述临界距离为所述胶囊在液体中悬浮时的所述胶囊与所述控制磁体之间的距离；
[0017]根据所述实时磁体位置信息、所述实时位置信息和所述临界距离，计算所述胶囊的状态信息，其中，所述状态信息包括沉底状态、液面悬浮状态和吸顶状态。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，其中，所述目标位置信息包括目标状态；
[0019]还包括步骤：
[0020]若所述状态信息与目标状态不一致，调节所述控制磁体的高度，直到所述胶囊处于目标状态；
[0021]调节所述控制磁体的朝向，以使所述胶囊的内窥镜朝向指定方向。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，
[0023]当所述目标状态为沉底状态时，控制所述胶囊与所述控制磁体之间的距离大于所述临界距离与第一阈值之和；
[0024]当所述目标状态为吸顶状态时，控制所述胶囊与所述控制磁体之间的距离小于所述临界距离与第二阈值之和。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤“获取临界距离”包括：
[0026]根据临界距离算法或者根据测量数据获取所述临界距离；
[0027]其中，所述临界距离算法，是根据液面悬浮状态下，所述控制磁体和所述胶囊之间的吸力与所述胶囊受到的浮力之和等于所述胶囊的重力，计算所述控制磁体与所述胶囊之间的距离。
[0028]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤：
[0029]控制将所述控制磁体移动至初始位置，其中，于所述初始位置，所述控制磁体与所述胶囊在垂直于所述世界坐标系的XY平面的同一条直线上。
[0030]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤：
[0031]获取所述控制磁体的运动方式，所述运动方式包括平移方式和/或翻滚方式。
[0032]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹”包括：
[0033]根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算当前偏移量，其中，所述当前偏移量包括在所述世界坐标系中的X轴方向的X轴差值、以及在Y轴方向的Y轴差值；
[0034]若所述控制磁体的运动方式为平移方式，所述当前移动轨迹为沿所述当前偏移量平移。
[0035]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算当前偏移量”包括：
[0036]计算所述实时位置信息和所述目标位置信息在所述世界坐标系中的X轴方向的第一差值，将所述第一差值与第一修正因子的乘积作为所述X轴差值；
[0037]计算所述实时位置信息和所述目标位置信息在所述世界坐标系中的Y轴方向的第二差值，将所述第二差值与第二修正因子的乘积作为所述Y轴差值；
[0038]其中，所述第一修正因子与所述第二修正因子的取值范围均为0到1之间。
[0039]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹”包括：
[0040]获取所述胶囊的长轴周长，其中，所述长轴周长为所述胶囊沿其长轴翻转一周对应的长度；
[0041]根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算当前翻滚量，其中，所述当前翻滚量包括所述胶囊的翻滚圈数和翻滚方向；
[0042]若所述控制磁体的运动方式包括翻滚方式，所述当前移动轨迹包括沿所述翻滚方向翻滚所述翻滚圈数。
[0043]作为本专利技术的进一步改进，其中，所述翻滚圈数为整数，每圈对应的所述控制磁体的转动量为360
°
。
[0044]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤：
[0045]当所述控制磁体的运动方式为平移方式，所述胶囊的运动未运动时，切换所述控制磁体的运动方式为翻滚方式。
[0046]作为本专利技术的进一步改进，其中，所述目标位置范围包括预设距离；
[0047]还包括步骤：
[0048]计算所述实时位置信息与所述目标位置信息在所述世界坐标系的XY平面上的投影的距离；
[0049]当所述距离小于等于所述预设距离，所述实时位置信息在所述目标位置范围内；
[0050]当所述距离大于所述预设距离，所述实时位置信息在所述目标位置范围外。
[0051]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤：
[0052]当所述实时位置信息在所述目标位置范围内时，控制所述控制磁体与所述胶囊在垂直于所述世界坐标系的XY平面的同一条直线上。
[0053]作为本专利技术的进一步改进，还包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁控胶囊系统的定量闭环控制方法，其特征在于，包括如下步骤：持续获取胶囊的实时位置信息；获取所述胶囊的目标位置信息；根据所述目标位置信息，确定目标位置范围；根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹；控制所述控制磁体沿所述当前移动轨迹运动；若直至所述控制磁体停止运动，所述实时位置信息在所述目标位置范围外，则重复步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹；控制所述控制磁体沿所述当前移动轨迹运动”，直至所述实时位置信息在所述目标位置范围内。2.根据权利要求1所述的定量闭环控制方法，其特征在于，还包括步骤：持续获取所述控制磁体的实时磁体位置信息，其中，所述实时磁体位置信息、所述实时位置信息和所述目标位置信息均位于同一世界坐标系。3.根据权利要求2所述的定量闭环控制方法，其特征在于，还包括步骤：获取临界距离，其中，所述临界距离为所述胶囊在液体中悬浮时的所述胶囊与所述控制磁体之间的距离；根据所述实时磁体位置信息、所述实时位置信息和所述临界距离，计算所述胶囊的状态信息，其中，所述状态信息包括沉底状态、液面悬浮状态和吸顶状态。4.根据权利要求3所述的定量闭环控制方法，其特征在于，其中，所述目标位置信息包括目标状态；还包括步骤：若所述状态信息与目标状态不一致，调节所述控制磁体的高度，直到所述胶囊处于目标状态；调节所述控制磁体的朝向，以使所述胶囊的内窥镜朝向指定方向。5.根据权利要求4所述的定量闭环控制方法，其特征在于，当所述目标状态为沉底状态时，控制所述胶囊与所述控制磁体之间的距离大于所述临界距离与第一阈值之和；当所述目标状态为吸顶状态时，控制所述胶囊与所述控制磁体之间的距离小于所述临界距离与第二阈值之和。6.根据权利要求3所述的定量闭环控制方法，其特征在于，所述步骤“获取临界距离”包括：根据临界距离算法或者根据测量数据获取所述临界距离；其中，所述临界距离算法，是根据液面悬浮状态下，所述控制磁体和所述胶囊之间的吸力与所述胶囊受到的浮力之和等于所述胶囊的重力，计算所述控制磁体与所述胶囊之间的距离。7.根据权利要求2所述的定量闭环控制方法，其特征在于，还包括步骤：控制所述控制磁体移动至初始位置，其中，于所述初始位置，所述控制磁体与所述胶囊在垂直于所述世界坐标系的XY平面的同一条直线上。8.根据权利要求2所述的定量闭环控制方法，其特征在于，还包括步骤：获取所述控制磁体的运动方式，所述运动方式包括平移方式和/或翻滚方式；
当所述控制磁体的运动方式为平移方式、所述胶囊未运动时，切换所述控制磁体的运动方式为翻滚方式。9.根据权利要求8所述的定量闭环控制方法，其特征在于，所述步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹”包括：根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算当前偏移量，其中，所述当前偏移量包括在所述世界坐标系中的X轴方向的X轴差值、以及在Y轴方向的Y轴差值；计算所述实时位置信息和所述目标位置信息在所述世界坐标系中的X轴方向的第一差值，将所述第一差值与第一修正因子的乘积作为所述X轴差值；计算所述实时位置信息和所述目标位置信息在所述世界坐标系中的Y轴方向的第二差值，将所述第二差值与第二修正因子的乘积作为所述Y轴差值；若所述控制磁体的运动方式为平移方式，所述当前移动轨迹为沿所述当前偏移量平移。10.根据权利要求8所述的定量闭环控制方法，其特征在于，所述步骤“根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算控制磁体的当前移动轨迹”包括：获取所述胶囊的长轴周长，其中，所述长轴周长为所述胶囊沿其长轴翻转一周对应的长度；根据所述实时位置信息和所述目标位置信息，计算当前翻滚量，其中，所述当前翻滚量包括所述胶囊的翻滚圈数和翻滚方向；若所述控制磁体的运动方式包括翻滚方式，所述当前移动轨迹包括沿所述翻滚方向翻滚所述翻滚圈数。11.根据权利要求2所述的定量闭环控制方法，其特征在于，其中，所述目标位置范围包括预设距离；还包括步骤：计算所述实时位置信息与所述目标位置信息在所述世界坐标系的XY平面上的投影的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志威，张行，袁文金，杨戴天杙，张皓，
申请(专利权)人：安翰科技武汉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：