[发明专利]一种跟踪体内微型装置的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种跟踪体内微型装置的方法。

背景技术

随着微机械、微电子加工技术的发展，越来越多的微创和无创的微型医疗装置被应用于患者体内的临床疾病诊断和治疗。为了保证和提高诊断与治疗过程的有效性以及更好地进行医学基础研究，对这些微型医疗装置在体内的空间位置和方向进行实时定位和跟踪就显得尤为重要。

目前，关于如何定位体内的微型装置的问题，可用的技术有X射线检查、CT检查、核磁共振检查、三维超声检查、计算机视觉、射频无线信号强度的检测、磁定位等等。其中X射线检查、CT检查、核磁共振检查、三维超声检查可以提供清晰度比较高的二维或三维影像，但是这些技术提供的是图像信息，需要进一步的处理计算才能给出体内装置的三维位置，并且也不能给出体内装置的面对方向；这些装置价格昂贵而且操作复杂，不可能长时间来对消化道内的微型装置进行实时跟踪，且在检查过程中对人体会有些副作用。所以，设计一种高精度、实时、使用方便、且对人体无害的跟踪系统是十分必要的。

美国专利6,904,308采用了多个天线来对胶囊内镜的位置进行了跟踪。通过分析从不同天线检测到的从胶囊内镜发射的无线信号的强度来对胶囊内镜进行定位。用多个天线来定位比较方便，但是无线信号受人体反射和透射率影响较大，所以其定位和定向精度很低。改进的方法可以采用磁定位技术。由于人体对磁场是没有反射和透射阻挡的，所以磁定位可以很高的精度。目前也有用磁场定位定向方法来定位和跟踪体内微型装置，例如通过用三组3轴的磁场传感器测量内置于体内微型装置的永磁体发出的磁场强度，来检测微型装置的位置和方向。磁场定位定向方法比天线定位具有更高的定位精度，但由于通常采用非线性优化方法来计算，其计算方法复杂，计算时间很长，因此限制和影响对体内微型装置定位定向速度，难以实现对体内微型装置的快速实时跟踪。并且磁场定位定向方法仅能提供体内微型装置的三维的位置变化和二维的方向变化，缺少一维方向信息，即缺少反映体内微型装置绕主轴自转的变化参数，还不能全方位(三维位置和三维方向)地反映体内微型装置的位置和方向变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种跟踪体内微型装置的方法，该方法可以实时跟踪体内微型装置并显示体内微型装置的运动轨迹、方向信息，准确、可靠并快速地为医生提供体内微型装置的精确定位。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

第一种跟踪体内微型装置的方法，体内微型装置内设有永磁体，以及设置与人体位置相对固定的磁传感器阵列，所述磁传感器阵列包括至少5个磁传感器；所述方法包括以下步骤：

A、通过测量获得各传感器空间位置，以及所述体内微型装置作用在各点磁传感器位置上的磁感应强度，并根据各点磁传感器位置上的磁感应强度，用线性矩阵法计算出微型装置内永磁体当前的位置和方向参数，作为永磁体当前的初始定位数据；

其中，所述用线性矩阵法计算出微型装置内永磁体当前的位置和方向参数主要包括以下步骤：

A1、通过测量得到各个传感器的位置(x_i y_i z_i)^T；

A2、通过测量获得所述体内微型装置作用在各点磁传感器位置上的磁感应强度(B_ix B_iy B_iz)^T；

A3、利用线性方程FR＝b计算R

式中：F＝[B_x，B_y，B_z，(B_zy-B_yz)，(B_xz-B_zx)]

R＝[(b-cf′)，(ce′-a)，(af′-be′)，e′，f′]^T

b＝B_xy-B_yx

其中：e′＝e/g，f′＝f/g，e、f、g为所述永磁体的方向参数，a、b、c为所述永磁体的位置参数，且e²+f²+g²＝1，i＝1、2...N，N≥5；

A4、用R值计算所述永磁体当前的位置参数和方向参数，得到所述初始定位数据；

所述步骤A4包括如下处理：

A41、利用R和e²+f²+g²＝1，计算出永磁体方向参数e，f，g；