[发明专利]无线胶囊内窥镜三维位置和三维姿态的定位系统及其定位方法

说明书

本发明提供了无线胶囊内窥镜三维位置和三维姿态的定位系统及其定位方法，包括设置于人体外且三轴正交的发射线圈、体外无线接收模块、体外位姿计算模块和位于体内的无线胶囊内窥镜，采用在人体外设置一个三轴正交的发射线圈，在无线胶囊内窥镜内只布置一个二轴正交的感应线圈，发射线圈放置在人体附近，发射线圈的线圈I、线圈II和线圈III顺序发射各自固定频率的信号，三轴发射线圈发射完一次信号称为一个周期，二轴感应线圈在一个周期内感应输出三组不同频率的电压信号，从而建立方程组进行三维位置和三维姿态的计算，该方法集成方便、二轴感应线圈占用无线胶囊内窥镜空间小，能实时连续对无线胶囊内窥镜定位，方便后续操作，安全可靠，成本低廉。

【技术领域】

本发明涉及三维定位技术，尤其涉及无线胶囊内窥镜三维位置和三维姿态的定位系统及其定位方法。

【背景技术】

当前，临床的无线胶囊内窥镜缺点之一就是不能主动受控，要实现这一主动受控功能并方便临床使用，无线胶囊内窥镜的三维位置和三维姿态信息要实时反馈给控制系统；同时，无线胶囊内窥镜在重建的消化道里视觉导航也需要三维位置和三维姿态信息，医生才能方便操控无线胶囊窥镜。

针对以上问题，现有技术中普遍利用X光成像、CT(计算机断层扫描)和MRI(核磁共振)成像技术进行三维重建来定位无线胶囊内窥镜，这种由重建技术间接定位的速度和精度都受到影响，并且射线存在损害，不宜长时间定位。

以色列的Given Imaging公司最早提出了一种应用于无线胶囊内窥镜定位的无线射频(RF)信号定位技术。其利用在人体外的8个无线射频天线接收体内无线胶囊内窥镜发射的无线射频信号，并利用算法获取无线胶囊内窥镜的位置。该方法直接利用了无线胶囊内窥镜传输图象的无线射频信号，缺点是定位精度低，平均定位精度为37.7毫米，临床应用效果不好。

也有人提出了利用永磁定位技术定位无线胶囊内窥镜。在无线胶囊内窥镜内部放置永磁体作为磁标记，在人体周围布置多个磁场传感器测量不同点的磁场，用算法计算出无线胶囊内窥镜的三维位置和镜头对准(二维)方向。该技术具有精度高，定位速度快的优点，但无法确定无线胶囊内窥镜绕主轴旋转的方向变化信息，这一维信息缺失就不能利用无线胶囊内窥镜拍摄的图像进行消化道三维重建；另外，由于永磁体的磁场强度随距离增加快速衰减，磁场传感器和磁标记间的有效距离难以满足人体尺寸要求。

也有人提出基于永磁和感应线圈的定位方法，即利用机械臂控制永磁体的位置和方向，让永磁体在震动模块的作用下作往复运动产生变化的磁场，胶囊内的三轴感应线圈输出感应电动势。此方法需要在无线胶囊内窥镜内布置两个三轴感应线圈才能定位，要增大无线胶囊内窥镜的体积。

【发明内容】

为了解决现有技术不足，本发明的目的在于提供一种只采用一个二轴感应线圈，集成方便，占用无线胶囊内窥镜空间小，可实时连续对无线胶囊内窥镜定位，方便后续操作的无线胶囊内窥镜三维位置和三维姿态的定位系统及其定位方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

该发明的第一发明目的，提供无线胶囊内窥镜三维位置和三维姿态的定位系统，包括设置于人体外且三轴正交的发射线圈、体外无线接收模块、体外位姿计算模块和位于体内的无线胶囊内窥镜，所述发射线圈由三轴正交的线圈I、线圈II和线圈III组成，所述线圈I、线圈II和线圈III顺序发射各自固定频率的信号，线圈I、线圈II、线圈III发射完一次信号形成一个周期；所述无线胶囊内窥镜内设置有二轴正交的感应线圈，所述二轴正交的感应线圈对应发射线圈的一个周期内输出三组不同频率的电压信号，且二轴正交的感应线圈输出的每组不同频率的电压信号个数为二个；所述发射线圈与无线胶囊内窥镜之间通过交变磁场形成磁路，所述无线胶囊内窥镜与体外无线接收模块之间通过无线信号连接，所述位姿计算模块与体外无线接收模块之间直接连接。