[发明专利]一种磁性胶囊内窥镜全姿态测定方法

说明书

本发明公开了一种磁性胶囊内窥镜全姿态测定方法，所述胶囊内窥镜内设置的永磁体是径向充磁的永磁体。首先预估磁性胶囊内窥镜的初始姿态；然后调整外部大磁体的姿态，使外部大磁体的姿态与所述磁性胶囊内窥镜的初始姿态一致；接着利用外部大磁体控制所述磁性胶囊内窥镜绕其自身轴向中心轴旋转，计算旋转后磁性胶囊内窥镜内永磁体的当前径向磁化方向单位向量最后计算磁性胶囊内窥镜内永磁体的轴向方向单位向量即完全确定磁性胶囊内窥镜的当前姿态。本发明操作方法简单，没有累计误差，可以解决实际应用中需要同时实现胶囊主动运动与胶囊定位的问题。

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种磁性胶囊内窥镜全姿态测定方法。

背景技术

无线胶囊内窥镜(以后简称胶囊镜)，以吞服的方式对人体消化道进行医疗诊查，是一种非侵入式医检方式，是内窥镜发展史上的一场革命与未来发展方向。与传统的医用内窥镜相比，胶囊镜具有无创无痛、操作方便、小巧安全、无交叉感染等诸多优点，极大地减轻了患者的痛苦，拓展了医生的检查视野，填补了胃镜、肠镜检查的盲区，尤其对小肠可疑性病变具有很高的诊断价值，具有巨大的市场应用价值。

在胶囊镜的临床使用中，快速、精确、完整地测定胶囊镜空间位置和姿态的全部参数的是最为关键的问题之一。完整地获知胶囊镜在人体消化道内的准确位置和姿态信息能够带来以下技术优势：帮助医生判断病灶组织图片的准确拍摄位置和角度，从而对病症做出准确的判断；为主动控制胶囊镜的运动提供必要的位置姿态数据，从而为医生自主控制胶囊镜进行全方位的检查拍摄或实现指定位置或路线的检查、施药等医疗目的，提供重要的技术支撑。

目前，胶囊镜的空间姿态全参数的快速准确测定还存在着困难。现有的胶囊镜位姿测定方法中，采用在胶囊镜中放置小型永磁体的静磁定位方式，具有无需电源、实现简单、对人体无损伤的特点，很适合胶囊镜这种近距离、高精度的定位需求。

现有的基于静磁的胶囊镜位姿测定方法，是将永磁体作为磁源、利用磁偶极子模型及其修正模型，采用非线性优化算法计算胶囊的6个位姿参数(3个位置参数和3个姿态参数)。具有较好的磁定位精度；但所述的3个姿态参数(m,n,p)具有约束关系(m²+n²+p²＝1)，因此实际上只能确定二维姿态参数，无法确定全部三维姿态参数，即无法获得胶囊镜姿态参数中的横滚角。原因是，现有的胶囊镜设置的内部永磁体一般是轴向磁性的圆环状磁体，且磁体中心轴设置为与胶囊镜中心轴同向，当胶囊镜绕自身轴向旋转时，该轴向磁性永磁体的磁场方向并不发生改变，因此无法根据磁场变换检测出胶囊镜的姿态变化(即横滚角变化)。

虽然有些算法也可以实现矩形永磁体的六维磁定位，但由于矩形永磁体的形状因素，它并不能很好的与胶囊镜相组合，因而并不适合用于胶囊镜。同时，胶囊镜工作环境对于外部是完全视觉隔离的，使得大部分依赖视频识别姿态的测量手段无效。

另一类现有的胶囊镜位姿测定方法采用三轴角速度数据参与位姿求解。但该类方法存在累计误差，即：角速度仪的数据在换算成角度的时候，存在一个积分累计误差，并且该累计误差会随着时间的推移越来越大，导致测量误差较大。虽然现有技术中可使用三轴地磁传感器测出地磁向量对角度进行校准，以消除累计误差，然而由于主动式胶囊的使用环境中，存在较强的驱动胶囊运动的外部磁场，因而地磁传感器无法使用。

因此，如何快速、完整地测定胶囊镜的全部姿态参数，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁性胶囊内窥镜全姿态测定方法，能够简单、准确、完整地测定胶囊内窥镜的全部姿态参数和位置参数。