[发明专利]基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位系统及计算机设备

说明书

本申请适用于医疗设备技术领域，提供了一种基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位系统及计算机设备，所述计算机设备用于执行如下操作：接收外部传感器阵列测量到的磁场数据以及胶囊内部惯性传感器测量到的二轴旋转数据；根据二轴旋转数据和外部传感器阵列的位置数据，计算外部传感器阵列的每个传感器上的胶囊磁场理论值；根据体外驱动器和外部传感器阵列的位置数据，计算每个传感器上的驱动器磁场理论值；根据外部传感器阵列测量到的磁场数据和驱动器磁场理论值，计算磁场数据中由无线胶囊内窥镜中内置的永磁铁产生的胶囊磁场分量；基于胶囊磁场理论值和胶囊磁场分量，求解无线胶囊内窥镜的六维位姿，实现对无线胶囊内窥镜的实时、精确定位。

技术领域

本申请属于医疗设备技术领域，特别是涉及一种基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位系统及计算机设备。

背景技术

无线胶囊内窥镜技术是一种用于完整的消化道检查的技术，具有无痛苦、非侵入性等特点。无线胶囊内窥镜实际上是一颗形如胶囊的微型机器人，它搭载有照明模块、相机模块、图像处理模块和无线传输模块等。无线胶囊内窥镜被病人吞咽进入人体消化道后，可以在体内拍摄图像并实时传输到体外。医生或计算机可以根据接收到的图像进行疾病诊断。

在使用无线胶囊内窥镜进行消化道检查的过程中，实时、精确地对无线胶囊内窥镜进行定位关系着最终诊断结果的正确性。通常，由无线胶囊内窥镜的三维位置和三维旋转组成的六维位姿可以用以描述无线胶囊内窥镜在消化道中的精确位置。但是，现有技术中对于无线胶囊内窥镜的实时定位往往最多只能求解其五维位姿。例如，基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位技术，都是使用体外永磁铁驱动一个内嵌永磁铁的无线胶囊内窥镜，然后通过磁传感器测量体外永磁铁和胶囊内部永磁铁的叠加磁场，进而计算得到无线胶囊内窥镜的实时五维位姿，该方法不能确定无线胶囊内窥镜绕内部永磁铁磁矩方向的旋转角度。一些研究者通过采用一段时间内测得的五维位姿序列估算无线胶囊内窥镜的前进方向，从而得到其六维位姿，但这种方法无法直观地得到无线胶囊内窥镜在每个时刻相对于世界坐标系的三维旋转，且由于需要一段时间内的测量值才能估计第六维位姿，无线胶囊内窥镜的定位频率被大大降低，容易对消化道检查带来不利影响。因此，在使用无线胶囊内窥镜进行消化道检查的过程中，如何实时、精确地估计无线胶囊内窥镜的六维位姿便是本领域技术人员亟需解决的一个难题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位系统及计算机设备，用以估计消化道检查过程中无线胶囊内窥镜的六维位姿，实现对无线胶囊内窥镜的实时、精确定位。

本申请的第一方面提供了一种基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位系统，所述系统包括无线胶囊内窥镜，体外驱动器，外部传感器阵列，以及分别与所述无线胶囊内窥镜、所述体外驱动器和所述外部传感器阵列通信连接的计算机设备；其中，所述无线胶囊内窥镜和所述体外驱动器中分别内置有永磁铁，所述无线胶囊内窥镜中还内置有惯性传感器；所述计算机设备用于执行如下操作：

在所述体外驱动器驱动所述无线胶囊内窥镜运动的过程中，接收所述外部传感器阵列测量到的磁场数据以及所述惯性传感器测量到的所述无线胶囊内窥镜的二轴旋转数据；

分别确定所述体外驱动器和所述外部传感器阵列的位置数据；

根据所述二轴旋转数据和所述外部传感器阵列的位置数据，计算所述无线胶囊内窥镜中内置的永磁铁在所述外部传感器阵列的每个传感器上的胶囊磁场理论值；

根据所述体外驱动器的位置数据和所述外部传感器阵列的位置数据，计算所述体外驱动器中内置的永磁铁在所述外部传感器阵列的每个传感器上的驱动器磁场理论值；

根据所述外部传感器阵列测量到的磁场数据和所述驱动器磁场理论值，计算所述磁场数据中由所述无线胶囊内窥镜中内置的永磁铁产生的胶囊磁场分量；

基于所述胶囊磁场理论值和所述胶囊磁场分量，求解所述无线胶囊内窥镜的六维位姿。