本發(fā)明涉及消化道系統(tǒng)的輔助診療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著醫(yī)療科技的發(fā)展，膠囊內(nèi)窺鏡被廣泛應(yīng)用于疾病診斷，提高了疾病診斷的可靠性。

膠囊內(nèi)窺鏡放入生物腔體中后需要對膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行定位，一種典型的膠囊內(nèi)窺鏡中通過設(shè)置加速度傳感器(姿態(tài)傳感器)來實(shí)現(xiàn)膠囊內(nèi)窺鏡的定位。在膠囊內(nèi)窺鏡的內(nèi)部安裝永磁鐵以及加速度傳感器(姿態(tài)傳感器)，當(dāng)外部磁體靠近膠囊內(nèi)窺鏡或外部磁體的姿態(tài)改變時，膠囊內(nèi)窺鏡因?yàn)楸煌獠看朋w吸引而發(fā)生姿態(tài)變化，由此判斷膠囊內(nèi)窺鏡的位置。

然而，在人或者動物的消化系統(tǒng)如腸、胃中會有大量褶皺，這些褶皺有可能將膠囊內(nèi)窺鏡卡住而使之不能進(jìn)行相應(yīng)的姿態(tài)變化，從而引起位置檢測的誤判，且膠囊內(nèi)窺鏡隨著胃腸蠕動時對定位結(jié)果干擾較大，以加速度傳感器(姿態(tài)傳感器)反饋的數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行膠囊內(nèi)窺鏡的位置判斷結(jié)果并不可靠。

因此，如何更加可靠地對膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行定位，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)，能夠更加可靠地對膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行定位。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)，包括：

內(nèi)設(shè)三軸磁傳感器的膠囊內(nèi)窺鏡、體外膠囊驅(qū)動器，以及控制單元，所述控制單元根據(jù)所述三軸磁傳感器的數(shù)據(jù)和/或外部輸入指令控制所述體外膠囊驅(qū)動器的運(yùn)動以調(diào)整所述膠囊內(nèi)窺鏡姿態(tài)和/或位置。

優(yōu)選地，所述體外膠囊驅(qū)動器包括外部磁體和外部磁體控制臂，所述外部磁體控制臂的自由度≥5。

優(yōu)選地，所述控制單元包括方向判斷模塊，所述方向判斷模塊根據(jù)所述三軸磁傳感器的數(shù)據(jù)確定所述外部磁體的運(yùn)動方式：若所述三軸磁傳感器的X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量大于其Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量，則控制所述外部磁體沿X軸方向運(yùn)動，反之沿Y軸方向運(yùn)動；其中，所述X軸、所述Y軸組成的平面直角坐標(biāo)系所在平面平行于水平面。

優(yōu)選地，所述控制單元包括步距控制模塊，所述步距控制模塊根據(jù)所述方向判斷模塊輸出的信號控制所述外部磁體每一次運(yùn)動相同的步距值。

優(yōu)選地，所述控制單元包括計(jì)算模塊，所述計(jì)算模塊計(jì)算|X+Y+Z|并判斷|X+Y+Z|的最大值，所述計(jì)算模塊將結(jié)果輸出至所述步距控制模塊與所述方向判斷模塊，以控制所述膠囊內(nèi)窺鏡運(yùn)動至|X+Y+Z|和|Z|同時取得最大值的位置，此時所述膠囊內(nèi)窺鏡位于所述外部磁體正下部；其中.X、Y為水平面垂直坐標(biāo)系，Z垂直于水平面，|X+Y+Z|為所述三軸磁傳感器測得的X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)、Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)和Z軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的向量的模。

本發(fā)明提供的膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)中，在將膠囊內(nèi)窺鏡放入生物腔體內(nèi)之后，膠囊內(nèi)窺鏡的位置是不能夠確定的，膠囊內(nèi)窺鏡可能不是位于外部磁體的正下方，而由于膠囊內(nèi)窺鏡中設(shè)有三軸磁傳感器，在膠囊內(nèi)窺鏡與外部磁體的各個相對位置處，三軸磁傳感器均可以獲得外部磁體的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并可以計(jì)算膠囊內(nèi)窺鏡與外部磁體之間的相對距離。在外部磁體與膠囊內(nèi)窺鏡的相對位置變化時，外部磁體相對于膠囊內(nèi)窺鏡的磁場強(qiáng)度會發(fā)生變化，三軸磁傳感器測得的數(shù)據(jù)會隨著發(fā)生變化，三軸磁傳感器將監(jiān)測到磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)通過信號無線傳輸給控制單元，控制單元分析處理接收的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并生成驅(qū)動命令來控制外部磁體運(yùn)動至膠囊內(nèi)窺鏡的正上方。

此種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)通過在膠囊內(nèi)窺鏡中設(shè)置三軸磁傳感器、以及控制單元對磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的處理，可以保證即使膠囊內(nèi)窺鏡被生物腔體中的褶皺所卡住，只要體外膠囊驅(qū)動器在運(yùn)動，三軸磁傳感器測得的磁場強(qiáng)度數(shù)值即變化，可以進(jìn)行膠囊內(nèi)窺鏡的定位，避免對膠囊內(nèi)窺鏡位置的誤判，在膠囊內(nèi)窺鏡隨生物腔體蠕動等情況下，對磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果干擾較小，同時，通過計(jì)算磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以較準(zhǔn)確地計(jì)算膠囊內(nèi)窺鏡相對于體外膠囊驅(qū)動器的距離，因而可以避免生物腔體的蠕動或者褶皺對膠囊內(nèi)窺鏡定位的干擾，可以更加可靠地對膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行定位。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例的工作原理圖，其中，虛線為磁力線；

圖2為本發(fā)明所提供膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1至圖2中，1為膠囊內(nèi)窺鏡，2為外部磁體，3為生物腔體，4為控制單元，5為外部磁體控制臂。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)，能夠更加可靠地對膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行定位。

請參考圖1和圖2，圖1為本發(fā)明所提供膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例的工作原理圖，其中，虛線為磁力線；圖2為本發(fā)明所提供膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明所提供膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)的一種具體實(shí)施例中，包括膠囊內(nèi)窺鏡1、體外膠囊驅(qū)動器和控制單元4，控制單元根據(jù)三軸磁傳感器的數(shù)據(jù)和/或外部輸入指令控制體外膠囊驅(qū)動器的運(yùn)動以調(diào)整膠囊內(nèi)窺鏡姿態(tài)和/或位置。膠囊內(nèi)窺鏡1中設(shè)有三軸磁傳感器，三軸磁傳感器可以用于實(shí)時獲取體外膠囊驅(qū)動器的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)。其中，三軸磁傳感器可以獲取兩兩相垂直的X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量、Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量、Z軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量，X軸、Y軸、Z軸具體以設(shè)定的原點(diǎn)和空間坐標(biāo)系為基準(zhǔn)。其中，膠囊內(nèi)窺鏡1中通常設(shè)有永磁鐵，膠囊內(nèi)窺鏡1可以在體外膠囊驅(qū)動器的引導(dǎo)下進(jìn)行移動，三軸磁傳感器可以實(shí)時獲取體外膠囊驅(qū)動器的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，控制單元4可以根據(jù)實(shí)際需求對設(shè)定位置的體外膠囊驅(qū)動器的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向體外膠囊驅(qū)動器發(fā)送指令，以控制體外膠囊驅(qū)動器運(yùn)動至膠囊內(nèi)窺鏡1的正上方。

在進(jìn)行檢測時，膠囊內(nèi)窺鏡1設(shè)置在生物腔體3內(nèi)部，生物腔體3包括人或動物消化系統(tǒng)中的各個腔體，在使用時，為保證體外膠囊驅(qū)動器帶動膠囊內(nèi)窺鏡1同步運(yùn)動，控制體外膠囊驅(qū)動器位于膠囊內(nèi)窺鏡1的正上方。

此種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)中，在將膠囊內(nèi)窺鏡1放入生物腔體3內(nèi)之后，膠囊內(nèi)窺鏡1的位置是不能夠確定的，膠囊內(nèi)窺鏡1可能不是位于體外膠囊驅(qū)動器的正下方，而由于膠囊內(nèi)窺鏡1中設(shè)有三軸磁傳感器，在膠囊內(nèi)窺鏡1與體外膠囊驅(qū)動器的各個相對位置處，三軸磁傳感器均可以獲得體外膠囊驅(qū)動器的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并可以計(jì)算膠囊內(nèi)窺鏡1與體外膠囊驅(qū)動器之間的相對距離。在體外膠囊驅(qū)動器與膠囊內(nèi)窺鏡1的相對位置變化時，體外膠囊驅(qū)動器相對于膠囊內(nèi)窺鏡1的磁場強(qiáng)度會發(fā)生變化，三軸磁傳感器測得的數(shù)據(jù)會隨著發(fā)生變化，三軸磁傳感器將監(jiān)測到磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)通過信號無線傳輸給控制單元4，控制單元4分析處理接收的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并生成驅(qū)動命令來控制體外膠囊驅(qū)動器運(yùn)動至膠囊內(nèi)窺鏡1的正上方?；蛘撸赏獠枯斎胫噶羁刂企w外膠囊驅(qū)動器運(yùn)動。

可見，此種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)通過在膠囊內(nèi)窺鏡1中設(shè)置三軸磁傳感器、以及控制單元4對磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的處理，可以保證即使膠囊內(nèi)窺鏡1被生物腔體3中的褶皺所卡住，只要體外膠囊驅(qū)動器在運(yùn)動，三軸磁傳感器測得的磁場強(qiáng)度數(shù)值即變化，可以進(jìn)行膠囊內(nèi)窺鏡1的定位，避免對膠囊內(nèi)窺鏡1位置的誤判，在膠囊內(nèi)窺鏡1隨生物腔體3蠕動等情況下，對磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果干擾較小，同時，通過計(jì)算磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)可以較準(zhǔn)確地計(jì)算膠囊內(nèi)窺鏡1相對于體外膠囊驅(qū)動器的距離，因而可以避免生物腔體3的蠕動或者褶皺對膠囊內(nèi)窺鏡1定位的干擾，可以更加可靠地對膠囊內(nèi)窺鏡1進(jìn)行定位。

其中，磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)反饋到控制單元4中后，控制單元4可以運(yùn)用磁場強(qiáng)度算法精確得出膠囊內(nèi)窺鏡1相對于外部磁體原點(diǎn)的相對坐標(biāo)位置，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，可推導(dǎo)出磁性物體在空間中某一點(diǎn)P(x，y，z)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為：

其中，μ₀為真空導(dǎo)磁率，J_s為磁體磁化電流密度，h為外部磁體Z向高度，L為外部磁體XY平面投影周長，xyz為空間一點(diǎn)相對于外部磁體原點(diǎn)的坐標(biāo)，y₀z₀為外部磁體表面一點(diǎn)相對于外部磁體原點(diǎn)的坐標(biāo)，為X方向上的單位矢量，為Y方向上的單位矢量，為Z方向上的單位矢量。

上述實(shí)施例中，體外膠囊驅(qū)動器護(hù)體包括外部磁體2和外部磁體控制臂5，外部磁體控制臂5受控制單元4的控制，外部磁體控制臂5帶動外部磁體2運(yùn)動。具體地，外部磁體控制臂的自由度可以大于或等于5，以保證外部磁體2運(yùn)動的靈活性。

上述實(shí)施例中，控制單元4可以包括方向判斷模塊，方向判斷模塊根據(jù)三軸磁傳感器的數(shù)據(jù)確定外部磁體的運(yùn)動方式：若三軸磁傳感器的X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量大于其Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量，則控制外部磁體沿X軸方向運(yùn)動，反之沿Y軸方向運(yùn)動。其中，X軸、Y軸組成的平面直角坐標(biāo)系所在平面平行于水平面。也就是說，外部磁體2在平行于X軸方向、Y軸方向的方向上移動并進(jìn)行定位。具體地，可以通過在控制單元4中設(shè)置判斷器來實(shí)現(xiàn)上述判斷與控制。

在控制單元4接收到三軸磁傳感器的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)后，比較X軸磁場強(qiáng)度和Y軸磁場強(qiáng)度的大小，如果X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量大于Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量，則說明外部磁體2沿X軸運(yùn)動能夠更快靠近膠囊內(nèi)窺鏡1；如果X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量小于Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量，則說明外部磁體2沿Y軸運(yùn)動能夠更快靠近膠囊內(nèi)窺鏡1；如果X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量等于Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分量，在本實(shí)施例中，控制外部磁體2沿Y軸運(yùn)動，當(dāng)然，此時也可以控制外部磁體2沿X軸運(yùn)動。此種膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確判斷外部磁體2應(yīng)該運(yùn)動的方向，使外部磁體2能夠較準(zhǔn)確地與膠囊內(nèi)窺鏡1相靠近。

上述各個實(shí)施例中，控制單元4可以包括驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊用于在每次確定外部磁體2的運(yùn)動方向后控制外部磁體2運(yùn)動一步，驅(qū)動模塊連接于方向判斷模塊，每接收到一次方向判斷模塊的指令，驅(qū)動模塊驅(qū)動外部磁體運(yùn)動一次，直至確定膠囊內(nèi)窺鏡1所處位置的正上方位置，具體可以通過在控制單元4中設(shè)置對應(yīng)的控制器實(shí)現(xiàn)。由于外部磁體2運(yùn)動時膠囊內(nèi)窺鏡1會隨之運(yùn)動，所以通過控制外部磁體2逐步運(yùn)動以使外部磁體2逐漸靠近膠囊內(nèi)窺鏡1，定位的準(zhǔn)確性較高。

在確定了外部磁體2的運(yùn)動方向之后，控制外部磁體2按照該方向走一步，然后即循環(huán)上述判斷運(yùn)動方向的操作以及控制外部磁體2運(yùn)動的操作，便于外部磁體2在最快的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)到達(dá)膠囊內(nèi)窺鏡1的正上方。

上述各個實(shí)施例中，控制單元4可以包括步距控制模塊，步距控制模塊根據(jù)方向判斷模塊輸出的信號控制外部磁體每一次運(yùn)動相同的步距值。例如，每次確定外部磁體2的運(yùn)動方向后，可以控制外部磁體2沿著設(shè)定方向運(yùn)動10mm。

又或者，可以在控制單元4中設(shè)置判斷器，將磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)分級，在不同級別段的磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)中，控制外部磁體2以不同的步距值運(yùn)動。由于磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)不同時，外部磁體2與膠囊內(nèi)窺鏡1之間的間距不同，通常，外部磁體2與膠囊內(nèi)窺鏡1之間間距較大時，磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)較小，反之則磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)較大，可以在磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)較大時對應(yīng)設(shè)定較小步距值，而在磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)較小時對應(yīng)設(shè)定較大步距值，使外部磁體2的運(yùn)動能夠與實(shí)際情況的對應(yīng)性較好，有利于提高定位速度。

另外，上述各個實(shí)施例中，外部磁體2在每次確定運(yùn)動方向后也不限于只運(yùn)動一步，具體步數(shù)以及步距值的大小可以根據(jù)需要進(jìn)行其他設(shè)置。

上述各個實(shí)施例中，控制單元4可以包括計(jì)算模塊，計(jì)算模塊計(jì)算|X+Y+Z|并判斷|X+Y+Z|的最大值，計(jì)算模塊將結(jié)果輸出至步距控制模塊與方向判斷模塊，以控制膠囊內(nèi)窺鏡運(yùn)動至|X+Y+Z|和|Z|同時取得最大值的位置，此時膠囊內(nèi)窺鏡位于外部磁體正下部。其中，X、Y為水平面垂直坐標(biāo)系，Z垂直于水平面，|X+Y+Z|為三軸磁傳感器測得的X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)、Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)和Z軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的向量的模。

通過計(jì)算磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)中的X軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)、Y軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)和Z軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)的向量的模并尋找向量的模和Z軸磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)最大的位置，以控制外部磁體2運(yùn)動至膠囊內(nèi)窺鏡1的正上方，具體可以通過計(jì)算裝置實(shí)現(xiàn)。

具體地，在每次運(yùn)動時，可以在確定外部磁體2運(yùn)動方向的同時，計(jì)算每次外部磁體2停止運(yùn)動的位置的對應(yīng)的向量(X，Y，Z)的模長|X+Y+Z|，并將此模長與上一位置處的模長值進(jìn)行比較，若大于上一位置處的模長值，則繼續(xù)控制外部磁體2運(yùn)動；否則，說明上一位置處即為模長值最大的位置處，控制外部磁體2返回至上一停止位置處，又或者，此時也可以控制外部磁體2繼續(xù)運(yùn)動至少兩步，以確保定位的準(zhǔn)確性。|Z|的最大值的位置的確定方式同理。

本說明書中各個實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對本發(fā)明所提供的膠囊內(nèi)窺鏡控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。