膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置制造方法
【專利摘要】一種膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，與設置在膠囊內的磁場傳感器模塊無線通訊相連，包括磁場發(fā)生電路、時序控制電路和無線反饋電路；時序控制電路和無線反饋電路的輸出分別連接磁場發(fā)生電路，時序控制電路控制磁場發(fā)生電路分時產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生的交變磁場被磁場傳感器模塊檢測，并進行處理，再通過無線反饋電路反饋給磁場發(fā)生電路，改變產(chǎn)生的磁場大小，實現(xiàn)磁場強度的自動調節(jié)。本發(fā)明可為膠囊內窺鏡交流勵磁式無線跟蹤系統(tǒng)提供大小可自動調節(jié)的交變磁場，能根據(jù)磁場傳感器傳輸?shù)姆答佇盘?，自動調節(jié)磁場強度大小，提高跟蹤精度。
【專利說明】膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，尤其涉及一種膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝 置。
【背景技術】
[0002] 膠囊內窺鏡由以色列Given Image公司在2000年研發(fā)成功，2001年通過美國FDA 認證以來，越來越廣泛地應用于臨床。膠囊內窺鏡從口腔進入消化道，能夠清楚地拍攝食 道、胃、大腸和小腸的圖像，從而可完成對人體整個消化道系統(tǒng)的檢查，尤其是在腸道疾病 的檢查中，奠定了重要的地位。膠囊內窺鏡從根本上克服了傳統(tǒng)的胃鏡、腸鏡等內窺鏡檢查 存在的不足，不僅消除了檢測盲區(qū)，不會損傷內腔組織，而且避免了傳統(tǒng)的內窺鏡檢查給病 人帶來的心里恐懼和痛苦。但膠囊內窺鏡在臨床應用中仍然存在這一些急需解決的問題， 膠囊內窺鏡從口腔被吞入體內進行檢查時，就處于不可見的移動狀態(tài)，我們無法確定它在 體內的位置，使得診查醫(yī)生無法將由膠囊內窺鏡獲得的診查信息與其診查部位相對應。因 此對膠囊內窺鏡進行精準的定位具有十分重要的意義，只有這樣，外科醫(yī)生才可以根據(jù)精 準定位給患者進行手術。
[0003] 由于膠囊內窺鏡本身體積微小，在人體內又處于不可見不可控制的隨機運動狀 態(tài)，造成其定位相當困難。對膠囊內窺鏡的定位，國內外已研究過多種方法，例如核醫(yī)學影 像定位技術，突光造影定位技術，超聲定位技術、磁場定位技術等。由于膠囊內窺鏡完成整 個消化道檢查一般需要5-8個小時，所以這些定位技術都存在一些缺點，如成本高、操作復 雜、對人體容易造成輻射和不能滿足長時間實時定位的要求等。
[0004] 在膠囊內窺鏡交流勵磁式無線跟蹤系統(tǒng)中，由膠囊內的磁場傳感器檢測體外勵磁 線圈產(chǎn)生的磁場，通過求解磁場逆問題可獲得膠囊內窺鏡的方位。由于磁場隨距離的三次 方衰減，導致接收信號的動態(tài)范圍跨度三個數(shù)量級，由此設計開發(fā)了體外可調式交變磁場 發(fā)生裝置，通過磁場傳感器所反饋的磁場信號，自動調節(jié)產(chǎn)生的交變磁場的強度。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調 式磁場發(fā)生裝置。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下設計方案：一種膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的 可調式磁場發(fā)生裝置，與設置在膠囊內的磁場傳感器模塊無線通訊相連，包括磁場發(fā)生電 路、時序控制電路和無線反饋電路；時序控制電路和無線反饋電路的輸出分別連接磁場發(fā) 生電路，時序控制電路控制磁場發(fā)生電路分時產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生的交變磁場被磁場傳感 器模塊檢測，并進行處理，再通過無線反饋電路反饋給磁場發(fā)生電路，改變產(chǎn)生的磁場大 小，實現(xiàn)磁場強度的自動調節(jié)。
[0007] 所述磁場發(fā)生電路包括微控制器、波形發(fā)生電路和勵磁線圈陣列；微控制器的輸 出連接波形發(fā)生電路，波形發(fā)生電路的輸出連接勵磁線圈陣列；微控制器控制波形發(fā)生電 路產(chǎn)生幅值頻率可調的正弦波信號，產(chǎn)生的正弦波信號經(jīng)過勵磁線圈陣列產(chǎn)生交變磁場。
[0008] 所述時序控制電路包括微控制器和多路模擬開關；微控制器通過I/O 口與多路模 擬開關相連，多路模擬開關的輸出連接磁場發(fā)生電路中的勵磁線圈陣列；微控制器控制多 路模擬開關的通斷，使得波形發(fā)生電路與勵磁線圈陣列中的各個勵磁線圈分時閉合，分時 產(chǎn)生交變磁場。
[0009] 所述無線反饋電路包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊；無線發(fā)射模塊設置在膠囊 內并與磁場傳感器模塊相連，無線接收模塊設置在體外并與磁場發(fā)生電路相連；無線發(fā)射 模塊將磁場傳感器模塊檢測到的磁場信號無線發(fā)射到體外，無線接收模塊接收所述磁場信 號并將其反饋給磁場發(fā)生電路，使磁場發(fā)生電路改變產(chǎn)生的交變磁場的大小，實現(xiàn)磁場強 度的自動調節(jié)。
[0010] 所述的波形發(fā)生電路包括D/A模塊、濾波電路和增益放大電路；所述微控制器通 過I/O 口與D/A模塊相連，使得D/A模塊輸出端產(chǎn)生幅值頻率可調的方波；D/A模塊的輸出 端連接濾波電路的輸入端，濾波電路濾去高次諧波得到正弦波；濾波電路的輸出端連接增 益放大電路，得到所需的正弦信號。
[0011] 所述的勵磁線圈陣列由多個勵磁線圈順序排列而成，勵磁線圈由銅線繞制而成， 各勵磁線圈的兩端分別連接時序控制電路的輸出端和波形發(fā)生電路的輸出端，由時序控制 電路分時控制各勵磁線圈與波形發(fā)生電路的閉合，使各勵磁線圈分時產(chǎn)生交變磁場。
[0012] 本發(fā)明由于采用了以上技術方案，具有以下的優(yōu)點和特點：
[0013] 1、應用于膠囊內窺鏡交流勵磁式跟蹤系統(tǒng)中，為其提供大小可自動調節(jié)的交變磁 場，使磁場傳感器檢測的磁場信號維持在一個相對穩(wěn)定的水平上，提高了該膠囊跟蹤系統(tǒng) 的精度。
[0014] 2、在波形發(fā)生電路中采用了 D/A模塊，微控制器控制D/A模塊，能產(chǎn)生幅值和頻率 都可調的方波，再通過濾波電路得到正弦波。通過改變波形發(fā)生電路產(chǎn)生的波形幅值，來調 節(jié)產(chǎn)生的磁場強度。
[0015] 3、通過時序控制電路，保證勵磁線圈陣列中各個勵磁線圈與波形發(fā)生電路分時閉 合，分時產(chǎn)生交變磁場，并使磁場傳感器檢測反饋的磁場信號與各個勵磁線圈 對應。
[0016] 4、無線反饋電路中使用了膠囊內窺鏡交流勵磁式無線跟蹤系統(tǒng)中原有的無線發(fā) 射模塊和無線接收模塊，無需而外增加反饋電路，且該無線反饋電路中所需元器件較少，易 于微型化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的總體結構框圖；
[0018] 圖2為本發(fā)明中的磁場發(fā)生電路的結構框圖；
[0019] 圖3為本發(fā)明中的時序控制電路結構框圖；
[0020] 圖4為本發(fā)明中的無線反饋電路的結構框圖。
【具體實施方式】
[0021] 參見圖1，本發(fā)明膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，與設置在膠囊內 的磁場傳感器模塊4無線通訊相連，包括磁場發(fā)生電路1、時序控制電路2和無線反饋電路 3。時序控制電路1和無線反饋電路3的輸出分別連接磁場發(fā)生電路2,時序控制電路控制 磁場發(fā)生電路分時產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生的交變磁場被磁場傳感器模塊檢測，并進行處理，再 通過無線反饋電路反饋給磁場發(fā)生電路，改變產(chǎn)生的磁場大小，實現(xiàn)磁場強度的自動調節(jié)。
[0022] 參見圖2,本發(fā)明中的磁場發(fā)生電路2包括微控制器21、波形發(fā)生電路22和勵磁 線圈陣列23 ;微控制器21的輸出連接波形發(fā)生電路22,波形發(fā)生電路22的輸出連接勵磁 線圈陣列23 ;微控制器控制波形發(fā)生電路產(chǎn)生幅值頻率可調的正弦波信號，產(chǎn)生的正弦波 信號經(jīng)過勵磁線圈陣列產(chǎn)生交變磁場。其中的波形發(fā)生電路22包括D/A模塊221、濾波電 路222和增益放大電路223。微控制器21通過I/O 口與D/A模塊221相連，使得D/A模塊 輸出端產(chǎn)生幅值頻率可調的方波；D/A模塊221的輸出端連接濾波電路222的輸入端，濾波 電路濾去高次諧波得到正弦波；濾波電路222的輸出端連接增益放大電路223,得到所需的 正弦信號。
[0023] 參見圖3,本發(fā)明中的時序控制電路1包括微控制器11和多路模擬開關12 ;微控 制器11通過I/O 口與多路模擬開關12相連，多路模擬開關12的輸出連接磁場發(fā)生電路中 的勵磁線圈陣列23 ;微控制器控制多路模擬開關的通斷，使得波形發(fā)生電路與勵磁線圈陣 列中的各個勵磁線圈分時閉合，分時產(chǎn)生交變磁場。
[0024] 參見圖4,本發(fā)明中的無線反饋電路3包括無線發(fā)射模塊31和無線接收模塊32 ; 無線發(fā)射模塊31設置在膠囊內并與磁場傳感器模塊4相連，無線接收模塊32設置在體外 并與磁場發(fā)生電路2相連；無線發(fā)射模塊將磁場傳感器模塊檢測到的磁場信號無線發(fā)射到 體外，無線接收模塊接收所述磁場信號并將其反饋給磁場發(fā)生電路，使磁場發(fā)生電路改變 產(chǎn)生的交變磁場的大小，實現(xiàn)磁場強度的自動調節(jié)。
[0025] 本發(fā)明中的勵磁線圈陣列23由多個勵磁線圈順序排列而成，勵磁線圈由銅線繞 制而成，各勵磁線圈的兩端分別連接時序控制電路的輸出端和波形發(fā)生電路的輸出端，由 時序控制電路分時控制各勵磁線圈與波形發(fā)生電路的閉合，使各勵磁線圈分時產(chǎn)生交變磁 場。
[0026] 本發(fā)明的工作原理是，磁場發(fā)生電路2中的微控制器21控制D/A模塊221產(chǎn)生幅 值和頻率可調的方波，經(jīng)過濾波電路222和增益放大電路223就得到了所需的正弦波，由 麥克斯韋電磁場理論可知，正弦信號經(jīng)過勵磁線圈產(chǎn)生交變磁場。因為體外布有多個勵磁 線圈，組成勵磁線圈陣列，還需要連接時序控制電路，保證每個線圈能分時勵磁產(chǎn)生交變磁 場。
[0027] 磁場傳感器置于膠囊內窺鏡中，隨著膠囊內窺鏡在體內做無序隨機運動，不能控 制其運動軌跡。當膠囊內窺鏡距離磁場源較遠時，磁場信號強度大，磁場傳感器接收到的信 號強，放大器容易飽和；當膠囊內窺鏡距離磁場源較近時，磁場信號弱，磁場傳感器接收到 的信號很微弱，跟蹤精度誤差較大。因此，需要增加反饋調節(jié)機制，使得磁場發(fā)生裝置能夠 自動調節(jié)磁場強度大小，提1?跟蹤精度。
[0028] 體內的磁場傳感器接收到體外的交變磁場，把磁場信號轉變?yōu)殡娦盘?，實現(xiàn)非電 信號的電測量，然后通過無線傳輸模塊，把提取的磁場信號的特征量傳輸?shù)襟w外微控制器 中，微控制器再根據(jù)接收到的特征量大小，調節(jié)控制D/A芯片輸出方波的幅值以及增益放 大電路的增益值，以此調節(jié)輸入勵磁線圈的電流大小，實現(xiàn)磁場強度的自動調節(jié)功能。
【權利要求】
1. 一種膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，與設置在膠囊內的磁場傳感器 模塊無線通訊相連，其特征在于：包括磁場發(fā)生電路、時序控制電路和無線反饋電路；時序 控制電路和無線反饋電路的輸出分別連接磁場發(fā)生電路，時序控制電路控制磁場發(fā)生電路 分時產(chǎn)生交變磁場，產(chǎn)生的交變磁場被磁場傳感器模塊檢測，并進行處理，再通過無線反饋 電路反饋給磁場發(fā)生電路，改變產(chǎn)生的磁場大小，實現(xiàn)磁場強度的自動調節(jié)。
2. 如權利要求1所述的膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，其特征在于： 所述磁場發(fā)生電路包括微控制器、波形發(fā)生電路和勵磁線圈陣列；微控制器的輸出連接波 形發(fā)生電路，波形發(fā)生電路的輸出連接勵磁線圈陣列；微控制器控制波形發(fā)生電路產(chǎn)生幅 值頻率可調的正弦波信號，產(chǎn)生的正弦波信號經(jīng)過勵磁線圈陣列產(chǎn)生交變磁場。
3. 如權利要求1所述的膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，其特征在于： 所述時序控制電路包括微控制器和多路模擬開關；微控制器通過I/O 口與多路模擬開關相 連，多路模擬開關的輸出連接磁場發(fā)生電路中的勵磁線圈陣列；微控制器控制多路模擬開 關的通斷，使得波形發(fā)生電路與勵磁線圈陣列中的各個勵磁線圈分時閉合，分時產(chǎn)生交變 磁場。
4. 如權利要求1所述的膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，其特征在于： 所述無線反饋電路包括無線發(fā)射模塊和無線接收模塊；無線發(fā)射模塊設置在膠囊內并與磁 場傳感器模塊相連，無線接收模塊設置在體外并與磁場發(fā)生電路相連；無線發(fā)射模塊將磁 場傳感器模塊檢測到的磁場信號無線發(fā)射到體外，無線接收模塊接收所述磁場信號并將其 反饋給磁場發(fā)生電路，使磁場發(fā)生電路改變產(chǎn)生的交變磁場的大小，實現(xiàn)磁場強度的自動 調節(jié)。
5. 如權利要求2所述的膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，其特征在于： 所述的波形發(fā)生電路包括D/A模塊、濾波電路和增益放大電路；所述微控制器通過I/O 口與 D/A模塊相連，使得D/A模塊輸出端產(chǎn)生幅值頻率可調的方波；D/A模塊的輸出端連接濾波 電路的輸入端，濾波電路濾去高次諧波得到正弦波；濾波電路的輸出端連接增益放大電路， 得到所需的正弦信號。
6. 如權利要求2所述的膠囊內窺鏡跟蹤系統(tǒng)下的可調式磁場發(fā)生裝置，其特征在于： 所述的勵磁線圈陣列由多個勵磁線圈順序排列而成，勵磁線圈由銅線繞制而成，各勵磁線 圈的兩端分別連接時序控制電路的輸出端和波形發(fā)生電路的輸出端，由時序控制電路分時 控制各勵磁線圈與波形發(fā)生電路的閉合，使各勵磁線圈分時產(chǎn)生交變磁場。
【文檔編號】A61B1/00GK104116481SQ201310152785
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月27日 優(yōu)先權日:2013年4月27日
【發(fā)明者】郭旭東, 阮超, 葛斌, 嚴榮國, 楊菲 申請人:上海理工大學