本發(fā)明涉及消化道系統(tǒng)的輔助診療設備技術領域，特別涉及一種膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)。

背景技術：

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

膠囊內窺鏡放入生物腔體中后需要對膠囊內窺鏡進行定位，一種典型的膠囊內窺鏡中通過設置加速度傳感器(姿態(tài)傳感器)來實現(xiàn)膠囊內窺鏡的定位。在膠囊內窺鏡的內部安裝永磁鐵以及加速度傳感器(姿態(tài)傳感器)，當外部磁體靠近膠囊內窺鏡或外部磁體的姿態(tài)改變時，膠囊內窺鏡因為被外部磁體吸引而發(fā)生姿態(tài)變化，由此判斷膠囊內窺鏡的位置。

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窺鏡卡住而使之不能進行相應的姿態(tài)變化，從而引起位置檢測的誤判，且膠囊內窺鏡隨著胃腸蠕動時對定位結果干擾較大，以加速度傳感器(姿態(tài)傳感器)反饋的數(shù)據(jù)為依據(jù)進行膠囊內窺鏡的位置判斷結果并不可靠。

因此，如何更加可靠地對膠囊內窺鏡進行定位，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

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

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)，包括：

內設三軸磁傳感器的膠囊內窺鏡、體外膠囊驅動器，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動器的運動以調整所述膠囊內窺鏡姿態(tài)和/或位置。

優(yōu)選地，所述體外膠囊驅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動方式：若所述三軸磁傳感器的X軸磁場強度數(shù)據(jù)分量大于其Y軸磁場強度數(shù)據(jù)分量，則控制所述外部磁體沿X軸方向運動，反之沿Y軸方向運動；其中，所述X軸、所述Y軸組成的平面直角坐標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動相同的步距值。

優(yōu)選地，所述控制單元包括計算模塊，所述計算模塊計算|X+Y+Z|并判斷|X+Y+Z|的最大值，所述計算模塊將結果輸出至所述步距控制模塊與所述方向判斷模塊，以控制所述膠囊內窺鏡運動至|X+Y+Z|和|Z|同時取得最大值的位置，此時所述膠囊內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軸磁場強度數(shù)據(jù)、Y軸磁場強度數(shù)據(jù)和Z軸磁場強度數(shù)據(jù)的向量的模。

本發(fā)明提供的膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)中，在將膠囊內窺鏡放入生物腔體內之后，膠囊內窺鏡的位置是不能夠確定的，膠囊內窺鏡可能不是位于外部磁體的正下方，而由于膠囊內窺鏡中設有三軸磁傳感器，在膠囊內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度數(shù)據(jù)，并可以計算膠囊內窺鏡與外部磁體之間的相對距離。在外部磁體與膠囊內窺鏡的相對位置變化時，外部磁體相對于膠囊內窺鏡的磁場強度會發(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度數(shù)據(jù)，并生成驅動命令來控制外部磁體運動至膠囊內窺鏡的正上方。

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

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術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)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，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)明所提供膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)的具體實施例的工作原理圖，其中，虛線為磁力線；

圖2為本發(fā)明所提供膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)的具體實施例的結構示意圖。

圖1至圖2中，1為膠囊內窺鏡，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。

具體實施方式

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

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

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

本發(fā)明所提供膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)的一種具體實施例中，包括膠囊內窺鏡1、體外膠囊驅動器和控制單元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動器的運動以調整膠囊內窺鏡姿態(tài)和/或位置。膠囊內窺鏡1中設有三軸磁傳感器，三軸磁傳感器可以用于實時獲取體外膠囊驅動器的磁場強度數(shù)據(jù)。其中，三軸磁傳感器可以獲取兩兩相垂直的X軸磁場強度數(shù)據(jù)分量、Y軸磁場強度數(shù)據(jù)分量、Z軸磁場強度數(shù)據(jù)分量，X軸、Y軸、Z軸具體以設定的原點和空間坐標系為基準。其中，膠囊內窺鏡1中通常設有永磁鐵，膠囊內窺鏡1可以在體外膠囊驅動器的引導下進行移動，三軸磁傳感器可以實時獲取體外膠囊驅動器的磁場強度數(shù)據(jù)，控制單元4可以根據(jù)實際需求對設定位置的體外膠囊驅動器的磁場強度數(shù)據(jù)進行分析，向體外膠囊驅動器發(fā)送指令，以控制體外膠囊驅動器運動至膠囊內窺鏡1的正上方。

在進行檢測時，膠囊內窺鏡1設置在生物腔體3內部，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，為保證體外膠囊驅動器帶動膠囊內窺鏡1同步運動，控制體外膠囊驅動器位于膠囊內窺鏡1的正上方。

此種膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)中，在將膠囊內窺鏡1放入生物腔體3內之后，膠囊內窺鏡1的位置是不能夠確定的，膠囊內窺鏡1可能不是位于體外膠囊驅動器的正下方，而由于膠囊內窺鏡1中設有三軸磁傳感器，在膠囊內窺鏡1與體外膠囊驅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動器的磁場強度數(shù)據(jù)，并可以計算膠囊內窺鏡1與體外膠囊驅動器之間的相對距離。在體外膠囊驅動器與膠囊內窺鏡1的相對位置變化時，體外膠囊驅動器相對于膠囊內窺鏡1的磁場強度會發(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度數(shù)據(jù)，并生成驅動命令來控制體外膠囊驅動器運動至膠囊內窺鏡1的正上方?；蛘?，由外部輸入指令控制體外膠囊驅動器運動。

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

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

其中，μ₀為真空導磁率，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為空間一點相對于外部磁體原點的坐標，y₀z₀為外部磁體表面一點相對于外部磁體原點的坐標，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。

上述實施例中，體外膠囊驅動器護體包括外部磁體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運動的靈活性。

上述實施例中，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)確定外部磁體的運動方式：若三軸磁傳感器的X軸磁場強度數(shù)據(jù)分量大于其Y軸磁場強度數(shù)據(jù)分量，則控制外部磁體沿X軸方向運動，反之沿Y軸方向運動。其中，X軸、Y軸組成的平面直角坐標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行定位。具體地，可以通過在控制單元4中設置判斷器來實現(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度數(shù)據(jù)后，比較X軸磁場強度和Y軸磁場強度的大小，如果X軸磁場強度數(shù)據(jù)分量大于Y軸磁場強度數(shù)據(jù)分量，則說明外部磁體2沿X軸運動能夠更快靠近膠囊內窺鏡1；如果X軸磁場強度數(shù)據(jù)分量小于Y軸磁場強度數(shù)據(jù)分量，則說明外部磁體2沿Y軸運動能夠更快靠近膠囊內窺鏡1；如果X軸磁場強度數(shù)據(jù)分量等于Y軸磁場強度數(shù)據(jù)分量，在本實施例中，控制外部磁體2沿Y軸運動，當然，此時也可以控制外部磁體2沿X軸運動。此種膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)中，可以準確判斷外部磁體2應該運動的方向，使外部磁體2能夠較準確地與膠囊內窺鏡1相靠近。

上述各個實施例中，控制單元4可以包括驅動模塊，驅動模塊用于在每次確定外部磁體2的運動方向后控制外部磁體2運動一步，驅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，驅動模塊驅動外部磁體運動一次，直至確定膠囊內窺鏡1所處位置的正上方位置，具體可以通過在控制單元4中設置對應的控制器實現(xiàn)。由于外部磁體2運動時膠囊內窺鏡1會隨之運動，所以通過控制外部磁體2逐步運動以使外部磁體2逐漸靠近膠囊內窺鏡1，定位的準確性較高。

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

上述各個實施例中，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動相同的步距值。例如，每次確定外部磁體2的運動方向后，可以控制外部磁體2沿著設定方向運動10mm。

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

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

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

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

具體地，在每次運動時，可以在確定外部磁體2運動方向的同時，計算每次外部磁體2停止運動的位置的對應的向量(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)運動至少兩步，以確保定位的準確性。|Z|的最大值的位置的確定方式同理。

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

以上對本發(fā)明所提供的膠囊內窺鏡控制系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實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。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。