CN102499685B

CN102499685B - 全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法

Info

Publication number: CN102499685B
Application number: CN201110298652.4A
Authority: CN
Inventors: 姜萍萍; 颜国正; 王志武; 刘华
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102499685A

Abstract

本发明提供一种全消化道排空无创检查系统，可用于全消化道排空过程的连续无创检测，其包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列及数据处理工作站。还提供相应发明的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、可不借助任何试剂，在自然生理状态下检查全消化道排空，对人体无痛苦无损伤；2、检测结果直观准确，检测信息丰富全面，可获得内容物在全消化道内排空的三维轨迹，及每一肠段的排空时间、排空速度、蠕动频率等信息；3、使用方便，成本较低。

Description

全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法

技术领域

本发明涉及一种全消化道排空无创检查的系统及检查结果的处理方法，尤其涉及一种可在非清肠禁食的自然生理状态下，无痛苦无创伤的检测食物在全消化道内排空过程的智能检测系统，属于医疗器械技术领域。

背景技术

运动功能是消化系统最重要的生理功能之一，是食物消化和吸收的基础。胃肠动力不足会导致胃排空延迟，肠传输缓慢；胃肠动力过强，则胃排空迅速，肠传输过快，因此胃肠排空时间是反映胃肠动力水平的一个直观、重要的指标，胃肠排空检查也因此成为临床上胃肠运动功能诊断的重要方法。能够定量测定胃排空的方法很多，如插管法、吸收试验、不透x线标记物法、超声波法、核素显像法、胃阻抗图、胃磁图、呼气试验等。放射学检查是一种经典而古老的检查方法,可准确检测不消化固体食物的胃排空,也可以观察小肠、结肠的传输时间,了解全消化道的运动功能。但是, 它耗时长、曝光频繁，难以被受试者接受,使检查受到很大限制。核素显像法可以准确地检测食管通过时间、胃排空、小肠通过时间、胃食管反流、十二指肠胃反流等，定量性、重复性好，是目前胃肠排空测量的“金标准”，但因使用核素，对患者有害，且价格昂贵，也不宜长时间使用, 其应用同样有限。实时超声法检测胃排空具有安全、可靠、易重复的特点，它的不足之处在于只能用于检测液体胃排空,同时要求检查者熟练掌握B超检查技术。而其他方法如胃阻抗图、胃磁图、呼气试验等都属于间接测量方法，通过测量和胃肠动力或排空相关的一些生理参数，如体表阻抗、表面肌电、呼出气体中的CO₂ 量等,间接了解胃排空的过程，这些方法的准确性还有待进一步验证。磁标记物法也是一种广受关注的方法，让病人口服一粒磁性标记物，当标记物随肠道运动时，在体外通过各种磁强计检测标记物在体表产生的磁场变化，从而解算出这一时刻其所处的姿态和位置。这种方法相对其他方法而言简单易操作，对人体无损伤，同时可以连续监测全消化道的排空，有着良好的应用前景，但目前仍存在一定问题：主要由于吞服的磁标记物体积微小，磁场较弱，且产生的磁场强度随着距离r的增加，以r³的比例衰减，而为获得磁标记物的姿态和位置，需要求解磁场强度和这些参数之间的多元非线性方程组（至少5元），当磁场强度存在较大测量误差和环境干扰的情况下，难以在较大范围内进行准确跟踪，尤其是姿态误差较大。另一缺陷在于难于将磁标记物的位置和受试者的具体肠段对应。

由此可见，目前临床上仍需要新的更加准确直观、使用方便、对人体无损伤的消化道排空检查方法，尤其是能应用于全消化道排空检查的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能监测食物在全消化道内排空过程的系统，系统使用方便，不对人体造成任何伤害和痛苦，检测结果定量直观，可以准确确定各段消化道的排空时间及通过每一肠段的具体过程，得出如排空速度、蠕动频率等丰富信息。同时由于不受试剂的限制，还能用于定量比较不同食物或药物对胃肠道排空过程的影响。

根据本发明的一个方面，提供全消化道排空无创检查系统，包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列、数据处理工作站，其中：

胃肠道微型探测胶囊用于经口腔吞服后在消化道内前行时检测自身姿态及肠道pH值的变化并无线发送至体外控制装置；

磁场传感器阵列用于放置于和人体腹部平行且紧贴腹部的位置并连接到体外控制装置，检测胃肠道微型探测胶囊内永久磁铁所产生的磁场变化；

体外控制装置控制磁场传感器阵列对胃肠道微型探测胶囊内的永久磁铁产生的磁场强度进行检测，并同时接收胃肠道微型探测胶囊发送的检测数据并保存，当胃肠道微型探测胶囊从体内自然排出后，将保存的检测数据上传到数据处理工作站；

数据处理工作站用于通过对检测数据的处理，获得胃肠道微型探测胶囊每一采样时刻在体内的位置和姿态，重建胃肠道微型探测胶囊通过消化道的完整三维轨迹，结合pH值检测结果，确定各肠段的排空规律。

根据本发明的另一个方面，还提供全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，包括如下步骤：

步骤1：以磁场传感器阵列平面为XOY平面，建立绝对坐标系；

步骤2：根据每次检测到的加速度计数据和陀螺仪数据，利用卡尔曼滤波算法对两种传感器的数据进行融合和校正，得到两个欧拉角

的计算结果，并由此计算出永久磁铁的磁偶极矩矢量；

步骤3：利用每个磁场传感器的检测结果及磁场传感器所在的坐标，建立包含

的多元方程组，再将

代入此方程组中，解出永久磁铁即胃肠道微型探测胶囊的三维位置坐标（x,y,z）；

步骤4：按照这样的方法，求得所有时刻胃肠道微型探测胶囊的5维位姿参数

；

步骤5：最后将所有点标示于绝对坐标系中，并按时间顺序依次连接，从而获得胃肠道微型探测胶囊在全消化道内的完整运行轨迹。

具体地，为实现这样的目的，本发明的全消化道排空无创检查系统包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列及数据处理工作站四部分。胃肠道微型探测胶囊为可吞服的电子装置，经口腔服入后，随食物一起在肠道内前行。胃肠道微型探测胶囊按设定的采样周期检测自身姿态及胃肠道内pH值变化，并将检测结果无线发送至体外。体外控制装置、磁场传感器阵列及数据处理工作站均放置于体外，使用时，体外控制装置、磁场传感器阵列两者之间通过导线连接，用于检测胃肠道微型探测胶囊任一时刻的空间位置，并接收保存胃肠道微型探测胶囊发送的检测数据。数据处理工作站又包括计算机及分析处理软件两部分，用于在检测结束后或在检测过程中计算描绘胃肠道微型探测胶囊的运行轨迹，分析检查结果。

所述的胃肠道微型探测胶囊为全密封结构，形状尺寸类似一般的药物胶囊，密度接近于普通食物，以便于受试者吞服，且不会影响其排空过程。具体又包括胶囊外壳、姿态检测模块、pH值传感模块、微控制器、无线通信模块、电源管理模块、永久磁铁、磁遥控电源开关及纽扣电池。和胃肠道组织相接触的胶囊外壳采用对人体无毒副作用的医用材料，且能够耐受胃肠道内液体腐蚀，不会产生结构破坏和解体。姿态检测模块由微型三轴加速度计和微型三轴陀螺仪组成，用于检测每一采样时刻胃肠道微型探测胶囊所处的姿态角，即俯仰角和横滚角；pH值传感模块由pH传感器和信号放大电路组成，pH传感器安装在胃肠道微型探测胶囊一端头部，其敏感面直接和胃肠液接触，用于检测胃肠道内内容物酸碱度的变化，通过信号放大电路放大后送微控制器进行模数转换。微控制器和姿态检测模块、pH值传感模块及无线通信模块连接，将从姿态检测模块、pH值传感模块获得的检测数据通过无线通信模块发送到体外。电源管理模块和姿态检测模块、pH值传感模块、微控制器、无线通信模块相连，提供各模块所需的工作电压。纽扣电池经磁遥控电源开关后则作为电源管理模块的输入为其连续供电。此外，胃肠道微型探测胶囊内还密封有一圆柱状永久磁铁，当胃肠道微型探测胶囊在体内位置和姿态改变时，永久磁铁周围产生的磁场也随之变化。

所述的磁场传感器阵列由同一平面内的多个磁场传感器模块组成，多个磁场传感器模块分布在平面内的不同位置，用于检测采样时刻胃肠道微型探测胶囊在该位置处所产生的磁场强度。每个磁场传感器模块包括单维或多维磁场传感器及信号调理电路，信号调理电路用于对磁场传感器输出的原始信号进行前级放大和低通滤波。磁场传感器可以选用霍尔型、磁阻型、磁通门型或其他类型的磁敏器件，单维磁场传感器的个数应大于等于3，以提供至少3个方程用于求解胃肠道微型探测胶囊的位置。磁场传感器阵列输出的磁场检测信号通过导线传输到体外控制装置。

所述的体外控制装置和磁场传感器阵列相配合，以跟踪胃肠道微型探测胶囊在消化道内位置的改变。体外控制装置由信号输入接口，体外控制单元、多路选择开关、可调增益放大电路、A/D转换电路、体外无线收发模块、数据存储卡、实时时钟、通讯接口及电源模块所组成。磁场传感器阵列通过导线连接到信号输入接口，用于输入各传感器的信号及为磁场传感器阵列提供电源。体外控制单元和多路模拟开关、可调增益放大电路、A/D转换电路、数据存储模块、通讯接口及体外无线收发模块相连，在每一采样时刻，依次选通多路模拟开关，对该路传感器信号进行进一步放大和模数转换，并根据每路信号的大小，自适应的调整可调增益放大电路的放大倍数。当采集完全部传感器信号后，连同从体外无线收发模块接收的体内检测数据及从实时时钟读取的时间信息，保存到数据存储卡。如想实时了解胃肠道微型探测胶囊的位姿信息，也可通过通讯接口将数据上传到数据处理工作站进行实时处理。电源模块为体外控制装置内其他部分供电。

所述的多路模拟开关采用多路输入单路输出的电子开关，输入端通过信号输入接口和磁场传感器阵列中的每一传感器模块的输出端相连，输出端则连接到可调增益放大器的输入，在体外控制单元的作用下，任一时刻选通单路信号进行处理。

所述的通讯接口用于体外控制装置和数据处理工作站之间的双向数据通信，可以采用串行、并行或USB等接口。

所述的数据处理工作站是本发明的一个重要组成部分，其主要功能是在计算机上运行分析处理软件。从数据存储卡中读出所有的检测结果后，首先处理每一采样时刻获得的姿态传感器及磁场传感器数据。以磁场传感器阵列的原点为原点，坐标系为参考坐标系，利用卡尔曼滤波方法融合加速度传感器及陀螺仪传感器的检测数据，获得当前时刻胃肠道微型探测胶囊的姿态。然后将两个姿态角

代入永久磁铁的磁场分布模型，采用非线性最优化方法，解算出该时刻胃肠道微型探测胶囊所处的三维位置坐标。在求解出所有时刻的位姿参数后，在此坐标系中，标示出胃肠道微型探测胶囊每一时刻所处的位置，并按时间顺序依次连接所有点，从而构成胃肠道微型探测胶囊通过全消化道的完整轨迹。为能够准确计算胃肠道微型探测胶囊在胃、小肠、结肠内的停留时间，并进一步分析每一肠段的排空规律，还必须确定出胃肠道微型探测胶囊每一时刻所处的肠段。为此，将每一时刻的pH值检测结果和胃肠道微型探测胶囊的位置坐标对应起来，通过观察pH值的变化以确定各点所处的肠段，如胃pH为1～3，十二指肠pH为4～5，空肠和回肠pH为6～7，大肠pH为7～8，据此计算出胃、十二指肠、小肠、结肠的排空时间。根据相邻点的三维坐标和时间间隔，可计算胃肠道微型探测胶囊每次被推进的速度和距离。通过胃肠道微型探测胶囊姿态信号变化的频率，即对姿态信号进行频谱分析，还可以获得胃肠道的蠕动频率。经过以上分析，较为全面的掌握了每一肠段的排空过程。

本发明的工作原理如下：胃肠道微型探测胶囊任一时刻在体内的位置和姿态如图5所示，磁场传感器阵列紧贴且平行于人体腹部平面放置，假设以磁场传感器阵列平面建立一绝对坐标系O-XYZ，在胃肠道微型探测胶囊上建立一载体坐标系o-xyz，由刚体运动学可知，任一时刻胃肠道微型探测胶囊的姿态，可视为绕Z轴旋转

角后，再绕新的Y轴旋转

角，再沿新的X轴旋转

角得到，即载体坐标系的姿态可视为由绝对坐标系依次旋转3个欧拉角获得，任一矢量在载体坐标系内的坐标和绝对坐标系内的坐标之间存在以下关系：

在胃肠道微型探测胶囊重心位置放置三轴加速度计和三轴陀螺仪，三轴方向和载体坐标系一致，由于肠道蠕动速度缓慢，因此忽略胃肠道微型探测胶囊任一时刻的运动加速度的影响，只考虑重力加速度的大小，则根据上述关系式可知：

因此，

（1）

胃肠道微型探测胶囊内密封有一圆柱形永久磁铁，和胶囊外壳同轴放置，两者姿态保持一致，磁铁的磁偶极矩矢量m沿磁体轴线方向。由于胃肠道微型探测胶囊是一圆柱形对称结构，航向角

无论怎样变化，磁偶极矩矢量m方向不变，因此可假设

=0，则磁偶极矩矢量m在两个坐标系内的关系可表示为：

由于m始终沿胶囊轴线方向，和xoy平面垂直，因此

则：

即：

（2）

由于胃肠道微型探测胶囊内的永久磁铁尺寸远小于人体腹部的跟踪范围，因此可认为永久磁铁周围产生的磁场强度符合磁偶极子的分布模型，即

假设胃肠道微型探测胶囊某一时刻在O-XYZ坐标系内的坐标为,某一磁场传感器的坐标为

，则

。通过三轴加速度计和三轴陀螺仪已准确确定上述表达式中的m_x、m_y、m_z参数，可见，为确定

只需再建立3个方程即可，因此传感器阵列中应至少布置3个单轴或1个三轴的磁场传感器。

与现有胃肠排空检查技术相比，本发明具有如下优点：（1）可实现全消化道排空的检查，无需借助任何试剂，可在完全自然的生理状态下完成；（2）可以更准确的检测目标物任一时刻在体内的位置和姿态；（3）可定量获得各段消化道的排空时间、蠕动频率、排空速度等信息，检测结果更全面，所得信息更丰富；（4）无创检查方法，对人体无任何副作用，检查过程简便。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为胃肠道微型探测胶囊结构示意图。

图3为体外控制装置结构示意图。

图4为数据处理工作站的软件流程图。

图5为胃肠道微型探测胶囊任一时刻在体内的位置和姿态示意图。

图中，胃肠道微型探测胶囊1、体外控制装置2、磁场传感器阵列3、数据处理工作站4、胶囊外壳5、加速度传感器6、电源管理模块7、三轴陀螺仪8、磁遥控电源开关9、纽扣电池10、无线通信模块11、体内微控制器12、pH值放大电路13、永久磁体14、pH传感器15、磁场传感器模块16、信号输出接口17、信号输入接口18、实时时钟19、体外控制器20、通讯接口21、数据存储卡22、无线收发模块23、电源模块24、A/D转换电路25、可调增益放大器26、多路模拟开关27、读卡器28。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，全消化道排空无创检查系统包括胃肠道微型探测胶囊1、体外控制装置2、磁场传感器阵列3、数据处理工作站4。胃肠道微型探测胶囊1经口腔吞服后在消化道内前行时，能检测自身姿态及肠道pH值的变化并无线发送至体外；磁场传感器阵列3放置于和人体腹部平行且紧贴腹部的位置，通过导线连接到体外控制装置2。体外控制装置2控制磁场传感器阵列3对胃肠道微型探测胶囊1内的永久磁体产生的磁场强度进行检测，并同时接收胃肠道微型探测胶囊1发送的检测数据并保存。当胃肠道微型探测胶囊1从体内自然排出后，将保存的数据上传到数据处理工作站4，通过对检测数据的处理，获得胃肠道微型探测胶囊1每一采样时刻在体内的位置和姿态，并最终获得其在体内的完整通过轨迹。

如图2所示，胃肠道微型探测胶囊1为光滑圆柱形密封装置，其包括胶囊外壳5、加速度传感器6、电源管理模块7、三轴陀螺仪8、磁遥控电源开关9、纽扣电池10、无线通信模块11、体内微控制器12、pH值放大电路13、永久磁体14、pH传感器15。各部分的连接关系为：胶囊外壳5由对人体无毒、无害材料制成，将除pH传感器15以外的其他部分密封在其内；pH传感器15为离子敏场效应管型传感器，位于胶囊外壳5的一端头部，其敏感面直接和人体胃肠道相接触，以检测肠道pH值的变化。pH值放大电路13的输入端和pH传感器15相连、输出端和体内微控制器12相连，其用于对pH传感器15输出的原始信号进行放大后，再由体内微控制器12进行A/D转换；加速度传感器6、三轴陀螺仪8均采用数字式MEMS（微机电系统）传感器，尺寸微小，分别用于检测沿载体坐标系三个坐标方向的加速度及旋转角速度，两种传感器均布置在胃肠道微型探测胶囊1的重心位置，以尽量减少旋转加速度对测量的影响。加速度传感器6、三轴陀螺仪8的输出端通过通信接口连接到体内微控制器12，由体内微控制器12按固定周期读取两者的检测结果。体内微控制器12和无线通信模块11相连，用于接收体外控制装置2发送的控制指令，并将每次检测的加速度、角速度及pH值数据发送到体外控制装置2。电源管理模块7的输出和体内微控制器12、加速度传感器6、三轴陀螺仪8、pH值放大电路13、pH传感器15、无线通信模块11连接，为各模块提供所需的直流电源。纽扣电池10通过磁遥控电源开关9为电源管理模块7提供电源输入，以保障整个系统的正常运行。永久磁体14放置在尽可能远离纽扣电池10的位置。

如图1所示，所述的磁场传感器阵列3包括多个磁场传感器模块16及信号输出接口17，每个磁场传感器模块16包括磁场传感器、后续信号放大、以及滤波电路，用于检测胃肠道微型探测胶囊1内密封的永久磁体14在磁场传感器模块16所在位置产生的磁场强度。磁场传感器模块16的输出连接到信号输出接口17，并通过导线连接到体外控制装置2。

如图3所示，所述的体外控制装置2包括：信号输入接口18、实时时钟19、体外控制器20、通讯接口21、数据存储卡22、无线收发模块23、电源模块24、A/D转换电路25、可调增益放大器26、多路模拟开关27。各部分的连接关系为：信号输入接口18通过导线连接到磁场传感器阵列3的信号输出接口16，用于传输各个磁场传感器模块15的输出信号。多路模拟开关27采用多输入单输出的电子开关，其输入端和信号输入接口18连接，输出端和可调增益放大器27连接。多路模拟开关27在体外控制器20的控制下，依次选通各路磁场传感器信号进行后续放大及A/D转换处理。体外控制器20和可调增益放大器26及A/D转换电路25连接，控制A/D转换电路25对经可调增益放大器26放大后的磁场信号进行模数转换，并根据转换结果调整可调增益放大器26的放大倍数，直到最终确定为止。体外控制器20和无线收发模块23、数据存储卡22、实时时钟19分别通过数据总线相连，控制无线收发模块22接收从胃肠道微型探测胶囊1发送的加速度、角速度及pH值检测结果，并连同从A/D转换电路25读取的磁场强度检测结果、从实时时钟19读取的时间信息保存到数据存储卡22中。体外控制器20和通讯接口21连接，可通过通讯接口21连接到数据处理工作站4的计算机，将数据实时上传到数据处理工作站4进行处理。电源模块24包括电池和直流稳压电路，分别对多路模拟开关27、A/D转换电路25、可调增益放大器26、体外控制器20、无线收发模块23、数据存储卡22、实时时钟19进行供电，并通过信号输入接口18为磁场传感器阵列3供电。

如图1所示，所述的数据处理工作站4包括计算机和分析处理软件两部分，计算机通过读卡器28从数据存储卡22中将所有的存储数据读入，供分析处理软件进行计算和分析。

所述的分析处理软件的数据处理流程如图4所示。以磁场传感器阵列3建立绝对坐标系O－XYZ，首先根据每次检测到的加速度计数据和陀螺仪数据，利用卡尔曼滤波算法对两种传感器的数据进行融合和校正，得到两个欧拉角（

,

）的计算结果，并由此计算出永久磁铁的磁偶极矩矢量

。利用每个磁场传感器的检测结果及磁场传感器所在的坐标，建立如式（3）的多元方程组，再将代入此方程组中，解出永久磁铁即胃肠道微型探测胶囊的三维位置坐标（x,y,z）。按照这样的方法，求出所有时刻胃肠道微型探测胶囊的5维位姿参数

。最后在绝对坐标系中，将所有点标示在其内，并按时间顺序依次连接，从而获得胃肠道微型探测胶囊在全消化道内的完整排空轨迹。进一步根据各点处的pH值检测结果，可以判断出胃肠道微型探测胶囊每一时刻所处的肠段，如胃pH为1～3，十二指肠pH为4～5，空肠和回肠pH为6～7，大肠pH为7～8，从而可以确定每一肠段的排空时间。对每一肠段的

检测数据进行频谱分析，可以获得该肠段的蠕动频率，根据相邻点之间的距离和时间间隔，还可推算出肠道排空的速度和蠕动推进距离。

本发明的工作过程如下：（1）受试者将磁场传感器阵列3通过导线连接到体外控制装置2，并通过受试者穿戴的马甲使磁场传感器阵列3平行且紧贴人体腹部平面固定，体外控制装置2放置到马甲的口袋中，或固定于受试者腰间的皮带上，启动体外控制装置2；（2）启动胃肠道微型探测胶囊1，受试者口服胃肠道微型探测胶囊1。胃肠道微型探测胶囊1进入人体胃肠道，检测自身姿态及肠道pH值数据，并向体外发射；（3）体外控制装置2通过磁场传感器阵列3对每一磁场传感器模块16所处位置处的磁场强度进行检测后，连同从胃肠道微型探测胶囊1接收的姿态、pH值检测数据及从实时时钟19读取的时间信息一同保存到数据存储卡22。如想实时处理检测结果，也可通过通讯接口21将数据直接上传到数据处理工作站4。（4）胃肠道微型探测胶囊1从体内自然排出后，检查过程结束，取下磁场传感器阵列3及体外控制装置2，将数据存储卡22中的数据通过读卡器28输入到数据处理工作站4，运行分析处理软件，按照图4所示的流程对数据进行处理，获得全消化道的排空轨迹，各段消化道的排空时间、蠕动频率等信息。

根据本发明的一个优选实施例，全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，包括如下步骤：

步骤1：以磁场传感器阵列平面为XOY平面，建立绝对坐标系；

的计算

结果，并由此计算出永久磁铁的磁偶极矩矢量

；

的多元方程组，再将

；

步骤6：进一步根据各点处的pH值检测结果，判断出胃肠道微型探测胶囊每一时刻所处的肠段；

步骤7：对每一肠段的

检测数据进行频谱分析，获得该肠段的蠕动频率，根据相邻点之间的距离和时间间隔，推算出肠道排空的速度和推进距离。

本发明能不借助任何试剂，在非清肠禁食的自然生理状态下对人体全消化道的排空过程进行检查。检查过程无痛苦，对人体无损伤，检查结束后，可获得食物通过肠道的完整三维运行轨迹，各段肠道的排空时间及蠕动频率，并可全面数字化食物排空的过程。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚的说明本发明所做的举例，而非本发明实施方式的限定。这里无需也无法对所有实施方法予以穷举。而那些属于本发明的精神所采取的其他实施方式处在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤l：以磁场传感器阵列平面为XOY平面，建立绝对坐标系，其三维坐标位置为(x，y，z)；

步骤2：根据每次检测到的加速度传感器数据和三轴陀螺仪数据，利用卡尔曼滤波算法对两种传感器的数据进行融合和校正，得到两个欧拉角(θ,Φ)的计算结果，并由此计算出永久磁铁的磁偶极矩矢量m(m_x,m_y，m_z)；

步骤3：利用磁场传感器阵列中的每个磁场传感器的检测结果及磁场传感器所在的坐标，建立包含(x，y，z，m_x，m_y，m_z)的多元方程组，再将(m_x，m_y，m_z)代入此方程组中，解出永久磁铁即胃肠道微型探测胶囊的三维位置坐标(x，y，z)；

步骤4：按照这样的方法，求得所有时刻胃肠道微型探测胶囊的5维位姿参数(x，y，z，θ，Φ);

步骤5：最后将所有点标示于绝对坐标系中，并按时间顺序依次连接，从而获得胃肠道微型探测胶囊在全消化道内的完整运行轨迹；

其中，全消化道排空无创检查系统，包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列、数据处理工作站，其中：

胃肠道微型探测胶囊用于经口腔吞服后在消化道内前行时检测肠道pH值的变化及自身姿态的变化并无线发送至体外控制装置；

数据处理工作站用于通过对检测数据的处理，根据获得胃肠道微型探测胶囊每一采样时刻在体内的位置和姿态，重建胃肠道微型探测胶囊通过消化道的完整三维轨迹，结合pH值检测结果，确定各肠段的排空规律；

胃肠道微型探测胶囊包括pH传感器和胶囊外壳，还包括密封在胶囊外壳内部的永久磁铁、体内微控制器、加速度传感器、三轴陀螺仪、pH值放大电路、无线通信模块、电源管理模块、纽扣电池、以及磁遥控电源开关；pH传感器位于胶囊外壳的一端头部，pH传感器的敏感面直接和人体胃肠道相接触，以检测肠道pH值的变化；pH值放大电路对pH传感器输出的原始信号进行放大后，由体内微控制器进行A/D转换；加速度传感器、三轴陀螺仪分别用于检测沿载体坐标系三个坐标方向的加速度及载体坐标系三个坐标方向的旋转角速度，并通过数据总线连接到体内微控制器，由体内微控制器按固定周期读取两者的检测结果；体内微控制器和无线通信模块相连，用于接收体外控制装置发送的控制指令，并将每次检测的加速度、旋转角速度及pH值数据发送到体外控制装置；电源管理模块为体内微控制器、加速度传感器、三轴陀螺仪、pH传感器、pH值放大电路、无线通信模块提供所需的直流电源；纽扣电池通过磁遥控电源开关为电源管理模块提供电源输入；永久磁铁放置在远离纽扣电池的位置。

2.根据权利要求1所述的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤7：对每一肠段的欧拉角(θ、Φ)检测数据进行频谱分析，获得该肠段的蠕动频率，根据相邻点之间的距离和时间间隔，推算出肠道排空的速度和推进距离。

3.根据权利要求1所述的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，其特征在于，加速度传感器和三轴陀螺仪均布置在胃肠道微型探测胶囊的重心位置。

4.根据权利要求1所述的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，其特征在于，pH传感器采用离子敏场效应管型传感器。

5.根据权利要求1所述的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，其特征在于，磁场传感器阵列包括信号输出接口及多个磁场传感器模块，每个磁场传感器模块包括磁场传感器及后续信号放大、滤波电路，每个磁场传感器模块的输出端则连接到信号输出接口；磁场传感器的个数大于等于3；其中，多个磁场传感器模块分布在一个平面内的不同位置，用于检测采样时刻胃肠道微型探测胶囊在该位置处所产生的磁场强度；磁场传感器阵列平行且紧贴人体腹部平面放置，并通过导线连接到体外控制装置，每个磁场传感器模块包括磁场传感器及信号调理电路，信号调理电路用于对磁场传感器输出的原始信号进行前级放大和低通滤波。

6.根据权利要求5所述的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，其特征在于，所述体外控制装置包括信号输入接口、多路模拟开关、A/D转换电路、可调增益放大器、体外控制器、无线收发模块、数据存储卡、实时时钟、通讯接口及电源模块，其中，信号输入接口通过导线连接到磁场传感器阵列的信号输出接口，用于传输各个磁场传感器模块的输出信号；多路模拟开关的各路输入端和信号输入接口的各路输出连接、多路模拟开关的输出端与可调增益放大器连接；多路模拟开关在体外控制器的控制下，依次选通各路信号进行后续处理；体外控制器和可调增益放大器及A/D转换电路连接，控制A/D转换电路对经可调增益放大器放大后的磁场传感器信号进行模数转换，并根据转换结果调整可调增益放大器的放大倍数，直到最终确定为止；体外控制器和无线收发模块、数据存储卡、实时时钟分别通过数据总线相连，控制无线收发模块接收从胃肠道微型探测胶囊发送的加速度、旋转角速度及pH值检测结果，并连同从A/D转换电路读取的磁场强度检测结果、从实时时钟读取的时间信息保存到数据存储卡；体外控制器和通讯接口连接，能够通过通讯接口将数据上传到数据处理工作站进行处理；电源模块包括电池和直流稳压电路，分别对多路模拟开关、A/D转换电路、可调增益放大器、体外控制器、无线收发模块、数据存储卡、实时时钟进行供电。