CN105377104B - 用于移动胃肠道中的体内装置的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种体内装置，其可通过磁力在胃肠道中被驱动使得施加至体内装置的磁力的方向跟随或不断地适应体内装置的瞬时空间定向。当体内装置在胃肠道中的定向被胃肠道的壁改变时，磁力也如此照做。

Description

用于移动胃肠道中的体内装置的方法和系统

技术领域

本发明总体涉及一种体内系统，更具体的说涉及一种用于移动胃肠(“GI”)道中的体内装置以及通过胃肠道中导航体内装置的方法以及一种实施该方法的体内系统和定位信号系统。

背景技术

体内测量系统在本领域中是已知的。通过胃肠(GI)系统的一些体内装置/系统可包括用于对GI系统的内部成像(例如，捕获其图像)的一个或多个成像传感器和/或其它类型的传感器。体内装置可通过消化系统施加于GI系统上的蠕动力或通过例如磁操纵被驱动通过GI系统而通过GI系统。一些操纵应用需要“了解”体内装置的当前位置和体内装置的目标位置/下一个位置以便产生将体内装置从它的当前位置移动至目标位置/下一个位置或目的地的磁场。然而，检测GI系统中的体内装置的位置需要稳健的定位系统和计算资源，限定装置的目标位置/下一个位置不是微不足道的(例如，GI系统的三维模型可必须被限定)。此外，当体内装置的定向例如是可磁操纵的试图在一个方向移动体内装置而体内装置的定向是另一个方向时，这对GI系统的壁/组织可能是危险的。

将有益的是，具有一种方法和系统，其简化了例如GI道中体内装置的磁操纵并且减小这种操纵中涉及的潜在危险。

发明内容

一种方法和系统可磁性地推动/驱动GI道中的可吞下的体内装置同时适配驱动体内装置的磁力的空间方向到GI系统中的体内装置的空间定向。

体内装置可具有通过体内装置的两个相对端的纵轴并且包括永磁体(或电磁体)。纵轴可用于限定或表示体内装置的空间定向。本发明的实施例可包括将磁体或电磁体设置在体内装置的一端，一端在此处被称为“磁推力端”(“MTE”)，有可能设置在体内装置的纵轴上，或永磁体或电磁体可具有可邻接于体内装置的纵轴的轴。结合外部磁场，永磁体或电磁体可有利于产生磁推力或磁驱动力，其磁性地移动GI道(例如在小肠)中的体内装置，而体内装置的另一端在体内装置前进(例如，通过蠕动)或通过GI道被推进(例如被推动或驱动)时通过GI道的壁被自由地(随意地)操纵(例如，自由地改变定向/方向)，体内装置的另一端在此处被称为“可操纵端/可操纵头”和“引导端/引导头”并且例如关于或沿体内装置的纵轴与体内装置的MTE相对。体内装置还可包括定位传感器，其有利于检测体内装置的瞬时空间定向。

在一些实施例中，一种用于操纵GI道中的体内装置的方法，其可包括确定GI道中的体内装置的空间定向、在重合于或配合于体内装置的空间定向的方向上将磁力施加至体内装置(以推动、驱动或推进体内装置)。体内装置的空间定向可根据或基于体内装置的纵轴限定或可限定为体内装置的纵轴。在一些实施例中，确定体内装置的空间定向可包括产生定位电磁场、通过包含在体内装置中的定位传感器感测电磁场、由定位传感器响应于感测的电磁场输出的信号确定或计算体内装置的空间定向。在一些实施例中，感测电磁场可通过电磁场感测线圈进行。在一些实施例中，施加至体内装置的磁力可以是磁推力。在一些实施例中，产生移动体内装置的磁推力可包括与包含在体内装置中的磁推力单元(“MTU”)共同地产生磁场，磁场在重合于体内装置的(感测的)空间定向的方向产生磁推力。

在一些实施例中，确定体内装置的空间定向和产生移动、推动或驱动体内装置的磁推力可在不同时间进行。例如，产生磁推力可在确定体内装置的定向之后的很短的时间(例如，几毫秒)进行。在其他实施例中，产生磁推力可与确定体内装置的定向并行。(“并行”是指在时间上重叠或确定装置的定向之后，涉及的系统的时间限制、延迟等立刻能产生磁推力。)

在一些实施例中，体内装置的空间定向可在每秒内被确定n次(“n”-整数)，例如，每秒大约1次(n＝1)。在一些实施例中，磁推力可在体内装置的定向的相继确定之间恒定地或连续地被施加或产生，假定体内装置的定向不变或两个相继确定之间的变化处于可允许的范围内。在其他实施例中，磁推力可在体内装置的定向的相继确定之间间歇地施加。在一些实施例中，体内装置的定向可在相继磁力激活(MFA)之间被确定n次，例如在每两个相继MFA之间为三次(n＝3)。在一些实施例中，MTF可在体内装置的定向的相继确定之间被施加或激活n次，例如在每两个相继定向确定之间为两次(n＝2)。

在一些实施例中，一种用于操纵胃肠道中的体内装置的方法，其可包括产生定位磁场、通过包括在GI道中移动的体内装置中的定向传感器感测磁场、从感测的磁场确定或计算体内装置的空间定向、产生磁场以在包括在体内装置中的磁推力单元(MTU)中在重合于体内装置的空间定向的方向上感应磁推力。

在一些实施例中，一种用于操纵GI道中的体内装置的系统，其可包括定位信号系统/源(“LSS”)，以产生定位磁场；磁操纵系统，以产生操纵磁场；体内装置，其具有可限定体内装置的空间定向的纵轴。(体内装置的空间定向可以不同方式进行限定，例如，通过包含在体内装置中的任何组件的定向；例如通过定向传感器或磁推力单元定向。)体内装置可包括定向传感器，以利于通过感测由定位信号系统产生的定位磁场来确定体内装置的空间定向。体内装置也可包括磁推力单元(MTU)，其将磁推力连同或与由磁操纵系统产生的操纵磁场一起施加至体内装置，其中磁操纵系统可被配置成产生磁场使得磁力可在重合于体内装置的(感测)定向的方向上被施加至MTU，从而被施加至体内装置。MTU可被设置在体内装置的一端(例如在MTE中)，有可能远离体内装置的质量中心，或设置在或大致设置在质量中心。MTU可被配置和设置在体内装置中有利于在重合于体内装置的空间定向的方向施加磁推力的位置。在一些实施例中，包括在体内装置中的定向传感器可包括电磁场感应线圈。在其他实施例中，定向传感器可包括两个电磁场感测线圈，或两个以上的电磁场感测线圈。在一些实施例中，磁推力的大小和/或时间段可取决于可选自由以下组成的组中的一个参数或多个参数(例如，两个参数)：体内装置的定向、体内装置的位置和体内装置的速度。

在一些实施例中，提供一种用于通过GI道导航体内装置的方法，其中体内装置可包括磁推力端和与磁推力端相对和分隔开的可操纵头，磁推力端可包括磁推力单元，方法可包括(i)确定胃肠道中的体内装置的三维定向；(ii)通过应用磁力周期(“MFC”)移动在胃肠道中的体内装置，MFC可包括时间段，其在此处被称为“磁推力激活(“MFA”)时间段”，在此时间段期间，磁推力(MTF)在磁推力单元(MTU)中被感应，以便在重合于体内装置的确定的定向的方向上移动体内装置。MFC还可包括另一个时间段，在此被称为“定向停留(orientation settling)时间段”，在此时间段期间，没有MTF在MTU中被感应，或只有相对小的MTF在MTU中被感应，以便使体内装置的定向自然地停留在相继的MFA之间。(“自然地停留”是指体内装置被允许自由地通过GI道定向。)可重复或反复进行步骤(i)和(ii)，例如，以进一步或更远地移动GI道中的体内装置。方法可进一步包括将胃肠道中的体内装置的实际速度和参考速度比较，参考速度可以是例如预期的速度或所需速度和根据实际速度和参考速度之(计算的)差来改变MTF的参数。方法进一步包括改变参数以减小实际(计算的)速度和参考速度之差。MTF的参数可选自由磁力的大小和磁力周期的工作周期组成的组。参考速度可依赖于(例如，被选择基于)在胃肠道中体内装置位置或体内装置的定向，或体内装置的位置和定向两者。

附图说明

各种示例性实施例在附图中说明，附图的意图是这些示例不是限制性的。将理解的是，为了说明的简单性和清楚性，以下引用的图中示出的元件不一定是按比例绘制。此外，对被认为合适的地方，可在图中重复参考标号以指示相同、相应或类似的元件。附图中：

图1A和图1B示意性地说明了根据本发明的示例性实施例的用于移动GI道中的体内装置的方法；

图2是根据示例性实施例的体内装置操纵系统的框图；

图3示出了根据示例性实施例的体内成像系统；

图4描绘了根据本发明的实施例的用于导航体内装置的方法；

图5描绘了根据本发明的另一个实施例的用于导航体内装置的方法；

图6描绘了根据本发明的另一个实施例的用于导航体内装置的方法；

图7A和图7B描绘了包括用于感测定位信号的定向传感器的体内装置的示例性印刷电路板(“PCB”)；

图7C示出了带有折叠的/内翻的成像部和圆柱形折叠的定位感测单元的部分地组装的体内成像装置；

图7D示出了带有安装在刚性段的顶部的广度头的图7C中的部分地组装的体内成像装置；

图8示出了根据本发明的一些实施例的示例性时序图；

图9示出了根据本发明的其他实施例的示例性时序图；

图10描绘了根据本发明的实施例的用于对体内装置进行速度相关导航的方法；

图11描绘了根据本发明的另一个实施例的速度相关导航的方法。

具体实施方式

以下描述提供了示例性实施例的各种细节。然而，该描述并不旨在限制权利要求的范围，而是解释本发明的各种原理和实施它的方式。

虽然本发明的实施例不限于此方面，但是利用诸如例如“处理”、“用计算机计算”、“计算”、“确定”、“推断”、“推导”、“建立”、“分析”、“检查”等术语可指计算机的操作和/或处理、计算平台、计算系统或其他电子计算装置，其将表示为物理(例如，电子的)量在计算机的寄存器和/或存储器内的数据操作和/或变换为类似地表示为物理量在计算机的寄存器和/或存储器内的其他数据或可存储执行操作和/或处理的指令的其他信息非暂时存储介质。除非明确说明，在此描述的方法实施例不限制于特定的顺序或序列。另外地，一些描述的方法实施例或其元件可发生或可在同一时间进行。

不受限制的体内装置(例如，胶囊型内窥镜)可通过了解体内装置的空间(3-D)定向或可选的位置在GI道的窄部(例如，特别是在小肠中，有可能在大肠内)中有效地移动，因为窄GI部在体内装置通过它们时将它们的定向强加于体内装置上，因此了解装置的瞬时定向并在那个方向上推它(例如磁性地)保证了装置的简单操纵和导航，减小了与导航相关的危害，危害可与例如体内装置的横向移动相关联。(“窄部”是指具有外围地或大体上外围地包裹体内装置的足够小尺寸的GI部。)在此公开的系统和方法在体内装置包括图像传感器和体内装置不包括图像传感器的两种情况下可以是有效的。另外，使用在此公开的系统和方法能移动体内装置通过长的GI距离(例如，在小肠中)，无需人工干预，因为在此公开的操纵过程可以是全自动的。

体内装置的定向或位置或定位和位置两者可用于确定磁推力(MTF)和/或施加/激活MTF的时间段的大小。例如，当每一次感测的定向，体内装置正在上升时，可增加磁推力以补偿对抗的重力，反之亦然。当装置离开胃进入小肠时，使用例如包括在体内装置中的pH传感器进行的pH测量可用于检测并且施加至MTU的MTF的大小和/或激活时间段可相应地、手动地或自动地被调节或改变。

MTF的大小和/或施加/激活MTF的时间段可根据目标位置或定向(例如，取决于体内装置的当前位置/定向和体内装置的目标位置/定向之差)和/或根据体内装置的速度进行设定。

体内装置的速度也可用于确定磁推力的大小和/或持续时间/时间段。(体内装置的速度可例如利用位置信息来评估)。在一些实施例中，当体内装置移动相对慢(例如，当体内装置应该已经移动或期望移动几厘米时，体内装置移动了几毫米)时，磁推力的大小可例如在接下来的2-4次激活磁力期间被暂时或立即增加，反之亦然，其中“激活”是指磁推力的短时施加或诱导“突发”，例如每一次激活为半秒钟左右。在一些实施例中，磁力的激活可能再次发生在周期(“磁力周期”或“MFC”)中，并且可选地根据工作周期，工作周期可根据体内装置的速度改变。在其他实施例中，当体内装置移动相对慢时，随后磁力周期的工作周期n(n＝1、2、3...)可暂时或立即地被增加以便延长磁推力的时间段，磁推力的大小在那段时间期间可以是恒定地或也被操纵。

一般来说，磁推力端(MTE)可包括可有利于通过利用外部磁场来推动或驱动GI道中的体内装置的磁推力单元(MTU)。体内装置还可具有位于装置的前端、与装置的MTE相对的可操纵端/头(引导端/头)。当装置的头部的一侧碰到GI道的壁时，可操纵头能通过GI壁例如GI道的壁可能偶尔施加至体内装置的反作用力被机械地操纵或引导，其中，GI道的壁可能导致体内装置的定向改变。体内装置可具有可通过装置的MTU和可操纵头的纵轴。

当体内装置在GI道中移动(由于外部磁场和MTU之间的相互作用或蠕动或两种力)时，体内装置的空间定向可能由于碰到GI道的壁或被GI道的壁引导的装置的可操纵头而改变(例如当GI道方向改变时)。体内装置的空间定向可被持续地、连续地或间歇地监控，可产生操纵磁场使得(推动的)磁力的方向总是随着(与体内装置的空间定向重合)体内装置的空间定向，其中(推动的)磁力结合停留在体内装置中的磁推力单元(MTU)产生。以这种方式将磁力施加至体内装置有利于通过利用最小的磁力使装置在GI道中移动(例如，因为不需要产生强迫体内装置改变其定向的磁场，因为这是由GI道的壁自然完成的)。以这种方式将磁力施加至体内装置也可降低潜在的操纵危险，因为例如体内装置可能被强制驱动到GI道的壁的机会低，部分是因为道的壁使装置的可操纵头操纵/转移远离壁，回至GI腔中。另外，使用此处公开的系统和方法可缓解医务人员需要操纵通过约6米长的小肠；系统将自动地这样做。

一般地，此外，与体内装置定位系统一起运行的体内装置能进行以下事情：(i)将数据帧传递至外部接收器(例如，外部数据记录器)(在一些实施例中与外部接收器(例如外部数据记录器)交换数据)，外部接收器可与体内装置一起运行；(ii)感测可通过外部系统产生的定位信号(例如)电磁定位信号；(iii)处理感测的定位信号并且将相应的定位数据(还可选地位置数据)传输至数据记录器。通过或从体内装置传输的定位数据可表示在体内装置中通过定位信号感应的原始信号，因此它必须被外部系统处理以便确定体内装置例如在GI道中的定向(可选的位置)。可替换地，原始(定位)信号可被内部地处理(通过或在体内装置中)，通过或从体内装置传输的得到的定位数据(定向数据或还可选的位置数据)可表示体内装置的定向(以及可选的位置)。此外，外部接收器(例如数据记录器)可被配置成进行以下事情：(i)无线地从体内装置接收数据(例如，图像帧)；和(ii)利用定向信息/数据以产生磁场以便在体内装置的瞬时定向的方向上磁性地推/推动体内装置。

在一些实施例中，产生定位信号的系统可在特定时间传输定位信号并且长达特定持续时间，特定持续时间为体内装置预设(或由体内装置支配的)，因为定位信号只有在体内装置分配或为感测这种类型信号保留的时隙期间要被传输至体内装置。这种类型的同步有助于保证定位信号仅当体内装置准备好接收和处理定位信号时被传输至体内装置。一般地，时隙(在此被称为“感测窗”的时间段)可被分配在每一个工作周期内(例如，在每一个工作周期的传输时段内或在每一个工作周期的空闲时段内)或在根据其体内装置运行的选择的工作周期。感测窗可用于感测来源于外部定位信号源(LSS)的定位信号。

图1A和图1B示意性地示出了根据本发明的示例实施例的用于移动GI道102中的体内装置100的方法。参照图1A，体内装置100可具有两个分隔开的、相对地设置的端或头；磁推力端/头110可包括、包含或具有与其相关联的磁推力单元(“MTU”)120和可操纵或可引导端140。MTU 120可包括永磁体或电磁体，其磁矩M指向重合于或平行于体内装置100的纵轴150的方向。MTU 120可有利于施加磁推力(MTF)122(以推动/驱动GI道中的体内装置100)，磁推力的方向重合于体内装置100的纵轴150。MTF可被在纵轴150的方向上可具有磁梯度的(外部)磁场130感应，从而在包括在MTU 120中的(电)磁体的磁矩M的方向上被感应。(因为(电)磁体的磁矩M和纵轴150平行或重合，在其磁矩M的方向施加至(电)磁体的磁梯度将导致在纵轴150的方向上推动体内装置100的磁力F。)

可操纵端/头或可引导端/头140可以是体内装置100的前端/头。可操纵端/头或可引导端/头140可通过当可操纵/可引导端/头140无意中遇到或以其他方式接触GI道的壁时GI道的壁(102)可偶尔地施加在其上的反作用力在空间上被操纵或引导(例如，其定向如所示在160处被迫关于装置100的质量中心152改变)(因此术语“可操纵端/头”，或“可引导端/头”)。体内装置100可被配置为使得质量中心(152)被插在磁推力端/头110和可操纵/可引导端/头140之间，以促进同时/当磁(推)力120正在推动/驱动体内装置100时通过GI道的壁(102)容易操纵/引导端/头140(施加至体内装置的磁推力被施加使得装置的导航可通过将装置的可引导端/头操纵的GI道进行。)

体内装置100可包括用于例如对GI系统成像的成像器和用于照亮通过成像器成像的地点的光源142。体内装置100可具有可通过装置的磁推力单元120和可操纵头140的纵轴150。磁场130可配置；例如，它的磁性参数可被设计为使得与磁推力单元(MTU)120的交互作用总是导致方向重合于例如处于与纵轴150相同的方向(例如指向纵轴150的方向)的磁力。(具有相同空间方向或指向同一方向或沿同一向量；例如，它们可以重合的磁力122和纵轴150被示于图1A。)当处于任何原因，可操纵头140改变(它被引导到另一个)方向(它例如向上或向下移动或被迫向上或向下移动，如在160处所示)时，磁力122也是如此以便保持以下两个定向/方向之间的空间对准——磁力的定向/方向和装置的定向/方向。(改变磁力122的定向/方向可通过控制磁场130的磁参数来实时地实现。)MTU 120可被配置并设置体内装置100中，磁场130可被配置为使得它们共同地产生磁推力(例如，磁力122)，其空间方向匹配如可通过例如其纵轴150限定的体内装置100的定向的方向。

一般地，体内装置的定向和磁力可关系到或表明体内装置和磁力被操纵或可能相对于一些参考系指向空间的方式。例如，体内装置100的空间方向(如例如由纵轴150限定或表明的)以及表示磁力122的矢量的空间方向可例如相对于参考坐标系统，例如相对于在112示出的X-Y-Z坐标系统来确定。(体内装置的三维(3-D)定向和磁力的矢量的3-D定向可以其他方式例如相对于其他坐标来限定。任何定向限定方法当它可用于将磁力的向量与体内装置的定向空间对齐时是合适的。)

图1B示意性地说明了在GI道102中五个不同位置处的体内装置100。(假设体内装置100在方向104上在GI道102中移动。)首先，磁力F1在GI道102的壁在方向D1引导其可操纵/可引导端/头140时将体内装置100推动、推进或驱动向右侧(104)。当体内装置100到达(或撞到)GI道102的弯曲部106时，GI道的弯曲壁102通过施加充当操纵力矩的反作用力开始向下推可操纵/可引导端/头140。由于向下推可操纵/可引导端/头140的操纵力矩，作为整体的体内装置100的定向可改变至方向D2，磁推力F2的方向也跟着做(适应或跟随体内装置的新定向D2)。随着反作用力仍然通过GI道102的壁区108施加在可操纵/可引导端/头140同时磁推力F2作用，体内装置100的空间定向继续平稳地或逐渐地从定向/方向D2变为定向/方向D3，然后从定向/方向D3变为定向/方向D4，磁推力的定向/方向也跟随；也就是说，从磁推力F2变为磁推力F3的磁推力追随或照做或跟随定向/方向D3，然后从磁推力F3变为磁推力F4的磁推力追随或照做或跟随体内装置100的定向/方向D4。即当体内装置100的定向例如由于通过GI道102的转弯壁106施加的操纵扭矩改变时，推动或驱动体内装置100的磁推力的定向/方向也可改变以跟随或匹配体内装置100的空间(3-D)定向/方向。

当体内装置在弯曲的GI道(例如GI道的一部分具有扭转/转弯)的相对窄部分/段中移动时，体内装置的定向(如确定/感测的)可靠地表示或体现GI部分/段的“本地”定向。因此，在重合于体内装置的定向的方向上推动或驱动在每一个特定GI部分中的具有与特定GI部分的方向匹配的方向的体内装置，确保GI道中的体内装置在每一个GI部分中的稳定过渡以及从一个GI部分到另一个GI部分的过渡。

当诸如磁场130(图1A)的磁场被生成以产生感应或产生磁力F1所需的磁场梯度，磁场也可应用至磁体(因此至体内装置100)的扭矩T，扭矩的大小是磁场强度(B)、磁矩(M)和Sin(θ)的函数，其中θ是B和M之间的角度。当B和M平行/重合(这意味着T＝0)时；即他们指向相同的方向，例如指向体内装置100的纵轴150的方向，这意味着在其纵轴(150)推动/驱动体内装置100的磁力也将体内装置100稳定在这个方向上。(换言之，推动/驱动磁力也将稳定扭矩施加至磁体，因此施加至体内装置，其趋向于或起作用以保持体内装置的方向。)因此，当体内装置达到转弯106时，假设推力/驱动力被连续地施加在相同方向(例如方向D1)，通过GI道102的转动壁106施加的转动力矩可必须大于通过推动/驱动磁场施加的稳定扭矩以便实现转动(以改变跟随GI弯曲的定向)。这个问题可通过例如将推动/驱动磁力施加处在“推动-停留(T&S)”模式的脉冲来解决或缓解。推动-停留模式可包括或涉及推动/驱动磁场的突然产生，其中每一个推动/驱动磁场突发使体内装置立即加速并且让体内装置的定向停留(例如让其仅通过GI道改变)在每两个连续的推动/驱动磁场突发之间。这个问题也可通过例如操纵推动磁场的强度来解决。例如，可选择推动磁场的强度使得推动磁场的稳定效果(由其引起反向稳定扭矩)减小至非干扰值/非干扰水平。

一些研究(体内/离体动物试验)表明，移动小肠中的体内装置所需的力被粗略估计约在20-40克力的范围内。其他研究表明，移动小肠中的体内装置需要15-20克力的最小力范围。一般地，移动内容物，丸剂或体内装置所需的力取决于各种因素，其中有许多诸如内容物/装置的尺寸、形状和表面特性、肠的直径、体内装置的速度、相对于重力方向/力的肠段定向、肠道的肌肉的强直性等是统计的。例如，当体内装置在大的肠直径的相对“宽松”环境中移动时，肠的肌肉是无力的/弱的(其强直性低)，体内装置在重力方向上下降，小的磁力(例如5克力)会足以移动体内装置。

图2是根据示例实施例的体内装置操纵系统200的框图。体内系统200可包括体内装置210、数据记录器220、定位信号系统/源(“LSS”)230和在此处被称为磁操纵单元(“MMU”)的磁场发生系统240。体内装置210可被配置以感测体内的物理参数。温度、pH值、压力和阻抗是示例性的物理参数。体内装置210可感测其它物理参数和/或能够执行各种体内外科手术。体内装置210可在体内捕捉(例如GI系统)的图像(例如，拍摄照片)。体内装置210可包括传输器，其用于将数据传输至例如数据记录器220，其为与感测的物理参数相关的和/或与捕获的图像相关或表示捕获的图像。体内装置210可传输“帧”形式的数据，其中每一帧可包括任何类型的数据，例如与捕获的图像相关的图像数据。LSS 230可产生在此被称为“定位信号”的电磁场以促进确定体内装置210的定向或可选的位置。MMU 240可产生在此被称为“操纵信号”的磁场以促进操纵体内装置210。体内装置210、LSS 230和MMU 240可彼此同步地协调结合起来使得没有一个系统被任何其他系统干扰，LSS 230在体内装置210准备感测和处理它们时的时间产生定位信号。

体内装置210也可包括定位感测单元(“LSU”)212，其用于感测由外部定位系统，例如定位信号源(LSS)230产生的定位信号。LSU 212可包括定向传感器(212A)，其有利于确定或计算体内装置210的空间定向和可选的位置传感器(212B)，其有利于确定或计算体内装置210的空间定向。LSU 212可包括用于感测电磁场的一个电磁感测线圈或另一个电磁场检测器或一个以上(例如两个或三个)的电磁感测线圈或其他电磁场检测器。电磁场检测器可以是相互垂直的。LSU 212的每一个电磁感测线圈或电磁检测器可以在不同方向和/或不同定向上感测电磁场，例如LSU 212的一个线圈可在“X”方向或定向上感测电磁场的分量，另一个线圈可用于在“Y”方向或定向上感测磁场分量等。通过LSS 230产生的每一个定位信号可感应电动势(“EMF”)信号，EMF信号在LSU 212的电磁感测线圈被感应或通过LSU 212的电磁感测线圈感测，体内装置210的瞬时定向和可选的瞬时位置可基于通过LSU 212的感测线圈感测的EMF信号确定、计算或推断。体内装置210还可包括计时单元214，其用于安排感测窗的时间细节(例如，开始时间和持续时间)，在感测窗期间，LSU 212可被激活，可测量在LSU 212中感应的或由LSU 212感测的EMF信号。LSU 212可充当(例如仅包括)位置传感器或(例如仅包括)定向传感器或定向和位置传感器(例如包括两个传感器)。例如，LSU 212有时可充当位置传感器，在其他时间充当定向传感器。体内装置210也可包括磁推力单元(“MTU”)213以促进体内装置210的磁推力。MTU 213可设置在离开体内装置210的质量中心的体内装置210的一端(此端在此被称为“推力端”)。

数据记录器220可包括接收器222、数据存储单元(在图2中未示出)、处理器224和定位数据单元(“LDU”)226。接收器222可从体内装置210接收(216)数据帧。数据记录器220还可包括传输器(在图2中未示出)，其用于将命令和/或数据传输(218)至体内装置210。例如，数据记录器220可将命令发送至体内装置210，例如以改变操作模式(例如体内装置的成像器的图像捕获速率)或以更新体内装置的参数等。

LDU 226可接收来源于LSU 212的定位数据，处理数据以确定体内装置210的定向或可选的位置，在一些实施例中，向MMU 240输出(229)表示装置的定向(在一些实施例中，也输出装置的位置)的定位数据。MMU 240可产生移动体内装置210的磁场(242)，并且可根据通过LDU226传送至它(229)、作为定位数据的一部分的体内装置的定向数据设置磁场的磁特性。即，MMU 240可产生磁场(242)使得磁场结合体内装置的磁推力单元在与体内装置的空间定向(大体上)相同的方向上感应磁力。MMU 240可被配置以连续地或间歇地产生磁场同时说明体内装置210的瞬时定向的变化。

可替代地，处理器224可处理定位信号、识别体内装置210的瞬时空间定向以及将“运动”信号或指令输出(246)至MMU 240以产生对应于体内装置210的瞬时空间定向的磁场。

处理器224可例如通过通信线缆或无线地将同步信号传递(228)至LSS 130。同步信号228可使LSS 230正确地测定产生或生产一个或多个定位信号(磁场形式的)的时间。例如，LSS 230可在由同步信号228设定的、支配的或符合的时间和持续时间产生磁场232。例如，LSS 230可在时隙或感测窗精确地产生并发送定位信号232，在时隙或感测窗期间，体内装置210利用LSU 212来感测所感应的EMF信号并且分配处理所感应的EMF信号所需的资源。

由于在体内装置的特定工作周期期间或在感测窗期间体内装置210感测所感应的EMF信号，体内装置210可将表示感测的EMF信号的数据嵌入在数据帧中，数据帧在传输期间，例如跟随特定工作周期或感测窗的工作周期或感测窗被传输(例如至数据记录器，例如至数据记录器220)。表示原始EMF信号和这种数据的任何变体、操纵或推导的数据(例如表示体内装置的实际定向或可选的位置的数据)在此被称为“定位数据”和“感测数据”。因此，“定位数据”可以指这样的数据，其通过体内装置例如LSU 212感测并且表示或表明体内装置的定向在一些实施例中体内装置的位置或允许体内装置确定体内装置的定向(和必要时位置)。可替代地，定位数据可以不是利用传输帧的通信信道而是利用单独的通信信道传输。利用单独的通信信道传输定位数据可有利于定位数据的较高传输率，即，每时间单元传输较大量的定位数据。

定位数据单元(LDU)226可包括或使用处理器和可需要的其他组件和单元来从定位数据解释、计算、推导、推断或以其他方式确定体内装置210的定向和可选的位置。在LDU226确定体内装置的定向/位置之后，LDU 226可将对应的定位数据229传递至另一个计算系统。定位数据229可包括表示体内装置210的当前定向或体内装置210的当前位置或体内装置210的当前定向和当前位置两者的数据。另一个计算系统(例如计算系统227)可例如显示定向/位置数据(不管是原始数据还是其处理的版本)和/或它可利用过去或当前的定向/位置数据以显示例如体内装置210的瞬时空间定向和/或作用在体内装置上的瞬时空间定向。体内装置通过的路线或行驶的距离也可被显示。另一个计算系统也可使用定位数据229在对应于或跟随例如通过LSU 212测量的体内装置的空间定向的空间方向上推在GI道中的体内装置210。

LSU 212可以是磁操纵单元(“MSU”)的一部分。(MSU示出在图3中372处。)MSU可包括例如永磁体。MSU的永磁体可以与例如磁场242交互以产生推体内装置的磁推力。MMU 240可例如基于可通过LDU 226提供或输出的定向信号(例如表示定位数据229)来控制驱动或推体内装置110的磁力。MMU 240的操作可与LSS 230的操作同步以便保证在由MMU 240产生的操纵信号242和由LSS 130产生的定位信号232之间不存在时间重叠。这种同步可例如通过数据记录器220(例如通过处理器224)例如基于来源于体内装置210的同步促进数据来产生。MMU 240的操作也可与LSS 230的操作同步以保证MMU 240产生可基于或依赖于或来源于最新定向数据的定向修正信号242。处理器224可将同步信号244和同步信号228分别发送至MMU 240和LSS 230以便在MMU 240、LSS 230和体内装置210之间同步。处理器224可使用嵌入在例如LDU226输出的定位数据中的定向数据229来检测体内装置210的瞬时定向并将移动信号传递(246)至MMU 240，以使MMU 240产生在如下的方向上移动体内装置210的磁场(242)，该方向重合于、匹配或符合如体内装置的纵轴的空间方向限定的体内装置的瞬时空间定向。体内装置210也可包括磁推力单元(“MTU”)213。MTU 231结合磁场242可产生/生成或感应可向前推/驱动体内装置210的磁推力。(“向前”意味着通过体内装置的可操纵/可引导头/端指向的方向。)

图3示出了根据示例实施例的体内成像系统300。虽然图2参考了传输可关联于或包括任何类型传感数据(例如pH数据)的数据帧的体内装置(体内装置210)，但是图3示出了带有作为示例性传感器的成像器的体内装置310，在这种情况下，体内装置310可被称为“体内成像装置”或“体内成像器”，通过或从体内装置310传输的帧可被称为“图像帧”(虽然图像帧也可包括含有定位(例如定向和/或位置)数据/或其它类型传感数据的其他类型数据)。

体内成像系统300可包括体内成像器310、数据记录器320、可以是例如工作站或个人计算机的用户工作站330以及显示器303，显示器303用于显示例如图像和/或从图像产生的视频片段或运动图像流以及用于显示体内装置的空间定向(在一些实施例中还为位置)等。(作用在体内装置310上的推力的空间定向和大小也可被显示在显示器303上。)

体内成像装置可具有一个或多个成像器。以举例的方式，体内成像器310包括一个成像器(例如成像器312)(也可使用除一个或两个之外数量的成像器)。体内成像器310还可包括用于照亮待成像的GI段的光源/照明源314、用于产生用于捕获的图像的图像帧的帧发生器(frame generator)320、控制器306、用于存储数据的存储单元340、用于传输图像帧和可选地从数据记录器320接收数据和/或命令的传输器或收发器350以及为这些组件和电路供电的电源301。电源301可包括带有电路的电荷存储装置(例如，是否可再充电的一个或多个电池)，其共同地促进电功率通过电磁感应从外部电源传递至体内装置的传递。

传输器350可在体内装置310的工作周期内将数据帧发送至接收器(例如数据记录器320)。控制器360可在工作周期内被配置以操作LSU302在相同工作周期或随后工作周期期间感测定位信号、传输表示感测的定位信号的数据。工作周期可以是重复的时间段，在此时间段期间，特定操作可发生，例如在工作周期的子部分期间。LSU 302可包括与定向传感器212A相似的定向传感器和可选的与位置传感器212B相似的位置传感器，因此它可以与LSU 212相似的方式起作用。

体内成像器310可包括位置和操纵电路372。LSU 372可包括用于感测例如通过图2的LSS 230产生的定位信号的LSU 302。LSU 372也可包括磁体推力单元(MTU)311，其例如通过与磁场的相互作用，以促进体内成像器310的推动/驱动，磁场可通过与图2的MMU 240相似的操纵系统产生。表示或来源于在LSU 302中感应的EMF信号的数据可通过将数据嵌入在图像帧中和/或通过利用可专用于(例如被选择以)传递这种数据的帧被例如传输至数据记录器320。

在成像装置310被吞下或以其他方式插入时或之后不久或一些预定的延迟(例如2分钟)之后，成像器312可开始捕获GI系统的区域的图像。通常，成像器312的曝光时间为2-3毫秒，虽然这根据应用可能会改变。成像器312可包括图像传感器，其可以是或包括诸如256×256、320x320、1百万像素的光传感器元件(例如，像素)的阵列或任何其他合适的阵列。成像器312通过利用对应于使用的像素的像素格式输出图像数据313。图像数据可表示例如捕获的图像和可选的其附加选定部分，例如抽取的图像。

帧发生器320可接收表示捕获的图像的图像数据313并产生包含图像数据313的对应图像帧(简称“帧”)。帧通常包括含有与帧本身相关的信息和/或元数据的标题字段(例如识别帧的信息、帧的序列号、时间帧、帧的比特单位长度等)和有效负载字段(payloadfield)。有效负载可包括图像数据的未压缩版本和/或它们的压缩版本和抽取的图像。有效负载还可包括额外的信息，例如与LSU 302的感测线圈或其他电磁场检测器的输出信号相关的信息。

控制器360能可控地操作照亮体内成像器310横跨的区域的照明源/光源314并相应地安排图像捕获时间。控制器360可使用可存储在存储单元340中的时间细节来计时例如每秒照亮四次(或更快)的照明源314的操作以能够每秒捕获四个图像(或四个以上图像)，计时收发器350的操作以同时以相同速率或不同速率传输相应的帧。控制器360可操作照明源314每秒捕获更多的图像，例如每秒十七个图像，操作收发器350同时以相同速率或不同速率传输相应的帧。控制器360可将捕获的图像和相关的图像帧临时存储在数据存储单元340中。控制器360还可执行各种计算并将中间计算结果存储在数据存储单元340中。控制器360还可计时LSU 302的操作(例如，从LSU 302读出，体内成像器310的定向，在一些实施例中位置也可例如通过控制器360内部地或通过外部系统例如通过数据记录器320推导。)控制器360还可计时定位数据(例如感测线圈读出和/或其操纵版本)在相应帧例如在感测线圈的输出被阅读之后例如立即待传输的帧中的写入(例如，加入、附加或以其他方式嵌入)。在帧发生器320产生用于当前捕获的图像的帧和将定位数据嵌入帧之后，控制器360可使用收发器350无线地将帧传递342至数据记录器320。其待成像的GI系统的人可穿上数据记录器320。通过执行软件或指令的控制器360可进行由帧发生器320执行的步骤和体内装置310中其他功能，因此可用作这个/这些单元。

数据记录器320可包括接收器或收发器222、帧解析器370和用于管理它们的处理器224。数据记录器320可包括附加组件(例如USB接口、安全数字(“SD”)卡驱动器/接口、控制器等)，用于与处理和/或显示系统进行通信(例如传送数据帧、数据交换等)的元件或单元，处理和/或显示系统可被配置以处理源自体内成像器210的图像和定位数据以及相关数据。收发器222可接收对应于特定捕获的图像的数据帧，帧解析器370可解析数据帧以提取包含在其中的各种数据(例如，图像数据、以特定捕获的图像相关的抽取的图像、定位数据等)。在一些实施例中，在此被称为“定位帧”的一些数据帧专用于包含和仅或主要地传递定位数据。定位帧可例如包括定位数据(例如仅定向数据或仅位置数据或两种类型数据)而不是图像数据。利用除包括定位数据的图像帧之外的定位帧能以可高于图像捕获速率的速率读取定位数据(例如LSU 302的输出)。例如，n个(n是整数)定位帧可插入(例如，以时间序列“插入”之间)，例如，图像帧之间以与其形成帧流。

LDU 326可以与图2的LDU 226相同的方式运行。LDU 326可从帧解析器370接收定位数据，从其提取与体内装置210的瞬时空间定向相关的定向信息并将定向信息输出(328)至定向到电磁场转换器(“OEMC”)380。OEMC 380可接收定向信息并将控制信号输出为定向信息的函数或响应于定向信息。例如，OEMC 380可使用定向信息来计算用于产生操纵磁场的磁操纵系统的磁参数(例如磁梯度)使得当结合MTU 311产生磁场时，磁场将产生用于感应磁推力的磁梯度，磁推力的空间定向与体内装置的空间(3-D)定向重合。然后，OEMC 380可将控制信号输出(382)至磁操纵系统。OEMC 380可被视为将定向信息转化为控制信号，控制信号控制产生操纵磁场的磁操纵系统。

数据记录器320可将控制信号(382)传递至与图2的MMU 240相似的磁操纵单元或传递至相似磁操纵系统，以便使磁操纵系统生成磁场以便产生或感应在体内装置的空间定向的方向上推、推动或驱动体内装置所需的磁推力。OEMC 380可以是单独的子系统或电路或者它可被集成至LDU 328中。处理器224可通过执行软件或指令进行由LDU 326和OEMC380的任何一个执行的步骤和数据记录器320中的其他功能，因此可用作些单元。处理器224和305的一个或两个可被配置以通过例如执行例如存储器中的软件或指令执行本发明的所有或部分实施例。

用户工作站330可包括显示器或在功能上连接至一个或多个外部显示器，例如显示器303。工作站330可从数据记录器320接收帧(例如图像帧、定位帧等)、图像和/或定向信息并将他们实时地呈现为实时例如视频或产生也包含位置和定向信息的视频流，位置和定向信息可在例如显示器303上显示。工作站330可包括存储器(例如存储器304)，其用于存储从数据记录器320传递的帧和定向信息和可能的相关元数据、处理器(例如处理器305)，其用于处理存储的帧和其他数据。工作站330可将选择的图像或从这种图像汇编的视频片段(例如，移动的图像流)和定向信息显示给例如人工操作员、保健人员、医师等，其中定向信息涉及或表示体内装置的瞬时定向和/或作用在体内装置的MTU 311上的磁推力的瞬时空间方向。

图4描绘了根据本发明实施例的通过GI道用于导航体内装置的方法。(假设体内装置已经被受试者吞下。)方法可适用于包括磁推力端和可操纵/可引导端/头的体内装置，可操纵/可引导端/头与磁推力端相对(例如沿体内装置的纵轴)、与磁推力端分隔开并且是通过胃肠道的壁可操纵，磁推力端包括磁推力单元。“分隔开”是指一个端(例如磁推力端)在体内装置的质量中心(例如图1A的质量中心152)的一侧上或位于体内装置的质量中心的一侧，另一端(例如磁推力端)在体内装置的质量中心(例如图1A的质量中心152)的另一侧上或位于体内装置的质量中心的另一侧。

在步骤410处，例如可在利用与图2的LSU 212相似的LSU或图3的LSU 302(例如通过包括在LSU中的定向传感器，例如通过定向传感器212A)感测定位信号(其可通过与图2的LSS 230相似的系统产生的)之后确定在受试者的GI道(例如图1的GI 102)中的体内装置(例如图1的体内装置100)的空间定向(三维(3-D)定向)。(可使用确定体内装置的定向的其他方法。例如，一个这种方法可不需要被包括在体内装置中的电磁检测器。)在步骤420处，体内装置可通过施加磁力周期在GI道中移动，磁力周期可包括时间段，在该时间段期间，磁推力可被施加至(感应在)磁推力单元中以便或以在重合于体内装置的确定的定向的方向上移动体内装置。可重复(430)步骤410和步骤420以便进一步移动体内装置或将体内装置移动得更远。

将磁推力施加至磁推力单元可与确定体内装置的定向并行。确定体内装置的定向和应用磁推力可在不同时间进行。体内装置的定向每秒可被确定n次。当一系列磁推力激活被施加至磁推力单元时，体内装置的定向在相继磁推力激活之间可被确定n次。磁推力可在相继确定体内装置的定向之间被恒定地或连续地施加至磁推力单元。磁推力可在相继确定体内装置的定向之间被间歇地施加至磁推力单元n次。

图5描绘了根据本发明另一个实施例的用于导航体内装置的方法。(假设体内装置已经被病人吞下。)在步骤510处，体内装置可使用定向传感器(例如定向传感器212A)以感测定位信号，从定位信号体内装置的至少空间定向在步骤520，可内部地(通过体内装置)或通过外部系统计算或推断；例如数据记录器，体内装置可将感测的定位信号传递至数据记录器。感测定位信号可利用例如图2的LSU 212或图3的LSU 302实施。从感测的信号确定、计算或推断/推导GI道中体内装置的定向可例如通过图2和图3的处理器224或图3的处理器360进行。

在步骤530处，磁场的磁特性可基于确定的、计算的或推断/推导的体内装置的空间定向来计算，使得在体内装置的磁推力单元(MTU)中感应的或与体内装置的磁推力单元(MTU)共同地产生的或由体内装置使用的磁推力可在重合于确定的、计算的或推断/推导的体内装置的空间定向的方向上被施加至体内装置。在步骤540处，磁场可利用计算的磁特性产生以将磁力施加至MTU，从而施加至体内装置。磁场的磁特性可例如通过处理器224、LDU226、LDU 326和MMU 240中的任一个计算或以其他方式确定。

在步骤550处，体内装置的定向可被复查(再次确定、计算或推断/推导；例如通过执行与步骤510和步骤520相似或相同的步骤)，在步骤560处，检查在步骤550处感测(确定、计算或推断/推导)的空间定向是否表示相对于先前确定、计算或推断/推导的空间定向的体内装置的空间定向的变化。如果不存在体内装置的定向的变化(在步骤560处示为“否”的判定)，则相同的磁推力(例如具有相同定向的力)可用于在相同方向上进一步推/推动体内装置。因此，可再使用或迭代步骤540和步骤550(环路570)。(用于施加、产生或促进磁力的磁场可通过与图2的MMU 240相似的磁系统产生。)然而，如果存在体内装置的定向的变化(在步骤560处示为“是”的判定)，则产生带有符合体内装置的新/更新定向的空间定向的新磁推力。新的磁参数可在步骤530处计算以便产生生成新的力的磁场。每当体内装置的空间定向改变时可重复环路580。此外，相同的磁力可连续地、恒定地或间歇地被施加至体内装置，只要体内装置的定向保持不变。(“相同磁力”是指带有相同定向和可选的带有相同大小的磁力，在一些实施例中，力的大小可被控制；例如单独的或与力的定向/方向有关地或无关地。)在其他实施例中，磁力的大小可取决于磁力的定向。例如，在GI道中上升的体内装置可能需要更强的力以抵消或克服重力。)如经步骤560关于体内装置的定向是否已经改变的判定可例如通过处理器224或控制器360进行。

图6描绘了根据本发明另一个实施例的用于导航体内装置的方法。(假设体内装置已经被受试者吞下。)在步骤610处，可检测GI道中体内装置的空间定向。在步骤620处，磁场的磁参数可基于(根据)检测的定向来计算。

在步骤630处，具有符合检测的装置定向的定向的磁推力可通过产生磁场被施加至体内装置(例如施加至包括在体内装置中的磁推力单元(MTU))，磁场的磁场参数是在步骤620处计算的参数。同时在每次出现后，磁推力可立即或循环地被施加至体内装置，可检查导航结束标准(“NEC”)以便确定磁场发生系统(例如MMU 240)是否应该被带入停止状态或空闲状态，例如让体内装置仅通过自然蠕动被驱动。到达GI道(例如胃)中的特定位置或从参考时间流逝特定时间的量(例如2小时)是导航结束标准的示例。

在步骤640处，在步骤630处将磁推力施加在体内装置上之后，检查是否满足预定的结束标准。如果满足结束标准(这在步骤640处被示为“是”)，则体内装置导航程序可被终止(例如停止/去除磁力)。然而，如果不满足NEC(这在步骤640处被示为“否”)，则体内装置的空间定向在步骤630施加磁力之后被复查。在步骤660处，检查在步骤650处复查的定向是否与先前检测的定向不同(在步骤610处检测的定向)。如果在步骤650处复查的定向与先前检测的定向没有区别(该条件为在步骤660处被示为“否”)，则可使用相同的磁推力。然而，如果步骤650处复查的定向与先前检测的定向不同(该条件为在步骤660处被示为“是”)，则磁场的参数可被重新计算以便在步骤630处在重合于或匹配体内装置的新定向的新方向给予驱动/推动体内装置的MTF(3-D矢量)。

图7A和7B描绘了体内装置的示例性印刷电路板(“PCB”)，其被配置成感测定位信号。(图7A-图7D的体内装置主题也可包括例如与图2的MTU 213或如3的MTU 302相似的MTU，虽然这在图7A-图7D中未示出。)图7A描绘了例如与体内成像装置210相似的示例性交叉状的多层成像和感测印刷电路板(MISP)700。MISP 700可包括一层部分或段，虽然它通常被称为“多层”PCB。MISP 700可以是刚挠性结合的，其意味着其部分、部件或段可以是刚性的而其其他的部分、部件或段可以足够柔性以允许它们被折叠成圆筒状结构。MISP 700可以是全柔性的，这意味着它的所有部分/部件/段是柔性的。举例来说，MISP 700被示出包括彼此“交叉”或相交的两个印刷电路板(“PCB”)支部：成像器段740和定位感测单元(LSU)750。

成像器段740包括至少成像电路760，由于这个原因，段740被称为“成像器段”。成像器段740可包括例如被指示为702、704和706的可以是多层的三个刚性段和被指示为794和796的可以是多层的两个柔性段。柔性段794可连接刚性段/部分704和706或部分地夹在这些段/部分的层之间。段796可连接刚性段702和704或部分地夹在这些段的层之间。段702、704和706的另一侧也可容纳额外的元件和/或组件，如在图7B中描绘。

可包括与成像装置310的成像器312相似的成像器的成像电路760可安装在例如刚性段706上。与体内装置310相似的光源314的照明源也可安装在刚性段706上，例如在770处所示。举例来说，安装在刚性段706上的照明源包括四个光源，其等距离地和环形地设置在刚性段706上。体内装置的其他电子元件(例如，ASIC、控制器、传输器、晶体振荡器、存储器等)可例如安装在段704和/或段702上。

LSU 750包括用于感测(定位)磁场的感测线圈，体内装置的位置和/或定向可通过磁场确定。举例来说，LSU 750包括电磁感测线圈710和电磁感测线圈720。电磁感测线圈710和720被示为是矩形，但它们不必是矩形。两个感测线圈710被统称为感测线圈710，因为这两个感测线圈710可电互连以在功能上形成一个电元件(即，一个感测线圈)。同样地，两个线圈720被统称为感测线圈720，因为两个线圈720可电互连以在功能上形成一个电元件(即，一个感测线圈)。可在功能上是LSU 750的一部分的额外的感测线圈可安装在在刚性段702(额外的感测线圈在730处被示出)上或嵌入、并入、内置于或形成在其中。LSU 750可以是多层以容纳电感增大的感测线圈以增加电磁场感测灵敏度。

柔性多层PCB介质基板708可容纳感测线圈710和720。多层PCB基板708的各PCB层可容纳一些线圈匝数的感测线圈710和/或一些线圈匝数的感测线圈720。LSU 750在图7A和图7B中展开示出。圆柱形折叠LSU 750放置一些匝数的感测线圈710抵靠其它匝数感测线圈720/与其它匝数感测线圈720相对(如图7D所示)使得它们的法线基本上与同一轴线重合(例如X-Y-Z坐标系的“X”轴)，一些匝数的感测线圈720抵靠其它匝感测线圈720/与其相对使得它们的法线基本上与同一轴线重合(例如X-Y-Z坐标系的“Y”轴)。(相对的感测线圈720被隐藏在图7D中，感测线圈720的平面虽然弯曲一点但大体上垂直于感测线圈710的平面。)

图7B示出了MISP 700的另一侧。举例来说，段702容纳天线780以促进体内成像装置和数据记录器或接收器之间的射频(RF)通信，数据记录器或接收器与体内成像装置一起运行；段704和706分别容纳电弹簧790和792。

成像器段740在图7A和图7B中展开示出但是以促进体内装置的组装，其被制作为可折叠的使得其刚性段可以平行的方式被堆叠使得刚性段704和706可在段704和段706的平面的法线与体内成像装置的纵轴重合时的一个或多个电池之间可保持在那儿。当刚性段704、706被折叠时，电弹簧790和792将一个或多个电池固定在适当地方并将它们电连接至成像装置的电路(例如至MISP 700)。图7C示出了带有折叠的/内翻的成像器段740和圆柱形折叠的LSU750的部分地组装的体内成像装置。图7D示出了带有安装在刚性段706的顶部上的光学头762的图7C中的部分地组装的体内装置。

如此处描述的关于体内装置的速度的信息可用作施加推动或驱动GI道中的体内装置的磁推力的基础。施加磁推力可包括磁力大小(依据图8的示例)、或磁力时间段(例如工作周期；例如依据图9的示例)或磁推力时间段和大小两者随时间(例如，横过磁力的后续激活)的变化。由于GI系统的不同区域在某种程度上具有不同的蠕动特性，体内装置被期望以特定的速度或速率在GI道中行进，速度或速率取决于体内装置在GI道中的位置。关于体内装置的预期或期望速度的先验信息可用于控制施加至体内装置的磁推力的大小和/或周期(以便达到或保持预期或期望的速度)。

图8描绘了根据本发明的一些实施例的示例性时序图800。举例来说，时序图800描绘了五个连续磁力周期(“MFC”)，其分别对应于被指示为MFA 810、MFA 820、MFA 830、MFA840和MFA 850的五个磁力激活(“MFA”)。在一些实施例中，每一个MFA可利用在此被称为“磁力周期”(MFC)的相同(激活)周期长度和相同的工作周期发生(每一个MFA 810-850被示出为在相同周期MFC内具有相同时间段T)。举例来说，图8仅描绘了可以为长系列MFC的一部分的五个MFC，其中每一个MFC可包括磁力激活(MFA)时间段(例如MFA 810-850)，在此期间，MTF被施加至体内装置的MTU(被感应在体内装置的MTU中)以推动体内装置以及定向停留时间段(例如定向停留时间段812和822。其他MFC也具有它们各自的定向停留时间段)，在定向停留时间段，没有MTF被施加至MTU(被感应在MTU中)或只有相对低的MTF被施加至MTU(被感应在MTU中)，以便使GI的壁“容易地”重新定向体内装置。在图8中描绘的示例图中，MFA时间段是相同的，定向停留时间段也是。

当体内装置在特定GI区域或部分中的速度小于参考值(体内装置例如比预期或期望移动得更慢)时，磁推力的参数可被可控制地改变以改变其。例如，MFC的大小(示例性MFC的参数)可例如在下一个n磁力激活(MFA)(例如4个激活)期间暂时或立即地增加，当装置的实际速度比参考值/参考速度快时反之亦然；例如，当体内装置比预期或期望移动得更快时。参照图8，存在两个初始的或基本的磁力激活(MFA)810和820，每一个都具有初始或基本大小M1，其可以是相对低(例如小于或等于20克力)和相同的持续时间(T)。(假设在时刻t1确定体内装置的速度低于预期或期望。)在时刻t1(但是稍后但是在随后MFA之前；例如，在MFA 830到期前)，MFA可能可控地制改变(例如通过与图2的处理器224相似的处理器或图3的控制器360)使得其大小(例如MFA830的大小)为M2(M2>M1)。

在时间t2和t3之间的下一个MFC或MFA(例如MFA 840)，MFA 840的大小在一些实施例中可保持在水平M2或在其他实施例中，它可以更高，如在水平M3或改变至水平M3(M3>M2>M1)。具有高于初始水平/值或基本水平/值(例如M1)的大小的MFA可被保持直到体内装置的速度增加至预期值或期望值/该预期值或期望值。例如，如果在时间t3(例如)采取的纠正措施(利用具有增加的大小的磁力)被证明有帮助，则可确定在随后MFA(例如MFA 850)期间待施加的磁力的大小应该重新开始初始或基本的大小M1。(如果事实证明体内装置的速度高于预期或期望，以上描述的控制过程可颠倒；例如，在一个或多个MFC期间的磁力的大小可被设定为低于M1的值或为零；例如，它可被移除、停止或整体无效)如在图8中所示和在此描述的，工作周期被保持在每一个MFC中。增大和减小磁力的大小可以是逐渐的或分步的(逐步)。MTF值可越过后续的MFA被线性地、逐渐地或分步地(逐步)改变、调节或修改(增加或减少)，递增(或根据情况可以递减)斜率或步长可以是速度误差(例如体内装置的实际速度与预期或期望速度的偏差)的函数。

与图3的处理器224相似的处理器或与图3的控制器360相似的控制器可确定磁力的大小在特定或一些磁力激活(MFA)期间是否应该被改变，如果它应该改变为哪些值并且使用哪些斜率或步长。可替代地，与MMU 240相似的磁操纵单元可采用上述的确定。

由通过推动磁场产生/生成的稳定扭矩的稳定效果引起的问题可通过通过例如使用推动-停留模式将推动/驱动磁力施加至如在802处示出的脉冲中来解决或缓解，推动-停留模式可包括立即推动体内装置，然后让装置定向停留，然后再次立即推动体内装置，以此类推。例如，在第一MFC期间，磁力的激活810被限制至时间段T，然后磁力失活长达时间段812(“停留时间”)，在时间段812期间，稳定扭矩可被无效或最小化以便能使体内装置的定向仅通过GI道的壁施加的转动扭矩自由地改变。(即，无效化或最小化稳定扭矩使得装置的可引导端/头被GI的壁容易地引导/操纵。)然后，在第二MFC期间，磁力的激活820(在该示例中其还)被限制至时间段T，然后磁力失活长达时间段822(“停留时间”)，在时间段822期间，稳定扭矩可被无效或最小化以便能使体内装置的定向仅通过GI道的壁运用的转动扭矩自由地改变，以此类推，让体内装置的定向停留(例如定向仅由GI道的壁加强)在推动/驱动磁力的每两个连续激活(脉冲/爆发期(burst))之间。

图9描绘了根据本发明的其他实施例的时序图900。如果在特定GI区域或部分中的体内装置的速度低于参考值(体内装置例如比预期或期望移动得慢)，则MTF的参数能被可控制地改变以改变其。例如，MFC的工作周期(示例性MFC的参数)可例如在下一个n磁力激活(MFA)(例如5个激活)期间暂时或立即地增加，并且当装置的实际速度比参考值/参考速度高时反之亦然；例如，当体内装置比预期或期望移动得快时。举例来说，时序图900示出了五个MFC(MFC-1、MFC-2、MFC-3、MFC-4、MFC-5)，其分别对应于被指示为MFA 910、MFA 920、MFA930、MFA 940和MFA 950的五个磁力激活(“MFA”)。在一些实施例中，每个MFA利用相同的磁力周期(MFC)和恒定大小(M)发生。在其它实施例中，磁推力的大小可除工作周期改变之外而改变。示出了具有体现不同工作周期的不同时间段(临时宽度)的一些MFA 910-950。举例来说，图9仅描绘了可以是长系列MFC的一部分的五个MFC，其中每个MFC可包括：磁力激活(MFA)时间段(例如MFA 910-950)，在该磁力激活时间段，MTF被施加至体内装置的MTU(被感应在MTU中)以推动体内装置；以及定向停留时间段(例如定向停留时间段912、922和932。其他MFC也具有它们各自的定向停留时间段)，在该定向停留时间段期间，没有MTF被施加至MTU(被感应在MTU中)或只有相对低的MTF被施加至MTU(被感应在MTU中)，以便使GI的壁容易地重新定向体内装置。在图9中描绘的示例图中，MFA时间段可跨过MFC而变化，如定向停留时间段。

图9描绘了带有各个磁力激活(MFA)910和920的两个初始或基本磁力周期(MFC-1和MFC-2)，磁力激活(MFA)910和920可具有可以例如小于或等于20克力的相同的初始或基本大小M。具有初始或基本大小M的磁力可与体内装置的预期或期望的速度相关联。另外，MFA 910和920可具有相同的初始或基本工作周期，初始或基本工作周期具有相同持续时间(T1)。假设通过时间t1确定体内装置的速度低于预期值或期望值。因此，可决定增加后续的MFA(例如MFA 930)的工作周期，比如说，从在MFC-1和MFC-2(T1/(T1+T0)≈30％)中的约30％增大至在MFC-3(T2>T1)中的约50％。如果增加MFC-3中的工作周期不增大或根本不增大体内装置的速度(例如至预期或期望值)，则工作周期可被进一步增加至例如在随后MFC(例如，MFC-4，T3>T2>T1)中的约60％，然后(如果仍然需要)则增加至例如在随后MFC(例如MFC-5，T4>T3>T2>T1)的约90％等。当速度被增大至是预期值或期望值的指定值时，相继MFC的工作周期可被减小回至例如与MFC-1和MFC-2的情况一样的初始或基本值。增加和减小磁力周期的工作周期可以是逐渐的或分步的(逐步)。

与图3的处理器224相似的处理器和与图3的控制器360相似的控制器可确定用于特定或一些磁力激活(MFA)的磁力周期(MFC)的工作周期是否应该被改变，如果它应该，则确定改变为什么值并且使用哪个斜率或步长。可替代地，与MMU 240相似的磁操纵单元可采用上述的确定。

一些实施例可包括改变或操纵跨越相继MFC的磁力的大小以及至少一些MFC的工作周期。例如，可(通过与图3的处理器224相似的处理器和与图3的控制器360相似的控制器)确定在特定MFC期间磁力的大小应被改变(增大或减小)，并且特定MFC的工作周期也应被改变/变化(增大或减小)。增大磁力的大小且同时延长时间长度，在需要快速响应的情况下是有益的；例如体内装置的速度非常低，需要快速达到较高的速度，其中在该时间长度期间大小是受影响的(也增加相关的工作周期)。(反作用可通过同时减小磁力的大小和工作周期获得。)磁(推)力的持续时间或时间段(例如MFC的工作周期)可横跨后续的MFA被线性地、逐渐地或分步地(逐步)改变、调节或修改(增加或减少)，增大的(或视情况可以减小的)斜率或步长可以是速度误差(例如体内装置的实际速度与预期速度或期望速度的偏差)的函数。

图10描绘了根据本发明的实施例的用于对体内装置的速度相关导航的方法。在步骤1010处，第一力模式可在体内装置处于或移动通过或前进通过GI道的一些部分或区域，例如通过小肠时被应用至体内装置。第一力模式可以是初始的或基本的操作模式，在此期间施加至体内装置的磁力可具有“中等”大小(例如约20gr左右)，其可足以以期望或预期速度巧妙地或平稳地移动体内装置，期望或预期速度可取决于例如体内装置处于的GI区域。

在步骤1020处，体内装置的速度可从例如在体内装置移动通过GI道时可收集的位置信息计算，在步骤1030处，检查计算的速度是否是预期速度或期望速度。如果确定计算的速度是预期或期望速度(在步骤1030处，条件被示为“是”)，则仍然可使用相同(第一)力模式(例如可重复步骤1010)。然而，如果确定计算的速度既不是预期速度也不是期望速度(在步骤1030处，条件被示为“否”)，则第二力模式可按照步骤1040可操作地代替第一力模式。第二力模式的特性可基于计算的速度是否大于或小于预期速度或期望速度来设定。例如，磁力的大小和/或磁力周期(MFC)的工作周期可例如结合图8和9的描述而操纵。

在步骤1050处，检查由于应用第二力模式，体内装置的预期速度或期望速度是否重新获得(在可接受范围或差异)。如果装置的预期速度或期望速度被重新获得(在步骤1050处，条件被示为“是”)，则仍然可使用相同(第一)力模式(例如可重复步骤1010)。然而，如果确定计算的速度既不是预期速度也不是期望速度(在步骤1050处，条件被示为“否”)，则可在步骤1060处检查停止准则。如果不满足停止准则(在步骤1060处条件被示为“否”)，则第二力模式可能仍为活动的(例如可重复步骤1040)，因为它可进行一些迭代(1042)以重新获得预期速度或期望速度。然而，如果满足停止准则(在步骤1060处，条件被示为“是”)，则这可能意味着体内装置可以是静止的或者第二力模式不适合重新获得预期速度或期望速度。因此，在步骤1070处，警报可听觉地或视觉地或听觉地和视觉地两者呈现给用户，在步骤1080处同时向用户显示实时图像，因此用户可评估体内装置在GI系统中的位置以及体内装置还未重新获得预期速度或期望速度的原因。用户可基于例如被显示给他/她的图像(或基于系统可提供给他/她的其他或附加信息)(通过使用用户输入装置)激活或触发第三力模式(例如紧急力模式)以试图更强有力地移动体内装置。当体内装置使其通过GI系统时，通过系统(例如通过图2的数据记录器220或图3的数据记录器320)收集的位置和定向数据可被印上时间戳记、登记/保存，因此登记装置的整个路径。这种数据在需要以相同路径向后移动体内装置的情况下可能是有益的。体内装置的路径也可被显示例如在图3的显示器303上。

图11描绘了根据本发明的实施例的用于体内装置的速度相关导航的方法。在步骤1110处，第一力模式可在体内装置处于或移动通过或前进通过GI道的一些部分或区域例如通过小肠时被应用至体内装置。第一力模式可以是初始的或基本的操作模式，在此期间应用至体内装置的磁力可具有“中等”或“基本”大小(例如约20gr力左右)以及中等或基本的工作周期，其可足以以期望速度巧妙地或稳定地移动体内装置，期望速度可能取决于例如体内装置处于的GI区域。

在步骤1120处，体内装置的速度可例如从在体内装置移动通过GI道时可收集的位置信息计算，在步骤1130处，检查计算的速度是否是预期速度或期望速度。如果确定计算的速度是预期或期望速度(在步骤1130处，条件被示为“是”)，则仍然可使用相同(第一)力模式(例如可重复步骤1110)。然而，如果确定计算的速度既不是预期速度也不是期望速度(在步骤1130处，条件被示为“否”)，则在步骤1140处检查是否满足“停止”条件。如果不满足“停止”条件(在步骤1140处条件被示为“否”)，则第二力模式可按照步骤1150可操作地代替第一力模式。第二力模式的特性可基于计算的速度是否大于或小于预期速度或期望速度来设定。例如，磁力的大小和/或磁力周期(MFC)的工作周期可例如结合图8和9的描述被操纵，以便在它太高时减小速度或在它太低时增大速度。

在应用第二力模式较短时间(例如半秒)后，可在步骤1120处重新计算体内装置的(实际)速度，在步骤1130处再检查，依次类推。每当计算的速度偏离预期速度或期望速度时，可重复环路1180。每当计算的速度是在可接受范围内的预期速度或期望速度时，可重复环路1190。

如果满足“停止”条件(在步骤1140处满足的条件被示为“是”)，则这可能意味着体内装置可以是静止的或者第二力模式不适合重新获得预期速度或期望速度。因此，在步骤1160处警报可听觉地或视觉地或听觉地和视觉地两者呈现给用户，在步骤1170处向用户显示实时图像使得用户可评估体内装置在GI系统中的位置以及体内装置还未重新获得预期速度或期望速度的原因。用户可基于例如被显示给他/她的图像(或基于系统例如系统200或300可提供给他/她的其他或附加信息)(通过使用用户输入装置)激活或触发第三力模式(例如紧急力模式)以试图更强有力地移动体内装置。

当体内装置使其通过GI系统时，通过系统(例如通过图2的数据记录器220或图3的数据记录器320)收集的位置和定向数据可被印上时间戳记、登记/保存，因此登记装置的整个路径。这种数据在需要以相同路径向后移动体内装置的情况下可能是有益的。体内装置的路径也可被显示例如在图3的显示器303上。

例如结合图9和10描述的方法可与体内装置一起使用，体内装置可包括或包含磁推力端(例如图1A的磁推力端110)和与磁推力端相对且分隔开的可操纵头(例如图1A的可操纵端/头140)，磁推力端可包括磁推力单元(例如图1A的磁推力单元120)。相似的方法可包括(i)确定体内装置在GI道中的三维定向；(ii)通过应用磁力周期(MFC)移动在GI道中的体内装置，磁力周期(MFC)可包括：激活时间段(磁推力激活时间段；例如按照图8的激活时间段T或按照图9的激活时间段T1、T2、T3和T4)，在此时间段期间，磁推力(MTF)可在磁推力单元(MTU)中被感应以便在重合于体内装置的确定的定向的方向上移动体内装置。MFC也可包括定向停留时间段(例如按照图8的定向停留时间段812和822或按照图9的定向停留时间段912、922和932)，在定向停留时间段期间，没有磁推力(MTF)被感应或仅有相对低的MTF(例如小于在激活时间段期间施加的最大MTF的5％)在MTU中被感应。

可重复确定体内装置在GI道中的三维定向和通过应用磁力周期(MFC)移动在GI道中的体内装置的步骤，例如以进一步或更远地移动体内装置。方法可进一步包括将在胃肠道中的体内装置的实际速度(例如在步骤1020或步骤1120处计算的速度)与可以例如是预期速度或期望速度的参考速度比较并根据实际速度和参考速度之间(计算的)的差改变磁(推)力的参数。方法可包括改变参数以减小实际速度和参考速度之差。参数可选自由磁力的大小、磁力周期的工作周期、体内装置的定向和体内装置的位置组成的组。参考速度可取决于(例如选择基于)体内装置在GI道中的位置或体内装置的定向或体内装置的位置和定向两者。

优选的是体内装置以恰当的定向进入小肠，即使得其可操纵/引导端/头是前端(是体内装置首先进入小肠的端)，而磁推力单元(MTU)处于尾端(体内装置最后进入小肠的端)。然而，可能发生以下情况：体内装置在装置的MTU首先进入或即将进入小肠的意义上是“不良定向”的。这种不良定向可例如通过磁翻转固定或以其它方式操纵体内装置以恰当地将其定向。例如，体内装置的被动前进(仅使用天然蠕动前进)可被追踪X[cm]，例如20cm，以便使导行系统能够(自动地)评估MTU是否处在体内装置的尾端(这是优选的)，或处在体内装置的前端。一旦重新获得体内装置的恰当定向，此处公开的自动操纵/导航方法可开始或继续/重新开始。在体内装置进入小肠后，体内装置的定向可通过确定包括在MTU中的磁体的磁偶极子(magnetic dipole)的定向，例如通过使用可放置在吞下体内装置的受试者身体上的一组磁力计来确定。可追踪体内装置的行进方向，例如，几厘米(例如，20cm)以便决定体内装置的定向是否为恰当定向。可替代地，当体内装置行进几厘米时，在行进期间拍摄的图像可帮助确定体内装置的定向是否为恰当定向。

此处所使用的冠词“一”和“一个”根据上下文指的是一个或一个以上(即至少一个)的冠词的语法对象。举例来说，“元件”根据上下文可指一个元件或一个以上的元件。此处所使用的术语“包括”是指“包括但不限于”，可与短语“包括但不限于”互换地使用。此处所使用的术语“或”和“和”是指“和/或”并且可与术语“和/或”互换地使用，除非上下文另外明确说明。此处所使用的术语“诸如”是指“诸如但不限于”并且可与“诸如但不限于”互换地使用。

本发明的实施例可包括诸如计算机或处理器的物品、诸如例如存储器、磁盘驱动器或USB闪存存储器、编码、包括或存储例如计算机可执行指令的非临时性存储介质，在被处理器或控制器执行时其执行此处公开的方法。例如，系统可包括诸如存储单元340的非临时性存储介质、诸如计时单元214的计算机可执行指令和诸如控制器360的控制器。一些实施例可设置在可包括非临时性计算机可读介质的计算机程序产品中，非临时性计算机可读介质具有存储于其上的指令，其可使用指令对计算机或其它可可编程装置进行编程以执行如上所述的方法。

因此已经描述了本发明的示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说明显的是，所公开的实施例的修改将在本发明的范围内。因此，替代实施例可包括更多的模块、更少的模块和/或功能上等效的模块。本公开与各种类型的体内装置(例如带有一个或多个成像器的体内装置、根本没有成像器的体内装置等)以及各种类型的接收器相关。因此以下权利要求的范围不受此处的公开限制。

Claims (2)

1.一种用于导航胃肠道中的体内装置的系统，其包括：

定位信号系统，其产生定位磁场；

磁场发生器，其产生操纵磁场；

体内装置，其具有限定所述体内装置的定向的纵轴，所述体内装置包括：

定位传感器，其被配置为感测由所述定位信号系统产生的磁场；

磁推力单元，其将磁推力连同或与由所述磁场发生器产生的操纵磁场一起施加至所述体内装置，其中所述磁场发生器被配置成产生操纵磁场，从而磁推力在重合于所述体内装置的定向的方向上被施加至所述磁推力单元，从而被施加至所述体内装置，

根据磁力周期施加所述磁推力，所述磁力周期包括磁推力激活时间段，在所述磁推力激活时间段期间，磁推力在所述磁推力单元中被感应以便在重合于所述体内装置的定向的方向移动所述胃肠道中的体内装置，

所述磁力周期进一步包括定向停留时间段，在所述定向停留时间段期间，没有磁推力在所述磁推力单元中被感应，以便在所述磁推力激活时间段结束后使所述体内装置的定向停留，从而使得所述体内装置通过所述胃肠道的壁而自由地定向。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述磁推力单元设置在所述体内装置中有利于将所述磁推力施加在重合于所述体内装置的定向的方向的位置处。