CN106659425A - 配置成定位体内装置的传感器带及定位方法 - Google Patents

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CN106659425A CN201580035753.9A CN201580035753A CN106659425A CN 106659425 A CN106659425 A CN 106659425A CN 201580035753 A CN201580035753 A CN 201580035753A CN 106659425 A CN106659425 A CN 106659425A
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Abstract

一种用作参考系以确定体内装置在胃肠(GI)道中的位置的可佩戴式传感器带，该带包括N个磁场产生线圈和M个磁场传感器，该N个磁场产生线圈和M个磁场传感器被配置成用于动态校准带的几何结构，以适应从一个受试者到另一个受试者的带的形状和/或尺寸的动态变化，并且适应由于受试者姿势的变化引起的带的形状和/或尺寸的动态变化。本发明同样描述了一种使用传感器带定位受试者所吞咽的体内装置的方法。

Description

配置成定位体内装置的传感器带及定位方法
技术领域
本发明通常涉及一种体内系统，更特别地涉及一种配备成自校准的可佩戴式传感器带，以及涉及一种通过使用传感器带在受试者中(例如在受试者的胃肠道中)定位体内装置的方法。
背景技术
体内测量系统在本领域是已知的。被吞咽并穿过胃肠(GI)系统的一些自主的胶囊状体内装置可包括用于对GI系统的内部进行成像(例如，捕获图像或拍摄照片)的成像传感器或成像器。体内装置可包括一个或多个成像器和/或一个或多个其他类型的传感器(例如，pH传感器、压力传感器、温度传感器等)和/或各种类型的工具(例如，微机电系统或“MEMS”)，例如以便在体内执行外科手术和/或例如从容纳在体内装置中的容器在GI系统中施用药物。在操作中(例如，在吞咽之后)，体内装置可与外部接收器无线地交换数据。例如，体内装置可将数据(例如，感觉数据；例如，关于所捕获的图像的图像数据)无线地发送到外部接收器，并且外部接收器可将指令无线地发送回到体内装置，例如，可根据从体内装置发送的数据的指令。例如，体内装置可向接收器发送图像帧，并且接收器可向体内装置发送指令，例如，基于捕获的图像改变图像帧捕获率。(图像帧是可包括图像数据(和/或其他感觉数据)、元数据、同步数据等的数据块/组)
在许多情况下，重要的是，将捕获的图像或传感器的测量与胃肠道中获取图像(或测量)或感测生理参数(例如pH、压力等)的位置相关联，以适当地解释图像或测量。例如，比如说pH值等于6.3，如果其是在胃肠道的一个部分中测得的则可被视为正常，而如果其是在胃肠道的另一个部分中测得的则可能被视为异常。
基于磁的定位系统能够在胃肠道中定位体内装置。通常，磁定位系统处于受试者的外部，是静止的和稳健的。基于磁的定位系统通常包括一个或多个磁场源来产生磁场，以便在寻求定位的体内装置中/通过寻求定位的体内装置感测它们。由于常规定位系统是静止的，所以吞咽该体内装置的受试者的运动自由非常有限。
发明内容
使用磁定位系统来定位胃肠道中的体内装置通常是有益的，而具有可佩戴式的并且还能精确定位体内装置的磁定位系统也是有益的。
用于定位体内装置的可佩戴式传感器带可包括电路，该电路包括用于产生磁场的N(N为整数)个磁线圈，例如通过一次使用一个磁线圈，以及用于感测磁场的M(M为整数)个磁场传感器。可佩戴式传感器带的电路可包括磁线圈切换模块以使诸如原位或远程控制器能够选择性地激活(通过磁线圈产生磁场)磁线圈(“线圈”)，和磁场传感器切换模块，以例如能够使得控制器选择用于感测磁场的传感器。磁线圈和磁场传感器可等距地或以其它方式分布在传感器带中或传感器带上，例如沿着传感器带的长度分布。N个磁线圈可散布在M个磁场传感器之间或之中。
磁线圈切换模块可经由第一总线(“第一线圈总线”)连接到N个磁线圈，并且经由第二总线(“第二线圈总线”)连接到外部系统(其可以是或可包括数据记录器)。
磁传感器切换模块可经由第一总线(“第一传感器总线”)连接到M个磁场传感器，并且经由第二总线(“第二传感器总线”)连接到外部系统。
附图说明
在附图中示出了各种示例性实施例，这些示例不是限制性的。应当理解，为了简单和清楚的说明，以下所参照的附图中所示的元件不一定按比例绘制。此外，在合适的情况下，附图标记可在附图之间重复以指示类似、对应或相似的元件。在附图中：
图1示出了根据本发明的示例性实施例的体内装置定位系统的框图；
图2示出了根据本发明的示例性实施例的传感器带；
图3A至图3C示出了图2的传感器带的比较形状；
图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于定位体内装置的方法；
图5示出了根据本发明另一示例性实施例的用于定位体内装置的方法；
图6示出了根据本发明另一示例性实施例的用于定位体内装置的方法；以及
图7示出了根据本发明的示例性实施例的时序图。
具体实施方式
以下的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践本发明的方式。
除非明确说明，本文所述的方法实施例不限于步骤、操作或过程的特定顺序或序列。另外，所描述的一些方法实施例、其步骤或元素可同时或同步发生或执行。
图1示出了根据本发明的示例性实施例的体内系统100的框图；体内系统100可包括体内装置110，数据记录器120以及传感器带、衣服或背心130。体内装置110可包括用于在受试者体内诸如胃肠道内部拍摄图像的成像器112(和/或用于感测胃肠道的参数的附加或其他传感器)，用于通过使用射频(“RF”)收发器116向数据记录器120传送图像(和/或其他感测数据)的控制器114，以及用于感测在定位过程期间例如由传感器带130产生的磁场的感测单元118。感测单元118可包括用于感测在三个诸如正交的轴中的磁场的三维(3-D)磁传感器(例如，3-D磁力计)。
数据记录器120可包括RF收发器126和控制器124，该RF收发器126用于与RF收发器116交换数据(例如从RF收发器116接收数据并且可选地向其发送数据)，该控制器124用于管理从体内装置110接收(102)的数据和选择性地管理必须被发送(104)到体内装置110的数据或控制消息(例如，指令)，例如为了改变体内装置110的操作模式。RF收发器116可经由上行链路通信信道102向数据记录器120发送各种类型的数据(例如，传感数据；例如，图像数据、定位数据等)，并经由下行链路信道104接收来自数据记录器120的各种类型的数据/信息、消息和/或指令。
控制器124可以是处理器或控制器，例如中央处理单元处理器(CPU)、芯片或任何合适的运算或计算装置。控制器124可被配置为通过例如执行软件或代码来执行根据本发明的方法的全部或部分。
数据记录器120可包括RF天线(其在图1中未示出)，以便于与体内装置110的RF收发器116通信。另外，这样的天线可嵌入或包括在传感器带、衣服或背心130中，如132所示。
数据记录器120还可包括便于N个磁线圈受控(例如，及时、选择性)激活的线圈切换模块(“CSM”)140，和便于M个磁线圈受控(例如，及时、选择性)读取的传感器切换模块(“SSM”)150。控制器124可通过/经由线圈控制总线142连接到CSM 140，经由线圈控制总线142，控制器124可向CSM 140发送控制数据，例如选择或确定将被激活的线圈。控制器124还可通过/经由线圈信号总线144连接到CSM 140，经由线圈信号总线144，控制器124可向所选择的线圈发送电流从而产生磁场。由N个线圈中的任何一个产生的磁场可由M个(磁)传感器中的一个或多个感测。控制器124可通过/经由线圈控制总线152连接到SSM 150，经由线圈控制总线152，控制器124可将控制数据发送到SSM 150，例如选择用于(测量)读取的传感器输出(以及读取、处理和解释所选择的传感器输出)。控制器124还可通过/经由传感器数据总线154连接到SSM 150，经由传感器数据总线154，控制器124可接收由M个传感器中的任何传感器或所选择的传感器感测的表示磁场的数据。N个磁线圈可散布在M个磁场传感器之间，例如分布在M个磁场传感器中，例如使得对于一些线圈，其靠近传感器而不是全部聚集在一起。
可佩戴式带130可包括用于产生磁场的N个线圈(160)，例如，通过由控制器124选择性地激活线圈(例如，激活单个或线圈集)来产生磁场。通过使用CSM 140，控制器124可通过一次使用线圈160中的一个或任意数量(例如一次2个线圈)，或者首先一次使用一个线圈，然后一次使用更多数量的线圈等来产生磁场。可佩戴式带130还可包括用于感测(162)由磁线圈160中的任何一个产生的磁场的M个磁传感器(170)。对应于或表示例如感测的磁场的大小(和可选地，方向)的一个或多个测量值可例如由控制器124，例如，通过使用或经由SSM 150读取。
可佩戴式带、衣服或背心130可以可选地包括类似于CSM 140的CSM 180，控制器124可经由CSM 180选择或确定用于激活的磁线圈。可佩戴式带130可以可选地包括类似于SSM 150的SSM 190，控制器124可经由SSM 190选择用于读取所感测的磁场的传感器。系统100可仅包括CSM 140和SSM 150，或者仅包括CSM 180和SSM 190，或CSM 140和SSM 150以及CSM 180和SSM 190，或CSM 140和SSM 150以及CSM 180和SSM 190中的任一个，或CSM 180和SSM 190以及CSM 140和SSM 150中的任一个。数据记录器120可经由通信信道122与可佩戴式带130通信，通过控制数据/信号控制器124可选择和激活磁线圈160以便产生磁场，并且通过控制数据/信号控制器124还可选择传感器(170)并读取传感器输出以测量由一个或多个传感器170感测的磁场。
磁线圈160可在两种操作模式中使用：(1)定位，及(2)传感器带校准。在第一操作模式(定位模式)中，线圈160可被激活(例如，通过控制器124或通过嵌入或包括在带130中的控制器)以产生可在体内装置110中/通过体内装置110感测的磁场，例如通过感测单元118。(感测单元118可包括一个或多个3-D磁力计。简而言之，磁力计是被设计用来测量空间中的点的磁场的强度和方向的装置。)通过嵌入或包括在可佩戴式带中的磁场源产生磁场，并且通过同样嵌入或包括在传感器带中的传感器线圈感测这些磁场的信号促进或能够(例如，通过使用三角测量)确定空间位置，例如，胃肠道中的体内装置110的位置。(被寻找位置的体内装置可在可佩戴式带的平面中或在不同的平面中，并且使用具有能够确定体内装置和(所选择的)磁线圈之间的距离的之前已知的特性的磁场。嵌入或包括在传感器带130中的控制器可选择性地激活嵌入或包括在带中的磁线圈以产生磁场，并且其可选择性地使用同样嵌入或包括在带中的磁场传感器来感测磁场。在产生和感测磁场时，即，在执行带校准过程时，嵌入或包括在传感器带130中的控制器可代替控制器124。在产生和感测磁场时，嵌入或包括在传感器带130中的控制器可与控制器124协作。
定位或确定装置(例如，体内装置110)的位置需要定义坐标系的参考系。可佩戴式带或带上的传感器可用作测量体内装置110的位置的参考系。然而，带的尺寸和形状(例如，圆形、环形、蛋形、椭圆形等)可根据(适合)佩戴其的受试者的身体形状或身体质量指数(“BMI”)而改变。也就是，一些受试者瘦，一些胖，而且许多受试者处于这两个极端之间。带的形状也可由于受试者的运动(例如，在受试者行走或改变姿势时)而改变。假设磁线圈160和磁传感器170以某种方式安装在可佩戴式带130中/上，例如N个线圈(160)和M个传感器(170)可在带上以等距离间隔开(在带与其对齐时，或形成直线时)，在佩戴时，带可根据例如受试者身体尺寸和/或形状改变磁线圈160的线圈和磁传感器170的传感器之间(以及磁线圈之间和/或磁传感器之间)的距离。这可改变定位过程的精度，这需要动态校准带的磁线圈和带的磁传感器之间的距离，因此需要第二操作模式(带校准)。如本文所使用的术语“带校准”是指一种过程，通过该过程，被佩戴的带的尺寸和形状(例如，圆形、环形、蛋形、椭圆形等)和/或传感器的位置和/或带上的线圈基于带的磁线圈产生的磁场和带的磁场传感器感测来确定。
虽然磁线圈160可用于定位和校准过程，但磁场传感器170可仅用于或主要用于带校准。带校准过程结合(例如)下面描述的图2更全面地描述。
图2示出了根据示例性实施例的可佩戴式传感器带200系统。传感器带系统200可包括带210，用于产生磁场的N个带上的磁线圈(其被指定为线圈C1(C1示为220)、C2、...、Cn(Cn示为250))，以及用于感测磁场的M个带上的磁场传感器(其被指定为传感器S1(S1示为240)、S2、...、Sm(Sm示为230))，例如由N个磁线圈中的任何一个产生的磁场，以及可以是或可包括除磁线圈C1-Cn以外的磁场源产生的干扰磁场的外部磁场。N个磁线圈和M个磁场传感器可沿传感器带的长度等距地分布在传感器带200中/上，虽然它们可以以其它方式沿传感器带200的长度分布。在一个实施例中，带或衣服200(以及本文公开的其他带、衣服或背心)可具有长度和宽度，并且线圈和传感器可沿长度分布，就这种意义而言，线圈和传感器可大体上沿对应于带或衣服的长度的轴线上纵向分布。可按其他方式分布。
可佩戴式传感器带200系统还可包括带上的射频(“RF”)天线，经由其，类似于图1中的接收器120的接收器可与类似于图1中的体内装置110的体内装置交换数据和/或指示/指令。作为示例，示出了可佩戴式传感器带200系统，其包括三个带上的RF天线，其被指定为RF1(天线RF1示为260)、RF2(示为262)及RF3(示为264)。可使用其他数量的RF天线。
可佩戴式传感器带200系统还可包括可类似于并如(例如)图1的CSM 180作用的带上的线圈切换模块(CSM)270，以及可类似于并如(例如)图1的SSM 190作用的带上的传感器切换模块(SSM)280。CSM 270和SSM 280可经由电总线290电连接到接收器，接收器可类似于图1中的接收器/数据记录器120。
磁传感器S1至Sm中的每一个或从磁传感器S1-Sm中选择的磁传感器可包括一个或多个(例如三个)磁力计或其它类型的磁传感器。例如，传感器S1-Sm中的一个或多个传感器可包括一组磁力计，以感测预定坐标系的每个坐标中的磁场。例如，在笛卡尔坐标系中，传感器Si(i＝1、2、...、m)的第一磁力计Mx可被配置为感测“X”方向上的磁场，该传感器的第二磁力计My可被配置为感测'Y'方向上的磁场，传感器Si的第三磁力计Mz可被配置为感测'Z'方向上的磁场。
带210可被定义并用作X-Y-Z坐标系。由带210定义的X-Y-Z坐标系可用作用于检测体内装置(例如，图1的体内装置110)的空间位置的参考系。如图2所示，带系统210所在的(扣紧的)平面可定义X-Y平面，Z轴垂直于X-Y平面(带平面)。笛卡尔坐标系的原点(202)可位于X-Y平面上并与带210的几何定义的参考点重合，或与带210相关联或者源自带210。与带210相关联或源自带210的几何定义的参考点可以是带210在XY平面上的中心点，并且可以以各种方式定义或确定，例如其可以几何确定，被定义为带210的“质心”等。任何磁线圈C1至Cn(或任何磁场传感器S1至Sm)可用作用于定位体内装置的坐标系的参考点(例如，原点)。例如，线圈C1可用作参考系或坐标系的参考点或原点，并且可确定每个其他线圈和传感器相对于线圈C1的位置。
为了确定笛卡尔坐标系统的原点的位置，可通过从C1-Cn中选择的磁线圈一次使用一个线圈以产生磁场，并同时/同步通过传感器S1-Sm中的传感器感测由每个磁线圈产生的磁场来磁性地确定(例如，计算)带、背心或衣服210的几何特性(例如，几何形状Sh和尺寸Sz)。在一个实施例中，计算或确定带或衣服中或上的线圈和/或传感器的位置布置，并且由此可确定带或衣服的几何结构或形状。
例如控制器(例如，图1的控制器124)，例如通过使用存储的磁场图或预先准备的磁场查阅表，可预先知道由每个电磁线圈产生的磁场的大小和磁梯度的方向。此外，控制器还可预先“知道”每个磁传感器Si相对于其所安装在带上/带中的带的一部分/段的取向。也就是，传感器带的一部分或段的空间取向可等于相关磁传感器的空间取向，或以其他方式从相关磁传感器的空间取向派生而来并因此由其表示。例如，传感器带210的一部分或段212的空间取向可等于磁传感器S4的空间取向，或以其他方式从磁传感器S4的空间取向派生而来并因此由其表示。因此，可基于所测量的磁场大小来计算磁传感器Si和产生磁场的磁线圈Ck之间的距离Li-k，并且可基于由控制器选择的磁传感器感测的磁场的方向来计算带210的段的空间取向。
作为示例，图1的控制器124或类似的控制器可首先例如仅激活线圈C1以产生磁特性(例如，大小、方向、梯度等)预先已知的磁场，并且同时仅测量例如从磁传感器S3、S4和Sm输出的信号。控制器可基于传感器S3输出的信号计算线圈C1和传感器S3之间的距离L1-3(示为222)；基于传感器S4输出的信号计算线圈C1和传感器S4之间的距离L1-4(示为224)以及基于传感器Sm输出的信号计算线圈C1和传感器Sm之间的距离L1-m(示为226)。然后，例如，控制器可仅激活线圈C4以产生磁场(预先已知其磁特性)并且同时仅测量例如从磁传感器S1、S2和Sm输出的信号。控制器可计算：(1)基于传感器S1输出的信号(s)，线圈C4和传感器S1之间的距离L4-1；(2)基于传感器S2输出的信号，线圈C4和传感器S2之间的距离L4-2，以及(3)基于传感器Sm输出的信号，线圈C4和传感器Sm之间的距离L4-m。控制器可选择任何磁线圈Ci以产生磁场并且同时选择任何磁传感器以感测由特定电磁线圈Ci产生的磁场。继续上述示例，控制器还可基于由线圈C1产生的磁场来计算传感器S3、S4、Sm的取向，以及基于由线圈C4产生的磁场来计算传感器S1、S2、Sm的取向。由传感器S1、S2、S3和Sm(根据上述示例)测量的由线圈C1和C4产生的磁场的大小可使控制器能够计算带210的尺寸和形状(例如曲率)。控制器可使用带的尺寸和形状信息作为校准信息，或者将带210校准为参考系。控制器可确定/计算带的中心点，并且其可确定带所确定/计算的中心点是坐标系(例如，笛卡尔坐标系)的原点，相对于该坐标系可以确定体内装置(例如，体内装置110)的3-D位置。可使用任何数量的磁线圈和磁场传感器来确定带210的几何形状和尺寸。示例表-1(下面示出的表格)便于传感器带系统200的校准。线圈C1至Cn和传感器S1至Sm沿传感器带210的长度分布。可如上所述获得表-1中的值V1-1至Vn-m。例如，控制器可例如仅使线圈C1产生已知磁参数的磁场，并且在C1被激活时，可使用所有传感器(S1-Sm)或使用所选择的传感器(例如传感器S1、S2和Sm)同时感测磁场。作为线圈C1激活的结果，由所选择的传感器(在该示例中为传感器S1、S2和Sm)感测的值在表-1中分别示为值V1-1，V1-2和V1-m。继续该示例，控制器然后可停用线圈C1并且(例如)仅激活线圈C2以产生已知磁参数的磁场，并且在C2被激活时，可使用所有传感器(S1-Sm)或使用所选择的传感器(例如传感器S1和Sm)同时感测磁场。作为线圈C2激活的结果，由传感器S1和Sm感测的值在表-1中分别示为值V2-1和V2-m。可以以类似的方式激活其他或另外的线圈，并且可使用任何传感器(包括在带210上的任何数量和任何位置)来感测由每个所使用/选择的线圈产生的磁场。
每个表值Vi-k(i＝1、2、...、n；k＝1、2、...、m)可被转换为相应的距离Li-k。例如，基于由线圈C1产生的磁场的已知磁特性和测量值V1-1，可确定/计算线圈1和传感器之间的距离L1-1。可以以与距离L1-1相同的方式确定其他所选择的线圈和所选择的传感器之间的距离。表1中的线圈-传感器距离信息使控制器能够几何地表征带210，例如确定带的形状和尺寸。
传感器S1 传感器S2 ----------- 传感器Sm
线圈C1 V1-1(L1-1) V1-2(L1-2) ----------- V1-m(L1-M)
线圈C2 V2-1(L2-1) N/A ----------- V2-m
线圈C3 N/A V3-2(L3-2) ----------- N/A
------- ------- ------- ----------- -------
------- ------- ------- ----------- -------
线圈Cn Vn-1(Ln-1) Vn-2(Ln-2) ----------- Vn-m(Ln-m)
表-1
表-1中的校准内容/信息可根据知道体内装置的位置的需求进行更新。例如，如果希望每小时知道一次体内装置的位置，则可相应地更新表-1的内容，即每小时一次，优选地是在每个定位过程开始之前的短暂时间。在传感器带由受试者佩戴期间，可更新表-1的校准内容/信息，可偶尔或间歇地使用表-1的信息来执行带的几何结构计算，例如每个时间段一次或周期性地执行(例如，每50毫秒一次)，每预定数量的图像帧一次(例如，在每帧之前、期间或之后，每5帧一次等)或根据其他预定标准或改变的标准执行，以确定带的动态变化的几何结构(在佩戴带的受试者(例如)改变姿势或正在运动时，以适应带的几何结构的变化)。表-1的信息更新的速率可取决于例如受试者的运动。例如，假设必须频繁地确定体内装置的位置，则受试者移动越快，表格的信息更新的频率越高。嵌入或包括在传感器带210中的运动传感器292可提供运动信息。运动传感器292可包括，例如，加速度计。知道带的当前形状或几何结构意味着(例如，通过控制器)从所选磁传感器测量的磁场信息中“知道”至少一些线圈和/或传感器的相对位置。在带的几何结构确定过程中或计算中仅使用一些线圈和/或一些传感器的情况下，可使用所使用的传感器和/或所使用的线圈的位置信息来修改带上的其他传感器和/线圈的位置。可根据标准执行传感器带几何结构的计算/确定。可基于或使用带过去已知的几何结构来选择标准。也就是，过去已知的传感器带的几何结构可用于估计或计算传感器带的下一个几何结构。
传感器带210上的任何磁线圈或磁场传感器可用作用于确定其他线圈和/或传感器的坐标的参考点或原点。也就是，传感器S1(示为240)的位置可以是S1{x1；y1}，传感器S2的位置可以是S2{x2；y2}，传感器S3的位置可以是S3{x3；y3}等等，其中可以相对于特定线圈Ci的位置计算坐标{x1；y1}、{x2；y2}、{x3；y3}等等，其可被指定为“Ci{x0；y0}”。例如，线圈C1(示为220)可用作参考点或原点，每个传感器和/或线圈的位置(例如，在X-Y坐标中)可参考线圈C1的位置来确定。
带上的一些线圈可用于确定传感器在带上的位置，并且知道传感器的位置可用于确定其他线圈的位置。例如，线圈的位置可从传感器的已知位置确定，通过激活线圈(使其产生具有已知磁特性的磁场)，由位置已知的数个传感器感测线圈产生的磁场，并使用由传感器感测的磁场来计算线圈的位置。
嵌入或包括在带或衣服210中的控制器294可选择性地激活嵌入或包括在带或衣服210中的磁线圈以产生磁场，并且其还可选择性地使用嵌入或包括在带中的磁场传感器来感测磁场。控制器294可在产生和感测磁场(即，在执行带校准过程中)时替换图1的控制器124。控制器294可与控制器124协作以产生和感测磁场。
图3A-图3B示出了根据本发明的示例性实施例的在两个位置中类似于传感器带系统200的传感器带300系统。由于受试者的身体尺寸和形状可能变化，因此受试者佩戴的带的尺寸和形状也可以变化。在相对肥胖和圆润的受试者佩戴传感器带310时，传感器带310可看起来更像图3A所示的带。当相对苗条和“平坦”的受试者佩戴传感器带310时，传感器带310可看起来更像图3B所示的带。
参照图3A，如本文所述，可使用磁线圈和磁传感器为佩戴带的特定受试者，在本例中，为相对肥胖和圆润的受试者，校准传感器带310(确定或计算带的当前几何结构或形状，或带或衣服中或其上的线圈和/或传感器的位置布置)。在校准过程期间，线圈和传感器之间的距离(例如，L1-3、L1-4、L1-M、L4-1、L4-2和L4-M)可如本文所述进行确定。
校准过程可形成(可提供)参与定位过程的每个线圈应具有的磁特性(例如，大小、磁梯度)。例如，带越大，每个线圈或选择的线圈产生的磁场越强。换言之，控制器可基于或根据带的几何结构的变化来调整由线圈产生的磁场。或者，由线圈产生的磁场可每次具有相同的磁值，并且控制器可补偿或调整定位读数(例如，通过(例如，内部)将由控制器检测位置的体内装置所测量的磁测量。)。
在完成校准过程之后，可确定/计算传感器带310的当前几何结构或形状，并且可计算佩戴带的受试者的体内装置(例如，体内成像装置)或胶囊(示为320)的位置，这基于带的确定的/计算的几何结构和相对于由带的几何结构形成、体现或表示的参考系或相对于坐标系，例如由带定义的坐标系或相对带的位置确定的坐标系计算。
在定位过程期间，控制器可仅激活第一线圈(例如线圈C1)，并作为反馈无线地接收来自胶囊320的定位数据，该定位数据表示由(例如，内部)胶囊320感测的磁场的大小。(胶囊还可感测和发送胶囊相对于其感测的磁场的方向的取向。)该信息可使控制器能够计算(例如)线圈C1和胶囊320之间的距离(330)(以及可选地胶囊的取向)。控制器然后可停用线圈C1并激活第二线圈(例如线圈C4)并从胶囊320接收定位数据以计算线圈C4和胶囊320之间的距离(340)。控制器然后可停用线圈C4并激活第三线圈(例如线圈Cn)并从胶囊320接收定位数据以计算线圈Cn和胶囊320之间的距离(350)。然后，可使用三角测量来确定胶囊320的位置，其中在三角测量过程中使用距离330、340和350。
在带310被调整到相对苗条的人时，线圈和传感器之间和/或线圈和其他线圈之间的所有或一些距离可能改变，如图3B所示。例如，在图3A中，在带310被“扁平化”之后，线圈C4和传感器S2之间的距离(图3A中的距离L4-2)大于相同的两个装置之间的距离390(参见图3B)。继续比较图3A和图3B，带310的扁平化的结果是，例如胶囊320和线圈C4之间的距离342(图3B)比距离340短，以及胶囊320和线圈Cn之间的距离352(图3B)比距离350短。然而，由于带的几何结构受到连续监测，因此线圈-传感器距离的变化受到控制器检测和调节。也就是，控制器可启动本文描述的校准过程，以便实时地检测可能在带的几何结构中发生的任何变化。检测带的几何结构的变化意味着或使控制器能够(重新)调整由一些或所有线圈和/或通过一些或所有传感器表示或形成的参考坐标系。图3C示出了图3的带310。胶囊320的位置可使用例如所计算的距离360、370和380以如本文所述的类似方式进行三角测量。
图4示出了根据本发明的示例性实施例的用于操作/使用带200和带310的方法。可由控制器，例如通过图1的控制器124或类似的控制器执行结合图4所示的方法以及本文公开的其他方法描述的步骤。假设受试者佩戴传感器带、衣服或背心(例如，传感器带130、200或310)和数据记录器(DR)(例如，DR 120)，并吞咽体内装置(例如，装置110或装置320)。
在步骤410中，可由控制器(例如，图1的控制器124)并使用传感器带的磁场传感器(例如，图2的磁场传感器S1-Sm)来初始检测作为由带的磁线圈之外的源产生的磁场的磁场干扰(MFI)。控制器可检测MFI以便在校准过程期间补偿在带的磁场传感器中或者在一些带的传感器中由MFI引起的干扰信号。控制器可在控制器开始(新的)带校准过程之前检测MFI，例如几秒或几毫秒。优选地，控制器检测MFI的时间和控制器开始带校准过程的时间尽可能接近，以便提高带校准过程的精度，因此提高传感器带的几何结构的精度，因此改进用作参考系的坐标系统。控制器可在控制器计算带的几何结构之前或在控制器计算带的几何结构之后感测干扰磁场(并且随后相应地修改带的几何结构)。
在控制器检测MFI之后(例如，紧随其后)，控制器可校准传感器带以表征/检测带的几何结构。(带的几何结构定义了用于定位体内装置的坐标系。也就是，带的几何结构可定义相对于其可确定装置的位置的坐标系)。
例如，如上所述，传感器带校准过程(在步骤410中)可包括滤除在传感器带的校准过程期间外部/干扰电磁场源在磁场传感器中可能诱发的干扰信号的步骤。例如，传感器带校准过程可包括测量/读取由干扰磁场源在所有或一些磁传感器中诱发的干扰信号的步骤。在该步骤期间，传感器带的磁线圈被减弱/停用，使得磁场传感器仅受到干扰磁场。由磁传感器测量的信，每个磁传感器的信号，可在剩余的带的校准过程期间(例如，通过控制器)滤除或补偿，以提高定位精度。
在步骤420中，通过使用传感器带确定吞咽的体内装置的位置。如果要再次确定体内装置的位置(在步骤430中，条件显示为“否”)，则在步骤440检查是否需要或计划带的另一校准。(控制器可被配置成根据预定义或动态改变时间表或时间布置来计算带的当前几何结构。)可以根据预定标准来检查是否需要另一带校准的条件，其可以是例如基于时间、基于胶囊运动、基于胶囊加速度、图像帧捕获率等。
如果根据预定标准，在步骤440中(例如，通过控制器)确定不需要另一校准(在步骤440中，条件显示为“否”)，则体内装置的定位可在步骤420确定，而不重新校准带(例如，使用带的最后所计算的几何结构)。循环450可重复或反复，直到需要新的带重新校准。然而，如果根据预定标准，在步骤440中(例如，通过控制器)确定需要另一校准(在步骤440中，条件显示为“是”)，则可在步骤410中开始另一带校准过程(460)，其后在步骤420中，可通过使用更新的、修改的或调整的带的几何结构来确定体内装置的位置。
换言之，定位体内装置可包括从由包括或嵌入在传感器带中的磁线圈产生并由包括或嵌入在传感器带中的磁场传感器感测的磁场来确定(例如，计算)传感器带的几何结构，激活包括或嵌入在传感器带中的磁线圈以产生磁场，并且从由包括或嵌入在体内装置的磁场传感器感测的磁场来确定体内装置相对于坐标系的位置。
图5示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于操作/使用带200/310的方法。可由控制器(例如通过图1的控制器124)或类似的控制器执行结合图5所示的方法以及本文公开的其它方法描述的步骤。假设受试者佩戴传感器带(例如，传感器带130、200或310)和数据记录器(DR)(例如，DR 120)，并吞咽体内装置(例如，装置110或装置320)。
在步骤510中，在DR中执行以下步骤：选择并使用安装在传感器带上/中的一个或多个磁线圈以产生磁场脉冲，选择(并使用所选择的)传感器输出以检测或计算带的几何结构，以便将带的几何结构用作坐标系(参考系)。安装在传感器带上/中的一个或多个磁线圈产生磁场脉冲的步骤可包括或晚于在带的校准过程期间滤除外部/干扰电磁场源在传感器输出中可能诱出的干扰信号的步骤。在步骤520中，在确定(例如，检测或计算)传感器带的几何结构之后，可使用所选择的线圈(例如，通过DR)产生定位磁脉冲。
在步骤530中，在体内装置中执行以下步骤：(1)使用一个或多个磁场传感器(例如，三个3-D磁力计)感测由带的选定的线圈产生的定位磁场脉冲，(2)从/通过体内装置向数据记录器传输表示所感测的磁场或与之相关的磁特性/矢量(例如，大小、方向)的数据。
在步骤540中，在DR中执行以下步骤：(1)从体内装置接收表示所感测的磁场的数据，(2)使用接收的表示感测的磁场的数据(例如，使用带所计算的几何结构)计算GI中的体内装置相对于传感器带的位置。
图6示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于操作/使用带200/310的方法。可由控制器(例如由图1的控制器124)或类似的控制器执行结合图6所示的方法描述的步骤。假设受试者佩戴传感器带(例如，传感器带130、200或310)和数据记录器(DR)(例如，DR120)，并吞咽体内装置(例如，装置110或装置320)。
在步骤610中，从N个磁线圈中选择磁线圈并且顺序地激活所选择的磁线圈(例如一次一个线圈)以在各个时间产生磁场(例如，在不同的时间，在每个不同时间中激活一个线圈)。对于每个激活的磁线圈，在步骤620中从M个磁场传感器中选择线圈以同时感测相应时间处的相关(相应)的磁场。在步骤630中，可从感测的磁场计算或确定传感器带或衣服的几何结构或形状。在一个实施例中，计算或确定的是带或衣服中或上的线圈和/或传感器的位置布置，并且由此可确定带或衣服的几何结构或形状。
在步骤640中，从N个磁线圈中选择磁线圈，并激活所选择的磁线圈以产生磁场，并在步骤650中通过包括或嵌入在体内装置的磁场传感器感测磁场。在步骤660中，从感测的磁场确定体内装置相对于由传感器带的几何结构定义的坐标系的位置。
图7是根据本发明的示例性实施例的时序图。作为示例，时序图包括示为710、720和730的三个图。作为示例，图710示出了根据本发明的体内装置的两个示例性工作循环740/1和740/2。
体内装置可包括(但非强制性)一个或多个传感器(例如，pH传感器、压力传感器、温度传感器、成像器等)用于感测由体内装置横穿的胃肠道的生理参数或用于成像该胃肠道。体内装置的每个工作循环740可包括、划分为或分割为三个或多个所分配的时隙或时间窗口，以适应(例如)感测数据的传输(例如，传输至数据记录器)，以及适应如本文所述的感测带的校准和定位过程。例如，工作循环740/1可包括三个时隙/窗口，其被指定为时隙/窗口750/1、760/1和770/1，以分别适应于例如感测数据从/通过体内装置传输，适应于感测带的校准(该过程在体内装置外发生)和通过使用体内装置和数据记录器或另一外部装置进行的定位过程。
关于工作循环740/1，第一时隙/窗口(例如，时隙/窗口750/1)可用于将感测数据(以及可选地其它类型的数据)从体内装置无线地传输到外部数据记录器。第二时隙/窗口(例如，时隙/窗口760/1)可被预先指定或预先分配用于本文所述的带的校准过程。虽然对于带的校准过程预先指定或预先分配了时隙/窗口(例如，时隙/窗口760/1)，但由于带的校准过程可在一段时间内执行一次，例如每X(X＝2、3、...等)个工作循环740一次(例如，每3个工作循环740一次)，所以时隙/窗口可在一些工作循环中跳过。第三时隙/窗口(例如，时隙/窗口770/1)可预先指定或预先分配用于通过体内装置感测由安装在传感器带中/上的线圈产生的定位磁场脉冲。
图720示出了传感器带的磁场激活的两个示例性校准系列(780/1和780/2)。磁场激活的每个系列可包括传感器带的磁线圈的K个激活。在传感器带的每次激活期间，数据记录器可选择特定的磁线圈，并使用所选择的线圈产生磁场脉冲，并且同时或同步地使用数据记录器所选择的特定线圈组来感测磁场脉冲。数据记录器可选择不同的磁线圈以实现K(K＝1、2...、...)个激活中的每一个，并且它可为每个激活选择不同的线圈组以用于感测相关的磁场脉冲。(一组线圈可包括一个线圈。)
由于体内装置可使用RF传输将感测数据传输到数据记录器，而带校准过程是使用磁场脉冲来实施的，因此这两个过程可彼此独立。因此，相对于传输时间750/1，磁场激活的校准系列780/1的时间位置可如图6所示(例如，如752所示，可有一些重叠)或者磁场激活的校准系列780/1可以完全驻留在时隙/窗口760/1中。(相同的原理可应用于磁场激活的校准系列780/2，以及每个随后的校准系列。)
图730示出了传感器带的磁场激活的两个示例性定位系列(790/1和790/2)。磁场激活的每个系列可包括传感器带的磁线圈的L个激活。在传感器带的每次激活期间，数据记录器可选择特定的磁线圈，并使用所选择的线圈产生磁场脉冲，以便体内装置使用其自身的磁场传感器同时感测磁场脉冲。数据记录器可以为L(L＝1、2、...等)个激活中的每一个选择不同的磁线圈。K可以是能够精确计算带的几何结构所需的磁脉冲的数量。L可以是能够精确确定体内装置的位置所需的磁脉冲的数量。因此，可使用不同的约束来选择K和L，但是与带的校准过程相关的一些约束和与体内装置的定位过程相关的一些约束可以是相互关联的，或者它们可能必须共存。示例性的约束可包括或与下述条件相关联：体内装置接收定位磁场脉冲并加以处理所需的时间，可靠地确定体内装置的定位所需的定位磁场脉冲的数量，可靠地确定带的几何结构所需的带的线圈和传感器的数量，以及数据记录器响应于带的线圈产生的每个磁场脉冲而处理传感器输出所需的时间等。
每当定位磁脉冲(系列790)由数据记录器产生时，例如在时隙/窗口770期间，其将由体内装置中的一个或多个磁场传感器感测。体内装置可处理磁场传感器的输出信号，并生成表示由体内装置的传感器所感测的磁脉冲的磁特性的相应数据。体内装置可(例如)在随后的体内装置的传输时隙/窗口750期间(例如在时隙/窗口750/2期间)，将相应的数据传输到数据记录器。
本文提及的控制器可被配置为使用M个磁场传感器来感测并非由N个磁线圈产生的干扰磁场，并在控制器计算带的几何结构之前或之后感测干扰磁场。控制器可被配置为在计算带的当前几何结构时滤除干扰磁场。控制器可被配置为根据感测到的干扰磁场来调整带所计算的几何结构。控制器可被配置为基于源自磁线圈的磁场并还基于干扰磁场来计算带的几何结构。(干扰磁场可包括源自外部源的磁场，例如干扰磁场可以是地球磁场。)
在体内装置的定位期间，体内装置的当前位置是已知的(例如，至控制器)。“知道”当前装置的位置和过去的位置使例如控制器能够预测或“猜测”装置的下一个位置。在选择用于定位体内装置的磁线圈方面，预测装置的下一个位置可能是有益的。如上所述，由每个磁线圈产生的磁场的磁特性，特别是磁梯度(例如，ΔB/ΔX)是已知的。(小磁梯度意味着磁场随距离变化相对缓慢，在这种情况下，位置确定过程欠精确，反之亦然)。
由于N个磁线圈中的每一个在体内装置的预测位置处具有/引起已知的磁梯度，所以能够选择至少三个具有最大“最小梯度”的线圈来定位体内装置。考虑到装置的预测位置和传感器带的当前几何结构，该线圈选择方法可确保以高精度执行定位过程。
冠词“一”和“一个”在本文中用于指代该冠词的一个或多于一个(例如，至少一个)语法对象，这取决于上下文。例如，根据上下文，“一个元件”能够表示一个元件或多于一个元件。术语“包括”在本文中用于表示短语“包括但不限于”，并与之互换使用。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”和“和”在本文中用于表示术语“和/或”，并与之互换使用。术语“例如”在本文中用于表示短语“例如但不限于”，并与之互换使用。
本文公开了不同的实施例。某些实施例的特征可以与其他实施例的特征组合；因此某些实施例可以是其他或多个实施例的特征的组合。本发明的实施例可包括诸如计算机或处理器非临时存储介质的物件，例如存储指令(例如计算机可执行指令)的存储器或USB闪存，当由处理器或控制器执行该指令时，进行本文公开的方法。一些实施例可在计算机程序产品中提供，该计算机程序产品可包括非临时机器可读介质，其上存储有可用于对计算机或其他可编程装置进行编程以执行如上所公开的方法的指令。
由此已经描述了本发明的示例性实施例，对于本领域技术人员将显而易见的是，所公开的实施例的修改将处于本发明的范围内。因此，替代实施例可包括更多模块、更少模块和/或功能等同模块。本公开(例如)涉及各种类型的体内装置以及各种类型的磁产生系统以及磁场传感器。因此，所附权利要求的范围不受本公开的限制。

Claims (23)

1.一种用于定位受试者的胃肠道中的体内装置的传感器带系统，包括：
受试者可佩戴的带；
N个磁线圈，其分布在所述带中，用于产生磁场；
M个磁场传感器，其沿所述带的长度分布，用于感测磁场；以及
控制器，其被配置为：
从所述N个磁线圈中选择磁线圈并顺序地激活所选择的磁线圈以产生磁场；
为每个激活的磁线圈，从所述M个磁场传感器中选择磁场传感器以感测相关磁场；以及
由所感测的磁场计算所述带的几何结构，所述几何结构用作用于定位体内装置的坐标系统。
2.根据权利要求1所述的传感器带系统，其中所述N个磁线圈散布在所述M个磁场传感器线圈之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为根据时间表计算所述带的当前几何结构。
4.根据权利要求3所述的传感器带系统，其中所述带的几何结构计算时间表被预先限定。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的传感器带系统，其中根据标准执行带几何结构计算。
6.根据权利要求5所述的传感器带系统，其中基于所述带的过去的几何结构来选择标准。
7.根据权利要求1、2、4或6中任一项所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为使用所述M个磁场传感器来感测并非由所述N个磁线圈产生的干扰磁场。
8.根据权利要求7所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为在所述控制器计算所述带的几何结构之前感测所述干扰磁场。
9.根据权利要求7所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为在计算所述带的当前几何结构时考虑所述干扰磁场。
10.根据权利要求7所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为根据感测的干扰磁场来调整所计算的所述带的几何结构。
11.根据权利要求7所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为基于源自所述磁线圈的磁场并且还基于所述干扰磁场来计算所述带的几何结构。
12.根据权利要求7所述的传感器带系统，其中所述干扰磁场包括源自外部源的磁场。
13.根据权利要求7所述的传感器带系统，其中所述干扰磁场包括地球磁场。
14.根据权利要求1、2、4或6中任一项所述的传感器带系统，其中所述控制器嵌入在所述带中。
15.根据权利要求1、2、4或6中任一项所述的传感器带系统，还包括可电连接到所述带的接收器。
16.根据权利要求15所述的传感器带系统，其中所述控制器嵌入在所述接收器中并且电连接到所述N个磁场线圈和所述M个磁场传感器。
17.根据权利要求1、2、4或6中任一项所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为通过选择性地激活磁场线圈来产生磁场，一次一个线圈，以便通过包括在由受试者吞咽的体内装置中的磁场传感器来感测所述磁场，并且其中所述控制器进一步被配置为从所述体内装置接收表示由包括在所述体内装置中的所述磁场传感器感测的磁场的磁特性的数据。
18.根据权利要求17所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为基于所述控制器响应于所述控制器产生的磁场从所述体内装置接收的数据来检测所述受试者的所述体内装置的位置。
19.根据权利要求18所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为使用包括在所述带中的磁线圈作为坐标系的原点，相对于所述坐标系计算所述体内装置的位置。
20.根据权利要求18所述的传感器带系统，其中所述控制器被配置为优化对用于定位所述体内装置的所述磁线圈的选择。
21.根据权利要求18所述的传感器带系统，其中所述优化过程包括选择引起最小电功率的磁线圈。
22.一种用于定位由受试者吞咽的体内装置的方法，包括：
对于由所述受试者佩戴并且包括N个磁线圈和M个磁场传感器的传感器带执行，
从所述N个磁线圈中选择磁线圈并顺序地激活所选择的磁线圈以产生磁场；
对于每个激活的磁线圈，从所述M个磁场传感器中选择磁场传感器以同时感测相关磁场；
由所感测的磁场计算所述传感器带的几何结构，所述几何结构定义坐标系；
从所述N个磁线圈中选择磁线圈并激活所选择的磁线圈以产生磁场；
通过包括在体内装置中的磁场传感器感测所述磁场；并且
由所感测的磁场确定所述体内装置相对于所述坐标系的位置。
23.一种用于定位由受试者吞咽的体内装置的方法，包括：
对于由所述受试者佩戴并且包括N个磁线圈和M个磁场传感器的传感器带执行，
从由包括在所述传感器带中的磁线圈产生并由包括在所述传感器带中的磁场传感器感测的磁场来计算所述传感器带的几何结构，所述传感器带的几何结构定义坐标系；
激活包括在所述传感器带中的磁线圈以产生磁场；并且
由通过包括在所述体内装置中的磁场传感器感测的磁场来确定所述体内装置相对于所述坐标系的位置。
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