发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种胶囊内镜的悬浮控制方法及装置,通过改变胶囊内镜的作用力来控制胶囊内镜的悬浮距离,解决了现有方法无法控制胶囊内镜与胃壁之间的距离,导致无法取得较佳成像效果的问题。
本申请实施例提供了一种胶囊内镜的悬浮控制方法,该方法包括:
接收胶囊内镜所处的电磁场的磁感应强度;
根据所述磁感应强度获取所述胶囊内镜的当前位置;
根据所述胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜移动至预设的目标位置所需的作用力;
根据所述作用力调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以使胶囊内镜移动至预设的目标位置。
在上述实现过程中,通过胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置之间的差值,获取将胶囊内镜移动至预设的目标位置所需的作用力,并通过改变电磁场的磁感应强度以得到该作用力,从而使得胶囊内镜移动至预设的目标位置,实现对胶囊内镜的悬浮距离的控制,可以根据需要调整胶囊内镜到胃壁之间的距离,确保取得较佳成像效果,解决了现有方法无法控制及胶囊内镜与胃壁之间的距离,从而无法取得较佳成像效果的问题。
进一步地,在根据所述磁感应强度获取所述胶囊内镜的当前位置的步骤之前,所述方法还包括:
获取所述胶囊内镜与电磁场发生装置之间的直线距离;
在所述直线距离不变时,对所述电磁场发生装置设置不同的电流,并获取对应的磁感应强度;
根据所述磁感应强度与胶囊内镜的位置关系获取系统参数C1、C2的值;其中,所述电磁场的磁感应强度与胶囊内镜的位置关系表示为:
其中,B表示电磁场的磁感应强度,I表示电磁场发生装置的电流大小,r表示胶囊内镜与电磁场发生装置之间的直线距离,C1、C2表示所述电磁场对应的系统参数。
在上述实现过程中,由于胶囊内镜所处的电磁场的磁感应强度的大小与胶囊内镜到电磁场发生装置的距离以及电磁场发生装置的电流大小直接相关,因此可以得到电磁场的磁感应强度与胶囊内镜的位置关系公式。通过多次改变电流值,并获取不同电流值对应的磁感应强度,代入上述公式,可以得到系统参数C1、C2的值,进而可以通过磁感应强度的大小获取胶囊内镜的位置。
进一步地,在所述根据所述胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜移动至预设的目标位置所需的作用力的步骤之前,所述方法还包括:
根据所述胶囊内镜所受的磁力与所述电磁场的梯度关系获取所述胶囊内镜所受的磁力;
所述胶囊内镜所受的磁力与电磁场的梯度关系表示为:
其中,mc表示胶囊内镜内部的内磁铁的磁偶极矩,Fm表示胶囊内镜在所述电磁场内所受到的磁力;
所述胶囊内镜所受的磁力表示为:
在上述实现过程中,由于胶囊内镜内部设有内磁铁,因此外部磁场的磁场强度发生变化时,于胶囊内镜所受到的磁力也会发生变化,因此可以根据磁力、电磁场的梯度两者之间的关系得到胶囊内镜所受的磁力的计算公式。
进一步地,所述根据所述胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜移动至预设的目标位置所需的作用力,包括:
获取所述胶囊内镜的受力;
所述胶囊内镜的受力表示为:
其中,所述F
PID表示PID控制器计算的作用力,F
g表示所述胶囊内镜的重力,F
b表示所述胶囊内镜的浮力;
根据所述胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置通过PID控制器获取所述胶囊内镜移动至目标位置所需的作用力;
所述作用力表示为:FPID=PID(r_target-r_current);
其中,r_current表示所述胶囊内镜当前位置,r_target表示所述胶囊内镜的目标位置。
在上述实现过程中,根据胶囊内镜的受力情况,可以得到外部PID控制器计算出的作用力,方便根据该作用力可以推导出需要施加的驱动电流,从而通过驱动电流的变化使得胶囊内镜受到的磁力发生变化,从而实现对胶囊内镜的移动进行控制。
进一步地,所述根据所述作用力调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以使胶囊内镜移动至预设的目标位置,包括:
根据所述胶囊内镜移动至目标位置所需的作用力获取所述电磁场对应的驱动电流;
向所述电磁场发生装置施加所述驱动电流,以改变所述电磁场的磁感应强度和所述胶囊内镜所受到的磁力,通过所述磁力将所述胶囊内镜移动至预设的目标位置。
在上述实现过程中,根据FPID的值可以确定对应电磁场所需的驱动电流,通过调整驱动电流的大小改变胶囊内镜受到的磁力大小,从而可以将胶囊内镜移动至预设的目标位置,实现对胶囊内镜的控制。
本申请实施例提供了一种胶囊内镜的悬浮控制装置,该装置包括:
磁感应强度接收模块,用于接收胶囊内镜所处的电磁场的磁感应强度;
当前位置获取模块,用于根据所述磁感应强度获取所述胶囊内镜的当前位置;
作用力获取模块,用于根据所述胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜移动至预设的目标位置所需的作用力;
驱动电流施加模块,用于根据所述作用力调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以使胶囊内镜移动至预设的目标位置。
在上述实现过程中,根据胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置之间的距离,确定将胶囊内镜移动至预设的目标位置所需的作用力,从而调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以改变胶囊内镜受到的磁力,能够将胶囊内镜移动至预设的目标位置,实现对胶囊内镜的悬浮距离的控制,可以根据需要调整胶囊内镜到胃壁之间的距离,确保取得较佳成像效果,解决了现有方法无法控制及胶囊内镜与胃壁之间的距离,从而无法取得较佳成像效果的问题。
进一步地,所述作用力获取模块包括:
受力获取子模块,用于获取所述胶囊内镜的受力;
作用力获取子模块,用于根据所述胶囊内镜的当前位置和预设的目标位置通过PID控制器获取所述胶囊内镜移动至目标位置所需的作用力。
在上述实现过程中,根据胶囊内镜的受力情况以及当前位置和预设的目标位置之间的距离,可以确定通过PID控制器获取所述胶囊内镜移动至目标位置所需的作用力,方便通过PID控制器计算所需电磁场的磁感应强度的变化,达到通过电磁场的磁感应强度的变化控制胶囊内镜移动的目的。
进一步地,驱动电流施加模块包括:
驱动电流获取子模块,用于根据所述胶囊内镜移动至目标位置所需的作用力获取所述电磁场对应的驱动电流;
驱动电流施加子模块,用于向所述电磁场发生装置施加所述驱动电流,以改变所述电磁场的磁感应强度和所述胶囊内镜所受到的作用力,通过所述作用力将所述胶囊内镜移动至预设的目标位置。
在上述实现过程中,通过调整驱动电流的大小达到调整电磁场的磁感应强度的目的,磁感应强度变化可以改变述胶囊内镜受到的磁力大小,从而能够控制胶囊内镜的悬浮距离。
本申请实施例还提供一种电子设备,所述电子设备包括存储器以及处理器,所述存储器用于存储计算机程序,所述处理器运行所述计算机程序以使所述计算机设备执行上述实施例中任一项所述的胶囊内镜的悬浮控制方法。
本申请实施例还提供一种可读存储介质,所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时,执行上述实施例中任一项所述的胶囊内镜的悬浮控制方法。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
请参看图1,图1为本申请实施例提供的一种胶囊内镜的悬浮控制方法的流程图。该方法具体可以包括以下步骤:
步骤S100:接收胶囊内镜800所处的电磁场的磁感应强度;
在上述实现过程中,胶囊内镜800内设置有磁传感器,可以通过磁传感器读取胶囊内镜800所处的电磁场的磁感应强度。
示例的,如图2所示,为获取系统参数的流程示意图。在根据所述磁感应强度获取所述胶囊内镜800的当前位置的步骤S200之前,该方法还包括:
步骤S210:获取所述胶囊内镜800与电磁场发生装置之间的直线距离;
在上述实现过程中,示例的,磁场发生装置可以采用电磁铁700在电磁铁700上绕设一组线圈得到胶囊内镜800所需要的电磁场;其中,线圈匝数取决于胶囊内镜800的重量和达到目标位置所需要的平衡距离,例如3.2克的胶囊内镜800在平衡距离为220mm时所需要的线圈匝数为2000。
示例的,如图3所示,为胶囊内镜800到电磁铁700之间的直线距离示意图。
步骤S211:在直线距离不变时,对电磁场发生装置设置不同的电流,并获取对应的磁感应强度;
步骤S212:根据所述磁感应强度与胶囊内镜800的位置关系获取系统参数C1、C2的值;
其中,由于胶囊内镜800所处的电磁场的磁感应强度与胶囊内镜800与电磁铁700的距离成反比,与线圈的电流大小成正比,因此,电磁场的磁感应强度与胶囊内镜800的位置关系可以表示为:
其中,B表示电磁场的磁感应强度,I表示电磁场发生装置的电流大小,r表示胶囊内镜800与电磁场发生装置之间的直线距离,C1、C2表示所述电磁场对应的系统参数。
在上述实现过程中,示例的,可以在将胶囊内镜800放入人体胃部之前,保持胶囊内镜800与电磁铁700之间的直线距离不变,通过多次改变电磁铁700上线圈的电流,改变胶囊内镜800所处的电磁场的磁感应强度B,并根据胶囊内镜800内磁传感器的读数获取对应的当前电磁场的磁感应强度B,并代入上述公式可以计算得到C1、C2的值,例如可以采用数学插值方法。
步骤S200:根据磁感应强度获取所述胶囊内镜800的当前位置;
在胶囊内镜800放入到胃部之后,可以通过胶囊内镜800内的磁传感器读取胶囊内镜800所处的电磁场的磁感应强度,进而可以根据上述公式计算出胶囊内镜800与电磁铁700之间的直线距离r。
示例的,在所述根据所述胶囊内镜800的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜800移动至预设的目标位置所需的作用力的步骤S300之前,该方法还包括:
步骤S310:根据胶囊内镜800所受的磁力与电磁场的梯度关系获取胶囊内镜800所受的磁力;
胶囊内镜800所受的磁力与电磁场的梯度关系可以表示为:
其中,mc表示胶囊内镜800内部的内磁铁的磁偶极矩,Fm表示胶囊内镜800在所述电磁场内所受到的磁力;
再对公式
求取关于直线距离r的导数,并代入公式
中,可以得到胶囊内镜800所受的磁力,胶囊内镜800所受的磁力可以表示为:
步骤S300:根据所述胶囊内镜800的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜800移动至预设的目标位置所需的作用力;
示例的,如图4所示,为本申请实施例提供的根据所述胶囊内镜800的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜800移动至预设的目标位置所需的作用力的流程示意图。步骤S300具体可以包括:
步骤S301:获取所述胶囊内镜800的受力;
所述胶囊内镜800的受力表示为:
其中,F
PID表示PID控制器计算出的作用力,该作用力可以为方向向上的拉力;F
g表示胶囊内镜800的重力,F
b表示所述胶囊内镜800的浮力,在此可以表示为胶囊内镜800在水中的浮力;
步骤S302:根据所述胶囊内镜800的当前位置和预设的目标位置通过PID控制器获取所述胶囊内镜800移动至目标位置所需的作用力;
所述作用力表示为:FPID=PID(r_target-r_current);
其中,r_current表示所述胶囊内镜800当前位置,r_target表示所述胶囊内镜800的目标位置。
由于,胶囊内镜800的重力和胶囊内镜800的浮力为常数,因此可以将两种力进行合并,并采用F0表示,则可以得到如下计算公式:
步骤S400:根据所述作用力调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以使胶囊内镜800移动至预设的目标位置。
示例的,如图5所示,为本申请实施例提供的根据所述作用力调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以使胶囊内镜800移动至预设的目标位置的流程示意图。步骤S400具体可以包括以下步骤:
步骤S401:根据所述胶囊内镜800移动至目标位置所需的作用力获取所述电磁场对应的驱动电流;
在上述实现过程中,通过PID控制器计算出的胶囊内镜800移动至目标位置所需的作用力F
PID并代入公式
可以得到胶囊内镜800移动至目标位置所需的驱动电流。
其中,PID控制器的算法中的比例单元P是当前位置r_current和目标位置r_target之间的差值,积分单元I是当前位置r_current和目标位置r_target的差值积分,微分单元D是当前位置r_current和目标位置r_target的差值的微分。
步骤S402:向所述电磁场发生装置施加所述驱动电流,以改变所述电磁场的磁感应强度和所述胶囊内镜800所受到的磁力,通过所述磁力将所述胶囊内镜800移动至预设的目标位置。
在上述实现过程中,示例的,可以通过改变电磁铁700上的线圈的电流从而改变电磁场的磁感应强度,进而改变胶囊内镜800所受到的磁力,通过该磁力将胶囊内镜800移动至预设的目标位置。
在另一种实施例中,由于胶囊内镜受到的磁力与电流大小I成正比,与距离r的四次方成反比。因此,在调整胶囊内镜受到的磁力大小时也可以通过保持电流大小I不变,通过调整胶囊内镜与电磁铁之间的距离来改变胶囊内镜受到的磁力大小。
同理,作为等同的实施方式,也可以采用永磁铁替换本实施例中的电磁铁,通过调整永磁铁与胶囊内镜的距离改变永磁铁对胶囊内镜的磁力的大小。
实施例2
本申请实施例还提供一种胶囊内镜800的悬浮控制装置,如图6所示,为本申请实施例提供的胶囊内镜800的悬浮控制装置的结构框图。具体的该装置可以包括:
磁感应强度接收模块100,用于接收胶囊内镜800所处的电磁场的磁感应强度;
当前位置获取模块200,用于根据所述磁感应强度获取所述胶囊内镜800的当前位置;
作用力获取模块300,用于根据所述胶囊内镜800的当前位置和预设的目标位置获取将胶囊内镜800移动至预设的目标位置所需的作用力;
驱动电流施加模块400,用于根据所述作用力调整所述电磁场的磁感应强度的大小,以使胶囊内镜800移动至预设的目标位置。
示例的,如图7所示,为本申请实施例提供的胶囊内镜800的悬浮控制装置的具体结构框图。该装置还包括系统参数获取模块600,所述系统参数获取模块600具体可以包括:
距离获取子模块601,用于获取所述胶囊内镜800与电磁场发生装置之间的直线距离;
磁感应强度获取子模块602,用于在所述直线距离不变时,对所述电磁场发生装置设置不同的电流,并获取对应的磁感应强度;
系统参数计算子模块603,用于根据所述磁感应强度与胶囊内镜800的位置关系获取系统参数C1、C2的值。
示例的,该装置还包括:
磁力计算模块500,用于根据所述胶囊内镜800所受的磁力与所述电磁场的梯度关系获取所述胶囊内镜800所受的磁力。
示例的,作用力获取模块300包括:
受力获取子模块301,用于获取所述胶囊内镜800的受力;
作用力获取子模块302,用于根据所述胶囊内镜800的当前位置和预设的目标位置通过PID控制器获取所述胶囊内镜800移动至目标位置所需的作用力。
驱动电流施加模块400包括:
驱动电流获取子模块401,用于根据所述胶囊内镜800移动至目标位置所需的作用力获取所述电磁场对应的驱动电流;
驱动电流施加子模块402,用于向所述电磁场发生装置施加所述驱动电流,以改变所述电磁场的磁感应强度和所述胶囊内镜800所受到的作用力,通过所述作用力将所述胶囊内镜800移动至预设的目标位置。
实施例3
如图8所示,为本申请实施例提供的一种胶囊内镜800的悬浮控制方法的控制流程图,通过该方法可以将胶囊内镜800移动至预设的目标位置,可以包括以下步骤:
步骤1:通过磁传感器读取胶囊内镜800所在电磁场的磁感应强度;
步骤2:根据该磁感应强度计算出胶囊内镜800的当前位置的相关数据;
步骤3:将胶囊内镜800的当前位置数据经过巴格沃斯滤波器进行滤波后,传输至PID控制器;其中,经过巴格沃斯滤波器滤波后可以增加信号传递的稳定性。
步骤4:PID控制器经过当前位置和预设的目标位置的比较以及偏差调节,计算出将胶囊内镜800移动至预设的目标位置所需的磁力;
步骤5:根据该磁力计算出对应的驱动电流的大小,并改变磁铁上线圈的电流大小,使得胶囊内镜800向预设的目标位置移动;
步骤6:再次获取磁传感器读取,并重复上述步骤,直至胶囊内镜800移动至预设的目标位置,即完成对胶囊内镜800的悬浮距离的控制。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现方式中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。