CN112494027B - 胃肠动力检查系统 - Google Patents

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CN112494027B CN202011344388.9A CN202011344388A CN112494027B CN 112494027 B CN112494027 B CN 112494027B CN 202011344388 A CN202011344388 A CN 202011344388A CN 112494027 B CN112494027 B CN 112494027B
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Abstract

本发明公开一种胃肠动力检查系统，包括：胃肠动力胶囊、定位装置和终端设备，所述胃肠动力胶囊包括壳体及磁体，所述定位装置包括至少两个磁传感器i，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数；所述胃肠动力胶囊用于在受检者的体内随着胃肠的蠕动而移动时产生变化的磁场；所述定位装置的所述磁传感器i用于采集第j个时间点Tj时所述磁场的强度数据Dij，并将所述强度数据Dij发送给所述终端设备，j∈(1,N)，N为大于等于1的正整数；所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj及运动频率，为医生做出准确的诊断和精准的治疗提供参考信息。该胃肠动力检查系统检查方便、定位精准、效率高且成本低廉。

Description

胃肠动力检查系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种胃肠动力检查装置及系统。
背景技术
消化系统疾病是继心血管疾病之后的第二大医学问题，胃肠动力紊乱的疾病占据消化道疾病接近半壁江山。胃肠动力是指胃肠部肌肉收缩蠕动的力量和频率，胃肠动力紊乱引发消化不良，轻者可导致腹胀、便秘、恶心、呕吐等症状，久而久之容易产生胃炎、胃轻瘫、食道反流甚至癌变等病症，严重影响人类日常工作和生活。
目前评估胃肠动力紊乱的检查方法主要有测腔内压力、测pH值、胃肠电图、标记物胶囊等。测压法需要插管，具有侵入性且无法准确定位功能障碍部位。测pH值法虽然不需要插管，但只能检测某一点的胃动力功能异常，因此很少用于临床。胃电图法是将电极放置于腹部体表，并记录空腹和餐后的胃肠电节律，分析有无胃电节律异常来判断胃肠收缩功能是否紊乱，此方法虽然容易被接受但其临床诊断价值尚有争议。标记物法需要在患者吞服不透X射线的标记物后的24、48、72小时多次拍摄腹部X片，有辐射且设备价格昂贵、检查耗时。
因此，需要一种胃肠动力检查系统来执行胃肠动力功能检查，以克服以上现有技术中存在的至少一个问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本发明实施例提供一种胃肠动力检查系统，通过对胃动力胶囊的精确定位，确定胃动力胶囊的位置和姿态信息、运动频率，进而确定胃肠动力胶囊在胃肠内的运动轨迹和蠕动频率，可以辅助医生评估胃肠动力紊乱的部位及其严重程度，该胃肠动力检查系统检查方便、定位精准、效率高且成本低廉。
本发明提供一种胃肠动力检查系统，包括：胃肠动力胶囊、定位装置和终端设备，所述胃肠动力胶囊包括壳体及磁体，所述定位装置包括至少两个磁传感器i，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数；
所述胃肠动力胶囊用于在受检者的体内随着胃肠的蠕动而移动时产生变化的磁场；
所述定位装置的所述磁传感器i用于采集第j个时间点Tj时所述磁场的强度数据Dij，并将所述强度数据Dij发送给所述终端设备，j∈(1,N)，N为大于等于1的正整数；
所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj及运动频率。
在一些实施例中，所述终端设备用于根据所述位置和姿态信息RPAj或所述运动频率确定胃和/或肠的蠕动频率。
在一些实施例中，所述胃肠动力检查系统还包括：参考传感器，所述参考传感器用于采集所述时间点Tj时所述定位装置受运动、角度和地磁影响的参考强度数据Drj。
在一些实施例中，所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
所述终端设备对所述强度数据Dij进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij；
所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj，其中，Btij为时间点Tj时所述磁场的理论强度值。
在一些实施例中，所述终端设备对所述强度数据进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij包括：
所述终端设备根据标定结果对所述强度数据Dij按照如下公式进行校正，得到校正后的强度数据Dcij，
Dcij＝M*(Dij-B)，其中，M为比例校正系数，B为零偏移校正系数；
所述终端设备根据时间点Tj时的所述参考强度数据Drj和所述校正后的强度数据Dcij，按照如下公式计算得到所述处理后的强度数据Dfij，
Dfij＝Dcij-Drj。
在一些实施例中，所述终端设备还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值Btij包括：
当所述磁体为球形磁铁或圆柱形磁铁时，根据磁偶极子模型公式计算所述磁场的所述强度理论值Btij，
Figure BDA0002799478000000021
其中，μr为相对导磁率，μ0为真空导磁率，MT为表征磁体磁场强度常数，Mc为表征磁体磁场方向的矢量，P为磁传感器相对于磁体中心点的矢量，R为磁传感器相对于磁体中心点的矢量的模。
在一些实施例中，所述终端设备还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值Btij包括：
当所述磁体为圆柱形磁铁时，根据圆柱模型公式计算所述磁场的所述强度理论值Bt，
Figure BDA0002799478000000031
其中，μ0为真空导磁率；M0为表征磁体磁场方向的矢量；l为圆柱形磁铁的高度；a为圆柱形磁铁的半径；r为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心的距离；er为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心的矢量的r方向分量；eθ为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心的矢量的θ方向分量；θ为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心矢量与表征磁体磁场方向矢量的夹角。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S11：所述终端设备设定在时间点Tj时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA＝PA0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)；
S12：当所述磁体为球形磁铁时，所述终端设备根据时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA及所述磁传感器i的位置坐标(ai,bi,ci)，采用磁偶极子模型公式计算时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij(Btxij,Btyij,Btzij)；
S13：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij与所述处理后的强度数据Dijf，得到比对结果；
S14：当所述比对结果满足预设条件时，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态RPAj＝PA0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)；
S15：当所述比对结果不满足预设条件时，更新时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：PA＝PA0+p，其中p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)为一个正态分布样本，且p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为PA＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,m0+Δm,n0+Δn,p0+Δp)，重复S12至S15，直至所述比对结果满足预设条件，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态RPAj＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,m0+Δm,n0+Δn,p0+Δp)。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S21：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)，q是一个正态分布样本，且(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S22：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1,N)，Qk为(Δxk,Δyk,Δzk,Δmk,Δnk,Δpk)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk,Δyk,Δzk,Δmk,Δnk,Δpk)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S23：当所述磁体为球形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在坐标系中的位置坐标(ai,bi,ci)及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照磁偶极子模型公式计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk,Btyijk,Btzijk)；S24：将步骤S23得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk；
S25：对S24中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度P′k；
S26：按照如下公式，选取M个处理后的相似度P′k，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同,
P′1+P′2+…+P′n＞rand；
S27：对M个处理后的相似度Pk’对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S31：所述终端设备设定在时间点Tj时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA＝PA0＝(x0,y0,z0,θ0,φ0)；
S32：当所述磁体为圆柱形磁铁时，所述终端设备根据时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA及所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息
Figure BDA0002799478000000041
采用圆柱模型公式计算时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij(Btxij,Btyij,Btzij)；
S33：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij与所述处理后的强度数据Dijf，得到比对结果；
S34：当所述比对结果满足预设条件时，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态RPAj＝PA0＝(x0,y0,z0,θ0,φ0)；
S35：当所述比对结果不满足预设条件时，更新时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：PA＝PA0+p，其中p(Δx,Δy,Δz,Δθ,Δφ)为一个正态分布样本，且
p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为PA＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,θ0+Δθ,φ0+Δφ)，重复S32至S35，直至所述比对结果满足预设条件，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态RPAj＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,θ0+Δθ,φ0+Δφ)。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S41：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx,Δy,Δz,Δθ,Δφ)，q是一个正态分布样本，且(Δx,Δy,Δz,Δθ,Δφ)在(0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S42：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1,N)，Qk为(Δxk,Δyk,Δzk,Δθk,Δφk)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk,Δyk,Δzk,Δθk,Δφk)在(0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S43：当所述磁体为圆柱形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息
Figure BDA0002799478000000051
及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照圆柱模型公式计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk,Btyijk,Btzijk)；S44：将步骤S43得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk；
S45：对S44中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度P′k；
S46：按照如下公式，选取M个处理后的相似度P′k，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同,
P′1+P′2+…+P′n＞rand；
S47：对M个处理后的相似度Pk’对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj。
在一些实施例中，所述终端设备用于根据所述胃肠动力胶囊在胃肠内的所述位置和姿态信息RPAj确定胃和/或肠的蠕动频率包括：
根据所有时间点Tj分别对应的所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息，分别得到位置曲线和姿态曲线；
对所述位置曲线和/或所述姿态曲线分别进行分段处理，分别得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线；
分别对所述多个位置子曲线和/或所述多个姿态子曲线进行傅里叶变换，得到多个频谱图；根据所述多个频谱图确定所述胃肠动力胶囊的运动频率，得到胃肠蠕动频率。
在一些实施例中，所述定位装置还包括一块第一PCB电路板和主控板，所述第一PCB电路板与所述主控板电连接，所述第一PCB电路板上设置所有所述磁传感器i。
在一些实施例中，所述定位装置还包括受检者可佩戴的带，所述第一PCB电路板和所述主控板设置在所述可佩戴的带上，所述可佩戴的带用于将所述第一PCB电路板和所述主控板固定于所述受检者身上。
在一些实施例中，所述磁传感器i的数量为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。
在一些实施例中，所述定位装置包括至少两块第二PCB电路板和主控板，每块所述第二PCB电路板与所述主控板电连接，每块所述第二PCB电路板上设置1个或者多个所述磁传感器i。
在一些实施例中，所述定位装置包括至少两个粘贴部，所述粘贴部与所述第二PCB电路板连接，所述第二PCB电路板通过所述粘贴部固定在受检者身上。
在一些实施例中，所述定位装置还包括数据存储器，所述数据存储器与所述主控板电连接，所述数据存储器用于存储所述磁场的强度数据Dij。
本发明提供一种胃肠动力检查系统，该胃肠动力检查系统包括：胃肠动力胶囊、定位装置和终端设备，所述胃肠动力胶囊在受检者体内随着胃肠道的蠕动而移动时产生变化的磁场，所述定位装置的磁传感器i采集各个时间点的磁场强度数据，所述终端设备根据各个时间点的磁场强度数据确定对应时间点所述胃肠动力胶囊的位置和姿态信息及运动频率，进一步可以根据所述胃肠动力胶囊的所述位置和姿态信息确定所述胃肠动力胶囊的运动频率，得到胃肠蠕动频率，可以辅助医生评估胃肠动力紊乱的部位及其严重程度，该胃肠动力检查系统检查方便、定位精准、效率高且成本低廉。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例中一种胃肠动力检查系统的应用示意图；
图2为本发明实施例中一种胃肠动力胶囊的结构示意图；
图3为本发明实施例中定位装置上的磁传感器的一种排列方式示意图；
图4为本发明实施例中定位装置上的磁传感器的另一种排列方式示意图；
图5为本发明实施例中一种定位装置的结构示意图；
图6为本发明实施例中另一种胃肠动力检查系统的应用示意图；
图7为本发明实施例中圆柱磁场模型示意图；
图8为本发明实施例中圆柱形磁铁的圆柱坐标系示意图。
附图标记说明：
胃肠动力胶囊1，壳体11，磁体12，固定结构13，圆柱形磁铁12-1，
定位装置2，磁传感器i，第一PCB电路板21，第二PCB电路板22，
终端设备3，
参考传感器4。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非明确说明，本发明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。
本发明实施例中，患者在检查前，只需穿戴定位装置2并随水吞服一颗胃肠动力胶囊1；所述胃肠动力胶囊1进入消化道后，随着消化道蠕动而运动，所述胃肠动力胶囊1的位置和姿态不断变化，从而引发磁场强度的改变，该改变被定位装置2检测，所述定位装置2实时采集所述磁场的强度数据Dij并保存，或者实时将采集的所述强度数据Dij发送给终端设备；待所述胃肠动力胶囊排出体外后回收所述定位装置2，利用采集到的所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息及所述胃肠动力胶囊1的运动频率。因为在消化道内的所述胃肠动力胶囊1自由蠕动，真实的反映了胃肠道收缩蠕动的时间、力量和频率，因此通过分析以上计算结果不仅可以确定胃肠动力紊乱的发生部位，还可以评估胃肠动力紊乱的严重程度，为医生做出准确的诊断和精准的治疗提供了重要参考信息。
参见图1所示，本发明实施例中一种胃肠动力检查系统的应用示意图，该胃肠动力检查系统包括：胃肠动力胶囊1、定位装置2和终端设备3，所述胃肠动力胶囊1包括壳体11及磁体12，所述定位装置包括至少两个磁传感器i，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数；所述胃肠动力胶囊用于在受检者的体内随着胃肠的蠕动而移动时产生变化的磁场；所述定位装置的所述磁传感器i用于采集第j个时间点Tj时所述磁场的强度数据Dij，并将所述强度数据Dij发送给所述终端设备，j∈(1,N)，N为大于等于1的正整数；所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj及运动频率。
具体地，如图2所示，所述胃肠动力胶囊1包括壳体11及磁体12，进一步地还可以包括固定结构13，该固定结构13用于将所述磁体12固定在所述壳体内。所述磁体12为永磁铁或电磁线圈。例如，可以选取钕铁硼、四氧化三铁、钐钴和铝镍钴等中一种制作磁铁。所述磁体12可以为球形或圆柱形等形状。所述磁体12的重量为1-4g。当所述磁体12为圆柱形磁铁12-1时，该磁体12的高度小于等于10mm，该磁体12的直径小于等于8mm。所述胃肠动力胶囊1可以是与水等密度体或者非等密度体。在一些实施例中，所述胃肠动力胶囊1还可以包括摄像模块、照明模块等功能模块，可以执行拍照和/或摄像功能。在一些实施例中，所述胃肠动力胶囊1的壳体可以是胶囊形，也可以是圆柱形或者球形等其他形状。所述胃肠动力胶囊1进入消化道后，随着消化道蠕动而运动，其位置和姿态不断变化，从而引发磁场的强度改变。
所述定位装置2包括至少两个磁传感器i，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数，每个所述磁传感器i用于采集第j个时间点Tj时所述磁场的强度数据Dij，j∈(1,N)，N为大于等于1的正整数，所述定位装置2将所述强度数据Dij通过所述通信链路发送给所述终端设备3。所述通信链路包括但不限于：有线网络，无线网络，其中，该有线网络包括：局域网、城域网和广域网，该无线网络包括：蓝牙、WIFI及其他实现无线通信的网络。胃肠动力胶囊在某一时间点在胃肠内的某一位置时，其相对于每个磁传感器i的位置是不同的，因此每个磁传感器i采集的磁场的强度数据Dij是不同的，因此两个或两个以上的磁传感器i即可确定胃肠动力胶囊在胃肠内的位置，为了得到较好的定位精度，磁传感器的数量可以为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。磁传感器i可以为三轴霍尔磁传感器。在一些实施例中，所述定位装置还包括电容，所述电容用于稳定所述定位装置的电压以降低信号噪音。检查时，所述定位装置固定在受检者的身上，具体可以是腰上，固定方式在此不做限定。在一些实施例中，定位装置2可以实时将磁传感器21采集的磁场强度数据发送给终端设备3。在一些实施例中，数据记录器可以实时将接收的磁场强度数据或经处理后的磁场强度数据发送给终端设备3，也可以接收完全部磁场强度数据(也即胃动力胶囊排出体外)后，一次性将所有磁场强度数据或所有经处理后的磁场强度数据发送给终端设备3。
所述终端设备3用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息RPAj及运动频率，用于根据所述胃肠动力胶囊1的所述位置和姿态信息RPAj确定所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。具体地，所述终端设备3可以是本地服务器，也可以是云端服务器，也可以是各种智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机或智能手表等。
本发明实施例提供一种胃肠动力检查系统，该胃肠动力检查系统包括：胃肠动力胶囊1、定位装置2和终端设备3，所述胃肠动力胶囊1在受检者体内随着胃肠道的蠕动而移动时产生变化的磁场，所述定位装置2的磁传感器i采集各个时间点的磁场强度数据，所述终端设备3根据各个时间点的磁场强度数据确定对应时间点所述胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息及运动频率，进一步可以根据所述胃肠动力胶囊1的所述位置和姿态信息确定所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率，可以辅助医生评估胃肠动力紊乱的部位及其严重程度，该胃肠动力检查系统检查方便、定位精准、效率高且成本低廉。
在一些实施例中，所述终端设备还用于根据所述位置和姿态信息、所述运动频率确定胃和/或肠的蠕动频率。医生根据胃和/或肠的蠕动频率确定受检者的胃肠道功能是否正常，如若异常，则进一步确定胃肠道紊乱的严重程度，从而为医生做出准确的诊断和精准的治疗提供了重要参考信息。
如图6所示，在一些实施例中，所述胃肠动力检查系统还包括参考传感器4，所述参考传感器4用于采集所述时间点Tj时所述定位装置2受运动、角度和地磁影响的参考强度数据Drj。具体地，检查过程中，定位装置22固定于受检者的腹部，受检者需连续佩戴24-72小时，在此过程中定位装置22的位置、姿态会发生变化，导致磁传感器i采集的数据中的干扰成分也随时发生变化，而无法简单地去除某一固定的干扰值，因此采用参考传感器4除去定位装置22的运动、地磁及受检者运动带来的干扰，得到胃肠动力胶囊1运动引起的真实的磁场变化数据。参考传感器4可以是磁传感器、加速度传感器、倾角传感器或IMU(Inertialmeasurement unit，惯性测量单元)等传感器中的一种。当参考传感器4为磁传感器时，计算最方便简单，直接减去参考传感器4数值即可；当参考传感器4为其他类型传感器时，需先根据传感器数据计算得到定位装置2的姿态，再根据地磁矢量分别计算得到干扰信号的xyz轴分量，最后减去这些分量数值即可。
在一些实施例中，所述定位装置还包括一块第一PCB电路板21和主控板，所述第一PCB电路板21与所述主控板电连接，所述第一PCB电路板21上设置所有所述磁传感器i。具体地，所述主控板用于对接收的所述磁场的所述强度数据进行处理，包括滤波处理等处理。例如所述磁传感器i的数量为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。所述磁传感器i在所述第一PCB电路板21上的排列方式可以有多种，例如十字形或口字型等。例如，所述磁传感器i的排列方式为2x2至5x5排列，这样可以得到更好的定位精度。在一些实施例中，如图3所示，磁传感器i的3x3的排列可以简化为图3中所示的4个或者如图3中所示的5个磁传感器i的排列，这样可以在保证定位精度的同时降低成本。在一些实施例中，如图4所示，磁传感器i的5x5的排列可简化为图4中所示的13个或图4所示的12个磁传感器i的排列，这样可以在保证定位精度的同时降低成本。在一些实施例中，所述定位装置还包括受检者可佩戴的带，所述第一PCB电路板21和所述主控板设置在所述可佩戴的带上，所述可佩戴的带用于将所述第一PCB电路板21和所述主控板固定于所述受检者身上。具体可以固定在受检者的腰上。这样方便穿和脱，操作简单。在一些实施例中，如图5所示，所述定位装置包括至少两块第二PCB电路板22和主控板(在图中未示出)，每块所述第二PCB电路板22与所述主控板电连接，每块所述第二PCB电路板22上设置1个或者多个所述磁传感器i。也即，用多块第二PCB电路板22替代一块第一PCB电路板21，可以理解的是，第二PCB电路板22的尺寸比第一PCB电路板21的尺寸小。每块所述第二PCB电路板22上设置1个或者多个所述磁传感器i。进一步地，所述定位装置包括至少两个粘贴部，所述粘贴部与所述第二PCB电路板22连接，所述第二PCB电路板22通过所述粘贴部固定在受检者身上。这样通过在受检者的身体表面不同位置分别粘贴第二PCB电路板22，达到与一块第一PCB电路板21相近的定位效果，多块第二PCB电路板22可以直接分别贴在受检者的身体表面，具有佩戴体验更佳，定位范围更大，使用方法更灵活，不易移动更稳固等优点。
在一些实施例中，定位装置2内可以同时配置2至3种不同量程和/或不同灵敏度的磁传感器i，用于对应胃肠动力胶囊1在胃肠内距离定位装置2远近不同的场景，以获得最佳数据用于进行位置、姿态和运动频率计算。当胃肠动力胶囊1距离定位装置2较远时，使用小量程和高灵敏度的磁传感器采集所述磁场的所述强度数据；当胃肠动力胶囊1距离定位装置2较近时，使用大量程和低灵敏度的磁传感器采集所述磁场的所述强度数据，该两种磁传感器的位置相近。
在一些实施例中，所述定位装置2还包括数据存储器，所述数据存储器与所述主控板电连接，所述数据存储器用于存储所述磁场的强度数据Dij。
具体地，所述数据存储器用于存储接收的所述磁场的强度数据Dij，也可以用于存储经处理后的磁场强度数据。
在一些实施例中，所述终端设备3用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：所述终端设备3对所述强度数据Dij进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij；所述终端设备3根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置和姿态信息RPAj，其中，Btij为时间点Tj时所述磁传感器i对应的所述磁场的理论强度值，Dfij为时间点Tj时磁传感器i采集的所述磁场的所述强度数据经预处理后得到的所述处理后的强度数据，即时间点Tj时所述磁传感器i对所述磁场的实测强度值。在本发明实施例中，所述磁场的所述强度理论值是指磁传感器按照圆柱模型或者磁偶极子模型理论上能测量到的磁场强度值，具体根据如下的磁偶极子模式公式(6)或圆柱模型公式(7)来计算磁场的强度理论值。
在一些实施例中，所述终端设备3对所述强度数据Dij进行预处理包括对定位装置2进行标定，以去除磁传感器i本身的噪音和误差；以及在系统中增加参考传感器4以去除定位装置2受运动、地球磁场及人体运动等带来的干扰。
在一些实施例中，所述终端设备3对所述强度数据进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij包括：所述终端设备3根据标定结果对所述强度数据Dij，按照如下公式(1)进行校正，得到校正后的强度数据Dcij，
Dcij＝M*(Dij-B) (1)
其中，M为比例校正系数，B为零偏移校正系数；
所述终端设备3根据时间点Tj时的所述参考强度数据Drj和所述校正后的强度数据Dcij，按照如下公式(2)计算得到所述处理后的强度数据Dfij。
Dfij＝Dcij-Drj (2)
具体地，在本发明实施例中定位装置2在使用前先对其进行标定，以去除磁传感器i本身的噪音和误差。标定方法为随机多位置、多角度旋转定位装置2，采集合适数量的数据，例如数据采集频率为50Hz时，合适数量为1分钟的数据数量，即5000个数据。在进行胃肠动力检查前，对各个磁传感器i进行标定，可以消除磁传感器i的固有噪音和各磁传感器i间的测量差异。
胃肠动力胶囊1进入受检者体内后，定位装置2包含的多个磁传感器i(i＝1,2,…,n)分别采集胃肠动力胶囊1引发的磁场强度变化的原始数据，并将原始数据保存至定位装置2或者终端设备3中。数据保存格式为每行表示时间点，每列依次为第一磁传感器x轴、第一磁传感器y轴、第一磁传感器z轴、第二磁传感器x轴、第二磁传感器y轴、第二磁传感器z轴、……、第n磁传感器x轴、第n磁传感器y轴、第n磁传感器z轴，n表示磁传感器数量；也可以行与列互换，即每列表示时间点，每行依次为第一磁传感器x轴、第一磁传感器y轴、第一磁传感器z轴、第二磁传感器x轴、第二磁传感器y轴、第二磁传感器z轴、……、第n磁传感器x轴、第n磁传感器y轴、第n磁传感器z轴；也可以是行或列内的顺序互换，例如，每列依次为第一磁传感器x轴、第二磁传感器x轴、第三磁传感器x轴、……、第n磁传感器x轴、第一磁传感器y轴、第二磁传感器y轴、第三磁传感器y轴、……、第n磁传感器y轴、第一磁传感器z轴、第二磁传感器z轴、第三磁传感器z轴、……、第n磁传感器z轴。所述原始数据为二进制补码，首先需要对所述原始数据进行解码转换为十进制数值，再乘以磁传感器21的灵敏度系数，最终得到强度数据Dij，单位为mT。磁传感器灵敏度系数需要参考使用的磁传感器说明书决定，单位为μT/LSB。在该处理或之后的处理步骤中可以通过低通滤波、均值滤波、中间值滤波、平滑滤波、移动滤波或带通滤波等方法，压制数据固有波动和噪音。之后根据零偏移校正系数B和比例校正系数M，按照如下公式(1)对强度数据Dij进行校正，得到校正后的强度数据Dcij。
定位装置2固定于受检者的腹部，受检者需连续佩戴24-72小时，在此过程中定位装置2的位置、姿态会发生变化，导致磁传感器i采集的数据中的干扰成分也随时发生变化，而无法简单地去除某一固定的干扰值，在本发明实施例中，所述终端设备3根据时间点Tj时的所述参考强度数据Drj和所述校正后的强度数据Dcij，按照如下公式(2)计算得到所述处理后的强度数据Dfij。从而去除定位装置2受地磁及受检者运动带来的干扰，得到胃肠动力胶囊1运动引起的真实的磁场变化数据。
在一些实施例中，所述定位装置2包括2个以上磁传感器i，如下公式(3)-(5)所示，通过磁传感器i的数据两两相减，也可以去除干扰信号，达到与本发明相同的目的。可以理解的是，如果采用此去除干扰方法，则不需要参考传感器4。
D1＝S1+N (3)
D2＝S2+N (4)
D1-D2＝S1-S2 (5)
其中，S1和S2为真实的磁场强度变化，N为干扰信号。
本发明实施例通过对所述强度数据进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij，即得到所述胃肠动力胶囊1在不同时间点引起的真实的磁场强度变化的强度数据，进而提高了胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息及运动频率计算的成功率和准确性，为医生做出准确的诊断和合适的治疗方案提供重要参考。
在一些实施例中，所述终端设备3还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值Btij包括：
当所述磁体12为球形磁铁或圆柱形磁铁12-1时，根据磁偶极子模型公式(6)计算所述磁场的所述强度理论值Btij，
Figure BDA0002799478000000131
其中，μr为相对导磁率，μ0为真空导磁率，MT为表征磁体12磁场强度常数，Mc为表征磁体12磁场方向的矢量，P为磁传感器i相对于磁体12中心点的矢量，R为磁传感器i相对于磁体12中心点的矢量的模。
在一些实施例中，所述终端设备3还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值Btij包括：
当所述磁体12为圆柱形磁铁12-1时，参见圆柱模型示意图7，根据圆柱模型公式(7)计算所述磁场的所述强度理论值Btij，
Figure BDA0002799478000000141
其中，μ0为真空导磁率；M0为表征磁体12磁场方向的矢量；l为圆柱形磁铁12-1的高度；a为圆柱形磁铁12-1的半径；r为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心的距离；er为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心的矢量的r方向分量；eθ为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心的矢量的θ方向分量；θ为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心矢量与表征圆柱形磁铁12-1磁场方向矢量的夹角。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S11：所述终端设备设定在时间点Tj时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA＝PA0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)；
S12：当所述磁体为球形磁铁时，所述终端设备根据时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA及所述磁传感器i的位置坐标(ai,bi,ci)，采用磁偶极子模型公式计算时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij(Btxij,Btyij,Btzij)；
S13：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij与所述处理后的强度数据Dijf，得到比对结果；
S14：当所述比对结果满足预设条件时，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态RPAj＝PA0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)；
S15：当所述比对结果不满足预设条件时，更新时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：PA＝PA0+p，其中p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)为一个正态分布样本，且p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为PA＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,m0+Δm,n0+Δn,p0+Δp)，重复S12至S15，直至所述比对结果满足预设条件，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态RPAj＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,m0+Δm,n0+Δn,p0+Δp)。
具体地，本发明实施例中，S11：所述终端设备设定在时间点Tj时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA＝PA0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)，例如，PA＝PA0＝(0,0,0,0,0,0)。
S12：当所述磁体为球形磁铁时，所述终端设备根据时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA及所述磁传感器i的位置坐标(ai,bi,ci)，按照磁偶极子模型公式(8)-(13)计算时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij(Btxij,Btyij,Btzij)，可以理解的是，任意一个磁传感器i在每个时间点的位置坐标是相同的，
Figure BDA0002799478000000151
Figure BDA0002799478000000152
Figure BDA0002799478000000153
Figure BDA0002799478000000154
m0 2+n0 2+p0 2＝1 (12)
Figure BDA0002799478000000155
其中，μr为相对导磁率，μ0为真空导磁率，MT为表征磁体磁场强度常数，(x0,y0,z0)为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在直角坐标系中的初始位置矢量在x、y、z轴的分量，(m0,n0,p0)为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在直角坐标系中的初始姿态矢量在x、y、z轴的分量。
S13：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij与所述处理后的强度数据Dijf，得到比对结果。
S14：当所述比对结果满足预设条件，即
Figure BDA0002799478000000156
时，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态RPAj＝PA0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)，其中，ε小于(1e-10)，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数。
S15：当所述比对结果不满足预设条件，即
Figure BDA0002799478000000157
时，更新时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：PA＝PA0+p，其中p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)为一个正态分布样本，且p(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为PA＝(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,m0+Δm,n0+Δn,p0+Δp)，重复S12至S15，直至
Figure BDA0002799478000000158
得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态RPAj为(x0+Δx,y0+Δy,z0+Δz,m0+Δm,n0+Δn,p0+Δp)，其中，ε小于(1e-10)。
重复S11至S15，直至完成所有时间点Tj分别对应的所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息的确定。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S21：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)，q是一个正态分布样本，且(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间；
S22：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1，N)，Qk为(Δxk，Δyk，Δzk，Δmk，Δnk，Δpk)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk，Δyk，Δzk，Δmk，Δnk，Δpk)在(0，0，0，0，0，0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间；
S23：当所述磁体为球形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在坐标系中的位置坐标(ai，bi，ci)及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照磁偶极子模型公式计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk，Btyijk，Btzijk)；
S24：将步骤S23得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk；
S25：对S24中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度Pk′；
S26：按照如下公式，选取M个处理后的相似度Pk′，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同，
P1′+P2′+…+Pn′＞rand；
S27：对M个处理后的相似度Pk’对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj。
具体地，实施例中，S21：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx，Δy，Δz，Δm，Δn，Δp)，q是一个正态分布样本，且(Δx，Δy，Δz，Δm，Δn，Δp)在(0，0，0，0，0，0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间。
S22：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1，N)，Qk为(Δxk，Δyk，Δzk，Δmk，Δnk，Δpk)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk，Δyk，Δzk，Δmk，Δnk，Δpk)在(0，0，0，0，0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间。S23：当所述磁体为球形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在坐标系中的位置坐标(ai，bi，ci)及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照如下磁偶极子模型公式(14)至(19)计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk,Btyijk,Btzijk)，
Figure BDA0002799478000000171
Figure BDA0002799478000000172
Figure BDA0002799478000000173
Figure BDA0002799478000000174
(mj-1+Δm+Δmk)2+(nj-1+Δn+Δnk)2+(pj-1+Δp+Δpk)2＝1 (18)
Figure BDA0002799478000000175
其中，μr为相对导磁率，μ0为真空导磁率，MT为表征磁体磁场强度常数。
S24：将步骤S23得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk，相似度计算方法不限于上述方法，还可以是简单的求差值，但根本目的是计算N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的磁场强度理论值Btijk与强度数据Dfij的近似程度，某个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的磁场强度理论值Btijk与强度数据Dfij越接近，则其相似度值Pk越大。
S25：对S24中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度P′k。
S26：按照如下公式(20)，选取M个处理后的相似度P′k，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同,
P′1+P′2+…+P′n＞rand (20)。
S27：对M个处理后的相似度Pk’对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk(xj-1+Δx+Δxk，yj-1+Δy+Δyk，zj-1+Δz+Δzk，mj-1+Δm+Δmk，nj-1+Δn+Δnk，pj-1+Δp+Δpk)进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息RPAj。
重复步骤S21至S27，直至完成所有时间点Tj分别对应的所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的确定。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S31：所述终端设备设定在时间点Tj时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA＝PA0＝(x0，y0，z0，θ0，φ0)；
S32：当所述磁体为圆柱形磁铁时，所述终端设备根据时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态PA及所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息
Figure BDA0002799478000000181
(如图8所示)，采用圆柱模型公式(7)计算时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij(Btxij，Btyij，Btzij)；
S33：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点Tj时所述磁场的所述强度理论值Btij与所述处理后的强度数据Dijf，得到比对结果；
S34：当所述比对结果满足预设条件时，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态RPAj＝PA0＝(x0，y0，z0，θ0，φ0)；
S35：当所述比对结果不满足预设条件时，更新时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：PA＝PA0+p，其中p(Δx，Δy，Δz，Δθ，Δφ)为一个正态分布样本，且p(Δx，Δy，Δz，Δm，Δn，Δp)在(0，0，0，0，0，0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间，则时间点Tj时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为PA＝(x0+Δx，y0+Δy，z0+Δz，θ0+Δθ，φ0+Δφ)，重复S32至S35，直至所述比对结果满足预设条件，得到时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态RPAj＝(x0+Δx，y0+Δy，z0+Δz，θ0+Δθ，φ0+Δφ)。
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的所述强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S41：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx，Δy，Δz，Δθ，Δφ)，q是一个正态分布样本，且(Δx，Δy，Δz，Δθ，Δφ)在(0，0，0，0，0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间；
S42：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1，N)，Qk为(Δxk，Δyk，Δzk，Δθ，Δφ)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk，Δyk，Δzk，Δθk，Δφk)在(0，0，0，0，0)-(0.5，0.5，0.5，0.5，0.5)之间；
S43：当所述磁体为圆柱形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息
Figure BDA0002799478000000191
及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照圆柱模型公式(7)计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk，Btyijk，Btzijk)；
S44：将步骤S43得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk；
S45：对S44中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度Pk′；
S46：按照如下公式，选取M个处理后的相似度Pk′，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同，
P1′+P2′+…+Pn′＞rand；
S47：对M个处理后的相似度Pk’对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj。
在一些实施例中，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置和姿态信息还可以直接采用相似度Pk中值最大的Pk对应的所述胃肠动力胶囊1可能的位置和姿态信息作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息；也可以采用与相似度Pk中值最大的Pk的差在某个范围内的所有Pk对应的所述胃肠动力胶囊1可能的位置和姿态信息的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息。
本发明实施例中的胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息计算方法中的正态分布样本Q、样本数量N、磁传感器噪音协方差矩阵R等参数可调，可根据胃肠动力胶囊1的移动范围、磁场的强度数据的数量级、胃肠动力胶囊1内磁铁的形状和大小来动态调整以上几个参数，以达到最佳计算结果。
在一些实施例中，所述终端设备3用于根据所述胃肠动力胶囊1的所述位置和姿态信息确定所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率包括：根据所有时间点Tj分别对应的所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息，分别得到位置曲线和姿态曲线；对所述位置曲线和/或所述姿态曲线分别进行分段处理，分别得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线；分别对所述多个位置子曲线和/或所述多个姿态子曲线进行傅里叶变换，分别得到多个频谱图；根据所述多个频谱图确定所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。具体地，根据所有时间点Tj分别对应的所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息，分别得到位置曲线和姿态曲线。对位置曲线、姿态曲线分别先进行低通滤波，再根据磁传感器i数据曲线在磁场强度明显变化之处对位置曲线和/或姿态曲线分别进行分段处理，分别得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线。在一些实施例中，也可以将位置曲线和/或姿态曲线平均分为预设数量的子曲线，得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线，该预设数量可以根据时间的分辨率和频率的精度要求来设定，比如200或300。分别对所述多个位置子曲线和/或所述多个姿态子曲线进行傅里叶变换，得到对应数量的频谱图，获取位置子曲线对应的每个频谱图中的最大幅值，绘制时频曲线，根据时频曲线得到胃或者肠的蠕动频率；也可以获取姿态子曲线对应的每个频谱图中的最大幅值，绘制时频曲线，根据时频曲线得到胃或者肠的蠕动频率。
在一些实施例中，可以通过磁传感器i的x轴或y轴或z轴数据曲线的峰值之间的时间差，取倒数求得频率，将该频率作为所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。
在一些实施例中，还可以通过数据近似拟合的方法拟合磁传感器数据曲线，再根据其峰值间的时间差求得频率，将该频率作为所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。
在一些实施例中，进一步地根据计算得到的各个时间点Tj对应的所述胃肠动力胶囊1的位置信息获得所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的运动轨迹；根据计算得到的各个时间点Tj对应的所述胃肠动力胶囊1的姿态信息获得胃肠动力胶囊1在胃肠内的方向；根据计算得到的所述胃肠动力胶囊1的运动频率确定胃肠动力胶囊1在胃肠内所处部位，进而判断该部位的蠕动频率是否异常；综合以上结果，可以输出检查报告供医生参考。
本发明实施例中的胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息的计算，可以是检查结束后的集中计算处理，医生可输出最终检查报告；也可以是检查过程中的实时的计算处理，可实时显示胃肠动力胶囊1的位置、姿态、轨迹和频率信息，方便医生随时调用。数据的处理及胶囊的位置和姿态信息的计算可以在终端设备3中，在一些实施例中，也可以在数据记录器的控制器中进行数据的处理及胶囊的位置和姿态信息的计算。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一种计算机可以存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (16)

1.一种胃肠动力检查系统，其特征在于包括：胃肠动力胶囊、定位装置和终端设备，所述胃肠动力胶囊包括壳体及磁体，所述定位装置包括至少两个磁传感器i，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数；
所述胃肠动力胶囊用于在受检者的体内随着胃肠的蠕动而移动时产生变化的磁场；
所述定位装置的所述磁传感器i用于采集第j个时间点Tj时所述磁场的强度数据Dij，并将所述强度数据Dij发送给所述终端设备，j∈(1,N)，N为大于等于1的正整数；
所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj及运动频率；
其中，所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S11：所述终端设备对所述强度数据Dij进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij；
S12：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)，q是一个正态分布样本，且(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S13：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1,N)，Qk为(Δxk,Δyk,Δzk,Δmk,Δnk,Δpk)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk,Δyk,Δzk,Δmk,Δnk,Δpk)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S14：当所述磁体为球形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在坐标系中的位置坐标(ai,bi,ci)及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照磁偶极子模型公式计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk,Btyijk,Btzijk)；
S15：将步骤S14得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk；
S16：对S15中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度P′k；
S17：按照如下公式，选取M个处理后的相似度P′k，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同,
P′1+P′2+…+P′n>rand，其中，rand是random的缩写，rand指代随机数；
S18：对M个处理后的相似度P′k对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj。
2.一种胃肠动力检查系统，其特征在于包括：胃肠动力胶囊、定位装置和终端设备，所述胃肠动力胶囊包括壳体及磁体，所述定位装置包括至少两个磁传感器i，i∈(1,N)，N为大于等于2的正整数；
所述胃肠动力胶囊用于在受检者的体内随着胃肠的蠕动而移动时产生变化的磁场；
所述定位装置的所述磁传感器i用于采集第j个时间点Tj时所述磁场的强度数据Dij，并将所述强度数据Dij发送给所述终端设备，j∈(1,N)，N为大于等于1的正整数；
所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj及运动频率；
其中，所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
S21：所述终端设备对所述强度数据Dij进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij；
S22：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为PAj＝RPAj-1+q，其中，q为(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)，q是一个正态分布样本，且(Δx,Δy,Δz,Δm,Δn,Δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S23：根据公式PAjk＝PAj+Qk，获得时间点Tj时N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中N为50-5000之间的整数，k∈(1,N)，Qk为(Δxk,Δyk,Δzk,Δmk,Δnk,Δpk)，Qk是一个正态分布样本，且(Δxk,Δyk,Δzk,Δmk,Δnk,Δpk)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
S24：当所述磁体为圆柱形磁铁时，根据时间点Tj时所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息
Figure FDA0003247544520000021
及时间点Tj时所述N个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息PAjk，按照圆柱模型公式计算时间点Tj时所述磁场的每个所述磁场强度理论值Btijk(Btxijk,Btyijk,Btzijk)；
S25：将步骤S24得到的时间点Tj时所述N个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的N个所述磁场强度理论值Btijk分别与所述处理后的强度数据Dfij相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述N个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值Pk；
S26：对S25中得到的N个相似度Pk进行归一化处理，得到N个处理后的相似度P′k；
S27：按照如下公式，选取M个处理后的相似度P′k，其中，M为50-5000之间的整数，M与N相同或者不相同,
P′1+P′2+…+P′n>rand，其中，rand是random的缩写，rand指代随机数；
S28：对M个处理后的相似度P′k对应的所述N个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息PAjk进行求均值计算，得到的均值作为时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj。
3.根据权利要求1或2所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述终端设备用于根据所述位置和姿态信息RPAj或所述运动频率确定胃和/或肠的蠕动频率。
4.根据权利要求1或2所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，还包括：参考传感器，所述参考传感器用于采集所述时间点Tj时所述定位装置受运动、角度和地磁影响的参考强度数据Drj。
5.根据权利要求4所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述终端设备用于根据所述强度数据Dij确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj包括：
所述终端设备对所述强度数据Dij进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij；
所述终端设备根据所述处理后的强度数据Dfij和所述磁场的强度理论值Btij，通过定位算法，确定时间点Tj时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息RPAj，其中，Btij为时间点Tj时所述磁场的理论强度值。
6.根据权利要求5所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述终端设备对所述强度数据进行预处理，得到处理后的强度数据Dfij包括：
所述终端设备根据标定结果对所述强度数据Dij按照如下公式进行校正，得到校正后的强度数据Dcij，
Dcij＝M*(Dij-B)，其中，M为比例校正系数，B为零偏移校正系数；
所述终端设备根据时间点Tj时的所述参考强度数据Drj和所述校正后的强度数据Dcij，按照如下公式计算得到所述处理后的强度数据Dfij，
Dfij＝Dcij-Drj。
7.根据权利要求5所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述终端设备还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值Btij包括：
当所述磁体为球形磁铁或圆柱形磁铁时，根据磁偶极子模型公式计算所述磁场的所述强度理论值Btij，
Figure FDA0003247544520000041
其中，μr为相对导磁率，μ0为真空导磁率，MT为表征磁体磁场强度常数，Mc为表征磁体磁场方向的矢量，P为磁传感器相对于磁体中心点的矢量，R为磁传感器相对于磁体中心点的矢量的模。
8.根据权利要求5所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述终端设备还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值Btij包括：
当所述磁体为圆柱形磁铁时，根据圆柱模型公式计算所述磁场的所述强度理论值Bt，
Figure FDA0003247544520000042
其中，μ0为真空导磁率；M0为表征磁体磁场方向的矢量；l为圆柱形磁铁的高度；a为圆柱形磁铁的半径；r为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心的距离；er为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心的矢量的r方向分量；eθ为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心的矢量的θ方向分量；θ为磁传感器相对于圆柱形磁铁的中心矢量与表征磁体磁场方向矢量的夹角。
9.根据权利要求3所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述终端设备用于根据所述胃肠动力胶囊在胃肠内的所述位置和姿态信息RPAj确定胃和/或肠的蠕动频率包括：
根据所有时间点Tj分别对应的所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息，分别得到位置曲线和姿态曲线；
对所述位置曲线和/或所述姿态曲线分别进行分段处理，分别得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线；
分别对所述多个位置子曲线和/或所述多个姿态子曲线进行傅里叶变换，得到多个频谱图；根据所述多个频谱图确定所述胃肠动力胶囊的运动频率，得到胃肠蠕动频率。
10.根据权利要求1或2所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述定位装置还包括一块第一PCB电路板和主控板，所述第一PCB电路板与所述主控板电连接，所述第一PCB电路板上设置所有所述磁传感器i。
11.根据权利要求10所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述定位装置还包括受检者可佩戴的带，所述第一PCB电路板和所述主控板设置在所述可佩戴的带上，所述可佩戴的带用于将所述第一PCB电路板和所述主控板固定于所述受检者身上。
12.根据权利要求10所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述磁传感器i的数量为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。
13.根据权利要求1或2所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述定位装置包括至少两块第二PCB电路板和主控板，每块所述第二PCB电路板与所述主控板电连接，每块所述第二PCB电路板上设置1个或者多个所述磁传感器i。
14.根据权利要求13所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述定位装置包括至少两个粘贴部，所述粘贴部与所述第二PCB电路板连接，所述第二PCB电路板通过所述粘贴部固定在受检者身上。
15.根据权利要求10所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述定位装置还包括数据存储器，所述数据存储器与所述主控板电连接，所述数据存储器用于存储所述磁场的强度数据Dij。
16.根据权利要求13所述的胃肠动力检查系统，其特征在于，所述定位装置还包括数据存储器，所述数据存储器与所述主控板电连接，所述数据存储器用于存储所述磁场的强度数据Dij。
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