CN112842320B - 可吞服设备定位系统及其方法 - Google Patents

可吞服设备定位系统及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112842320B
CN112842320B CN201911188050.6A CN201911188050A CN112842320B CN 112842320 B CN112842320 B CN 112842320B CN 201911188050 A CN201911188050 A CN 201911188050A CN 112842320 B CN112842320 B CN 112842320B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
swallowable
field information
positioning
swallowable device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911188050.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112842320A (zh
Inventor
杨戴天杙
吴威
刘浩
彭航宇
刘焱骊
明繁华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ankon Technologies Co Ltd
Original Assignee
Ankon Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ankon Technologies Co Ltd filed Critical Ankon Technologies Co Ltd
Priority to CN201911188050.6A priority Critical patent/CN112842320B/zh
Priority to US17/106,019 priority patent/US20210161425A1/en
Publication of CN112842320A publication Critical patent/CN112842320A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112842320B publication Critical patent/CN112842320B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/07—Endoradiosondes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A61B5/062—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/06—Devices, other than using radiation, for detecting or locating foreign bodies ; determining position of probes within or on the body of the patient
    • A61B5/061—Determining position of a probe within the body employing means separate from the probe, e.g. sensing internal probe position employing impedance electrodes on the surface of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/07—Endoradiosondes
    • A61B5/073—Intestinal transmitters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • A61B5/6861—Capsules, e.g. for swallowing or implanting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0223—Magnetic field sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/16—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
    • A61B2562/162—Capsule shaped sensor housings, e.g. for swallowing or implantation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

一种可吞服设备定位方法，用于人体内的可吞服设备的定位，所述定位方法包括：进入第m定位周期，m≥1；将p个电磁线圈同时或依次通电，p≥2；获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt,1≤t≤p；计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi,1≤i≤p；检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll；根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备的偏航角yaw及空间坐标。从而，可通过实际磁场信息Bwt获得单独磁场信息Bi，再进行空间坐标等的计算，减小噪声，增强准确率。

Description

可吞服设备定位系统及其方法
技术领域
本发明涉及一种可吞服设备技术，特别是一种可吞服设备定位系统及其方法。
背景技术
实时掌握可吞服设备在人体内部的三维空间位置和姿态，在胶囊控制、疾病定位等方面具有重大的意义。当前国内外已经提出了很多胶囊定位方案，大致可分为4个方面：基于RF的定位系统、基于磁场的定位系统、基于视觉的定位系统以及其他定位系统。
其中，基于磁场的定位系统不受人体干扰，同时也对人体无害。在该技术系统中，可大致分为发射型磁场定位方案和接收型磁场定位方案。
发射型磁场定位方案中，在胶囊内部放置小型永磁铁或电磁线圈，体外布置有磁传感器阵列，通过磁传感器阵列探测胶囊的磁信号，通过磁场建模、非线性求解等重建胶囊的位置及姿态。该种方法中，由于胶囊内的空间有限、供能也有限，能产生的静磁场或电磁场都很弱，因此探测的距离即胶囊和磁传感器阵列之间的距离通常难以超过15cm。另外，对于利用磁控设备控制胶囊运动的系统而言，磁控设备的磁场远大于胶囊磁场，且随时间发生变化，会导致发射型定位精度和实用性降低。
接收型磁场定位方案中，胶囊内部含有磁场传感器，用于接收外部发射的磁场信号，外部磁场源可能是永磁铁、电磁线圈或两者的组合，然后通过解算求得胶囊位置和姿态。由于信号源在外部，因此可以通过各种手段提高信号的强度，使胶囊探测到信噪比足够的磁场信号用于定位，这就增加了系统的探测范围和测量精度。但是，同样的，对于利用磁控设备控制胶囊运动的系统而言，磁控设备的磁场也会干扰到外部磁场源，因此无法获得准确的胶囊姿态和位置。
因此，必须设计一种不会受到外界磁场干扰的可吞服设备定位系统及其方法。
发明内容
为解决上述问题之一，本发明提供了一种可吞服设备定位方法，用于人体内的可吞服设备的定位，所述定位方法包括：进入第m定位周期，m≥1；将p个电磁线圈同时或依次通电，p≥2；获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt，1≤t≤p；计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi，1≤i≤p；检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll；根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备的偏航角yaw及空间坐标。
作为本发明的进一步改进，步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”之前包括：在第m定位周期内，检测获得可吞服设备在电磁线圈均为未通电状态下的所感测到的底磁场信息Bg；步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：根据底磁场信息Bg和实际磁场信息Bwt计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi。
作为本发明的进一步改进，步骤“将p个电磁线圈同时或依次通电”包括：将p个电磁线圈依次导通正向或负向脉冲信号，在同一时间内，仅有至多一个电磁线圈处于通电状态；步骤“根据底磁场信息Bg和实际磁场信息Bwt计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：Bi＝Bwt–Bg，t＝i。
作为本发明的进一步改进，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：将p个电磁线圈同时通过周期信号，且通过电磁线圈的电流频率不同；步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：通过傅里叶分解对磁场信息Bwt进行计算获得上述p个电磁线圈在分别通电状态下的可吞服设备处的单独磁场信息Bi。
作为本发明的进一步改进，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：控制p个电磁线圈依次通过方波脉冲信号，且同一个方波脉冲信号中的高电平和低电平的绝对值相等，在同一时间内，仅有至多一个电磁线圈处于通电状态；步骤“获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt”包括：获得可吞服设备在电磁线圈每次导通正向电流时所感测到的实际磁场信息Bwt+；获得可吞服设备在电磁线圈每次导通负向电流时所感测到的实际磁场信息Bwt-；步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
Figure GDA0003851090530000031
作为本发明的进一步改进，步骤“获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt”包括：将p个电磁线圈同时通过频率相同的方波脉冲信号，且同一个方波脉冲信号中的高电平和低电平的绝对值相等，并且，通过电磁线圈的方波的相位不同；步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：按照幅值的差别对实际磁场信息Bwt进行分解，并依次获得Bwtn；其中，1≤n≤2p；
Figure GDA0003851090530000032
其中，j,k均属于n。
作为本发明的进一步改进，步骤“根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备的偏航角yaw及空间坐标”包括：建立电磁线圈的磁场模型，磁场模型为：
Figure GDA0003851090530000033
其中，μ0为真空磁导率，I为电磁线圈中的电流强度，且与所测单独磁场信息Bi相对应，dl为电流元，r为电流元到可吞服设备处的向量，r为电流元到可吞服设备处的距离；根据公式1计算在上述电磁线圈分别通电状态下的可吞服设备所处位置的预估磁场信息Bti；建立空间坐标计算模型，计算模型为：
Figure GDA0003851090530000034
其中，Rr为翻滚角对应的旋转矩阵，Rp为俯仰角对应的旋转矩阵，R(Yaw)为偏航角对应的旋转矩阵，x、y、z分别表示空间坐标系中的三轴方向，(x,y,z)表示可吞服设备的空间坐标位置；对公式2中的计算模型进行最优化求解算法，计算获得可吞服设备在该m定位周期内的偏航角yaw及可吞服设备空间坐标。
作为本发明的进一步改进，步骤“检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll”之前包括：判断第m定位周期内可吞服设备是否移动；若在该第m定位周期内，可吞服设备不移动，则可进入俯仰角pitch和翻滚角roll的检测或计算；若在该m定位周期内，可吞服设备移动，则放弃该第m定位周期并进入第m+1定位周期。
作为本发明的进一步改进，步骤“判断第m定位周期内可吞服设备是否移动”具体包括：统计该第m定位周期内可吞服设备的加速度数值的震动幅度；若该震动幅度大于阈值S，则判断胶囊存在移动；若该震动幅度小于等于阈值S，则判断胶囊没有移动。
作为本发明的进一步改进，所述定位方法还包括：获得第m、m+1、m+2定位周期内的可吞服设备的空间坐标，并分别记为A、B、C；预测第m+3定位周期内可吞服设备的空间坐标D`；进入第m+3定位周期，计算并获得第m+3定位周期内可吞服设备的空间坐标D；计算D和D`在三维空间内的距离d；若d＜阈值L，则以该空间坐标D为第m+3定位周期中可吞服设备的空间坐标；若d＞阈值L，则以该空间坐标D`为第m+3定位周期中可吞服设备的空间坐标。
作为本发明的进一步改进，步骤“预测第m+3定位周期内可吞服设备的空间坐标D`”包括：D′＝C+2BC-AB，其中，BC，AB均表示向量，分别表示空间坐标B与空间坐标C之间的向量，以及空间坐标A与空间坐标B之间的向量。
作为本发明的进一步改进，所述定位方法还包括：
判断第m周期内单独磁场信息Bi的大小；若gh＜|Bi|，则在第m+1周期内减小该电磁线圈i的电流；若gl≤|Bi|≤gh，则在第m+1周期内保持该电磁线圈i的电流；若|Bi|＜gl，则在第m+1周期内增大电磁线圈i的电流，其中，所述gl和gh分别表示预设的磁场阈值，gl小于等于gh。
作为本发明的进一步改进，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：在n个电磁线圈中选择p个电磁线圈同时或依次通电，n＞p；所述定位方法还包括：根据可吞服设备的位置，在不同定位周期时改变通电的电磁线圈的位置或数量。
为解决上述问题之一，本发明还提供了一种采用如上述所述的定位方法的教你内窥镜定位系统，用于定位可吞服设备在人体内的位置，其包括可吞服设备及用于检测可吞服设备位置的定位装置，其特征在于，所述可吞服设备包括壳体及设置于壳体内且用以检测可吞服设备姿态角的姿态角传感器、用以采集磁场信息的磁场传感器；所述定位装置包括检查面及至少两个电磁线圈；所述电磁线圈的轴线均相互平行且垂直于检查面设置。
作为本发明的进一步改进，所述可吞服设备还包括磁体，所述定位装置还包括用于控制所述磁体的磁控设备。
作为本发明的进一步改进，所述电磁线圈位于检查面远离可吞服设备的一侧，所述磁控设备与可吞服设备在检查面上的同一侧。
作为本发明的进一步改进，电磁线圈沿直线排布。
作为本发明的进一步改进，电磁线圈沿矩阵排列。
作为本发明的进一步改进，所述可吞服设备定位系统包括冷却装置，所述冷却装置设置于检查面和电磁线圈之间。
与现有技术相比，本发明中涉及的可吞服设备的定位系统及其方法，可先对实际磁场信息Bwt进行计算，且在后续的计算过程中计算获得单独磁场信息Bi，从而排除掉了底磁场信息Bg对可吞服设备的影响。并且，本发明中先对俯仰角pitch和翻滚角roll进行测量，在通过上述信息对偏航角yaw及空间计算进行计算，计算方法更加简洁，并且噪音更低，效果更好。并且，也不需要对可吞服设备的姿态进行初始化，定位算法不依赖立式结果，仅在需要时开启使用，即可得到定位结果。
附图说明
图1是本发明可吞服设备定位系统的结构示意图；
图2是本发明中第一种实施例中单独磁场信息Bi和实际磁场信息Bwi的示意图；
图3是本发明中第二种实施例中单独磁场信息Bi和实际磁场信息Bw1的示意图；
图4是本发明中第三种实施例中单独磁场信息Bi和实际磁场信息Bwi的示意图；
图5是本发明第四种实施例中单独磁场信息Bi和实际磁场信息Bwi的示意图；
图6是本发明中电磁线圈呈矩阵排列的结构示意图。
具体实施例
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1至图6所示，本发明提供了一种可吞服设备1定位系统及其方法，用于人体内可吞服设备1的定位，该可吞服设备1定位系统包括可吞服设备1及用于检测可吞服设备1在人体消化道内位置的定位装置。
所述定位方法包括：
进入第m定位周期，m≥1；
将p个电磁线圈同时或依次通电，p≥2；
获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt,1≤t≤p；
计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi,1≤i≤p；
检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll；
根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备的偏航角yaw及空间坐标。
所述可吞服设备1内设置有用以采集磁场信息的磁场传感器，上述实际磁场信息Bwt由磁场传感器检测获得。在检查时，人体躺平于检查面2上，电磁线圈3设置有至少两个，并且电磁线圈3的轴线均相互平行且垂直于检查面2，从而才可以使得至少两个电磁线圈3的磁场线相类似，并更加方便测量。
在本发明中通过可吞服设备1所感测到的磁场信息对可吞服设备1所处的位置进行确定，从而，可根据实际磁场信息Bwt对上述单独磁场信息Bi进行计算，即可获得电磁线圈3在分别通电状态下可吞服设备1处的单独磁场信息Bi，进而再计算获得姿态角和空间坐标。并且，在本实施方式中，需要检测俯仰角pitch和翻滚角roll，而偏航角yaw的检测过程中无法进行定期校准，因此噪音较大，因而根据上述单独磁场信息Bi对偏航角yaw及空间坐标进行计算。
上述俯仰角pitch、翻滚角roll和偏航角yaw均为姿态角。本发明中，该可吞服设备1定位系统均采用姿态角传感器以采集胶囊定位系统的上述俯仰角pitch、翻滚角roll，在本发明的具体实施方式中，该姿态角传感器采用IMU芯片。
本发明中，该姿态角传感器采用6轴IMU芯片，则，对于6轴IMU芯片来说，仅设置有一个3轴陀螺仪和一个3轴加速度传感器，从而6轴的IMU芯片仅可以通过加速度传感器所感测的重力加速度作为参考以定期校准俯仰角pitch和翻滚角roll，而无法对偏航角Yaw进行定期校准。因而，该6轴IMU芯片探测的俯仰角pitch和翻滚角roll可保持准确，而偏航角yaw无法保持准确。
另外，需要说明的是，本发明中用一些字母等对一些参数进行指代，例如，单独磁场信息Bi、实际磁场信息Bwt、或者如下文中的空间坐标A等。并且，对这些字母进行了加粗，表示这些参数是矢量。若对上述参数添加绝对值符号，例如|Bi|，则说明该|Bi|为标量，且为单独磁场信息Bi的模。若是指某单独磁场信息在某个方向上的分量，例如B1X，则指单独磁场信息B1在x轴上的分量。
在本发明的定位方法中，可以通过获得可吞服设备1在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt即可获得上述单独磁场信息Bi。但是，地磁场通常会对单独磁场信息Bi的测算造成一定误差，若本发明的可吞服设备定位系统采用磁控设备对可吞服设备1进行移动，则磁控设备的磁场也会对单独磁场信息Bi的测算造成较大的影响。将可吞服设备1在电磁线圈3均未通电状态下所感测到的磁场信息称为底磁场信息Bg。该底磁场信息Bg包括了地磁场，也可以包括磁控设备所产生的磁场。则，本发明以下通过两种实施方法，可以将在计算中剔除底磁场信息Bg的影响。
在本发明的第一种实施方法中，步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”之前包括：
在第m定位周期内，检测获得可吞服设备在电磁线圈均为未通电状态下的所感测到的底磁场信息Bg；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
根据底磁场信息Bg和实际磁场信息Bwt计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi。
在该第一种实施方式中，先对底磁场信息Bg进行测算，后续的计算中，再在实际磁场信息Bwt中减去该地磁场信息Bg。并且，在实际的计算方法中，与电磁线圈的通电方式有关，以下通过两种实施例进行具体说明。
在该第一种实施例中，步骤“将p个电磁线圈3同时或依次通电”包括：
将p个电磁线圈3依次导通正向或负向脉冲，在同一时间内，仅有至多一个电磁线圈3处于通电状态；
步骤“根据底磁场信息Bg和实际磁场信息Bwt计算获得电磁线圈3在分别通电状态下可吞服设备1处的单独磁场信息Bi包括：
Bi＝Bwt–Bg，t＝i。
其中，Bwt即Bwi为每个电磁线圈3在依次通电过程中，所述可吞服设备所感测到的实际磁场信息。p个电磁线圈3依次导通正向或负向脉冲，则在同一个定位周期内，可吞服设备1所感测到的磁场的大小和方向有p+1种状态，其中有一种状态为仅感受到底磁场信息Bg，其他为感受到实际磁场信息Bwi，1≤i≤p。并且，在实际磁场信息Bwi中，依然有一部分底磁场信息Bg的大小。因此，只要在实际磁场信息Bwi中减去底磁场信息Bg，就可以获得第i个电磁线圈3通电状态下，可吞服设备1处的单独磁场信息Bi，从而方便进行后续的计算。
需要说明的是，上述步骤“将p个电磁线圈3依次导通正向或负向脉冲”中，p个电磁线圈3并不一定是连续导通电流脉冲的，也可以间隔导通，两次导通电流脉冲的阶段之间电磁线圈3均不导通电流脉冲，当然，这也在本发明的范围之内。
具体的，以下的具体描述中，以p＝2，即有两个电磁线圈3依次通电的情况为具体的实施方式。当然，若p为其他大于2的任意数字，均可达到本发明的目的。
则，如图2所示为实际磁场信息Bwi和单独磁场信息B1和B2在同一个方向上的磁场变化的示意图，并假设该方向为x轴方向。则，两个电磁线圈3依次通电，则电磁线圈3的通电次数为两次。
并且，具体的，每个电磁线圈3的通电时间为△t，在本实施例中，如图2所示，△t为150ms。若假设在第m阶段一开始，电磁线圈3不通电的时间为120ms。因此，该第m定位周期包括三个阶段：1、两个电磁线圈3均不通电并持续120ms；2、第一个电磁线圈3通电并持续150ms；3、第二个电磁线圈3通电并持续150ms。并且，第二阶段和第三阶段之间间隔40ms。
则，可从图2中看出实际磁场信息BwiX在第一阶段的值等于BgX，在第二阶段的值等于BgX+B1X，在第三阶段的值等于BgX+B2X。并且，图2中只显示了在一个方向上的实际磁场信息BwiX的大小变化，当然，在三轴方向上，实际磁场信息BwiX的大小变化和计算方式也与上述类似，在此不再赘述。
并且，进一步的，由于对电磁线圈3通入电流脉冲，而电磁线圈3本身具有的暂态相应，因此需要等待一定时间后，实际磁场信息Bwi才会趋于稳定。因此，电磁线圈3内通入电流脉冲的时间需要长于暂态响应的时间，该暂态响应的时间长度由线圈电感L及电阻R决定，一阶电路跃阶响应的时间常数为
Figure GDA0003851090530000101
该暂态响应的时间通常为5τ，因此约为5～30ms。因此，在本实施例中，该第m定位周期总共持续500ms。当然，该第m定位周期也可以为其他长度，只要足够可以让可吞服设备1感测到实际磁场信息Bwi，即可在本发明的范围之内。
在本发明的第二种实施例中，步骤“将p个电磁线圈3中同时或依次通电”包括：
将p个电磁线圈同时通过周期信号，且通过电磁线圈的电流频率不同；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：通过傅里叶分解对磁场信息Bwt进行计算获得上述p个电磁线圈在分别通电状态下的可吞服设备处的单独磁场信息Bi。
在该第二种实施例中，p个电磁线圈3同时通电，并且，均通过周期信号，从而可进行傅里叶分解。则对于该第m定位周期来说，电磁线圈3的通电次数仅有一次，因此，可吞服设备1在每次电磁线圈3通电状态下所感测到的实际磁场信息为Bw1。对该磁场信息Bw1进行傅里叶分解，以获得单独磁场信息Bi，并且也可将底磁场信息Bg分解出来。具体的，可在该第m定位周期内选择一定时间窗口内的Bw1，并且，该时间窗口的宽度足够小，以使得在该时间窗口内的底磁场信息Bg基本上不发生变化，从而可通过傅里叶分解实际磁场信息Bw1中剔除底磁场信息Bg。
如图3所示，同样的，为下述磁场在一个方向上的变化示意图，具体的，假设该方向为x轴方向。具体的，从上到下分别为可吞服设备1该次在电磁线圈3通电状态下所感测到的实际磁场信息Bw1X，Bw1X＝BgX+B1X+B2X、第一个电磁线圈3通电状态下可吞服设备1处的磁场信息B1X、第二个电磁线圈3通电状态下可吞服设备1处的磁场信息B2X。
由于通过第一个电磁线圈3和第二个电磁线圈3的电流频率不同，因此可对上述实际磁场信息Bw1X进行傅里叶分解，从而即可分解出上述磁场信息B1X和B2X。在该种实施方式中，仅需要检测一次实际磁场信息Bw1，则两个电磁线圈3的磁场信息B1和B2相当于可以同时测量，因而较为方便，定位周期也可以相应缩短。当然，上述步骤中仅对一个方向上的磁场变化进行示意和计算，若在三轴方向上，实际磁场信息BwiX的大小变化和计算方式也与上述类似，在此不再赘述。
以上，介绍了p个电磁线圈同时通电或依次通过正向或者负向电流时的定位方法，以下介绍另一种可以免除底磁场信息Bg影响的具体实施方式。
在第二种实施方式中，不需要对底磁场信息Bg进行测量，而是通过对电磁线圈通过方波脉冲信号中进行正负信号的抵消，从而可在计算中消除底磁场信息Bg的影响。
具体的，在第三种实施例中，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：
控制p个电磁线圈依次通过方波脉冲信号，且同一个方波脉冲信号中的高电平和低电平的绝对值相等，在同一时间内，仅有至多一个电磁线圈处于通电状态；
步骤“获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt”包括：
获得可吞服设备在电磁线圈每次导通正向电流时所感测到的实际磁场信息Bwt+；
获得可吞服设备在电磁线圈每次导通负向电流时所感测到的实际磁场信息Bwt-；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
Figure GDA0003851090530000111
在上述第三种实施例中，对每个电磁线圈3依次通过方波脉冲信号，并且高电平和低电平的绝对值相等，实际磁场信息Bwt+和Bwt-中均包括底磁场信息Bg，从而可以在后续计算的过程中，可以通过正向及负向的实际磁场信息Bwt相减获得该电磁线圈3通电时的单独磁场信息Bi。
具体的，假设p为2，即电磁线圈3的数量为两个，如图4所示为两个电磁线圈3的单独磁场信息B1、B2和实际磁场信息Bwi在x方向上的值的变化。两个电磁线圈通正向电流时的单独磁场信息为B1X和B2X，且|B2X|小于|B1X|。则，可吞服设备1在电磁线圈3通电状态下所感测到的实际磁场信息Bwt具体为：
Bw1X+＝BgX+B1X，且B1X为正；
Bw1X-＝BgX+B1X，且B1X为负；
Bw2X+＝BgX+B2X，且B2X为正；
Bw2X-＝BgX+B2X，且B2X为负。
从而，可以看出，在x轴方向上，B1X＝(Bw1X+-Bw1X-)/2，B2X＝(Bw2X+-Bw2X-)/2，由于B1和B2均为方形波，因此可通过上述计算求的在x轴方向上B1和B2的大小变化。
当然，上述步骤中仅对一个方向上的磁场变化进行示意和计算，若在三轴方向上，实际磁场信息BwiX的大小变化和计算方式也与上述类似，在此不再赘述。因此，将同一个电磁线圈通电时的实际磁场信息Bwt+和Bwt-相减，即可在实际磁场信息Bwt中剔除底磁场信息Bg，并且可以获得B1、B2沿时间的幅度变化的信息。该种实施方法中，可以不需要对底磁场信息Bg进行测量，因而进一步简化了步骤。
在第四种实施例中，步骤“获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt”包括：
将p个电磁线圈同时通过方波脉冲信号，且同一个方波脉冲信号中的高电平和低电平的绝对值相等，并且，通过电磁线圈的方波的相位不同；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
按照幅值的差别对实际磁场信息Bwt进行分解，并依次获得Bwtn；其中，1≤n≤2p；
Figure GDA0003851090530000131
其中，j,k均属于n。
在本第四种实施例中，也可以对获得的实际磁场信息Bwt中的不同幅度的信号相减并除以二来获得不同的单独磁场信息Bi。
由于，本实施例中，p个电磁线圈同时通过方波脉冲信号，且相位不同，因此，将方波信号进行叠加后，实际磁场信息Bwt的幅值变化很大，且p个电磁线圈的幅值均不相同，从而可以获得2p个幅度值。
具体的，如图5所示，自上而下为实际磁场信息Bwt、线圈1的单独磁场信息B1、线圈2的单独磁场信息B2在x轴上的大小变化。
由于，单独磁场信息B1和B2的相位不同，从而导致实际磁场信息Bwt中的幅度变化很大。具体的，如图5中，该实际磁场信息BwtX的一个循环分为了四个阶段BwtX1至BwtX4。
Bwt1X＝BgX+B1X+B2X，i＝1的阶段中，B1X为正，B2X为负；i＝2的阶段中，B1X为正，B2X为正；i＝3的阶段中，B1X为负，B2X为正；i＝4的阶段中，B1X为负，B2X为负；
从而，
Figure GDA0003851090530000132
因此，即可在实际磁场信息BwtX中剔除底磁场信息BgX，并且可以获得B1X、B2X沿时间的幅度变化的信息。同样的，上述步骤中仅对一个方向上的磁场变化进行示意和计算，若在三轴方向上，实际磁场信息BwtX的大小变化和计算方式也与上述类似，在此不再赘述。
当然，若有三个或以上的电磁线圈，则实际磁场信息Bwt按照幅度的阶段变化可分为2p个阶段。并且，上述j、k的值可根据实际磁场信息Bwt的波形情况进行具体选择，在此不再赘述。
进一步的，在已知单独磁场信息Bi后即可对空间坐标及偏航角Yaw进行计算。具体的，步骤“根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备1的偏航角yaw及空间坐标”包括：
建立电磁线圈3的磁场模型，磁场模型为：
Figure GDA0003851090530000141
其中，μ0为真空磁导率，I为电磁线圈3中的电流强度，且与所测单独磁场信息Bi相对应，dl为电流元，r为电流元到可吞服设备1处的向量，r为电流元到可吞服设备1处的距离；
根据公式1计算在上述电磁线圈3分别通电状态下的可吞服设备1所处位置的预估磁场信息Bti；
建立空间坐标计算模型，计算模型为：
Figure GDA0003851090530000142
其中，Rr为翻滚角对应的旋转矩阵，Rp为俯仰角对应的旋转矩阵，R(Yaw)为偏航角对应的旋转矩阵；且，符号
Figure GDA0003851090530000143
表示其中向量二范数的平方，即向量各元素的平方和，p为线圈的个数，因而，p≥2。
对公式2中的计算模型进行最优化求解算法，计算获得可吞服设备1的偏航角及可吞服设备1在该m定位周期内的空间坐标。
其中，公式1中的磁场模型是通过毕奥萨伐尔定律进行建模的。
通过上述过程，从而在偏航角Yaw无法精确测量获得的情况，也能获得偏航角Yaw及可吞服设备1在该第m周期内的空间坐标。
由于，可吞服设备1在人体的肠道内移动时，若在该第m定位周期内移动的范围较大，那么该可吞服设备1的位置则无法测量准确。因此，定位周期的时间也不宜过长，防止测量不精准。并且，本发明的定位方法中还包括了对可吞服设备是否移动的判断。
具体的，所述步骤“检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll”之前包括：
判断第m定位周期内可吞服设备1是否移动；
若在该第m定位周期内，可吞服设备1不移动，则可进入俯仰角pitch和翻滚角roll的检测或计算；
若在该m定位周期内，可吞服设备1移动，则放弃该第m定位周期并进入第m+1定位周期。
即，在俯仰角pitch和翻滚角roll的检测和计算之前判断该第m定位周期内可吞服设备1是否移动。若移动了，则说明上述单独磁场信息Bi也不够精准，因此也无法作为最后空间坐标的参考，因此，放弃该第m定位周期并进入第m+1定位周期重新开始检测和计算；若没有移动，则说明上述单独磁场信息Bi为精准的，则可以进行后续的检测或计算。
在本实施方式中，步骤“判断第m定位周期内可吞服设备1是否移动”包括：
统计该第m定位周期内可吞服设备1的加速度数值的震动幅度；
若该震动幅度大于阈值S，则判断胶囊存在移动；
若该震动幅度小于等于阈值S，则判断胶囊没有移动。
即，在本发明的这一实施方式中，通过可吞服设备1的加速度数值在该第m定位周期内的震动幅度来判断胶囊是否移动。该加速度数值在第m定位周期内的震动幅度为最大加速度数值和最小加速度数值之差。若该震动幅度过大，则显然的，说明可吞服设备1存在移动，则跳过该第m定位周期，进入第m+1定位周期的检测和计算。当然，若以其他方式，比如在可吞服设备1内安装有其他的用以测算速度、角速度或其他的装置来判断可吞服设备1是否存在移动，也在本发明的保护范围之内。
并且，由于定位周期的时间通常较短，则在连续的定位周期内可吞服设备1的位置通常具有连续性。因此，可以对可吞服设备1的空间坐标进行预测。
具体的，本发明中的定位方法还包括：
获得第m、m+1、m+2定位周期内的可吞服设备1的空间坐标，并分别记为A、B、C；
预测第m+3定位周期内可吞服设备1的空间坐标D`；
进入第m+3定位周期，计算并获得第m+3定位周期内可吞服设备1的空间坐标D；
计算D和D`在三维空间内的距离d；
若d＜阈值L，则以该空间坐标D为第m+3定位周期中可吞服设备1的空间坐标；
若d≥阈值L，则以该空间坐标D`为第m+3定位周期中可吞服设备1的空间坐标。
即，通过对前三个连续定位周期的可吞服设备1的位置的判断，可对第m+3个定位周期的可吞服设备1的位置进行预测。若实际的第m+3个定位周期的空间坐标与预测的空间坐标D`距离太远，则说明第m+3个定位周期的空间坐标计算有误，采取预测的空间坐标D`作为该第m+3个定位周期的空间坐标。在本实施方式中，阈值L为2mm，即计算获得的空间坐标D必须在预测的空间坐标D`周围的2mm球形空间范围内，才可判定为该第m+3定位周期的可吞服设备1的空间坐标。
上述步骤“预测第m+3定位周期内可吞服设备1的空间坐标D`”包括：
D′＝C+2BC-AB，其中，BC，AB均表示向量。
由于，在连续定位周期内，可吞服设备1的位置可判断具有如下规律：
CD–BC≈BC–AB；
则D的位置为：
D＝C+CD，
D＝C+2BC-AB。
因此，可通过上述方法对第m+3定位周期内可吞服设备1的位置进行预测，并且，通过该预测的空间坐标D`对计算出的可吞服设备1的空间坐标D进行滤波，将破坏可吞服设备1运动轨迹的点进行剔除，使得运动轨迹呈光滑的曲线，这也符合可吞服设备1在消化道内运动的实际情况。
当然，若如上述所述，由于可吞服设备1在某一定位周期移动导致该定位周期内没有空间坐标，则即可通过该定位周期前后定位周期的空间坐标进行估算，然后计算出该定位周期内空间坐标的估计值。同样，这也可以使得可吞服设备1的运动轨迹呈一段连续光滑的曲线。
另外，由于电磁线圈3的磁场强度随距离的增大而减弱，因此，当可吞服设备1距离某个电磁线圈3距离过远后，可吞服设备1处所感应到的磁场信号Bwt显著降低，则会导致信噪比降低，定位精度也下降。因此，经过上一个第m定位周期内单独磁场信息Bi的强度大小的测算后，可以对第m+1定位周期电磁线圈3的电流脉冲的大小进行调整。
具体的，所述定位方法还包括：
判断第m周期内单独磁场信息Bi的大小；
若gh＜|Bi|，则在第m+1周期内减小该电磁线圈3i的电流；
若gl≤|Bi|≤gh，则在第m+1周期内保持该电磁线圈3i的电流；
若|Bi|＜gl，则在第m+1周期内增大电磁线圈3i的电流。
其中，gl为100uT，gh为500uT。在这个范围内自适应的对电磁线圈3内通过的电流进行调整，也相应的对电磁线圈3的磁场大小进行调整，从而可保证定位的精度。另外，电磁线圈3磁场强度也不能过大，一方面是由于本发明中的可吞服设备1内可设置有磁体以被磁控设备控制移动，若电磁线圈3的磁场强度过大，则可能会导致可吞服设备1晃动，则这会导致拍摄图像的清晰度问题，也会导致定位精度的问题。另一方面，若电磁线圈3内的电流过大，则也会提高功耗，增大电磁线圈3的发热情况。
另外，步骤“将p个电磁线圈3中同时或依次通电”中，电磁线圈3可以仅设置有p个，也可以设置有n个，在n个电磁线圈3中选择p个电磁线圈3同时或依次通电，当然，n＞p。因此，所述定位方法还包括：根据可吞服设备1的位置，在不同定位周期时改变电磁线圈3的位置或通电的数量。由于，如上述所述，若可吞服设备1距离电磁线圈3的距离过大，则会导致可吞服设备1所感测到的磁场强度过小，则会影响到对可吞服设备1空间坐标的测算。因此，在本实施方式中，可以设置有n个电磁线圈3，在不同定位周期时，根据可吞服设备1的位置选择不同的电磁线圈3进行上述的通电操作。
具体的，如图6所示，图中从左到右为两个不同定位周期下的可吞服设备1的位置分布，图中黑点指可吞服设备1在线圈所在平面的投影。则从图中可看出，若可吞服设备1位于图6(a)的位置，则进行通电的电磁线圈3为图6(a)内的虚线框中部分；若可吞服设备1位于图6(b)的位置，则进行通电的电磁线圈3为6(b)内的虚线框中部分。
当然，所述电磁线圈3可沿直线分布也可沿矩阵排布。若电磁线圈3沿直线排布且共有n个，则可根据可吞服设备1的位置在沿直线排布的电磁线圈3中选择相邻的电磁线圈3作为该第m定位周期内所激活的线圈；若电磁线圈3沿矩阵排布且共有n个，则也可以根据可吞服设备1的位置选择沿横向或纵向或斜向排列的电磁线圈3作为该第m定位周期内所激活的线圈。
由于可吞服设备1在消化道内的移动较为缓慢，因此相邻定位周期内所激活的电磁线圈3也不会距离太远。因此，可以根据上一定位周期内所激活的可吞服设备1的位置或数量改变这一定位周期内所激活的可吞服设备1的位置或数量，以对电磁线圈3进行自适应切换。由于，本实施方式中，通电的电磁线圈3和可吞服设备1的距离较近，因此电磁线圈3内所通过的电流不需要过大，降低了功耗也减小了电磁线圈3的发热。
如上述所述，本发明还提供了一种采用上述定位方法的可吞服设备1定位系统。该可吞服设备1定位系统包括可吞服设备1及用以检测可吞服设备位置的定位装置。所述可吞服设备包括壳体及设置于壳体内的传感器、用以采集磁场信息的磁场传感器；所述定位装置包括检查面2及至少两个电磁线圈3；所述电磁线圈3的轴线均相互平行且垂直于检查面2设置。所述传感器为可用于检测可吞服设备1的姿态角传感器，或者为可用以检测可吞服设备1的运动状态的加速度传感器。具体的功能及作用如上述所述，再此不再赘述。
具体的，所述可吞服设备还包括磁体，所述定位装置还包括用于控制所述磁体的磁控设备。从而，磁控设备可控制磁体并带动可吞服设备1移动。具体的，在此不再赘述。
另外，电磁线圈3位于检查面2远离可吞服设备1的一侧，所述磁控设备与可吞服设备1在检查面2上的同一侧。
所述电磁线圈3可沿直线排布，则电磁线圈3的数量至少为两个，并且当然，沿人体的高度方向排列。或者，所述电磁线圈3也可以沿矩阵排列，则电磁线圈3的数量至少为四个，在此种实施例中，不同定位周期内用于通电的电磁线圈3可以为纵向排列，也可以为横向排列。
所述可吞服设备定位系统还包括冷却装置，所述冷却装置设置于检查面2和电磁线圈3之间。由于电磁线圈3在通电之后会发热，发热会导致电磁线圈3的内阻增大，同时也会影响到用户，因此，可设置冷却装置，以防止电磁线圈3过热。
综上所述，本发明中涉及一种可吞服设备1的定位系统及其方法，可对可吞服设备1在人体消化道内的定位。该定位方法中，率先对实际磁场信息Bwt进行测算，并且可在后续的测量中排除掉底磁场信息Bg对可吞服设备1空间坐标测算的影响。并且，提出了采用两种具体的实施方式、四种不同的实施例对单独磁场信息Bi进行计算，使得单独磁场信息Bi的测算更加的精确，也采用不同的方法来提高测算的效率。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种可吞服设备定位方法，用于人体内的可吞服设备的定位，其特征在于，所述定位方法包括：
进入第m定位周期，m≥1；
将p个电磁线圈同时或依次通电，p≥2；
获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt，1≤t≤p；
计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi，1≤i≤p；
检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll；
根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备的偏航角yaw及空间坐标。
2.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”之前包括：
在第m定位周期内，检测获得可吞服设备在电磁线圈均为未通电状态下的所感测到的底磁场信息Bg；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
根据底磁场信息Bg和实际磁场信息Bwt计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi。
3.根据权利要求2所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“将p个电磁线圈同时或依次通电”包括：
将p个电磁线圈依次导通正向或负向脉冲信号，在同一时间内，仅有至多一个电磁线圈处于通电状态；
步骤“根据底磁场信息Bg和实际磁场信息Bwt计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
Bi＝Bwt–Bg，t＝i。
4.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：
将p个电磁线圈同时通过周期信号，且通过电磁线圈的电流频率不同；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
通过傅里叶分解对磁场信息Bwt进行计算获得上述p个电磁线圈在分别通电状态下的可吞服设备处的单独磁场信息Bi。
5.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：
控制p个电磁线圈依次通过方波脉冲信号，且同一个方波脉冲信号中的高电平和低电平的绝对值相等，在同一时间内，仅有至多一个电磁线圈处于通电状态；
步骤“获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt”包括：
获得可吞服设备在电磁线圈每次导通正向电流时所感测到的实际磁场信息Bwt+；
获得可吞服设备在电磁线圈每次导通负向电流时所感测到的实际磁场信息Bwt-；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
Figure FDA0003851090520000021
6.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“获得可吞服设备在每次电磁线圈通电状态下的所感测到的实际磁场信息Bwt”包括：
将p个电磁线圈同时通过频率相同的方波脉冲信号，且同一个方波脉冲信号中的高电平和低电平的绝对值相等，并且，通过电磁线圈的方波的相位不同；
步骤“计算获得电磁线圈在分别通电状态下可吞服设备处的单独磁场信息Bi”包括：
按照幅值的差别对实际磁场信息Bwt进行分解，并依次获得Bwtn；其中，1≤n≤2p；
Figure FDA0003851090520000031
其中，j,k均属于n。
7.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“根据俯仰角pitch和翻滚角roll和上述单独磁场信息Bi计算该第m定位周期内的可吞服设备的偏航角yaw及空间坐标”包括：
建立电磁线圈的磁场模型，磁场模型为：
Figure FDA0003851090520000032
其中，μ0为真空磁导率，I为电磁线圈中的电流强度，且与所测单独磁场信息Bi相对应，dl为电流元，r为电流元到可吞服设备处的向量，r为电流元到可吞服设备处的距离；
根据公式1计算在上述电磁线圈分别通电状态下的可吞服设备所处位置的预估磁场信息Bti；
建立空间坐标计算模型，计算模型为：
Figure FDA0003851090520000033
其中，Rr为翻滚角对应的旋转矩阵，Rp为俯仰角对应的旋转矩阵，R(Yaw)为偏航角对应的旋转矩阵，x、y、z分别表示空间坐标系中的三轴方向，(x,y,z)表示可吞服设备的空间坐标位置；
对公式2中的计算模型进行最优化求解算法，计算获得可吞服设备在该m定位周期内的偏航角yaw及可吞服设备空间坐标。
8.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“检测获得可吞服设备在该第m定位周期的俯仰角pitch和翻滚角roll”之前包括：
判断第m定位周期内可吞服设备是否移动；
若在该第m定位周期内，可吞服设备不移动，则可进入俯仰角pitch和翻滚角roll的检测或计算；
若在该m定位周期内，可吞服设备移动，则放弃该第m定位周期并进入第m+1定位周期。
9.根据权利要求8所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“判断第m定位周期内可吞服设备是否移动”具体包括：
统计该第m定位周期内可吞服设备的加速度数值的震动幅度；
若该震动幅度大于阈值S，则判断胶囊存在移动；
若该震动幅度小于等于阈值S，则判断胶囊没有移动。
10.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
获得第m、m+1、m+2定位周期内的可吞服设备的空间坐标，并分别记为A、B、C；
预测第m+3定位周期内可吞服设备的空间坐标D`；
进入第m+3定位周期，计算并获得第m+3定位周期内可吞服设备的空间坐标D；
计算D和D`在三维空间内的距离d；
若d＜阈值L，则以该空间坐标D为第m+3定位周期中可吞服设备的空间坐标；
若d＞阈值L，则以该空间坐标D`为第m+3定位周期中可吞服设备的空间坐标。
11.根据权利要求10所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“预测第m+3定位周期内可吞服设备的空间坐标D`”包括：
D′＝C+2BC-AB，其中，BC，AB均表示向量，分别表示空间坐标B与空间坐标C之间的向量，以及空间坐标A与空间坐标B之间的向量。
12.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括：
判断第m周期内单独磁场信息Bi的大小；
若gh＜|Bi|，则在第m+1周期内减小该电磁线圈i的电流；
若gl≤|Bi|≤gh，则在第m+1周期内保持该电磁线圈i的电流；
若|Bi|＜gl，则在第m+1周期内增大电磁线圈i的电流，
其中，所述gl和gh分别表示预设的磁场阈值，gl小于等于gh。
13.根据权利要求1所述的可吞服设备的定位方法，其特征在于，步骤“将p个电磁线圈中同时或依次通电”包括：
在n个电磁线圈中选择p个电磁线圈同时或依次通电，n＞p；
所述定位方法还包括：
根据可吞服设备的位置，在不同定位周期时改变通电的电磁线圈的位置或数量。
14.一种采用如权利要求1至13中任意一项所述的定位方法的可吞服设备定位系统，用于定位可吞服设备在人体内的位置，其包括可吞服设备及用于检测可吞服设备位置的定位装置，其特征在于，所述可吞服设备包括壳体及设置于壳体内的传感器、用以采集磁场信息的磁场传感器；所述定位装置包括检查面及至少两个电磁线圈；所述传感器为用以检测可吞服设备的姿态角的传感器或用于检测可吞服设备的运动状态的加速度传感器。
15.根据权利要求14所述的可吞服设备定位系统，其特征在于，所述可吞服设备还包括磁体，所述定位装置还包括用于控制所述磁体的磁控设备。
16.根据权利要求15所述的可吞服设备定位系统，所述电磁线圈位于检查面远离可吞服设备的一侧，所述磁控设备与可吞服设备在检查面上的同一侧。
17.根据权利要求14所述的可吞服设备定位系统，电磁线圈沿直线排布。
18.根据权利要求14所述的可吞服设备定位系统，电磁线圈沿矩阵排列。
19.根据权利要求14所述的可吞服设备定位系统，所述可吞服设备定位系统包括冷却装置，所述冷却装置设置于检查面和电磁线圈之间。
CN201911188050.6A 2019-11-28 2019-11-28 可吞服设备定位系统及其方法 Active CN112842320B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911188050.6A CN112842320B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 可吞服设备定位系统及其方法
US17/106,019 US20210161425A1 (en) 2019-11-28 2020-11-27 Positioning system for swallowable device and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911188050.6A CN112842320B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 可吞服设备定位系统及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112842320A CN112842320A (zh) 2021-05-28
CN112842320B true CN112842320B (zh) 2023-03-24

Family

ID=75985232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911188050.6A Active CN112842320B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 可吞服设备定位系统及其方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20210161425A1 (zh)
CN (1) CN112842320B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114543645B (zh) * 2022-02-21 2024-01-30 成都思瑞定生命科技有限公司 磁场目标定位系统和方法
CN114469057A (zh) * 2022-04-01 2022-05-13 安翰科技(武汉)股份有限公司 无线胶囊定位装置、磁场传感器定位方法和装置
CN114966511B (zh) * 2022-05-18 2024-05-10 安翰科技(武汉)股份有限公司 感测设备校正方法及校正系统
WO2023221283A1 (zh) * 2022-05-20 2023-11-23 深圳硅基智控科技有限公司 融合惯性测量的磁控系统
CN115844313A (zh) * 2023-03-02 2023-03-28 微纳动力(北京)科技有限责任公司 一种磁控胶囊机器人的外部控制装置
CN115886692B (zh) * 2023-03-03 2023-05-12 微纳动力(北京)科技有限责任公司 磁控悬浮胶囊机器人的实时定位方法、系统及存储介质

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL138369A (en) * 1998-03-30 2005-09-25 Bioesence Inc Three-axis coil sensor
US20080039688A1 (en) * 2004-08-30 2008-02-14 Olympus Corporation Body-insertable apparatus system
CN102421349B (zh) * 2009-03-10 2015-08-12 奥林巴斯医疗株式会社 位置检测系统以及位置检测方法
CN102427757B (zh) * 2009-03-16 2014-06-18 奥林巴斯医疗株式会社 位置检测系统以及位置检测方法
WO2012090197A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-05 Given Imaging Ltd. System and method for automatic navigation of a capsule based on image stream captured in-vivo
CA2833620C (en) * 2011-04-22 2021-06-15 Sunnybrook Health Sciences Centre Nmr signals spatial encoding using magnetic susceptibility markers
CN102302357A (zh) * 2011-06-22 2012-01-04 清华大学 用于球囊内窥镜的姿态感知系统及球囊内窥镜
CN102499616A (zh) * 2011-09-28 2012-06-20 天津大学 基于加速度传感器的内窥镜探头三维磁场定位系统及定位方法
CN106983487B (zh) * 2017-03-14 2019-11-15 宜宾学院 无线胶囊内窥镜三维位置和三维姿态的定位系统及其定位方法
CN107348931B (zh) * 2017-05-27 2021-01-12 重庆金山医疗器械有限公司 一种胶囊内窥镜空间姿态测定系统
US11129518B2 (en) * 2018-05-05 2021-09-28 Ankon Medical Technologies (Shanghai) Co., Ltd. Portable system and method for position and orientation of remote objects

Also Published As

Publication number Publication date
US20210161425A1 (en) 2021-06-03
CN112842320A (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112842320B (zh) 可吞服设备定位系统及其方法
Di Natali et al. Jacobian-based iterative method for magnetic localization in robotic capsule endoscopy
Popek et al. Six-degree-of-freedom localization of an untethered magnetic capsule using a single rotating magnetic dipole
Di Natali et al. Real-time pose detection for magnetic medical devices
Ren et al. Multisensor data fusion in an integrated tracking system for endoscopic surgery
Sigurd et al. UAV trajectory design using total field collision avoidance
Zhang et al. A novel adaptive Kalman filtering approach to human motion tracking with magnetic-inertial sensors
CN104955377B (zh) 用于不管参考系的移动如何确定装置移动的方法以及系统
CN108827133A (zh) 一种检测移动磁源位姿的方法
Hu et al. A six-dimensional magnetic localization algorithm for a rectangular magnet objective based on a particle swarm optimizer
Kortier et al. Hand pose estimation by fusion of inertial and magnetic sensing aided by a permanent magnet
US11250318B2 (en) Method and/or system for magnetic localization
CN107666859A (zh) 有源磁位置传感器
Wang et al. Multipoint simultaneous tracking of wireless capsule endoscope using magnetic sensor array
Guitron et al. Autonomous locomotion of a miniature, untethered origami robot using hall effect sensor-based magnetic localization
CN107348931B (zh) 一种胶囊内窥镜空间姿态测定系统
Watson et al. Permanent magnet-based localization for growing robots in medical applications
JP2022547189A (ja) デジタル磁力計を用いた可撓性カテーテルの磁気追跡システムおよび方法
Yang et al. Autonomous navigation of magnetic microrobots in a large workspace using mobile-coil system
KR102470147B1 (ko) 휴대용 시스템 및 원격 오브젝트의 위치 결정 및 방향 결정을 위한 방법
Erin et al. Elevation and azimuth rotational actuation of an untethered millirobot by MRI gradient coils
US20200372409A1 (en) Electromagnetic distortion compensation for device tracking
JP7034264B2 (ja) 自己位置推定方法
Chen et al. Computing distance information from landmarks and self-motion cues-Differential contributions of anterior-lateral vs. posterior-medial entorhinal cortex in humans
CN102946785A (zh) 显示磁导式胶囊内窥镜检查中的信息的方法和设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant