WO2020244582A1 - 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法 - Google Patents

一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020244582A1
WO2020244582A1 PCT/CN2020/094410 CN2020094410W WO2020244582A1 WO 2020244582 A1 WO2020244582 A1 WO 2020244582A1 CN 2020094410 W CN2020094410 W CN 2020094410W WO 2020244582 A1 WO2020244582 A1 WO 2020244582A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
capsule robot
driving magnet
detection
magnetic field
Prior art date
Application number
PCT/CN2020/094410
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
黄强
李敬
周基阳
赵石雷
达里奥·保罗
丘蒂·加斯托内
张文辉
Original Assignee
北京理工大学
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 北京理工大学 filed Critical 北京理工大学
Priority to EP20817788.1A priority Critical patent/EP3981319A4/en
Publication of WO2020244582A1 publication Critical patent/WO2020244582A1/zh

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00147—Holding or positioning arrangements
    • A61B1/00158—Holding or positioning arrangements using magnetic field
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00002—Operational features of endoscopes
    • A61B1/00004—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing
    • A61B1/00006—Operational features of endoscopes characterised by electronic signal processing of control signals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
    • A61B1/041—Capsule endoscopes for imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2048—Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2051—Electromagnetic tracking systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2059—Mechanical position encoders
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
    • A61B2034/731—Arrangement of the coils or magnets
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
    • A61B2034/731—Arrangement of the coils or magnets
    • A61B2034/732—Arrangement of the coils or magnets arranged around the patient, e.g. in a gantry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/73—Manipulators for magnetic surgery
    • A61B2034/731—Arrangement of the coils or magnets
    • A61B2034/733—Arrangement of the coils or magnets arranged only on one side of the patient, e.g. under a table
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
    • A61B2090/033—Abutting means, stops, e.g. abutting on tissue or skin
    • A61B2090/034—Abutting means, stops, e.g. abutting on tissue or skin abutting on parts of the device itself
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A61B2090/065—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension for measuring contact or contact pressure

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法，包括第一支撑架（1）、驱动磁体引导模块（2）、驱动磁体模块（3）、检测模块（4）、胶囊机器人（5）、第二支撑架（6）及控制台；第一支撑架（1）安装驱动磁体引导模块（2）；驱动磁体引导模块（2）末端连接驱动磁体模块（3），并根据驱动磁体引导模块（2）内的编码器信息检测其位置和姿态信息；驱动磁体模块（3）通过产生磁场对胶囊机器人（5）进行磁引导；检测模块（4）与驱动磁体模块（3）保持相对固定，用于获取胶囊机器人（5）的位置与姿态信息；第二支撑架（6）用于对被检体进行承载；控制台根据驱动磁体模块（3）以及胶囊机器人（5）的位置和姿态信息，通过控制指令控制驱动磁体引导模块（2），来带动驱动磁体模块（3）进行运动。不仅能够提高系统的实时性，而且保证检查的精确性。

Description

一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法 技术领域
本发明属于机器人位姿检测技术领域，具体涉及一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法。
背景技术
为了实现对胶囊内镜的精准控制，需要确定胶囊内镜在人体胃肠道内的位置和姿态，但是如何在强磁场下实现对磁引导主动式胶囊内镜的实时检测，一直都是一个难点。公开号为CN108354578A，名称为“一种胶囊内镜定位系统”的专利提供了一种通过将采集的消化道图片与网络模型中的数据进行对比，来实现胶囊内镜定位的方法，但是肠道与胃部结构不同，肠道路径内很多类似的褶皱和结构，所采集的图片也有很多相似之处，只通过与网络模型进行数据对比就准确判定胶囊内镜在消化道的位置姿态，难以得到准确结果；
公开号CN103908216A，名称为“一种具磁场定位功能的胶囊内镜系统及其胶囊内镜”的专利提出在胶囊内镜内放置磁场测量模块，通过测量体外磁体的磁场强度和理论磁场模型数据进行比对，来判定胶囊内镜的位置，但是单个磁场传感器模块在强磁环境下的测量误差较大，传感器很容易测量失效与饱和，目前市场上没有成功应用的产品，而且胶囊内镜对患者而言属于一次性消费产品，在胶囊内镜中放置磁场传感器等模块，无疑会增加胶囊内镜的成本，增加患者的资金负担。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测 方法，不仅能够提高系统的实时性，而且保证检查的精确性。
本发明提供一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，包括第一支撑架、驱动磁体引导模块、驱动磁体模块、检测模块、胶囊机器人、第二支撑架及控制台；
所述第一支撑架用于安装驱动磁体引导模块；所述驱动磁体引导模块末端连接驱动磁体模块，并检测驱动磁体模块的位置和姿态信息；所述驱动磁体模块通过产生磁场对胶囊机器人进行磁引导，所述胶囊机器人上设有磁体，用于实现运动控制；所述检测模块与驱动磁体模块保持相对固定，用于获取胶囊机器人的位置与姿态信息；所述第二支撑架用于对胶囊机器人活动区域的被检体进行承载；所述控制台根据驱动磁体模块的位置和姿态信息以及胶囊机器人的位置和姿态信息，通过控制指令控制驱动磁体引导模块，来带动驱动磁体模块进行运动。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步地，本发明所述检测模块主要由磁传感器、安装组件、数据处理单元及惯性检测单元构成；
所述安装组件固定在驱动磁体模块上，并与驱动磁体模块保持相对固定；所述磁传感器、数据处理单元及惯性检测单元固定于安装组件上；所述磁传感器用于实现磁场信号的测量，所述数据处理单元用于对磁传感器测量的信号进行处理，获得胶囊机器人的位置与姿态信息，所述惯性检测单元用于获取所述检测模块的运动状态。
进一步地，所述安装组件为中空的多面体结构，固定于所述驱动磁体模块外使其多个面以驱动磁体模块为中心，所述磁传感器分布在安装组件的表面，通过设计多面体表面相对于驱动磁体模块中心的距离，使得磁传感器在各测量轴上都可测得不超过该测量轴量程的磁场信号。
进一步地，本发明所述磁传感器安装在安装组件上，以驱动磁体模块的中心为中心，呈放射状分布，通过调整磁传感器相对于自身安装点处磁场方向的姿态，保证磁传感器至少1个测量方向上可测得不超过量程的磁场信号。
进一步地，本发明所述磁传感器由单轴、2轴、3轴传感器中的至少一种组成。
进一步地，本发明所述第一支撑架为独立结构，底部设有滚轮和支撑地脚；
进一步地，本发明所述第一支撑架的侧面设有用于放置驱动磁体模块的凹槽结构，或所述第一支撑架上设有放置模块，用于放置驱动磁体模块。
进一步地，本发明所述第一支撑架上面安装有限位模块，对运动过程中的驱动磁体引导模块提供限位作用。
进一步地，本发明所述第二支撑架具有水平滑动的自由度、水平旋转的自由度以及竖直升降的自由度中的至少一个。
进一步地，本发明所述驱动磁体引导模块具有检测各自由度运动位移的编码器单元，用于检测驱动磁体模块的位置与姿态信息。
进一步地，所述驱动磁体引导模块具有感知接触力信息的功能，当驱动磁体引导模块在使用的过程中感受到接触到被检测者时，此时停止运动或返回运动。
本发明提供一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，具体过程为：
步骤一、读取各磁传感器采集的磁场测量值及检测模块的位置和姿态数据；
步骤二、根据所述磁场测量值，获得胶囊机器人当前位姿下的有效磁场值；
步骤三、根据所述有效磁场计算胶囊机器人的位置和姿态信息；
步骤四、满足胶囊机器人位姿不变的条件时，输出胶囊机器人的位置和姿态信息至控制台。
本发明提供一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，具体过程为：
步骤一：读取各磁传感器采集的磁场测量值及检测模块的位置和姿态数据；
满足胶囊机器人位姿不变的条件时，进入步骤二；
步骤二、根据所述磁场测量值，获得胶囊机器人当前位姿下的有效磁场值；
步骤三、根据所述有效磁场计算胶囊机器人的位置和姿态信息；
步骤四、输出胶囊机器人的位置和姿态信息至控制台。
进一步地，本发明所述胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
不同时刻记录的检测模块的加速度偏差小于设定的阈值时，认为此段时间内胶囊机器人位姿没有发生变化，即把计算得到的胶囊机器人位姿数据作为有效结果输出至控制台。
进一步地，本发明所述胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
不同时刻记录的检测模块检测到的最大单轴磁场偏差小于设定的阈值时，认为此段时间内胶囊机器人位姿没有发生变化，即把计算得到的胶囊机器人位姿数据作为有效结果输出至控制台。
进一步地，本发明所述胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
不同时刻记录的检测模块的位置和姿态偏差小于设定的阈值时，认为此段时间内胶囊机器人位姿没有发生变化，即把计算得到的胶囊机器人位姿数据作为有效结果输出至控制台。
有益效果
本发明提供的主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法，不仅能够提高系统的实时性，而且保证检查的精确性。
附图说明
图1为一种带有检测模块的胶囊机器人磁控装置示意图；
图2为检测模块安装在驱动磁体模块之后位置相对固定的示意图；
图3为一种带有检测模块的胶囊机器人磁控装置示意图；
图4为检测模块与驱动磁体模块相对位置固定的示意图；
图5为一种带有检测模块的胶囊机器人磁控装置示意图；
图6为磁传感器芯片排列示意图；
图7为磁传感器芯片坐标系和外部磁体磁场关系示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。
本发明本实施例提供了一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，如图1所示，包括第一支撑架1、驱动磁体引导模块2、驱动磁体模块3、检测模块4、胶囊机器人5、第二支撑架6及控制台，其中控制台并未在附图1中表示；
所述第一支撑架1用于安装驱动磁体引导模块2；所述驱动磁体引导模块2末端连接驱动磁体模块3，并根据驱动磁体引导模块内的编码器等信息检测驱动磁体模块的位置和姿态信息；所述控制台用于控制驱动磁体引导模块2，来带动驱动磁体模块进行多个自由度的运动；所述驱动磁体模块3通过产生磁场对胶囊机器人5进行磁引导，所述胶囊机器人5内含小型磁体，具有成像、数据传输功能；所述检测模块4固定于驱动磁体模块3外，用于获取胶囊机器人5的位置与姿态信息；所述第二支撑架6用于对胶囊机器人活动区域的被检体进行承载。
本发明又一实施例，在上述技术方案的基础上，所述控制台通过向位于驱动磁体引导模块2内部的控制器发送控制指令，所述控制器在控制指令的驱动下，带动驱动磁体模块3可进行多个自由度的运动，对胶囊机器人5进行引导，使其沿感兴趣的区域运动。
本发明又一实施例，在上述技术方案的基础上，所述驱动磁体引导模块2为笛卡尔直角坐标形式，末端驱动磁体模块3拥有6个自由度，通过三个电机的驱动可以引导驱动磁体模块3沿XYZ三个坐标轴直线移动，另外三个电机的驱动可以引导驱动磁体模块3围绕三个轴进行旋转。
如图1-2所示，本发明又一实施例，在上述技术方案的基础上，所述检测模块4可以是：主要由磁传感器401、安装组件402、数据处理单元及惯性检测单元构成；所述安装组件402固定在驱动磁体模块3上，并与驱动磁体模块3 保持相对固定；所述磁传感器401、数据处理单元及惯性检测单元固定于安装组件402上；所述磁传感器401用于实现磁场信号的测量，所述数据处理单元用于对磁传感器401测量的信号进行处理，获得胶囊机器人5的位置与姿态信息，所述惯性检测单元用于获取所述检测模块的运动状态，其可以采用加速度计、陀螺仪等。
如图1-2所示，本发明又一实施例，在上述技术方案的基础上，所述磁传感器401可以是：由3轴磁传感器组成，所述安装组件402为中空的多面体结构，固定于所述驱动磁体模块3外使其多个面以驱动磁体模块3为中心，所述磁传感器401分布在安装组件402的表面，通过设计多面体表面相对于驱动磁体模块3中心的距离，使得磁传感器401在各测量轴上都可测得不超过该测量轴量程的磁场信号。数据处理单元包括微处理器、数据通信第一单元、电源及数据通信第二单元等单元，接收磁传感器获得的磁场信号，并进行处理获得胶囊机器人5的位置与姿态信息。
如图4-6所示，本发明又一实施例，在上述技术方案的基础上，所述检测模块4中磁传感器401在安装组件402上的布局方式不同,磁传感器401安装在安装组件402的截面型结构上，以驱动磁体模块3的中心为中心，呈放射状分布。通过调整磁传感器401相对于所述驱动磁体模块3中心的距离，使得部分磁传感器401在各测量轴上可测得不超过该测量轴量程的磁场信号。通过调整某个磁传感器401相对于该安装点处磁场方向的姿态，使得该传感器至少1个测量方向上可测得不超过量程的磁场信号。如图6中，1103此行3个传感器距离外部磁铁较远，三轴均不超传感器量程。1104、1105行磁传感器距离外部磁铁较近，通过调整传感器芯片方向，使磁传感器按磁场方向进行分布，即磁传感器某个轴接近磁场方向，从而使得其它两个轴可测得不超过传感器量程的磁场。如图7所示，令Z轴和磁场方向大致相同，磁场大致垂直于X,Y轴。
如图1所示，本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第一支撑架1为独立结构，底部设有滚轮、支撑地脚；第一支撑架1的侧面还可以 设有凹槽结构101，用于设备停止使用时，通过运动指令或复位指令对驱动磁体模块3进行隔离处置。
如图3所示，本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第一支撑架1上面安装有限位模块7，对运动过程中的驱动磁体引导模块2提供限位作用，能够避免其末端的驱动磁体模块3、检测模块4与被检测体发生接触；
如图3所示，本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第一支撑架1上设有放置模块702，所述放置模块702可以设置于第一支撑架1的限位模块7旁边，用于设备停止使用时，通过运动指令或复位指令对驱动磁体模块3进行隔离放置。
如图4所示，本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第一支撑架1可以采用龙门框架结构，便于支架上直线运动滑轨的放置，且第一支撑架1的桌面高度低于第二支撑架6高度，便于第二支撑架6的桌面延伸进工作区域。
如图1所示，本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第二支撑架6采用可以进行拆分与组合的分体结构，同时在底部安装有地脚与滚轮，便于第二支撑架的移动。
如图3所示，本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第二支撑架6作为被检测体的承载模块，具有水平滑动的自由度、水平旋转的自由度、以及竖直升降的自由度，其中水平滑动的自由度为床面沿着滑轨方向进行水平移动来实现，水平旋转自由度由整个上床体围绕中间的旋转支撑轴，通过电机驱动进行旋转来实现，而升降运动的自由度由内置的气压缸装置实现。同时，第二支撑架6与第一支撑架1的底部有机械接口701，用于两个模块间的位置固定。
如图4所示，发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述第二支撑架6作为被检测体的承载模块，具有水平滑动的自由度以及升降运动的自由度，其中水平滑动的自由度为床面沿着滑轨方向进行水平移动来实现，而升降 运动的自由度通过支撑杆601对斜支柱的支撑作用来实现。
本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述驱动磁体引导模块2具有检测各自由度运动位移的编码器单元，用于检测驱动磁体模块的位置与姿态信息；同时所述驱动磁体引导模块2在表面具有感知接触力信息的功能，可以在使用过程中检测到被检测者的接触；当驱动磁体引导模块2在使用的过程中感受到接触到被检测者时，此时其可以采取停止运动或返回运动。
本发明又一实施例中，在上述技术方案的基础上，所述控制台可以是：包括计算机、鼠标、键盘、显示器、承载模块等设备。操作人员通过显示器观察对胶囊机器人5传出的胃肠区域检查图像进行检查，并根据位于驱动磁体引导模块2内部的控制器提供的驱动磁体引导模块2提供的位置与姿态信息以及检测模块4提供的胶囊机器人5的位置与姿态信息来生成控制指令驱动磁体引导模块2带动驱动磁体模块3进行多个自由度的运动。
本发明实施例一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，具体过程为：
胶囊机器人位姿检测方法采用N个3轴磁传感器芯片，传感器采用图2所示排列方式，调整传感器芯片距离外部磁铁的距离，使所有传感器芯片各测量轴上都可测得不超过该测量轴量程的磁场信号。如果利用图5,图6中所示传感器排列方式，则只利用不超量程的磁传感器轴向进行磁场测量即可，其余方式与下列实施例相同。
步骤一：读取各磁传感器采集的磁场测量值及检测模块的位置和姿态数据：
检测开始，并记为T1时刻，T1时刻开始读取N个磁传感器芯片的测得的总磁场，依次记录为BX(1),BY(1),BZ(1)；BX(2),BY(2),BZ(2)；……，BX(N),BY(N),BZ(N)。
步骤二：根据所述磁场测量值，获得胶囊机器人当前位姿下的有效磁场值，具体为：
磁传感器采集的磁场测量值减掉驱动磁体模块的固定磁场偏移值、检测模块当前位姿下的地磁；
任一检测过程中，在外部磁体和磁传感器阵列的当前位姿下，在每个磁传感器芯片坐标系下(不同磁传感器芯片为不同的磁传感器芯片坐标系)，从检测阵列获得的总磁场信号中减掉当前环境磁场信号，即为检测阵列获得的来自胶囊机器人的有效磁场信号；当前环境磁场信号包括外部驱动磁体固定磁场偏移值，阵列中每个传感器所在位置的地磁信号等(磁传感器芯片坐标系下)。
BT_x(i)＝BX(i)-BT_EPMx(i)-BT1_earthx(i),
BT_y(i)＝BY(i)-BT_EPMy(i)-BT1_earthy(i),
BT_z(i)＝BZ(i)-BT_EPMz(i)-BT1_earthz(i),
i＝0,1,2……N-1，N为阵列中3轴传感器的个数。
这里BX，BY，BZ为3轴磁传感器所测的总磁场值，BT1_earthx，BT1_earthy，BT1_earthz为此时位姿的地磁磁场值，BT_EPMx，BT_EPMy，BT_EPMz为固定的外部磁体磁场在阵列上的分布，BT_x(i)，BT_y(i)，BT_z(i)为每个磁传感器的有效磁场数据。
磁传感器芯片坐标系下的地磁信号求法：
在世界坐标系下，使用一个三轴磁传感器，在阵列运动空间范围内，按照一定密度均匀预先存储传感器检测到的地磁磁场信号。在世界坐标系下，把一个三轴磁传感器水平放置(按世界坐标系和传感器坐标系重合放置)，磁传感器只做水平和垂直方向运动，在阵列运动空间范围内，按照一定密度均匀移动三轴磁传感器，均匀测量3轴地磁信号并且保存下来，表示为BT0_earthx(i),BT0_earthy(i),BT0_earthz(i)，i＝0,1,2……M,M为存储磁场的个数。因为地磁信号量级在几百mGs,胶囊机器人定位要求各个轴的磁场精度在几十mGs以下，因此，存储地磁信号，要求相邻地磁信号之差不超过几十mGs。
在实际测量中，首先，利用当前时刻驱动磁体引导模块2的接口坐标系对世界坐标系的姿态，转换出驱动磁体模块3对世界坐标系的姿态，由于阵列坐 标系对磁体模块3坐标系有固定对应关系，再推出阵列坐标系对世界坐标系的实时姿态，最后推出每个芯片坐标系对世界坐标系的关系。因此，可以用世界坐标系下最接近磁传感器芯片存储的地磁信号或者其差值来转化为磁传感器芯片坐标系下的地磁磁场信号。最终，得到磁传感器芯片坐标系下的每个磁传感器当前时刻的地磁磁场信号。
步骤三：根据所述有效磁场计算胶囊机器人的位置和姿态信息：
首先，利用投影，坐标系转换等将每个磁传感器芯片坐标系下的有效磁场转化为同一个阵列坐标系下的有效磁场值，在利用阵列坐标下的有效磁场值，利用微处理器运行位姿检测算法，获得胶囊机器人在阵列坐标系下的位姿数据，再将之转化为世界坐标系下的数据，记录为胶囊机器人当前的位姿数据，并将此时刻记为T2时刻。
步骤四，满足胶囊机器人位姿不变的条件时，输出胶囊机器人的位姿数据至控制台。
胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
从T1时刻开始，读取检测模块的加速度a(1)，在整个算法流程中，每隔deltaT，读取一次检测模块加速度，T1+deltaT时刻，读取记录a(2)，依次下去，T1+(k-1)*deltaT时刻,读取a(k),T1+k*deltaT时刻，读取a(k+1)，T1+k*deltaT>T2>T1+(k-1)*deltaT,加速度记录到a(k+1)为止。
计算a(1)，……a(k)，a(k+1)的平均值a_average，之后计算偏差的绝对值a_s(i),找到a_s(i)中的最大值MAX_a,当MAX_a小于某个微小的阈值时，即认为算法运算过程中检测模块静止，此时数据有效，把计算得到的位姿数据输出至控制台，运算成功，开始下一次算法运算；如果MAX_a大于给定阈值时，舍弃此时运算结果，重新计算，直到MAX_a小于此阈值，运算成功，之后，再开始下一次算法运算。这里的阈值根据实际的实验获得。
a_average＝(a(1)+a(2)+…+a(k+1))/(k+1)
a_s(i)＝|a_average-a(i)|,其中，i＝1,2，…k+1。
本发明实施例又一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，具体过程为：
步骤一：读取各磁传感器采集的磁场测量值、检测模块的位置和姿态数据；
顺序读取N个3轴磁传感器芯片的测得的磁场，t1时刻读取BX(1),BY(1),BZ(1)，BX(2),BY(2),BZ(2)；……，BX(N),BY(N),BZ(N)。
满足胶囊机器人位姿不变的条件时，进入步骤二；
胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
再次测量N个磁传感器的磁场，t1’时刻读取BX(1)’,BY(1)’,BZ(1)’；BX(2)’,BY(2)’,BZ(2)’；……；BX(N)’,BY(N)’,BZ(N)’。计算差值，如下列所示。
BX_ERROR(i)＝|BX(i)-BX(i)’|
BY_ERROR(i)＝|BY(i)-BY(i)’|
BZ_ERROR(i)＝|BZ(i)-BZ(i)’|,i＝1,2,……N.
BX_ERROR(i),BY_ERROR(i),BZ_ERROR(i)中最大值小于给定的阈值时，认为此次测量磁场值有效，记录磁场值，继续下一步骤。否则，舍弃此次测量值，重复步骤一直到BX_ERROR(i),BY_ERROR(i),BZ_ERROR(i)中最大值小于给定的阈值为止，之后，再继续下一步骤。此处给定的阈值大概在几十mGS左右，取决于实际实验结果精度，有效磁场大小及磁传感器芯片等因素。
步骤二，三与上一实施例一种主动式磁控胶囊机器人检测方法中方法相同。
步骤四，输出胶囊机器人计算位姿数据至控制台。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。本领域技术人员很容易想到其他实施例及其修改，但是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

  1. 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，包括第一支撑架(1)、驱动磁体引导模块(2)、驱动磁体模块(3)、检测模块(4)、胶囊机器人(5)、第二支撑架(6)及控制台；
    所述第一支撑架(1)用于安装驱动磁体引导模块(2)；所述驱动磁体引导模块(2)末端连接驱动磁体模块(3)，并检测驱动磁体模块(3)的位置和姿态信息；所述驱动磁体模块(3)通过产生磁场对胶囊机器人(5)进行磁引导，所述胶囊机器人(5)上设有磁体，用于实现运动控制；所述检测模块(4)与驱动磁体模块(3)保持相对固定，用于获取胶囊机器人(5)的位置与姿态信息；所述第二支撑架(6)用于对胶囊机器人活动区域的被检体进行承载；所述控制台根据驱动磁体模块(3)的位置和姿态信息以及胶囊机器人(5)的位置和姿态信息，通过控制指令控制驱动磁体引导模块(2)，来带动驱动磁体模块进行运动。
  2. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述检测模块(4)主要由磁传感器(401)、安装组件(402)、数据处理单元及惯性检测单元构成；
    所述安装组件(402)固定在驱动磁体模块(3)上，并与驱动磁体模块(3)保持相对固定；所述磁传感器(401)、数据处理单元及惯性检测单元固定于安装组件(402)上；所述磁传感器(401)用于实现磁场信号的测量，所述数据处理单元用于对磁传感器(401)测量的信号进行处理，获得胶囊机器人(5)的位置与姿态信息，所述惯性检测单元用于获取所述检测模块的运动状态。
  3. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述安装组件(402)为中空的多面体结构，固定于所述驱动磁体模块(3)外使其多个面以驱动磁体模块(3)为中心，所述磁传感器(401)分布在安装组件(402)的表面，通过设计多面体表面相对于驱动磁体模块(3)中心的距离，使得磁传感器(401)在各测量轴上都可测得不超过该测量轴量程的磁场信号。
  4. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述磁传感器(401)安装在安装组件(402)上，以驱动磁体模块(3)的中心为中心，呈放射状分布，通过调整磁传感器相对于自身安装点处磁场方向的姿态，保证磁传感器至少1个测量方向上可测得不超过量程的磁场信号。
  5. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述磁传感器由单轴、2轴、3轴传感器中的至少一种组成。
  6. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述第一支撑架(1)的侧面设有用于放置驱动磁体模块(3)的凹槽结构，或所述第一支撑架(1)上设有放置模块(702)，用于放置驱动磁体模块(3)。
  7. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述第一支撑架(1)上面安装有限位模块(7)，对运动过程中的驱动磁体引导模块(2)提供限位作用。
  8. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述第二支撑架(6)具有水平滑动的自由度、水平旋转的自由度以及竖直升降的自由度中的至少一个。
  9. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述驱动磁体引导模块(2)具有检测各自由度运动位移的编码器单元，用于检测驱动磁体模块的位置与姿态信息。
  10. 根据权利1所述一种主动式磁控胶囊机器人检测系统，其特征在于，所述驱动磁体引导模块(2)具有感知接触力信息的功能，当驱动磁体引导模块(2)在使用的过程中感受到接触到被检测者时，此时停止运动或返回运动。
  11. 一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，具体过程为：
    步骤一、读取各磁传感器采集的磁场测量值及检测模块的位置和姿态数据；
    步骤二、根据所述磁场测量值，获得胶囊机器人当前位姿下的有效磁场值；
    步骤三、根据所述有效磁场计算胶囊机器人的位置和姿态信息；
    步骤四、满足胶囊机器人位姿不变的条件时，输出胶囊机器人的位置和姿 态信息至控制台。
  12. 一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，具体过程为：
    步骤一：读取各磁传感器采集的磁场测量值及检测模块的位置和姿态数据；
    满足胶囊机器人位姿不变的条件时，进入步骤二；
    步骤二、根据所述磁场测量值，获得胶囊机器人当前位姿下的有效磁场值；
    步骤三、根据所述有效磁场计算胶囊机器人的位置和姿态信息；
    步骤四、输出胶囊机器人的位置和姿态信息至控制台。
  13. 根据权利11或12所述一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，其特征在于，所述胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
    不同时刻记录的检测模块的加速度偏差小于设定的阈值时，认为此段时间内胶囊机器人位姿没有发生变化，即把计算得到的胶囊机器人位姿数据作为有效结果输出至控制台。
  14. 根据权利11或12所述一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，其特征在于，所述胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
    不同时刻记录的检测模块检测到的最大单轴磁场偏差小于设定的阈值时，认为此段时间内胶囊机器人位姿没有发生变化，即把计算得到的胶囊机器人位姿数据作为有效结果输出至控制台。
  15. 根据权利11或12所述一种主动式磁控胶囊机器人检测方法，其特征在于，所述胶囊机器人位姿不变的条件，判定方法为：
    不同时刻记录的检测模块的位置和姿态偏差小于设定的阈值时，认为此段时间内胶囊机器人位姿没有发生变化，即把计算得到的胶囊机器人位姿数据作为有效结果输出至控制台。
PCT/CN2020/094410 2019-06-04 2020-06-04 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法 WO2020244582A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20817788.1A EP3981319A4 (en) 2019-06-04 2020-06-04 ACTIVE MAGNETIC CONTROLLED CAPSULE ROBOTIC DETECTION SYSTEM AND METHOD

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910482794.2 2019-06-04
CN201910482794.2A CN110236474B (zh) 2019-06-04 2019-06-04 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020244582A1 true WO2020244582A1 (zh) 2020-12-10

Family

ID=67886083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2020/094410 WO2020244582A1 (zh) 2019-06-04 2020-06-04 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3981319A4 (zh)
CN (1) CN110236474B (zh)
WO (1) WO2020244582A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113350699A (zh) * 2021-08-10 2021-09-07 苏州好博医疗器械股份有限公司 一种组合磁场发生装置及其使用方法
CN114176489A (zh) * 2021-12-27 2022-03-15 北京航空航天大学 一种磁悬浮胶囊机器人的磁控系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110236474B (zh) * 2019-06-04 2020-10-27 北京理工大学 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法
CN211460130U (zh) * 2019-12-06 2020-09-11 深圳市资福医疗技术有限公司 一种胶囊内镜磁控设备
CN111973136B (zh) * 2020-09-14 2022-11-25 上海安翰医疗技术有限公司 磁控胶囊内窥镜装置的控制方法及控制系统
CN113238291B (zh) * 2021-06-21 2023-11-17 福建世新机器人科技有限公司 基于磁性部件定位跟踪的地磁矢量实时估计与分离方法
CN114532943B (zh) * 2022-03-18 2022-10-14 元化智能科技(深圳)有限公司 基于磁驱动的无线胶囊内窥镜的定位系统及计算机设备
CN116803330A (zh) * 2022-03-18 2023-09-26 安翰科技(武汉)股份有限公司 磁控胶囊系统及其定量闭环控制方法
CN116019565A (zh) * 2022-10-28 2023-04-28 中国科学院深圳先进技术研究院 一种用于微型机器人的半开放式磁操控装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045279A (ja) * 2007-08-21 2009-03-05 Hoya Corp カプセル内視鏡
CN103169443A (zh) * 2013-03-29 2013-06-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于灵巧机器人的磁控主动式胶囊内窥镜运动控制系统
CN103908216A (zh) 2014-04-10 2014-07-09 重庆金山科技（集团）有限公司 一种具磁场定位功能的胶囊内镜系统及其胶囊内镜
CN103932654A (zh) * 2014-04-17 2014-07-23 上海交通大学 基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统及控制方法
WO2016067802A1 (ja) * 2014-10-27 2016-05-06 オリンパス株式会社 誘導装置、カプセル型内視鏡誘導システム、及び誘導装置の作動方法
CN105852783A (zh) * 2016-04-22 2016-08-17 重庆金山科技（集团）有限公司 一种胶囊内窥镜控制系统
CN108354578A (zh) 2018-03-14 2018-08-03 重庆金山医疗器械有限公司 一种胶囊内镜定位系统
CN108451490A (zh) * 2018-01-29 2018-08-28 重庆金山医疗器械有限公司 一种在消化腔体内搜寻胶囊内窥镜的系统及方法
CN108827133A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 北京理工大学 一种检测移动磁源位姿的方法
CN110236474A (zh) * 2019-06-04 2019-09-17 北京理工大学 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4542326B2 (ja) * 2003-09-30 2010-09-15 オリンパス株式会社 カプセル型医療装置誘導システム
CN109259716B (zh) * 2018-09-04 2021-03-09 北京理工大学 一种胶囊内镜磁引导控制装置
CN109444773B (zh) * 2018-10-12 2020-10-27 北京理工大学 一种固连外部磁体和磁传感器阵列的磁源检测装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045279A (ja) * 2007-08-21 2009-03-05 Hoya Corp カプセル内視鏡
CN103169443A (zh) * 2013-03-29 2013-06-26 哈尔滨工业大学深圳研究生院 基于灵巧机器人的磁控主动式胶囊内窥镜运动控制系统
CN103908216A (zh) 2014-04-10 2014-07-09 重庆金山科技（集团）有限公司 一种具磁场定位功能的胶囊内镜系统及其胶囊内镜
CN103932654A (zh) * 2014-04-17 2014-07-23 上海交通大学 基于永磁和三轴力传感器的胶囊内镜控制系统及控制方法
WO2016067802A1 (ja) * 2014-10-27 2016-05-06 オリンパス株式会社 誘導装置、カプセル型内視鏡誘導システム、及び誘導装置の作動方法
CN105852783A (zh) * 2016-04-22 2016-08-17 重庆金山科技（集团）有限公司 一种胶囊内窥镜控制系统
CN108451490A (zh) * 2018-01-29 2018-08-28 重庆金山医疗器械有限公司 一种在消化腔体内搜寻胶囊内窥镜的系统及方法
CN108354578A (zh) 2018-03-14 2018-08-03 重庆金山医疗器械有限公司 一种胶囊内镜定位系统
CN108827133A (zh) * 2018-06-15 2018-11-16 北京理工大学 一种检测移动磁源位姿的方法
CN110236474A (zh) * 2019-06-04 2019-09-17 北京理工大学 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3981319A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113350699A (zh) * 2021-08-10 2021-09-07 苏州好博医疗器械股份有限公司 一种组合磁场发生装置及其使用方法
CN114176489A (zh) * 2021-12-27 2022-03-15 北京航空航天大学 一种磁悬浮胶囊机器人的磁控系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110236474A (zh) 2019-09-17
EP3981319A4 (en) 2023-07-26
EP3981319A1 (en) 2022-04-13
CN110236474B (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020244582A1 (zh) 一种主动式磁控胶囊机器人检测系统及检测方法
US9943962B2 (en) Robotic medical apparatus with collision detection and method for collision detection in a robotic medical apparatus
CN108827133B (zh) 一种检测移动磁源位姿的方法
CN109444773B (zh) 一种固连外部磁体和磁传感器阵列的磁源检测装置
US20150149104A1 (en) Motion Tracking Solutions Using a Self Correcting Three Sensor Architecture
CN107348931B (zh) 一种胶囊内窥镜空间姿态测定系统
US20210161425A1 (en) Positioning system for swallowable device and method thereof
CN108245122B (zh) 磁引导式胶囊内窥镜系统及轨迹规划方法
CN103869834B (zh) 基于经验模态法的三轴气浮台质心智能调节方法
US20190376860A1 (en) Visuo-haptic sensor
CN105962879A (zh) 胶囊内窥镜的位姿控制系统、控制方法及胶囊内窥镜
US11571116B2 (en) Control system for capsule endoscope
TWI592252B (zh) 工具機旋轉軸定位精度檢測裝置與方法
US20230225583A1 (en) System and method for controlling capsule endoscope
CN110664437A (zh) 自动超声乳房扫描设备
US11440198B2 (en) Control system and method for movement of neck mechanism for robot
US11717184B2 (en) Tracking head motion for medical imaging
CN107036795A (zh) 一种多功能调试平台
CN115998331B (zh) 一种用于远程超声诊断的探头控制系统及控制方法
WO2023165355A1 (zh) 手术平台定位系统、位姿信息确定方法以及装置
CN104133252B (zh) 重力梯度测量辅助定位的超导磁悬浮定位装置及定位方法
CN114176489A (zh) 一种磁悬浮胶囊机器人的磁控系统
JP6763749B2 (ja) 移動体制御システム及び移動体
CN113325815A (zh) 用于监测诊断工业现场环境和设备的dcs系统
CN110235081A (zh) 工件运送控制系统以及运动引导装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20817788

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020817788

Country of ref document: EP

Effective date: 20220104