一种消化道电子胶囊的数字式定位系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，包括设于体外的多磁源分频激磁装置，用于产生不同频率的交变磁场；数字式磁场检测装置，固定在电子胶囊上，用于检测电子胶囊所处位置的磁场强度后进行特征值提取；设于体外的数据无线接收与处理平台，与多磁源分频激磁装置和数字式磁场检测装置无线连接，用于接收数字式磁场检测装置发送的特征值，进行数据分析和方位求解；本发明专利技术还公开了一种数字式定位方法，该方法基于消化道电子胶囊的数字式定位系统，采用适合于多磁源跟踪方法的模拟信号前端预处理技术与数字信号处理技术，实现电子胶囊的数字式定位。与现有技术相比，本发明专利技术具有抗干扰能力强、功耗低、实时性强、处理速度快等优点。

Digital positioning system and method for digestive tract electronic capsule

The invention relates to a digital positioning system for digestive tract electronic capsules, which comprises a multi-magnetic source frequency-division excitation device arranged in vitro for generating alternating magnetic fields of different frequencies; a digital magnetic field detection device fixed on the electronic capsules for detecting the magnetic field intensity of the position of the electronic capsules and extracting the eigenvalues; A data wireless receiving and processing platform in vitro is connected wirelessly with a multi-magnetic source frequency division excitation device and a digital magnetic field detection device for receiving the characteristic values transmitted by a digital magnetic field detection device for data analysis and azimuth solution; the invention also discloses a digital positioning method, which is based on the digestive tract. The digital positioning system of electronic capsule adopts the analog signal pre-processing technology and digital signal processing technology suitable for multi-magnetic source tracking method to realize the digital positioning of electronic capsule. Compared with the prior art, the invention has the advantages of strong anti-interference ability, low power consumption, strong real-time performance and fast processing speed.

【技术实现步骤摘要】
一种消化道电子胶囊的数字式定位系统及方法
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种消化道电子胶囊的数字式定位系统及方法。
技术介绍
随着微电子技术、微机电系统技术、机器人技术、无线通信等技术的发展，消化道电子胶囊状诊疗装置(以下简称电子胶囊)已成为现代医疗器械的研究热点与发展方向。微型化使电子胶囊能进入人体消化道，能够监测消化道多生理参数信息、摄取消化道内图像、识别病变组织、并主动施药治疗或进行取样活检。在医疗应用中，医生无法获知电子胶囊在体内的位置，由此无法将诊查信息与具体部位对应，并且也无法根据胶囊的方位准确地驱动胶囊运动。因此，对电子胶囊跟踪定位成为急需解决的关键技术之一。对于消化道内目标物的定位，临床上一般采用的方法有：X射线图像法、核医学显像法、实时超声法。这些方法具有一定的辐射伤害，不能连续数小时进行监测，并且需要大型昂贵的设备，使得检查只能在一定的场所进行，影响了病人的正常工作和生活。目前也有相关文献报道了永磁定位跟踪法，将微型永磁体作为定位标记源，置于电子胶囊中，在被测者腹部周围，布置一定数量的霍尔传感器，用来检测永磁体在空间产生的磁场强度，由此反求出目标的空间方位。由于磁标记物的体积在空间上受到电子胶囊的限制，导致磁场信号强度受限，当磁标记物距传感器距离较远时，磁场传感器不能分辨微弱的信号，导致定位失效。目前报道的磁标记定位法的测量精度和探测距离与实用性还有较大差距。电子元件的低频噪声和地磁场信号难以在静磁信号中滤除，磁场逆问题求解中未知量个数多、求解耗时、容易陷入局部极值点，且电子胶囊尺寸和功耗的制约，是磁跟踪系统体内装置设计的难点；此外，现有的交流磁定位方法研究中，体外的磁场激发装置大多采用分时的方式进行信号区分，该方式的实时性还有待改善。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种消化道电子胶囊的数字式定位系统及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，包括：多磁源分频激磁装置，设于体外，用于产生不同频率的交变磁场；所述的多磁源分频激磁装置包括分频激磁电路和多个激磁线圈，分频激磁电路设有多路输出端，多路输出端分别与多个激磁线圈的输入端连接；数字式磁场检测装置，固定在电子胶囊上，用于检测电子胶囊所处位置的磁场强度后进行特征值提取，所述的数字式磁场检测装置包括依次连接的次级感应线圈、模拟信号前端预处理模块、数字信号处理模块和射频通信模块；数据无线接收与处理平台，设于体外，与多磁源分频激磁装置和数字式磁场检测装置无线连接，用于接收数字式磁场检测装置发送的特征值后，进行数据分析和方位求解，所述的数据无线接收与处理平台包括用于收发数据的数据无线收发电路。优选地，所述的模拟信号前端预处理模块包括依次连接的前置阻抗匹配电路、可编程放大电路、电平抬升电路与ADC驱动电路，所述的前端阻抗匹配电路的输入端与次级感应线圈的输出端连接，所述的数字信号处理模块的输入端与电平抬升电路与ADC驱动电路的输出端连接。优选地，所述的数字信号处理模块为微处理器。优选地，所述的射频通信模块为射频通信芯片。优选地，所述的数字信号处理模块采用的核心算法包括数字滤波算法、峰值检测算法和激磁线圈智能识别算法。优选地，所述的数字式磁场检测装置采用智能休眠技术实现握手通讯。优选地，所述的数据无线接收与处理平台采用粒子群与LM算法改进的BP神经网络算法。一种电子胶囊数字式定位方法，该方法基于消化道电子胶囊的数字式定位系统，包括以下步骤：1)数字式磁场检测装置与电子胶囊固定在一起后进入人体的消化道，数字式磁场检测装置通过看门狗定时芯片从休眠中唤醒后，发送握手请求信号至数据无线接收与处理平台；2)数据无线接收与处理平台发送接收信号至数字式磁场检测装置，同时，数据无线接收与处理平台发送控制信号至多磁源分频激磁装置，控制其启动并产生交变磁场；3)数字式磁场检测装置根据次级感应线圈及模拟信号前端预处理模块检测电子胶囊所处位置的磁场强度，并利用数字信号处理模块对检测到的磁场强度进行特征值提取；4)提取后的特征值通过射频通信模块无线发送到体外的数据无线接收与处理平台，以进行数据分析和方位求解，进而获取电子胶囊在人体内的位置；5)数字式磁场检测装置的微处理器根据智能休眠技术控制电源管理模块关断各个模块的供电，使微处理器进入休眠，直至被看门狗定时芯片再次唤醒，进行下一次检测操作。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、实时性高：本专利技术采用交变磁场进行体内电子胶囊方位的跟踪，多磁源分频激磁装置由多个激磁线圈和分频激磁电路组成，多个激磁线圈同时工作于不同激磁频率，采用分频的方式进行区分信号，相比于分时方式，本专利技术的实时性更高；二、抗干扰能力强、功耗低：本专利技术的数字式磁场检测装置引入了适合于多磁源跟踪方法的模拟信号前端预处理技术与数字信号处理技术，精简了硬件电路，从而降低了装置的体积和功耗，提高了数据抗干扰性和稳定性，满足电子胶囊尺寸和功耗的限制要求；同时，数字式磁场检测装置采用智能休眠技术可实现握手通讯功能，进一步降低了功耗；三、准确性高：本专利技术的数字式磁场检测装置采用快速频率识别算法，可以精确智能地识别体外不同的激磁线圈，即可对不同的频率信号进行处理，避免了由于磁场检测信号与激磁线圈匹配错误造成的定位数据错误，提高了定位的准确性和可靠性；四、速度快：本专利技术的数据无线接收与处理平台采用了粒子群与LM算法改进的BP神经网络算法，逼近磁跟踪非线性问题，提高了求解速度和求解精度。附图说明图1为一种消化道电子胶囊的数字式定位系统的结构示意图；图2为一种消化道电子胶囊的数字式定位系统中数字式磁场检测装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例的一种消化道电子胶囊的数字式定位系统中电平抬升与ADC驱动电路的结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，本专利技术涉及一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，该系统包括多磁源分频激磁装置、数字式磁场检测装置和数据无线接收与处理平台；多磁源分频激磁装置和数据无线接收与处理平台均设于体外；数字式磁场检测装置固定在电子胶囊上，随着电子胶囊在体内运动；数据无线接收与处理平台与多磁源分频激磁装置、数字式磁场检测装置分别无线连接。数字式磁场检测装置主要包括看门狗定时芯片、次级感应线圈、模拟前端信号预处理模块、数字信号处理模块、射频通信模块和电源管理模块。电源模块分别与模拟前端信号预处理模块、数字信号处理模块、射频通信模块相连，为各电路模块提供电源。模拟信号前端预处理模块主要包括前端阻抗匹配电路、可编程放大电路、电平抬升与ADC驱动电路。其中，次级感应线圈的输出端与前端阻抗匹配电路的输入端相连，前端阻抗匹配电路、可编程放大电路、电平抬升与ADC驱动电路顺序相连，如图2所示。电平抬升与ADC驱动电路的输出端与数字信号处理模块的输入端相连。采用的数字信号处理模块为微处理器；射频通信模块为射频通信芯片；电源管理模块包括电池、升压芯片、稳压芯片和微控制器，微控制器与升压芯片和稳压芯片分别连接。本实施例采用的电平抬升与ADC驱动电路如图3所示；本实施例采用的前端阻抗匹配电路为具有低输入阻抗高输出阻抗的前置放大电路；采用的可编程放大电路为LTC6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，其特征在于，包括：多磁源分频激磁装置：设于体外，用于产生不同频率的交变磁场，所述的多磁源分频激磁装置包括分频激磁电路和多个激磁线圈，分频激磁电路设有多路输出端，多路输出端分别与多个激磁线圈的输入端连接；数字式磁场检测装置：固定在电子胶囊上，用于检测电子胶囊所处位置的磁场强度后进行特征值提取，所述的数字式磁场检测装置包括依次连接的次级感应线圈、模拟信号前端预处理模块、数字信号处理模块和射频通信模块；数据无线接收与处理平台：设于体外，与多磁源分频激磁装置和数字式磁场检测装置无线连接，用于接收数字式磁场检测装置发送的特征值后，进行数据分析和方位求解，所述的数据无线接收与处理平台包括用于收发信号的数据无线收发电路。

【技术特征摘要】
1.一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，其特征在于，包括：多磁源分频激磁装置：设于体外，用于产生不同频率的交变磁场，所述的多磁源分频激磁装置包括分频激磁电路和多个激磁线圈，分频激磁电路设有多路输出端，多路输出端分别与多个激磁线圈的输入端连接；数字式磁场检测装置：固定在电子胶囊上，用于检测电子胶囊所处位置的磁场强度后进行特征值提取，所述的数字式磁场检测装置包括依次连接的次级感应线圈、模拟信号前端预处理模块、数字信号处理模块和射频通信模块；数据无线接收与处理平台：设于体外，与多磁源分频激磁装置和数字式磁场检测装置无线连接，用于接收数字式磁场检测装置发送的特征值后，进行数据分析和方位求解，所述的数据无线接收与处理平台包括用于收发信号的数据无线收发电路。2.根据权利要求1所述的一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，其特征在于，所述的模拟信号前端预处理模块包括依次连接的前置阻抗匹配电路、可编程放大电路、电平抬升电路与ADC驱动电路，所述的前端阻抗匹配电路的输入端与次级感应线圈的输出端连接，所述的数字信号处理模块的输入端与电平抬升电路与ADC驱动电路的输出端连接。3.根据权利要求1所述的一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，其特征在于，所述的数字信号处理模块为微处理器。4.根据权利要求1所述的一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，其特征在于，所述的射频通信模块为射频通信芯片。5.根据权利要求1所述的一种消化道电子胶囊的数字式定位系统，其特征在于，所述的数字式磁场检测装置还包括用于定时的看门狗定时芯片和用于供电的电源管理模块。6.根据权利要求5所述的一种消化道电子胶囊的数字式定位系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭旭东，严荣国，葛斌，王殊轶，罗忠钰，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31