一种胶囊式内窥镜磁控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种胶囊式内窥镜磁控系统，涉及医疗器械领域，包括胶囊式内窥镜、控制器、磁场发生模块和三自由度运动机构，所述胶囊式内窥镜与所述控制器通信连接，所述控制器用于接收胶囊式内窥镜发送的数据，并根据闭环控制算法计算复合磁场发生模块的输出，所述磁场发生模块与所述控制器通信连接，所述磁场发生模块产生控制磁场，所述磁场发生模块固定设置于所述三自由度运动机构，并随所述三自由度运动机构运动。本发明专利技术能够实现胶囊式内窥镜在人体胃部任意位置的稳定悬浮及精确运动控制，从而实现覆盖检查。

A capsule endoscope magnetic control system

The invention discloses a capsule type endoscope magnetron system, relates to the medical instrument field, including capsule endoscope, controller, magnetic field generating module and a three DOF motion mechanism, the capsule endoscope and the controller communication connection, the controller is used for data sending receiving capsule type endoscope and, according to the closed-loop control algorithm to calculate the output module of the composite magnetic field, the magnetic field generating module and the controller communication connection, the magnetic field control module generates a magnetic field, the magnetic field generating module is fixed on the three degree of freedom motion mechanism, and with the three degree of freedom motion. The invention can realize the stable suspension and accurate motion control of the capsule endoscope at any position of the human stomach, so as to realize the covering inspection.

【技术实现步骤摘要】
一种胶囊式内窥镜磁控系统
本专利技术涉及医疗领域，尤其是一种胶囊式内窥镜磁控系统。
技术介绍
消化系统疾病是临床上最常见的疾病，其中胃肠道疾病占有最大比例。传统上对胃肠道病变的检查，不管是上消化道还是下消化道均采用机械插入式的方法，给病人造成不适和痛苦，一定程度上降低了病人的依从性，有时甚至需要在麻醉下进行。胶囊式内窥镜检查具有无创、无痛、无交叉感染等优点，克服了胃镜等传统推进式内窥镜的缺点，在世界上很多地区已作为小肠疾病的一线检查手段。胶囊式内窥镜自问世以来很快成为胃病临床检查的重要手段，胶囊式内窥镜组件通常包括胶囊本身，内置微型摄像机，可达到160度的视角，续航能力一般在8小时以上，以及数据记录仪、图像数据分析软件。目前主流的胶囊式内窥镜大多是被动式的，随胃肠道蠕动前进，存在不稳定性和不确定性，没有治疗功能，主动控制的缺失使胶囊很难准确定位病变位置，主要用于小肠检查，对于腔体较大较复杂的胃部检查不适用。主动控制方式根据动力源的来源可分为内部与外部两种。内部驱动通过内部供电驱动电机或其他机构使胶囊自主运行，但内部驱动往往需要大量的供电，往往导致胶囊尺寸偏大，续航能力偏低。外部驱动不需要消耗胶囊内部能量，而且易控制，结构较简单，实现较容易。哈工大深圳研究生院提出一种基于灵巧机器人的磁控主动式胶囊式内窥镜运动控制系统(中国专利技术专利申请公开号：CN103169443A)，通过肠道图像处理在一定程度上反映出胶囊的位置，来控制机械手臂来移动矩形永磁体，实现对于磁性胶囊的开环控制，而且人工导航和自主导航的自由切换。但该方法存在图片实时性差、无法得到具体的位置姿态、控制精度低的缺点。安翰光电技术(武汉)有限公司专利技术了一种控制胶囊内窥镜在人体消化道运动的装置及方法(中国专利技术专利申请公开号：CN103222842A)，胶囊式内窥镜内部包含永久磁偶极子，胶囊内窥镜在预定位置处于稳定悬浮状态下，通过球形外部磁体的运动使胶囊式内窥镜完成移动、转动、倾斜等动作。缺点是此装置为开环控制，对于胶囊位置的控制精度较低。胡超教授等人提出一种基于磁场感应模块阵列实现对胶囊中磁体进行定位的方法，建立以磁偶极子为数学模型的系统，同时进行算法优化，得到胶囊式内窥镜较为准确的位置；天津大学精密仪器与光电子工程学院提出一种基于粒子滤波算法的磁定位方法，磁传感器阵列测得胶囊式内窥镜中永磁体产生磁场的大小，以此计算出胶囊式内窥镜的相对位置，并且在胶囊式内窥镜的定位中加入目标运动以及磁干扰的估计，改善了胶囊位置在时序采样下的动态测量误差，提高了系统对于外部磁干扰的抵抗力。以上方法虽然实现了对于胶囊式内窥镜的定位，但其磁场感应模块在胶囊式内窥镜外部，当目标运动速度变大且外界磁干扰强度加大时，其定位误差也会变大。因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的胶囊式内窥镜运动控制系统，基于胶囊内部传感器的位置反馈，控制磁场强度实现磁控胶囊式内窥镜的闭环主动控制。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何实时获取胶囊内镜在人体内的位置，并采用闭环控制的方法实现稳定精确的位置、运动控制。为达到以上目的，本专利技术提供了一种胶囊式内窥镜磁控系统，包括胶囊式内窥镜、控制器、磁场发生模块和三自由度运动机构，所述胶囊式内窥镜用于人体胃部内窥镜检测，所述胶囊式内窥镜与所述控制器通信连接，所述控制器用于接收胶囊式内窥镜发送的数据，并根据闭环控制算法计算复合磁场发生模块的输出，所述磁场发生模块与所述控制器通信连接，所述磁场发生模块产生控制磁场，所述磁场发生模块固定设置于所述三自由度运动机构，并随所述三自由度运动机构运动，以实现胶囊式内窥镜在人体内的定点悬浮和精确运动控制。进一步地，所述胶囊式内窥镜包括图像采集模块、磁场感应模块、内窥镜控制模块、第一永磁体、供电模块和胶囊外壳，所述图像采集模块用于拍摄人体消化道的图像，所述磁场感应模块用于测量所述胶囊式内窥镜所在位置的空间磁场数据，所述图像采集模块、所述磁场感应模块和所述控制电路依次连接，所述图像采集模块、所述磁场感应模块、所述控制电路、所述第一永磁体和所述供电模块均设置在所述胶囊外壳内部，所述第一永磁体受到第二永磁体的磁场作用。进一步地，所述内窥镜控制模块包括模数转换器和无线通信器，所述模数转换器用于将所述磁场感应模块测量的空间磁场数据的模拟信号转换为数字信号，所述无线通信器用于将所述图像采集模块获取的图像数据和所述模数转换器转换得到的数字信号传输至所述控制器。进一步地，所述控制器包括信号接收模块、运算模块和信号输出模块，所述信号接收模块、所述运算模块和所述信号输出模块通信连接，所述信号接收模块用于接收所述胶囊式内窥镜发送的数据，所述运算模块用于执行控制算法，实时计算对所述磁场发生模块的输出信号，所述信号输出模块将所述运算模块运算得到的输出信号结果通过数模转换后向所述磁场发生模块输出。进一步地，所述控制器还包括信号处理模块和闭环控制模块，所述信号处理模块对所述信号接收模块接收的数据进行处理，所述闭环控制模块用于计算基础输出值和调节输出值并将二者结合得到最终输出信号，由所述信号输出模块转换后向所述磁场发生模块输出。进一步地，所述信号处理模块包括信号预处理单元、滤波单元、位置坐标计算单元、状态预估单元，所述信号预处理单元将内窥镜控制模块发送的原始数据转换为磁场数据；所述滤波单元通过滤波降低信号噪声，减小数据误差；所述位置坐标计算单元包括对所述磁场发生模块创建的物理模型，根据所述磁场发生模块的状态生成实时空间磁场分布数据，并通过当前获得的所述胶囊式内窥镜的磁场数据计算所述胶囊式内窥镜的位置坐标；所述状态预估单元根据所述胶囊式内窥镜运动系统物理模型进行位置预估，减少数据传输延时造成的误差。进一步地，所述闭环控制模块包括前馈控制单元和反馈控制单元，所述前馈控制单元根据空间磁场分布和所述胶囊式内窥镜当前位置坐标，求出所述胶囊式内窥镜受力平衡时对应所述磁场发生模块的电流信号值，作为基础输出值；所述反馈控制单元根据所述胶囊式内窥镜位置坐标与设定位置之差计算负反馈电流信号值，作为调节输出值；所述基础输出值与所述调节输出值叠加结果为所述闭环控制模块最终输出信号。所述反馈控制单元是基于PID或模糊控制方法的反馈控制器。进一步地，所述信号输出模块包括实时数模转换单元，所述实时数模转换单元将所述闭环控制模块最终输出信号转换成模拟信号并输出至所述磁场发生模块。进一步地，所述磁场发生模块包括第二永磁体和电磁线圈，所述第二永磁体能够提供静态基础磁场，所述电磁线圈提供动态可变磁场，所述电磁线圈被电流放大器驱动，根据所述控制器的输出信号调节电流进而调节所述磁场发生模块的磁场大小，所述磁场发生模块产生的磁场作用于第一永磁体。进一步地，所述三自由度运动机构能够执行平面内的水平方向x，平面内的垂直方向y和竖直面内z的平移运动，调节所述磁场发生模块的位置，进而调整所述胶囊式内窥镜在人体中的位置。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术使用磁场发生模块产生的第二永磁体产生稳定磁场，用电磁线圈对磁场进行调节，从而使胶囊式内窥镜在人体中稳定悬浮；2、本专利技术的控制器包括信号处理模块和闭环控制模块，通过这两个模块对数据进行处理和运算，可以得到更精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胶囊式内窥镜磁控系统，其特征在于，包括胶囊式内窥镜、控制器、磁场发生模块和三自由度运动机构，所述胶囊式内窥镜与所述控制器通信连接，所述控制器用于接收胶囊式内窥镜发送的数据，并根据闭环控制算法计算复合磁场发生模块的输出，所述磁场发生模块与所述控制器通信连接，所述磁场发生模块产生控制磁场，所述磁场发生模块固定设置于所述三自由度运动机构，并随所述三自由度运动机构运动。

【技术特征摘要】
1.一种胶囊式内窥镜磁控系统，其特征在于，包括胶囊式内窥镜、控制器、磁场发生模块和三自由度运动机构，所述胶囊式内窥镜与所述控制器通信连接，所述控制器用于接收胶囊式内窥镜发送的数据，并根据闭环控制算法计算复合磁场发生模块的输出，所述磁场发生模块与所述控制器通信连接，所述磁场发生模块产生控制磁场，所述磁场发生模块固定设置于所述三自由度运动机构，并随所述三自由度运动机构运动。2.如权利要求1胶囊式内窥镜磁控系统，其特征在于，所述胶囊式内窥镜包括图像采集模块(1)、磁场感应模块(2)、内窥镜控制模块(3)、第一永磁体(4)、供电模块(5)和胶囊外壳，所述图像采集模块(1)、所述磁场感应模块(2)和所述控制电路(3)依次连接，所述图像采集模块(1)、所述磁场感应模块(2)、所述控制电路(3)、所述第一永磁体(4)和所述供电模块(5)均设置在所述胶囊外壳内部，所述第一永磁体(4)受到第二永磁体(6)的磁场作用。3.如权利要求2胶囊式内窥镜磁控系统，其特征在于，所述内窥镜控制模块(3)包括模数转换器和无线通信器，所述模数转换器用于将所述磁场感应模块(2)测量的空间磁场数据的模拟信号转换为数字信号，所述无线通信器用于将所述图像采集模块(1)获取的图像数据和所述模数转换器转换得到的数字信号传输至所述控制器。4.如权利要求1胶囊式内窥镜磁控系统，其特征在于，所述控制器包括信号接收模块、运算模块和信号输出模块，所述信号接收模块、所述运算模块和所述信号输出模块通信连接，所述信号接收模块用于接收所述胶囊式内窥镜发送的数据，所述运算模块用于执行控制算法，实时计算对所述磁场发生模块的输出信号，所述信号输出模块将所述运算模块运算得到的输出信号结果通过数模转换后向所述磁场发生模块输出。5.如权利要求4胶囊式内窥镜磁控系统，其特征在于，所述控制器还包括信号处理模块和闭环控制模块，所述信号处理模块对所述信号接收模块接收的数据进行处理，所述闭环控制模块用于计算基础输出值和调节输出值并将二...

【专利技术属性】
技术研发人员：林艳萍，
申请(专利权)人：嘉兴复尔机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33