全消化道排空无创检查系统及检查结果的处理方法技术方案

本发明专利技术提供一种全消化道排空无创检查系统，可用于全消化道排空过程的连续无创检测，其包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列及数据处理工作站。还提供相应发明专利技术的全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法。与现有技术相比，本发明专利技术的优点在于：1、可不借助任何试剂，在自然生理状态下检查全消化道排空，对人体无痛苦无损伤；2、检测结果直观准确，检测信息丰富全面，可获得内容物在全消化道内排空的三维轨迹，及每一肠段的排空时间、排空速度、蠕动频率等信息；3、使用方便，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全消化道排空无创检查的系统及检查结果的处理方法，尤其涉及一种可在非清肠禁食的自然生理状态下，无痛苦无创伤的检测食物在全消化道内排空过程的智能检测系统，属于医疗器械

技术介绍
运动功能是消化系统最重要的生理功能之一，是食物消化和吸收的基础。胃肠动力不足会导致胃排空延迟，肠传输缓慢；胃肠动力过强，则胃排空迅速，肠传输过快，因此胃肠排空时间是反映胃肠动力水平的一个直观、重要的指标，胃肠排空检查也因此成为临床上胃肠运动功能诊断的重要方法。能够定量测定胃排空的方法很多，如插管法、吸收试验、 不透χ线标记物法、超声波法、核素显像法、胃阻抗图、胃磁图、呼气试验等。放射学检查是一种经典而古老的检查方法，可准确检测不消化固体食物的胃排空，也可以观察小肠、结肠的传输时间，了解全消化道的运动功能。但是，它耗时长、曝光频繁，难以被受试者接受，使检查受到很大限制。核素显像法可以准确地检测食管通过时间、胃排空、小肠通过时间、胃食管反流、十二指肠胃反流等，定量性、重复性好，是目前胃肠排空测量的“金标准”， 但因使用核素，对患者有害，且价格昂贵，也不宜长时间使用，其应用同样有限。实时超声法检测胃排空具有安全、可靠、易重复的特点，它的不足之处在于只能用于检测液体胃排空，同时要求检查者熟练掌握B超检查技术。而其他方法如胃阻抗图、胃磁图、呼气试验等都属于间接测量方法，通过测量和胃肠动力或排空相关的一些生理参数，如体表阻抗、表面肌电、呼出气体中的(X)2量等，间接了解胃排空的过程，这些方法的准确性还有待进一步验证。磁标记物法也是一种广受关注的方法，让病人口服一粒磁性标记物，当标记物随肠道运动时，在体外通过各种磁强计检测标记物在体表产生的磁场变化，从而解算出这一时刻其所处的姿态和位置。这种方法相对其他方法而言简单易操作，对人体无损伤，同时可以连续监测全消化道的排空，有着良好的应用前景，但目前仍存在一定问题主要由于吞服的磁标记物体积微小，磁场较弱，且产生的磁场强度随着距离r的增加，以r3的比例衰减，而为获得磁标记物的姿态和位置，需要求解磁场强度和这些参数之间的多元非线性方程组(至少5元)，当磁场强度存在较大测量误差和环境干扰的情况下，难以在较大范围内进行准确跟踪，尤其是姿态误差较大。另一缺陷在于难于将磁标记物的位置和受试者的具体肠段对应。由此可见，目前临床上仍需要新的更加准确直观、使用方便、对人体无损伤的消化道排空检查方法，尤其是能应用于全消化道排空检查的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能监测食物在全消化道内排空过程的系统，系统使用方便，不对人体造成任何伤害和痛苦，检测结果定量直观，可以准确确定各段消化道的排空时间及通过每一肠段的具体过程，得出如排空速度、蠕动频率等丰富信息。同时由于不受试剂的限制，还能用于定量比较不同食物或药物对胃肠道排空过程的影响。根据本专利技术的一个方面，提供全消化道排空无创检查系统，包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列、数据处理工作站，其中胃肠道微型探测胶囊用于经口腔吞服后在消化道内前行时检测自身姿态及肠道PH值的变化并无线发送至体外控制装置；磁场传感器阵列用于放置于和人体腹部平行且紧贴腹部的位置并连接到体外控制装置，检测胃肠道微型探测胶囊内永久磁铁所产生的磁场变化；体外控制装置控制磁场传感器阵列对胃肠道微型探测胶囊内的永久磁铁产生的磁场强度进行检测，并同时接收胃肠道微型探测胶囊发送的检测数据并保存，当胃肠道微型探测胶囊从体内自然排出后，将保存的检测数据上传到数据处理工作站；数据处理工作站用于通过对检测数据的处理，获得胃肠道微型探测胶囊每一采样时刻在体内的位置和姿态，重建胃肠道微型探测胶囊通过消化道的完整三维轨迹，结合PH值检测结果，确定各肠段的排空规律。根据本专利技术的另一个方面，还提供全消化道排空无创检查系统的检查结果的处理方法，包括如下步骤步骤1 以磁场传感器阵列平面为XOY平面，建立绝对坐标系； 步骤2 根据每次检测到的加速度计数据和陀螺仪数据，利用卡尔曼滤波算法对两种传感器的数据进行融合和校正，得到两个欧拉角(θ ， φ-}的计算结果，并由此计算出永久磁铁的磁偶极矩矢量m(mx, Jiiyf mz)；步骤3:利用每个磁场传感器的检测结果及磁场传感器所在的坐标，建立包含(X, Yt z, 1 , Illy, Ill1 )的多元方程组，再将Olyt η ζ)代入此方程组中，解出永久磁铁即胃肠道微型探测胶囊的三维位置坐标(X，y, Z)；步骤4:按照这样的方法，求得所有时刻胃肠道微型探测胶囊的5维位姿参数步骤5 最后将所有点标示于绝对坐标系中，并按时间顺序依次连接，从而获得胃肠道微型探测胶囊在全消化道内的完整运行轨迹。 具体地，为实现这样的目的，本专利技术的全消化道排空无创检查系统包括胃肠道微型探测胶囊、体外控制装置、磁场传感器阵列及数据处理工作站四部分。胃肠道微型探测胶囊为可吞服的电子装置，经口腔服入后，随食物一起在肠道内前行。胃肠道微型探测胶囊按设定的采样周期检测自身姿态及胃肠道内PH值变化，并将检测结果无线发送至体外。体外控制装置、磁场传感器阵列及数据处理工作站均放置于体外，使用时，体外控制装置、磁场传感器阵列两者之间通过导线连接，用于检测胃肠道微型探测胶囊任一时刻的空间位置， 并接收保存胃肠道微型探测胶囊发送的检测数据。数据处理工作站又包括计算机及分析处理软件两部分，用于在检测结束后或在检测过程中计算描绘胃肠道微型探测胶囊的运行轨迹，分析检查结果。所述的胃肠道微型探测胶囊为全密封结构，形状尺寸类似一般的药物胶囊，密度接近于普通食物，以便于受试者吞服，且不会影响其排空过程。具体又包括胶囊外壳、姿态检测模块、PH值传感模块、微控制器、无线通信模块、电源管理模块、永久磁铁、磁遥控电源开关及纽扣电池。和胃肠道组织相接触的胶囊外壳采用对人体无毒副作用的医用材料，且能够耐受胃肠道内液体腐蚀，不会产生结构破坏和解体。姿态检测模块由微型三轴加速度计和微型三轴陀螺仪组成，用于检测每一采样时刻胃肠道微型探测胶囊所处的姿态角，即俯仰角和横滚角；PH值传感模块由pH传感器和信号放大电路组成，pH传感器安装在胃肠道微型探测胶囊一端头部，其敏感面直接和胃肠液接触，用于检测胃肠道内内容物酸碱度的变化，通过信号放大电路放大后送微控制器进行模数转换。微控制器和姿态检测模块、PH 值传感模块及无线通信模块连接，将从姿态检测模块、PH值传感模块获得的检测数据通过无线通信模块发送到体外。电源管理模块和姿态检测模块、PH值传感模块、微控制器、无线通信模块相连，提供各模块所需的工作电压。纽扣电池经磁遥控电源开关后则作为电源管理模块的输入为其连续供电。此外，胃肠道微型探测胶囊内还密封有一圆柱状永久磁铁，当胃肠道微型探测胶囊在体内位置和姿态改变时，永久磁铁周围产生的磁场也随之变化。所述的磁场传感器阵列由同一平面内的多个磁场传感器模块组成，多个磁场传感器模块分布在平面内的不同位置，用于检测采样时刻胃肠道微型探测胶囊在该位置处所产生的磁场强度。每个磁场传感器模块包括单维或多维磁场传感器及信号调理电路，信号调理电路用于对磁场传感器输出的原始信号进行前级放大和低通滤波。磁场传感器可以选用霍尔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜萍萍，颜国正，王志武，刘华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：