胃肠动力胶囊及其定位系统的制作方法

[0001]
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种胃肠动力胶囊及其定位系统。


背景技术：

[0002]
消化系统疾病是继心血管疾病之后的第二大医学问题，胃肠动力紊乱的疾病占据消化道疾病接近半壁江山。胃肠动力是指胃肠部肌肉收缩蠕动的力量和频率，胃肠动力紊乱引发消化不良，轻者可导致腹胀、便秘、恶心、呕吐等症状，久而久之容易产生胃炎、胃轻瘫、食道反流甚至癌变等病症，严重影响人类日常工作和生活。
[0003]
目前评估胃肠动力紊乱的检查方法主要有测腔内压力、测ph值、胃肠电图、标记物胶囊等。测压法需要插管，具有侵入性且无法准确定位功能障碍部位。测ph值法虽然不需要插管，但只能检测某一点的胃动力功能异常，因此很少用于临床。胃电图法是将电极放置于腹部体表，并记录空腹和餐后的胃肠电节律，分析有无胃电节律异常来判断胃肠收缩功能是否紊乱，此方法虽然容易被接受但其临床诊断价值尚有争议。标记物法需要在受检者吞服不透x射线的标记物后的24、48、72小时多次拍摄腹部x片，有辐射且设备价格昂贵、检查耗时。因此，需要提供一种胃肠动力胶囊及其定位系统，以克服以上现有技术中存在的至少一个问题。


技术实现要素：

[0004]
为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本发明实施例提供一种胃肠动力胶囊及其定位系统，该胃肠动力胶囊结构简单，操作方便，并且对受检者是无创的，并且成本低廉；该胃肠动力胶囊的定位系统结构简单，操作方便，并且成本低廉，可以对胃肠动力胶囊在胃肠内进行精准定位，进而根据定位结果辅助医生对胃肠道紊乱作出诊断结果。
[0005]
本发明实施例提供一种胃肠动力胶囊，包括壳体和磁体，所述磁体通过固定结构固定在所述壳体内，所述磁体是永磁体或电磁体，所述磁体用于当所述胃肠动力胶囊在受检者消化道内移动时产生变化的磁场。
[0006]
在一些实施例中，所述胃肠动力胶囊还包括摄像模块和数据收发模块，所述摄像模块和所述数据收发模块分别设置在所述壳体内。
[0007]
在一些实施例中，当所述磁体为永磁铁时，所述磁体的形状为球形或圆柱形，所述磁体的重量小于等于10g。
[0008]
在一些实施例中，当所述磁体的形状为圆柱形时，所述磁体的长度小于等于20mm，所述磁体的直径小于等于10mm。
[0009]
本发明提供一种应用于上述任一所述的胃肠动力胶囊的定位系统，包括定位装置和终端设备，所述定位装置和所述终端设备通过通信链路连接；
[0010]
所述定位装置包括至少两个磁传感器i，i∈(1,n)，n为大于等于2的正整数，每个所述磁传感器i用于采集第j个时间点t
j
时所述磁场的强度数据d
ij
，j∈(1,n)，n为大于等于1的正整数，所述定位装置将所述强度数据d
ij
通过所述通信链路发送给所述终端设备；
[0011]
所述终端设备用于根据所述强度数据d
ij
确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息、运动频率。
[0012]
在一些实施例中，所述终端设备还用于根据所述位置和姿态信息、所述运动频率确定胃和/或肠的蠕动频率。
[0013]
在一些实施例中，所述定位系统还包括参考传感器，所述参考传感器用于采集所述时间点t
j
时所述定位装置受运动、角度和地磁影响的参考强度数据d
rj
。
[0014]
在一些实施例中，所述定位装置还包括一块第一pcb电路板和主控板，所述第一pcb电路板与所述主控板电连接，所述第一pcb电路板上设置所有所述磁传感器i。
[0015]
在一些实施例中，所述定位装置还包括受检者可佩戴的带，所述第一pcb电路板和所述主控板设置在所述可佩戴的带上，所述可佩戴的带用于将所述第一pcb电路板和所述主控板固定于所述受检者身上。
[0016]
在一些实施例中，所述磁传感器的数量为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。
[0017]
在一些实施例中，所述定位装置包括至少两块第二pcb电路板和主控板，每块所述第二pcb电路板与所述主控板电连接，每块所述第二pcb电路板上设置1个或者多个所述磁传感器i。
[0018]
在一些实施例中，所述定位装置包括至少两个粘贴部，所述粘贴部与所述第二pcb电路板连接，所述第二pcb电路板通过所述粘贴部固定在受检者身上。
[0019]
在一些实施例中，所述定位装置还包括数据存储器，所述数据存储器与所述主控板电连接，所述数据存储器用于存储所述磁场的强度数据d
ij
。
[0020]
本发明公开一种胃肠动力胶囊及其定位系统，该胃肠动力胶囊包括壳体和磁体，所述磁体通过固定结构固定在所述壳体内，所述磁体包括永磁体和电磁体，所述磁体用于当所述胃肠动力胶囊在受检者体内随着胃肠的蠕动而移动时产生变化的磁场。该定位系统包括定位装置和终端设备，通过定位系统测量磁场的变化并进行位姿计算，可对胃肠动力胶囊进行定位，进而根据定位结果辅助医生对胃肠道紊乱作出诊断结果。该胃肠动力胶囊结构简单，操作方便，并且对受检者是无创的，并且成本低廉；该胃肠动力胶囊的定位系统结构简单，操作方便，并且成本低廉。
附图说明
[0021]
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。
[0022]
在附图中：
[0023]
图1为本发明实施例中一种胃肠动力胶囊的结构示意图；
[0024]
图2为本发明实施例中一种定位系统的应用示意图；
[0025]
图3为本发明实施例中另一种定位系统的应用示意图；
[0026]
图4为本发明实施例中定位装置上的磁传感器的排列方式示意图；
[0027]
图5为本发明实施例中定位装置上的磁传感器的另外的排列方式示意图；
[0028]
图6为本发明实施例中另一种定位装置的结构示意图；
[0029]
图7为本发明实施例中圆柱磁场模型示意图；
[0030]
图8为本发明实施例中圆柱形磁铁的圆柱坐标系示意图。
[0031]
附图标记说明：
[0032]
胃肠动力胶囊1，壳体11，磁体12，固定结构13，圆柱形磁铁12-1，
[0033]
定位装置2，磁传感器i，第一pcb电路板21，第二pcb电路板22，
[0034]
终端设备3，
[0035]
参考传感器4。
具体实施方式
[0036]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]
本发明实施例提供的胃肠动力胶囊及其定位系统应用于胃肠动力检查。受检者在检查前，受检者将定位装置固定在身上，并随水吞服一颗胃肠动力胶囊1；所述胃肠动力胶囊1进入消化道后，随着消化道蠕动而运动，所述胃肠动力胶囊1的位置和姿态不断变化，从而引发磁场强度的改变，该改变被定位装置2检测，所述定位装置2实时采集所述磁场的强度数据d
ij
并保存，或者实时将采集的所述强度数据d
ij
发送给终端设备；待所述胃肠动力胶囊1排出体外后回收所述定位装置2，利用采集到的所述强度数据d
ij
确定所述胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息及所述胃肠动力胶囊的运动频率。因为在消化道内的所述胃肠动力胶囊1自由蠕动，真实的反映了胃肠道收缩蠕动的时间、力量和频率，因此通过分析以上计算结果不仅可以确定胃肠动力紊乱的发生部位，还可以评估胃肠动力紊乱的严重程度，为医生做出准确的诊断和精准的治疗提供了重要参考信息。
[0038]
参见图1所示，本发明实施例提供一种胃肠动力胶囊1，该胃肠动力胶囊1包括壳体11和磁体12，所述磁体12通过固定结构13固定在所述壳体11内，所述磁体是永磁体或电磁体，所述磁体用于当所述胃肠动力胶囊在受检者体内随着消化道的蠕动而移动时产生变化的磁场。
[0039]
具体地，所述壳体11可以是医用塑料。当所述磁体12为永磁铁。例如，可以选取钕铁硼、四氧化三铁、钐钴和铝镍钴等中一种制作磁铁。所述磁体12也可以为电磁线圈。所述固定结构13可以为支架或者粘结部结构，用于将所述磁体12固定在所述壳体11内。所述胃肠动力胶囊可以是等密度体也可以是非等密度体。所述胃肠动力胶囊结构简单，操作方便，并且对受检者是无创的，并且成本低廉。所述胃肠动力胶囊1进入消化道后，随着消化道蠕动而运动，其位置和姿态不断变化，从而引发磁场强度的改变。
[0040]
在一些实施例中，所述胃肠动力胶囊1的壳体可以是胶囊形，也可以是圆柱形或者球形等其他形状。
[0041]
在一些实施例中，所述胃肠动力胶囊1还可以包括摄像模块、数据收发模块等功能模块，可以在消化道中执行拍照和/或摄像功能，并将拍摄的图片数据或图像数据发送到体外，以辅助医生对胃肠道疾病作出诊断结果。
[0042]
在一些实施例中，当所述磁体12为永磁铁时，所述磁体的形状为球形或圆柱形，所述磁体的重量小于等于10g。
[0043]
在一些实施例中，当所述磁体12的形状为圆柱形时，所述磁体的长度小于等于
20mm，所述磁体的直径小于等于10mm。
[0044]
如图2所示，本发明实施例提供一种用于定位胃肠动力胶囊在胃肠内的位置的定位系统，该定位系统包括定位装置2和终端设备3，所述定位装置2和所述终端设备3通过通信链路连接；所述定位装置2包括至少两个磁传感器i，i∈(1,n)，n为大于等于2的正整数，每个所述磁传感器i用于采集第j个时间点t
j
时所述磁场的强度数据d
ij
，j∈(1,n)，n为大于等于1的正整数，所述定位装置2将所述强度数据d
ij
通过所述通信链路发送给所述终端设备3；所述终端设备3用于根据所述强度数据d
ij
确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息、运动频率。
[0045]
具体地，所述通信链路包括但不限于：有线网络，无线网络，其中，该有线网络包括：局域网、城域网和广域网，该无线网络包括：蓝牙、wifi及其他实现无线通信的网络。胃肠动力胶囊1在某一时间点在胃肠内的某一位置时，其相对于每个磁传感器i的位置是不同的，因此每个磁传感器i采集的磁场的强度数据d
ij
是不同的，因此两个或两个以上的磁传感器i即可确定胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置，为了得到较好的定位精度，磁传感器i的数量可以为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。磁传感器i可以为三轴霍尔磁传感器或三个单轴霍尔磁传感器。磁传感器i可以选用stmicroelectronics的磁场传感器，也可以选用asahikasei的磁传感器。在一些实施例中，所述定位装置还包括电容，所述电容用于稳定所述定位装置的电压以降低信号噪音。检查时，所述定位装置固定在受检者的身上，具体可以是腰上，固定方式在此不做限定。
[0046]
所述终端设备3可以是本地服务器，也可以是云端服务器，也可以是各种智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机或智能手表等。所述终端设备用于根据所述强度数据d
ij
确定所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息、运动频率。
[0047]
本发明实施例提供的应用于胃肠动力胶囊的定位系统，该定位系统结构简单，操作方便，并且成本低廉，可以对胃肠动力胶囊在胃肠内进行精准定位，进而根据定位结果辅助医生对胃肠道紊乱作出诊断结果。
[0048]
在一些实施例中，所述终端设备3还用于根据所述位置和姿态信息、所述运动频率确定胃和/或肠的蠕动频率。医生根据胃和/或肠的蠕动频率确定受检者的胃肠道功能是否正常，如若异常，则进一步确定胃肠道紊乱的严重程度。
[0049]
如图3所示，在一些实施例中，所述定位系统还包括参考传感器4，所述参考传感器4用于采集所述时间点t
j
时所述定位装置受运动、角度和地磁影响的参考强度数据d
rj
。
[0050]
具体地，检查过程中，定位装置2固定于受检者的腹部，受检者需连续佩戴24-72小时，在此过程中定位装置2的位置、姿态会发生变化，导致磁传感器i采集的数据中的干扰成分也随时发生变化，而无法简单地去除某一固定的干扰值，因此采用参考传感器除去定位装置2的运动、地磁及受检者运动带来的干扰，得到胃肠动力胶囊1运动引起的真实的磁场变化数据。参考传感器4可以是磁传感器、加速度传感器、倾角传感器或imu(inertial measurement unit，惯性测量单元)等传感器中的一种。当参考传感器4为磁传感器时，计算最方便简单，直接减去参考传感器4数值即可；当参考传感器4为其他类型传感器时，需先根据传感器数据计算得到定位装置22的姿态，再根据地磁矢量分别计算得到干扰信号的xyz轴分量，最后减去这些分量数值即可。
[0051]
在一些实施例中，所述定位装置还包括一块第一pcb电路板21和主控板，所述第一
pcb电路板21与所述主控板电连接，所述第一pcb电路板21上设置所有所述磁传感器i。
[0052]
具体地，所述主控板用于对接收的所述磁场的所述强度数据进行处理，包括滤波处理等处理。例如所述磁传感器i的数量为4至25个，相邻两个所述磁传感器i的间距大于等于1cm且小于等于5cm。所述磁传感器i在所述第一pcb电路板21上的排列方式可以有多种，例如十字形或口字型等。例如，所述磁传感器i的排列方式为2x2至5x5排列，这样可以得到更好的定位精度。在一些实施例中，如图4所示，磁传感器i的3x3的排列可以简化为图4中所示的4个或者如图4中所示的5个磁传感器i的排列，这样可以在保证定位精度的同时降低成本。在一些实施例中，如图5所示，磁传感器i的5x5的排列可简化为图5中所示的13个或图5所示的12个磁传感器i的排列，这样可以在保证定位精度的同时降低成本。
[0053]
在一些实施例中，所述定位装置还包括受检者可佩戴的带，所述第一pcb电路板21和所述主控板设置在所述可佩戴的带上，所述可佩戴的带用于将所述第一pcb电路板21和所述主控板固定于所述受检者身上。具体可以固定在受检者的腰上。这样方便穿和脱，操作简单。如图6所示，在一些实施例中，所述定位装置包括至少两块第二pcb电路板22和主控板(在图中未示出)，每块所述第二pcb电路板22与所述主控板电连接，每块所述第二pcb电路板22上设置1个或者多个所述磁传感器i。也即，用多块第二pcb电路板22替代一块第一pcb电路板21，可以理解的是，第二pcb电路板22的尺寸比第一pcb电路板21的尺寸小。每块所述第二pcb电路板22上设置1个或者多个所述磁传感器i。进一步地，所述定位装置2包括至少两个粘贴部，所述粘贴部与所述第二pcb电路板22连接，所述第二pcb电路板22通过所述粘贴部固定在受检者身上。这样通过在受检者的身体表面不同位置分别粘贴第二pcb电路板22，达到与一块第一pcb电路板21相近的定位效果，多块第二pcb电路板22可以直接分别贴在受检者的身体表面，具有佩戴体验更佳，定位范围更大，使用方法更灵活，不易移动更稳固等优点。
[0054]
在一些实施例中，定位装置2内可以同时配置2至3种不同量程和/或不同灵敏度的磁传感器i，用于对应胃肠动力胶囊1在胃肠内距离定位装置2远近不同的场景，以获得最佳数据用于进行位置、姿态和运动频率计算。当胃肠动力胶囊1距离定位装置2较远时，使用小量程和高灵敏度的磁传感器采集所述磁场的所述强度数据；当胃肠动力胶囊1距离定位装置2较近时，使用大量程和低灵敏度的磁传感器采集所述磁场的所述强度数据，该两种磁传感器的位置相近。
[0055]
在一些实施例中，所述定位装置2还包括数据存储器，所述数据存储器与所述主控板电连接，所述数据存储器用于存储所述磁场的强度数据d
ij
。
[0056]
具体地，所述数据存储器用于存储接收的所述磁场的强度数据d
ij
，也可以用于存储经处理后的磁场强度数据。
[0057]
在一些实施例中，所述终端设备3用于根据所述强度数据d
ij
确定所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
包括：所述终端设备3对所述强度数据d
ij
进行预处理，得到处理后的强度数据d
fij
；所述终端设备3根据所述处理后的强度数据d
fij
和所述磁场的所述强度理论值b
tij
，通过定位算法，确定时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
，其中，b
tij
为时间点t
j
时所述磁传感器i对应的所述磁场的理论强度值，d
fij
为时间点t
j
时磁传感器i采集的所述磁场的所述强度数据经预处理后得到的所述处理后的强度数据，即时间点t
j
时所述磁传感器i对所述磁场的实测强度值。在本发明实施例中，所
述磁场的所述强度理论值是指磁传感器按照圆柱模型或者磁偶极子模型理论上能测量到的磁场强度值，具体根据如下的磁偶极子模式公式(6)或圆柱模型公式(7)来计算磁场的强度理论值。
[0058]
在一些实施例中，所述终端设备3对所述强度数据d
ij
进行预处理包括对定位装置2进行标定，以去除磁传感器i本身的噪音和误差；以及在系统中增加参考传感器4以去除定位装置2受运动、地球磁场及人体运动等带来的干扰。
[0059]
在一些实施例中，所述终端设备3对所述强度数据进行预处理，得到处理后的强度数据d
fij
包括：所述终端设备3根据标定结果对所述强度数据d
ij
，按照如下公式(1)进行校正，得到校正后的强度数据d
cij
，
[0060]
d
cij
＝m*(d
ij-b)
ꢀꢀ
(1)
[0061]
其中，m为比例校正系数，b为零偏移校正系数；
[0062]
所述终端设备3根据时间点t
j
时的所述参考强度数据drj和所述校正后的强度数据dcij，按照如下公式(2)计算得到所述处理后的强度数据d
fij
。
[0063]
d
fij
＝d
cij-d
rj
ꢀꢀ
(2)
[0064]
具体地，在本发明实施例中定位装置2在使用前先对其进行标定，以去除磁传感器i本身的噪音和误差。标定方法为随机多位置、多角度旋转定位装置2，采集合适数量的数据，例如数据采集频率为50hz时，合适数量为1分钟的数据数量，即5000个数据。在进行胃肠动力检查前，对各个磁传感器i进行标定，可以消除磁传感器i的固有噪音和各磁传感器i间的测量差异。
[0065]
胃肠动力胶囊1进入受检者体内后，定位装置2包含的多个磁传感器i(i＝1,2,
…
,n)分别采集胃肠动力胶囊1引发的磁场强度变化的原始数据，并将原始数据保存至定位装置2或者终端设备3中。数据保存格式为每行表示时间点，每列依次为第一磁传感器x轴、第一磁传感器y轴、第一磁传感器z轴、第二磁传感器x轴、第二磁传感器y轴、第二磁传感器z轴、
……
、第n磁传感器x轴、第n磁传感器y轴、第n磁传感器z轴，n表示磁传感器数量；也可以行与列互换，即每列表示时间点，每行依次为第一磁传感器x轴、第一磁传感器y轴、第一磁传感器z轴、第二磁传感器x轴、第二磁传感器y轴、第二磁传感器z轴、
……
、第n磁传感器x轴、第n磁传感器y轴、第n磁传感器z轴；也可以是行或列内的顺序互换，例如，每列依次为第一磁传感器x轴、第二磁传感器x轴、第三磁传感器x轴、
……
、第n磁传感器x轴、第一磁传感器y轴、第二磁传感器y轴、第三磁传感器y轴、
……
、第n磁传感器y轴、第一磁传感器z轴、第二磁传感器z轴、第三磁传感器z轴、
……
、第n磁传感器z轴。所述原始数据为二进制补码，首先需要对所述原始数据进行解码转换为十进制数值，再乘以磁传感器21的灵敏度系数，最终得到强度数据d
ij
，单位为mt。磁传感器灵敏度系数需要参考使用的磁传感器说明书决定，单位为μt/lsb。在该处理或之后的处理步骤中可以通过低通滤波、均值滤波、中间值滤波、平滑滤波、移动滤波或带通滤波等方法，压制数据固有波动和噪音。之后根据零偏移校正系数b和比例校正系数m，按照如下公式(1)对强度数据d
ij
进行校正，得到校正后的强度数据d
cij
。
[0066]
定位装置2固定于受检者的腹部，受检者需连续佩戴24-72小时，在此过程中定位装置2的位置、姿态会发生变化，导致磁传感器i采集的数据中的干扰成分也随时发生变化，而无法简单地去除某一固定的干扰值，在本发明实施例中，所述终端设备3根据时间点t
j
时
的所述参考强度数据d
rj
和所述校正后的强度数据d
cij
，按照如下公式(2)计算得到所述处理后的强度数据d
fij
。从而去除定位装置2受地磁及受检者运动带来的干扰，得到胃肠动力胶囊1运动引起的真实的磁场变化数据。
[0067]
在一些实施例中，所述定位装置2包括2个以上磁传感器i，如下公式(3)-(5)所示，通过磁传感器i的数据两两相减，也可以去除干扰信号，达到与本发明相同的目的。可以理解的是，如果采用此去除干扰方法，则不需要参考传感器4。
[0068]
d1＝s1+n
ꢀꢀ
(3)
[0069]
d2＝s2+n
ꢀꢀ
(4)
[0070]
d
1-d2＝s
1-s2ꢀꢀ
(5)
[0071]
其中，s1和s2为真实的磁场强度变化，n为干扰信号。
[0072]
本发明实施例通过对所述强度数据进行预处理，得到处理后的强度数据d
fij
，即得到所述胃肠动力胶囊1在不同时间点引起的真实的磁场强度变化的强度数据，进而提高了胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息及运动频率计算的成功率和准确性，为医生做出准确的诊断和合适的治疗方案提供重要参考。
[0073]
在一些实施例中，所述终端设备3还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值b
tij
包括：
[0074]
当所述磁体12为球形磁铁或圆柱形磁铁12-1时，根据磁偶极子模型公式(6)计算所述磁场的所述强度理论值b
tij
，
[0075][0076]
其中，μ
r
为相对导磁率，μ0为真空导磁率，m
t
为表征磁体12磁场强度常数，m
c
为表征磁体12磁场方向的矢量，p为磁传感器i相对于磁体12中心点的矢量，r为磁传感器i相对于磁体12中心点的矢量的模。
[0077]
在一些实施例中，所述终端设备3还用于根据磁场模型计算所述磁场的所述强度理论值b
tij
包括：
[0078]
当所述磁体12为圆柱形磁铁12-1时，参见圆柱模型示意图7，根据圆柱模型公式(7)计算所述磁场的所述强度理论值b
tij
，
[0079][0080]
其中，μ0为真空导磁率；m0为表征磁体12磁场方向的矢量；l为圆柱形磁铁12-1的高度；a为圆柱形磁铁12-1的半径；r为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心的距离；e
r
为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心的矢量的r方向分量；e
θ
为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心的矢量的θ方向分量；θ为磁传感器i相对于圆柱形磁铁12-1的中心矢量与表征圆柱形磁铁12-1磁场方向矢量的夹角。
[0081]
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据d
fij
和所述磁场的所述强度理论值b
tij
，通过定位算法，确定时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
包括：
[0082]
s11：所述终端设备设定在时间点t
j
时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态pa＝pa0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)；
[0083]
s12：当所述磁体为球形磁铁时，所述终端设备根据时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊
的初始位置和姿态pa及所述磁传感器i的位置坐标(a
i
,b
i
,c
i
)，采用磁偶极子模型公式计算时间点t
j
时所述磁场的所述强度理论值b
tij
(b
txij
,b
tyij
,b
tzij
)；
[0084]
s13：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点t
j
时所述磁场的所述强度理论值b
tij
与所述处理后的强度数据d
ijf
，得到比对结果；
[0085]
s14：当所述比对结果满足预设条件时，得到时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态rpa
j
＝pa0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)；
[0086]
s15：当所述比对结果不满足预设条件时，更新时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：pa＝pa0+p，其中p(δx,δy,δz,δm,δn,δp)为一个正态分布样本，且p(δx,δy,δz,δm,δn,δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为pa＝(x0+δx,y0+δy,z0+δz,m0+δm,n0+δn,p0+δp)，重复s12至s15，直至所述比对结果满足预设条件，得到时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态rpa
j
＝(x0+δx,y0+δy,z0+δz,m0+δm,n0+δn,p0+δp)。
[0087]
具体地，本发明实施例中，s11：所述终端设备设定在时间点t
j
时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态pa＝pa0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)，例如，pa＝pa0＝(0,0,0,0,0,0)。
[0088]
s12：当所述磁体为球形磁铁时，所述终端设备根据时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态pa0及所述磁传感器i的位置坐标(a
i
,b
i
,c
i
)，按照磁偶极子模型公式(8)-(13)计算时间点t
j
时所述磁场的所述强度理论值b
tij
(b
txij
,b
tyij
,b
tzij
)，可以理解的是，任意一个磁传感器i在每个时间点的位置坐标是相同的，
[0089][0090][0091][0092][0093]
m
02
+n
02
+p
02
＝1
ꢀꢀ
(12)
[0094][0095]
其中，μ
r
为相对导磁率，μ0为真空导磁率，m
t
为表征磁体磁场强度常数，(x0,y0,z0)为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在直角坐标系中的初始位置矢量在x、y、z轴的分量，(m0,n0,p0)为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在直角坐标系中的初始姿态矢量在x、y、z轴的分量。
[0096]
s13：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点t
j
时所述磁场的所述强度理论值b
tij
与所述处理后的强度数据d
ijf
，得到比对结果。
[0097]
s14：当所述比对结果满足预设条件，即时，得到时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态rpa
j
＝pa0＝(x0,y0,z0,m0,n0,p0)，其中，ε小于(1e-10)，i∈(1,n)，n为大于等于2的正整数。
[0098]
s15：当所述比对结果不满足预设条件，即时，更新时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：pa＝pa0+p，其中p(δx,δy,δz,δm,δn,δp)为一个正态分布样本，且p(δx,δy,δz,δm,δn,δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为pa＝(x0+δx,y0+
δy,z0+δz,m0+δm,n0+δn,p0+δp)，重复s12至s15，直至得到时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态rpa
j
为(x0+δx,y0+δy,z0+δz,m0+δm,n0+δn,p0+δp)，其中，ε小于(1e-10)。
[0099]
重复s11至s15，直至完成所有时间点t
j
分别对应的所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息的确定。
[0100]
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据d
fij
和所述磁场的所述强度理论值b
tij
，通过定位算法，确定时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
包括：
[0101]
s21：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为pa
j
＝rpa
j-1
+q，其中，q为(δx,δy,δz,δm,δn,δp)，q是一个正态分布样本，且(δx,δy,δz,δm,δn,δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
[0102]
s22：根据公式pa
jk
＝pa
j
+q
k
，获得时间点t
j
时n个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中n为50-5000之间的整数，k∈(1,n)，q
k
为(δx
k
,δy
k
,δz
k
,δm
k
,δn
k
,δp
k
)，q
k
是一个正态分布样本，且(δx
k
,δy
k
,δz
k
,δm
k
,δn
k
,δp
k
)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
[0103]
s23：当所述磁体为球形磁铁时，根据时间点t
j
时所述磁传感器i在坐标系中的位置坐标(a
i
,b
i
,c
i
)及时间点t
j
时所述n个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息pa
jk
，按照磁偶极子模型公式计算时间点t
j
时所述磁场的每个所述磁场强度理论值b
tijk
(b
txijk
,b
tyijk
,b
tzijk
)；
[0104]
s24：将步骤s23得到的时间点t
j
时所述n个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的n个所述磁场强度理论值b
tijk
分别与所述处理后的强度数据d
fij
相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述n个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值p
k
；
[0105]
s25：对s24中得到的n个相似度p
k
进行归一化处理，得到n个处理后的相似度p
′
k
；
[0106]
s26：按照如下公式，选取m个处理后的相似度p
′
k
，其中，m为50-5000之间的整数，m与n相同或者不相同,
[0107]
p
′1+p
′2+
…
+p
′
n
＞rand；
[0108]
s27：对m个处理后的相似度p
k’对应的所述n个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息pa
jk
进行求均值计算，得到的均值作为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
。
[0109]
具体地，实施例中，s21：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为pa
j
＝rpa
j-1
+q，其中，q为(δx,δy,δz,δm,δn,δp)，q是一个正态分布样本，且(δx,δy,δz,δm,δn,δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间。
[0110]
s22：根据公式pa
jk
＝pa
j
+q
k
，获得时间点t
j
时n个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中n为50-5000之间的整数，k∈(1,n)，q
k
为(δx
k
,δy
k
,δz
k
,δm
k
,δn
k
,δp
k
)，q
k
是一个正态分布样本，且(δx
k
,δy
k
,δz
k
,δm
k
,δn
k
,δp
k
)在(0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间。
[0111]
s23：当所述磁体为球形磁铁时，根据时间点t
j
时所述磁传感器i在坐标系中的位置坐标(a
i
,b
i
,c
i
)及时间点t
j
时所述n个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息
pa
jk
，按照如下磁偶极子模型公式(14)至(19)计算时间点t
j
时所述磁场的每个所述磁场强度理论值b
tijk
(b
txijk
,b
tyijk
,b
tzijk
)，
[0112][0113][0114][0115][0116][0117]
(m
j-1
+δm+δm
k
)2+(n
j-1
+δn+δn
k
)2+(p
j-1
+δp+δp
k
)2＝1
ꢀꢀ
(18)
[0118][0119]
其中，μ
r
为相对导磁率，μ0为真空导磁率，m
t
为表征磁体磁场强度常数。
[0120]
s24：将步骤s23得到的时间点t
j
时所述n个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的n个所述磁场强度理论值b
tijk
分别与所述处理后的强度数据d
fij
相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述n个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值p
k
，相似度计算方法不限于上述方法，还可以是简单的求差值，但根本目的是计算n个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的磁场强度理论值b
tijk
与强度数据d
fij
的近似程度，某个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的磁场强度理论值b
tijk
与强度数据d
fij
越接近，则其相似度值p
k
越大。
[0121]
s25：对s24中得到的n个相似度p
k
进行归一化处理，得到n个处理后的相似度p
′
k
。
[0122]
s26：按照如下公式(20)，选取m个处理后的相似度p
′
k
，其中，m为50-5000之间的整数，m与n相同或者不相同,
[0123]
p
′1+p
′2+
…
+p
′
n
＞rand
ꢀꢀ
(20)。
[0124]
s27：对m个处理后的相似度p
k’对应的所述n个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息pa
jk
(x
j-1
+δx+δx
k
,y
j-1
+δy+δy
k
,z
j-1
+δz+δz
k
,m
j-1
+δm+δm
k
,n
j-1
+δn+δn
k
,p
j-1
+δp+δp
k
)进行求均值计算，得到的均值作为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息rpa
j
。
[0125]
重复步骤s21至s27，直至完成所有时间点t
j
分别对应的所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的确定。
[0126]
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据d
fij
和所述磁场的所述强度理论值b
tij
，通过定位算法，确定时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿
态信息rpa
j
包括：
[0127]
s31：所述终端设备设定在时间点t
j
时的所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态pa＝pa0＝(x0,y0,z0,θ0,φ0)；
[0128]
s32：当所述磁体为圆柱形磁铁时，所述终端设备根据时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态pa0及所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息(如图8所示)，采用圆柱模型公式(7)计算时间点t
j
时所述磁场的所述强度理论值b
tij
(b
txij
,b
tyij
,b
tzij
)；
[0129]
s33：所述终端设备采用最小二乘法比对时间点t
j
时所述磁场的所述强度理论值b
tij
与所述处理后的强度数据d
ijf
，得到比对结果；
[0130]
s34：当所述比对结果满足预设条件时，得到时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态rpa
j
＝pa0＝(x0,y0,z0,θ
0,
φ
0)
；
[0131]
s35：当所述比对结果不满足预设条件时，更新时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为：pa＝pa0+p，其中p(δx,δy,δz,δθ,δφ)为一个正态分布样本，且p(δx,δy,δz,δm,δn,δp)在(0,0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间,则时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态为pa＝(x0+δx,y0+δy,z0+δz,θ0+δθ,φ0+δφ)，重复s32至s35，直至所述比对结果满足预设条件，得到时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态rpa
j
＝(x0+δx,y0+δy,z0+δz,θ0+δθ,φ0+δφ)。
[0132]
在一些实施例中，所述终端设备根据所述处理后的强度数据d
fij
和所述磁场的所述强度理论值b
tij
，通过定位算法，确定时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
包括：
[0133]
s41：所述终端设备设定所述胃肠动力胶囊的初始位置和姿态迁移方程为pa
j
＝rpa
j-1
+q，其中，q为(δx,δy,δz,δθ,δφ)，q是一个正态分布样本，且(δx,δy,δz,δθ,δφ)在(0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
[0134]
s42：根据公式pa
jk
＝pa
j
+q
k
，获得时间点t
j
时n个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息，其中n为50-5000之间的整数，k∈(1,n)，q
k
为(δx
k
,δy
k
,δz
k
,δθ,δφ)，q
k
是一个正态分布样本，且(δx
k
,δy
k
,δz
k
,δθ
k
,δφ
k
)在(0,0,0,0,0)-(0.5,0.5,0.5,0.5,0.5)之间；
[0135]
s43：当所述磁体为圆柱形磁铁时，根据时间点t
j
时所述磁传感器i在圆柱坐标系中的位置信息及时间点t
j
时所述n个所述胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息pa
jk
，按照圆柱模型公式(7)计算时间点t
j
时所述磁场的每个所述磁场强度理论值b
tijk
(b
txijk
,b
tyijk
,b
tzijk
)；
[0136]
s44：将步骤s43得到的时间点t
j
时所述n个胃肠动力胶囊可能的位置和姿态下的n个所述磁场强度理论值b
tijk
分别与所述处理后的强度数据d
fij
相减，得到的差值分别取倒数，得到的倒数分别取对数值，最后得到所述n个胃肠动力胶囊的可能的初始位置和姿态信息与胃肠动力胶囊在胃肠的位置和姿态信息的相似度值p
k
；
[0137]
s45：对s44中得到的n个相似度p
k
进行归一化处理，得到n个处理后的相似度p
′
k
；
[0138]
s46：按照如下公式，选取m个处理后的相似度p
′
k
，其中，m为50-5000之间的整数，m与n相同或者不相同,
[0139]
p
′1+p
′2+
…
+p
′
n
＞rand；
[0140]
s47：对m个处理后的相似度p
k’对应的所述n个胃肠动力胶囊可能的初始位置和姿态信息pa
jk
进行求均值计算，得到的均值作为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊在胃肠内的位置和姿态信息rpa
j
。
[0141]
在一些实施例中，确定时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的位置和姿态信息还可以直接采用相似度p
k
中值最大的p
k
对应的所述胃肠动力胶囊1可能的位置和姿态信息作为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息；也可以采用与相似度p
k
中值最大的p
k
的差在某个范围内的所有p
k
对应的所述胃肠动力胶囊1可能的位置和姿态信息的均值作为时间点t
j
时所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息。
[0142]
本发明实施例中的胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息计算方法中的正态分布样本q、样本数量n、磁传感器噪音协方差矩阵r等参数可调，可根据胃肠动力胶囊1的移动范围、磁场的强度数据的数量级、胃肠动力胶囊1内磁铁的形状和大小来动态调整以上几个参数，以达到最佳计算结果。
[0143]
在一些实施例中，所述终端设备3用于根据所述胃肠动力胶囊1的所述位置和姿态信息确定所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率包括：根据所有时间点t
j
分别对应的所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息，分别得到位置曲线和姿态曲线；对所述位置曲线和/或所述姿态曲线分别进行分段处理，分别得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线；分别对所述多个位置子曲线和/或所述多个姿态子曲线进行傅里叶变换，分别得到多个频谱图；根据所述多个频谱图确定所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。具体地，根据所有时间点t
j
分别对应的所述胃肠动力胶囊1在胃肠腔内的位置和姿态信息，分别得到位置曲线和姿态曲线。对位置曲线、姿态曲线分别先进行低通滤波，再根据磁传感器i数据曲线在磁场强度明显变化之处对位置曲线和/或姿态曲线分别进行分段处理，分别得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线。在一些实施例中，也可以将位置曲线和/或姿态曲线平均分为预设数量的子曲线，得到多个位置子曲线和/或多个姿态子曲线，该预设数量可以根据时间的分辨率和频率的精度要求来设定，比如200或300。分别对所述多个位置子曲线和/或所述多个姿态子曲线进行傅里叶变换，得到对应数量的频谱图，获取位置子曲线对应的每个频谱图中的最大幅值，绘制时频曲线，根据时频曲线得到胃或者肠的蠕动频率；也可以获取姿态子曲线对应的每个频谱图中的最大幅值，绘制时频曲线，根据时频曲线得到胃或者肠的蠕动频率。
[0144]
在一些实施例中，可以通过磁传感器i的x轴或y轴或z轴数据曲线的峰值之间的时间差，取倒数求得频率，将该频率作为所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。
[0145]
在一些实施例中，还可以通过数据近似拟合的方法拟合磁传感器数据曲线，再根据其峰值间的时间差求得频率，将该频率作为所述胃肠动力胶囊1的运动频率，得到胃肠蠕动频率。
[0146]
在一些实施例中，进一步地根据计算得到的各个时间点t
j
对应的所述胃肠动力胶囊1的位置信息获得所述胃肠动力胶囊1在胃肠内的运动轨迹；根据计算得到的各个时间点t
j
对应的所述胃肠动力胶囊1的姿态信息获得胃肠动力胶囊1在胃肠内的方向；根据计算得到的所述胃肠动力胶囊1的运动频率确定胃肠动力胶囊1在胃肠内所处部位，进而判断该部位的蠕动频率是否异常；综合以上结果，可以输出检查报告供医生参考。
[0147]
本发明实施例中的胃肠动力胶囊1的位置和姿态信息的计算，可以是检查结束后
的集中计算处理，医生可输出最终检查报告；也可以是检查过程中的实时的计算处理，可实时显示胃肠动力胶囊1的位置、姿态、轨迹和频率信息，方便医生随时调用。数据的处理及胶囊的位置和姿态信息的计算可以在终端设备3中，在一些实施例中，也可以在数据记录器的控制器中进行数据的处理及胶囊的位置和姿态信息的计算。
[0148]
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
[0149]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0150]
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。