基于定位监测系统的追踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种测量技术领域的方法，具体是一种基于定位监测系统的追踪 方法。
【背景技术】
[0002] 胃轻瘫、便秘、肠易激综合症以及功能性消化不良等胃肠道疾病影响了大约三分 之一的人。如何检测胃肠道疾病成为当今学者的研宄热点。目前临床上胃肠道疾病的检测 方法主要有测压法、排便造影、闪烁扫描术等。测压法是从肛门或口腔向人体胃肠道内插入 一个装载有微型压力传感器的导管测量胃肠道压力的。它给人体造成了极大的痛苦，且增 加了肠穿孔和交叉感染的几率。不同的医生对排便造影结果的判断不同，且目前还没有一 个统一的标准来评价排便造影，这限制了排便造影在临床上的应用。闪烁扫描术主要是通 过观察胃肠内放射性物质的停留时间来评价胃肠动力的，然而它不能检测出正常传输型便 秘。
[0003] 目前比较好的胃肠道无创检测系统之一是上海交通大学研制的多元医学信息无 创检测系统，它可连续检测正常生理状态下的胃肠道pH、温度、压力等信息。患者在检查前 不需要清肠，在检查中可自由活动，然而它没有装载定位装置，无法知道胶囊在人体胃肠道 内的精确位置和运动方向，这限制了它在临床上的应用。目前体内目标定位方法一般是基 于电磁场的原理，比如永磁定位跟踪法、磁标记定位技术，但是它们的硬件系统比较复杂， 需在人体内的微系统中增加额外的硬件装置，不利于微型化与实用化。
[0004] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102697565A公开日2012-10-03， 公开了一种基于闪烁扫描的遥控释药胶囊体内跟踪定位方法。在人体腹部特定部位贴附锝 [99mTc]标记点，并使其吞服含锝[99mTc]溶液的遥控释药胶囊，通过核医学设备采集人体 腹部正、侧面放射性标记图像组，运用图像处理器进行图像格式转换，对转换后的图像组进 行编号并保存至图像工作站，安装于图像工作站的定位软件读取图像组，获取标记点和遥 控释药胶囊点的二维坐标，计算出各点相应的三维坐标，并建立三维坐标系，描计出遥控释 药胶囊在消化道中的空间相对位置，连接各空间位置点构成遥控释药胶囊的消化道空间轨 迹图。该技术获得了遥控释药胶囊在消化道的三维轨迹，提高了定位与跟踪的准确性。但该 技术有以下缺点：1)该技术利用SPECT采集人体腹部正面、侧面图像，而SPECT的成像不够 清晰，给后期的图像处理和精确定位带来了巨大困难；2)遥控胶囊进入人体小肠后，每隔5 分钟采集一次图像，采集频率低，无法实现胶囊的精确定位；3)胶囊靠胃肠的蠕动前进，一 般情况下，胶囊在人体的滞留时间大约是十几个小时，而SPECT每隔5分钟采集一次人体图 像，每次采集时间持续5秒，所以全消化道的图像数据量巨大，无法实现胶囊的实时跟踪定 位。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于定位监测系统的追踪方法， 基于放射型标记物实现胃肠内胶囊的精确定位，体积小且无耗能。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明涉及一种定位监测系统，包括：位于体内的胶囊、数据记录仪、设置于体外 且环绕肠胃道位置的射线探测器装置以及数据处理器，其中：胶囊带有三个放射性标记物， 三个放射性标记物发射正电子，且与周围负电子结合发生湮灭辐射，正、负电子消失，发射 出两个方向相反且能量相等的γ光子，射线探测器装置测得两个γ光子时分别产生两个 定时脉冲，并将两个定时脉冲及符合线路进行存储后传输至数据处理器上，数据处理器追 踪两个γ光子并进行符合事件的筛选，并计算真符合下符合线路的交点聚集位置，实现胶 囊在体内的定位。
[0008] 本发明涉及上述系统的追踪方法，包括以下步骤：
[0009] 1)通过阈值滤波法滤除随机符合和散射符合产生的符合线路，选择真符合产生的 符合线路。
[0010] 所述的真符合需具备3个条件：①两个γ光子到达两个对称探测器的时间差在 规定的时间窗内；②两个γ光子方向相反，即互成180° ;③两个γ光子能量相等都等于 511keV〇
[0011] 规定的时间窗为2~5ns。
[0012] 阈值即为 511keV。
[0013] 2)在真符合的情况下，初始化三个放射性标记物的初始位置，具体步骤包括：
[0014] 第一步、三个放射性标记物依次相连构成一个三角形，设此三角形围绕其几 何中心旋转一个单位矢量（u，v，w)，旋转角度为Θ，则此三角形的三个顶点的位置 + ，其中，〇是三角形的几何中心位置， R(u，v，w，Θ )是旋转矩阵，(61,?,?]是三个顶点的参考坐标点；
[0015] 第二步、上述三角形围绕三角形的几何中心旋转，则三个顶点到它们各自的符合 线路的距离之和为：D(U,V,W，0) = ，其中，k是三个放射性标记物的序号（k =1，2, 3)，L是离最近放射性标记物的符合线路，Nk是到最近放射性标记物的符合线路的 个数。11?!;+) Il是L到最近放射性标记物的距离；
[0016] 符合线路的定义为：在规定的时间窗内，两个γ光子穿透人体并被环绕在人体对 称位置的射线探测器探测到，则两个γ光子的传播线路称为符合线路。
[0017] 第三步、为使第二步的三个顶点到它们各自的符合线路的距离之和D最小，参数 p jt) p η ρ η (u，v，w，Θ)需满足条件，具体令^ = ^ = ' = 1 = 0 ，则 CU CV (；VV CU D=t堂(-C/+v;(Rf°i+e)-(Rthe)rAi(Rive))，其中， c.=的5征， k:i j=i J jjxj Γ/' = 2?；[π.]；, ^=[η(]；, [η7
【主权项】
1. 一种定位监测系统，其特征在于，包括：位于体内的胶囊、数据记录仪、设置于体外 且环绕肠胃道位置的射线探测器装置以及数据处理器，其中：胶囊带有三个放射性标记物， 三个放射性标记物发射正电子，且与周围负电子结合发生湮灭辐射，正、负电子消失，发射 出两个方向相反且能量相等的Y光子，射线探测器装置测得两个Y光子时分别产生两个 定时脉冲，并将两个定时脉冲及符合线路进行存储后传输至数据处理器上，数据处理器追 踪两个Y光子并进行符合事件的筛选，并计算真符合下符合线路的交点聚集位置，实现胶 囊在体内的定位。
2. -种根据权利要求1所述系统的追踪方法，具体包括以下步骤： 1) 通过阈值滤波法滤除随机符合和散射符合产生的符合线路，选择真符合产生的符合 线路； 2) 在真符合的情况下，初始化三个放射性标记物的初始位置； 3) 通过K均值聚类法正确分配每个放射性标记物产生的符合线路，计算记录的符合线 路的交点聚集位置，实现定位。
3. 根据权利要求2所述的追踪方法，其特征是，在真符合的情况下，初始化三个放射性 标记物的初始位置，具体步骤包括： 第一步、三个放射性标记物依次相连构成一个三角形，设此三角形围绕其几 何中心旋转一个单位矢量（u，v，w)，旋转角度为0，则此三角形的三个顶点的位置 r(u'v.w力)x[D:,[vr」;]+[ex,e]，其中，亡是三角形的几何中心位置， 尺(11，￥，￥，0)是旋转矩阵，[卩,〇:.[!!;]是三个顶点的参考坐标点 ； 第二步、上述三角形围绕三角形的几何中心旋转，则三个顶点到它们各自的符合线路
1，2, 3)，L是离最近放射性标记物的符合线路，Nk是到最近放射性标记物的符合线路的个 数。||i(!；，l7) Il是1」到最近放射性标记物的距离； 第三步、为使第二步的三个顶点到它们各自的符合线路的距离之和D最小，参数
计算出R(U, V，W,0)，则获得三个放射性标记物的初始位置。
4. 根据权利要求2或3所述的追踪方法，其特征是，所述的K均值聚类的算法具体为： 将n个向量Xi, i = 1，2,…，n分为c个组Gi, i = 1，2,…，c，并求每组的聚类中心，使得距
是组i内的价值函数，Ci为聚类中心。
5. 根据权利要求4所述的追踪方法，其特征是，所述的射线探测器装置c包括：Y射线 探测器阵列、放大电路、脉冲幅度甄别器、计数器、多路选通器、微控制器，y射线探测器阵 列探测到y射线后，产生一个定时脉冲，并传输至放大电路进行信号放大，脉冲幅度甄别 器检测脉冲信号的幅度和能量信息，当脉冲能量等于511keV时，计数器计数，多路选通器 选通此通道；微控制器接收脉冲信息并由多媒体MMC卡进行存储后经过USB接口传输至数 据处理器。
6. 根据权利要求5所述的追踪方法，其特征是，所述的胶囊包括：设置于壳体表面的三 个放射性标记物、设置于壳体内部的传感模块、微处理器、无线通讯模块、电源以及供电管 理模块，其中：各个放射性标记物发射正电子实现胶囊整体的定位，传感模块采集体内的生 理信息并传输至微处理器进行整合，微处理器将整合得到的综合信息通过无线通讯模块传 输至数据处理器。
7. 根据权利要求4或5所述的追踪方法，其特征是，所述的传感模块包括：压力传感器 及其压力调理电路、温度传感器及其温度调理电路、PH传感器及其pH调理电路，其中：压力 调理电路、温度调理电路和pH调理电路分别将相应的生理信息进行放大整形。
8. 根据权利要求7所述的追踪方法，其特征是，所述的微处理器包括：依次相连的多路 模拟输入选通和可编程放大器、AD转换电路和梳状滤波器、以及与梳状滤波器相连的控制 单元，其中：多路模拟输入选通和可编程放大器与传感模块相连，控制单元与无线通讯模块 相连；控制单元包括：存储器、定时器、看门狗和时钟电路。
9. 根据权利要求8所述的追踪方法，其特征是，所述的多路模拟输入选通和可编程放 大器支持放大倍数2、4或8设置； 所述的AD转换电路为E -A型转换电路，其可调整输入信号的放大倍率有0.25、0. 5、 1、2、4、8 或 16。
10. 根据权利要求2所述的追踪方法，其特征是，所述的真符合需具备3个条件：①两 个Y光子到达两个对称探测器的时间差在规定的时间窗内；②两个Y光子方向相反，即互 成180° ;③两个Y光子能量相等都等于511keV。
【专利摘要】一种测量技术领域的基于定位监测系统的追踪方法，该系统包括：位于体内的胶囊、数据记录仪、设置于体外且环绕肠胃道位置的射线探测器装置以及数据处理器，其中：胶囊带有三个放射性标记物，三个放射性标记物发射正电子，且与周围负电子结合发生湮灭辐射，正、负电子消失，发射出两个方向相反且能量相等的γ光子，射线探测器装置测得两个γ光子时分别产生两个定时脉冲，并将两个定时脉冲及符合线路进行存储后传输至数据处理器上，数据处理器利用追踪算法对两个γ光子进行符合事件的筛选，并计算真符合下符合线路的交点聚集位置，实现胶囊在体内的定位。本发明基于放射型标记物实现胃肠内胶囊的精确定位。
【IPC分类】A61B1-00, A61B5-07
【公开号】CN104814713
【申请号】CN201410692156
【发明人】颜国正, 鲁丽, 赵凯, 许飞, 王志武, 姜萍萍
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2014年11月25日