用于抑制操纵装置期间的电磁干扰的方法和电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及一种体内定位系统，尤其涉及一种在操纵磁场可操纵装置期间用 于抵消或抑制电磁干扰的方法、以及一种执行电磁干扰抵消/抑制方法的电路。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中已知体内测量系统。一些穿过胃肠（GI)系统的体内装置/系统可 包括用于对GI系统内部成像（例如，捕获GI系统内部图像）的一个或多个成像传感器和/ 或其它类型的传感器。体内装置可通过消化系统施加的蠕动力或通过被操纵（例如，磁性 地）而被推动穿过GI系统。一些应用需要知道所涉及的体内装置的当前位置和/或定向 (P&0)。例如，为了例如在GI系统中磁性地操纵体内装置，磁性操纵系统应知道体内装置的 当前P&0(和目标P&0)以生成正确转向的磁场。因此，为了提供基于其磁性操纵系统可操 纵体内装置的定位信息至磁性操纵系统，也可使用定位系统。定位系统可生成可被嵌入在 体内装置中的磁场感应器感测到的交流（"AC"）磁场。可通过磁场感应器输出的AC信号 确定体内装置的P&0。
[0003] 先进的操纵系统可使用AC电磁场和直流（"DC"）电磁场来操纵体内装置。同时 操作基于电磁的定位系统和基于电磁的操纵系统会导致两个系统之间的相互干扰。例如， 通过操纵系统生成的外部操纵AC磁场会对体内装置的定位磁场传感器的读数产生负面作 用且通过定位系统生成的外部AC定位信号会对操纵体内装置的操纵力产生负面作用。因 此，最好是间歇操作两个系统，在操作一个系统（例如，磁性操纵系统）的同时，暂时禁用另 一个系统（例如，基于电磁的定位系统），反之亦然。然而，由于通常需要大电流以生成操 纵电磁场，可利用切换电路/技术生成的磁场可能无法在所需时间（例如当发生定位感测 时）内完全及时关闭。无法及时完全关闭操纵磁场会导致引起磁场干扰的残余电磁场，因 此错误判断体内装置的P&0。
[0004] 通常利用脉冲宽度调制（"PWM"）控制电磁线圈的电流。然而，利用PWM导致在定 位时间段期间叠加在定位信号上的切换频率分量。因此，将有益的是，在操纵系统不干扰定 位系统运行的情况下，存在一种能使磁性操纵系统转向体内系统和磁性定位系统以定位体 内装置的方法。
【发明内容】
[0005] 使用操纵场是有益的同时，一般而言，从操纵系统的角度来看，将有益的是，存在 在发生操纵体内装置的同时产生显著降低电磁干扰的磁场操纵系统。
[0006] 切换电路可包括分别将电线圈的第一端和第二端连接至电压源的正极端的第一 开关和第二开关、分别将电线圈的第一端和第二端连接至电压源的负极端的第三开关和第 四开关以及控制切换电路的控制器。控制器可被配置成在电流控制模式或一段时间中或第 一周期期间控制切换电路以交替提供至电线圈的电压源的电压极性从而控制流经或流过 电线圈的电流的大小、方向/极性。控制器也可被配置成在电流保持模式或一段时间中或 不同于第一周期的第二周期期间控制切换电路使电线圈和电压源断开且同时使电线圈短 路以在切换电路转变（或作为转变过程的一部分）至电流保持模式之前或在第一周期结束 时保持电线圈电流的大小和方向。控制器也可被配置成例如，基于控制器可生成或接收的 控制信号，将切换电路在第一状态（电流控制模式）和第二状态（电流保持模式）之间转 变。保持线圈的电流（大小和方向）可包括在电流控制模式和电流保持模式之间的转变时 间保持线圈的电流。
[0007] 可以在体内装置中使用切换电路及其操作方法，在体内装置中，磁场操纵系统可 使用电流控制模式以动态操纵体内装置，在不需要处理通常由PWM控制的切换电路等切换 电路产生的电磁场干扰的情况下，使用电流保持模式能使体内装置感测从定位系统传输的 定位信号。
【附图说明】
[0008] 以这些示例不是限制性的为目的，在附图中说明各种示例性实施例。将理解的是， 为了说明的简单性和清晰性，下面参照的附图中示出的元件不一定按比例绘制。此外，在被 认为合适的地方，可在图中重复使用标记以表明相似、相应或类似的元件。附图中：
[0009] 图1是根据本发明的实施例的用于定位和操纵体内装置的定位和操纵系统的框 图；
[0010] 图2是根据本发明实施例的体内成像系统的框图；
[0011] 图3示意性示出了根据本发明实施例的时序图；
[0012] 图4是根据本发明实施例的示意切换电路；
[0013] 图5A-5C示出了根据本发明实施例的与PWM相关的信号；
[0014] 图6示出了根据本发明实施例的电流控制模式的操作和电流保持模式的操作之 间的转变；
[0015] 图7示出了根据本发明实施例的切换电路；
[0016] 图8示出了根据本发明实施例的电磁场操纵系统；
[0017] 图9描绘了根据本发明实施例的信号轨迹；
[0018] 图10描绘了根据本发明实施例的附加信号轨迹；
[0019] 图11描绘了根据本发明实施例的操作切换电路的方法。
【具体实施方式】
[0020] 下面的描述提供了示例性实施例的各种细节。然而，该描述不是旨在限制权利要 求的范围，而是解释本发明的各种原理和实施它的方式。
[0021] 虽然本发明的实施例并不限于此方面，但是利用诸如"处理"、"用计算机计算"、 "计算"、"确定"、"推理"、"推导"、"建立"、"分析"检查"等术语可指计算机的操作和/或过 程、计算平台、计算系统或其他电子计算设备，其将表示计算机寄存器和/或存储器内的物 理（例如，电子）量的数据操作和/或变换成同样表示计算机寄存器和/或存储器内物理 量的其他数据和/或可存储执行操作和/或过程的指令的其他信息非临时性存储介质。除 非明确说明，本文中所描述的方法的实施例不受限于步骤、操作或过程的特定顺序或次序。 此外，一些所描述的方法、实施例或其元件可在在同一时间点发生或执行。
[0022] 可在用于感测电磁定位信号和可能用于处理已感测信号的体内装置的工作周期 中分配感测时间窗口（简称为"感测窗口"）的磁场。体内装置可根据工作周期运行。"工 作周期"可以是分为时隙或阶段的周期或重复的时间段，其包括体内装置，例如，使用第一 通信信道将数据（例如数据帧、例如图像帧、元数据、信息等）传输至接收器或数据记录器 的传输期和体内装置不使用第一通信信道传输数据的空闲期。感测窗口可足够宽以使得体 内装置感测所需要的许多电磁定位信号（例如，坐标系的每一个坐标的电磁定位信号）以 确定体内装置的位置和/或定向（P&0)，也可足够窄并位于工作周期中使得其可不与体内 装置可执行或涉及的其他活动干扰。使用定位信号可有利于或用于确定体内装置在Χ、γ、ζ 坐标系统或极坐标系统中的位置或例如，利用X、Υ、Ζ坐标系统或极坐标系统确定体内装置 的位置。在本文中所使用的"定位信号"和"定向信号"统称为"定位信号"和"传感信号"。 术语"定位信号"可指表示通过在体内装置外部的定位信号源（"LSS"）生成并通过体内装 置感测到的定位磁场的信号，也可指响应于其体内装置的磁场感应器输出的信号。因此，术 语"定位信号"应根据上下文理解。
[0023] 磁性操纵单元（MMU)可使用磁场以操纵体内装置。如上所述，由于需要生成操纵 磁场的电流大，可利用PWM切换技术或方案等切换技术生成磁场。由于使用此种技术涉及 的电流大，切换频率高，当定位系统运行时，操纵系统可能不会完全关闭。相反，降低和"锁 定"磁场强度，从而在关闭操纵系统的同时，在空间（例如将装置保持在相同位置和/或定 向）中暂时"冻结"或停止体内装置。虽然降低了操纵磁场的强度，通常具有基频和高次谐 波的非周期干扰和周期干扰仍叠加在定位信号上并导致错误的定位确定。本发明的实施例 包括电切换电路，其被操作使得如下所述，在不需要频率滤波器（或其他滤波器）或大量计 算源的情况下减轻、抑制或消除在定位期或感测窗口期间因 PWM切换导致的电磁干扰。
[0024] 首先，结合图1描述体内装置操纵和定位系统的示例。然后结合图2描述体内系 统的示例，然后描述切换电路和切换方法的示例。在国际公开号W02012/127469的PCT申 请中更充分地描述了如图1所示的体内装置操纵和定位系统和如图2所示的体内系统，在 此引入其国家阶段申请（美国公开申请2014-0003418)的全部内容以作参考。
[0025] 图1是根据本发明的实施例的用于定位和操纵体内装置110的定位和操纵系统 100的框图。被配置成操纵体内装置11〇(例如，其可通过射频链路功能联接至数据记录器 120)的操纵系统100可包括定位信号源（"LSS"）和磁性操纵单元（MMU) 140,其基于响应 于从LSS 130传输或发射的定位信号通过体内装置110生成或输出和通过体内装置110感 测的定位数据操纵体内装置110。MMU 140可包括一套用于生成磁性操纵场的电线圈和用 于控制线圈的操作以生成所需要的操纵磁场的控制器。
[0026] 体内装置110可被配置成（例如，其可包括传感器）感测体内的物理参数。温度、 pH值、压力和阻抗是体内装置可感测的物理参数的示例。体内装置110可感测其他物理参 数和/或能在体内执行各种外科手术。体内装置110可捕获体内（例如，GI系统/道的各 器官的）图像（如，拍照）。体内装置110可包括用于将可与已感测物理参数和/或捕获的 图像相关（例如，代表）数据传输至例如，数据记录器120的发射器。体内装置110也可包 括位置和转向单元（"PSU"）112。PSU 112可包括用于感测可通过外部定位系统生成并在 SCA的电磁感测线圈中感应的（电磁）定位信号的感测线圈组件（"SCA"）。电磁场感测 线圈是示例性电磁场传感器/换能器。例如，定位信号可通过定位信号源（LSS) 130生成。 PSU 120也可包括基于通过SCA的感测线圈感测（感应的）的定位信号用于操纵或转向体 内装置110的磁性转向单元（"MSU"）。
[0027] 数据记录器120可包括在其他项（例如，接收器、数据帧解析器、数据存储单元、处 理器等）中的定位数据单元（