结肠腔内无创检测系统定位装置制造方法
【专利摘要】一种用于诊断目的结肠腔内无创检测系统定位装置，设置于体外的励磁线圈、磁场强度检测装置、设置于体内的金属探测胶囊，磁场强度检测装置包括依次相连的激励源、功率放大器、信号采集器、信号调理存储模块以及定位算法研究模块，各个励磁线圈于激励源的激励下，产生稳定磁场，使得金属探测胶囊产生涡流，该涡流产生的磁场反作用于励磁线圈产生的磁场，信号采集器采集到各个励磁线圈的磁场强度变化引起检测装置中GMR磁场传感器的阻抗变化信号，该信号经过信号调理存储模块传输至定位算法研究模块，定位算法研究模块经过信号预处理后，进行主分量分析和独立分量分析以确定胶囊通过结肠的时间节点。本发明能够有效定位胶囊在结肠段的位置。
【专利说明】结肠腔内无创检测系统定位装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种用于诊断目的测量领域，具体是一种结肠腔内无创检测系统 定位装置。
【背景技术】
[0002] 随着人们生活节奏的加快以及饮食结构的不断改变，消化道疾病如便秘、胃肠动 力不足等呈逐年上升趋势。目前这类疾病传统的诊断方法是测压法：通过一个测压导管测 量大肠内部的压力，导管通过有线内窥镜定位并夹在胃肠黏膜上。这类方式给病人带来了 不便和极大的痛苦，并且增加了胃肠穿孔和交叉感染的机率。
[0003] 2005年，美国SmartPill公司生产的SmartPillpH.p胶囊投入临床试验，并且通 过了美国食品与药物管理局认证，其外形尺寸为〇 13mmX26mm，可用于测量肠道内压力、酸 碱度及转动时间等生理参数。2008年上海交通大学又研制出多参数遥测胶囊并做了临床试 验，胶囊装备有pH、温度和压力传感器，在不影响人正常活动的情况下，可连续测量胃肠道 内的pH、温度和压力等生理参数，尺寸为①IlmmX 26mm，可连续作大约100h。此外，图像胶 囊内窥镜等吞服类电子胶囊系统的研究也有很大进展。这类系统一般由探测胶囊、体外便 携接收器和工作站三部分组成。但是，探测胶囊各个时间段在消化道内的位置的是后期分 析数据和疾病诊断的一个重要依据。而体内异物在临床上一般采用X线透视法、B型超声 检查法等，但这些方法都要求被试者必须在医院进行，给被试者的生活和工作带来很多的 不便。
[0004] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1803094,
【公开日】2006-7-19,公 开了一种基于磁标记物的吞服式电子遥测胶囊连续跟踪定位系统，包括内带磁标记物的胶 囊、六个磁场传感器和体外定位控制装置。体外定位控制装置由多路开关、主控制器、电源 管理器、电池组、存储子系统、外部接口模块组成，六个磁场传感器分布固定在体表确定位 置，并与体外定位控制装置的电源管理器和多路开关相连。该技术以静磁场理论为依据，利 用胶囊内的磁标记物在人体周围产生的磁场分布与磁标记物位置的对应函数关系，通过体 外定位控制装置采样并保存每一采样时刻六个磁场强度数据及其所对应的时间值，在胶囊 从体内排出后，通过计算机求解描绘出胶囊在体内运动的三维轨迹。但由于人体肠道结构 紧凑，且小肠是具有一定的流动性，即使获得了胶囊的三维坐标，也无法精确定位胶囊处于 哪个肠段。现存的定位系统基本不具备结肠段定位能力。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种结肠腔内无创检测系统定位装 置，能够有效定位胶囊在结肠段的位置。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的，包括：设置于体外的励磁线圈、磁场强度检测 装置、设置于体内的金属探测胶囊，其中：磁场强度检测装置包括依次相连的激励源、功率 放大器、信号采集器、信号调理存储模块以及定位算法研究模块，各个励磁线圈于激励源的 激励下，产生稳定磁场，使得金属探测胶囊产生涡流，该涡流产生的磁场反作用于励磁线圈 产生的磁场，信号采集器采集到各个励磁线圈的磁场强度变化引起检测装置中GMR磁场传 感器的阻抗变化信号，该信号经过信号调理存储模块传输至定位算法研究模块，定位算法 研究模块经过信号预处理后，进行主分量分析和独立分量分析以确定胶囊通过结肠的时间 节点。
[0007]所述的主分量分析采用统计特征抽取方法，具体算法过程及公式为：假定输入的 样本向量
【权利要求】
1. 一种结肠腔内无创检测系统定位装置，其特征在于，包括：设置于体外的励磁线圈、 磁场强度检测装置、设置于体内的金属探测胶囊，其中：磁场强度检测装置包括依次相连的 激励源、功率放大器、信号采集器、信号调理存储模块以及定位算法研究模块，各个励磁线 圈于激励源的激励下，产生稳定磁场，使得金属探测胶囊产生涡流，该涡流产生的磁场反作 用于励磁线圈产生的磁场，信号采集器采集到各个励磁线圈的磁场强度变化引起检测装置 中GMR磁场传感器的阻抗变化信号，该信号经过信号调理存储模块传输至定位算法研究模 块，定位算法研究模块经过信号预处理后，进行主分量分析和独立分量分析以确定胶囊通 过结肠的时间节点。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的主分量分析采用统计特征抽取方法， 具体算法过程及公式为：假定输入的样本向量AG = Wl
，每个样本为n维，Xt =(xt(l),. . .，xt(n))T，样本向量的协方差矩阵
，求解特征值方程：X u = Cu, 其中：A和u分别是协方差矩阵C的特征值和对应的特征向量；每个Xt经线性变换：St = U\，其中：U是正交矩阵，它的第i列是协方差矩阵C的第i个特征向量，St是Xt的正交变 换；进而定义每个主分量方差贡献率为：
，若前m个主分量的累计方差贡献率 足够大，只取前m个主分量为提取后的样本特征向量代替原来的信号。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，所述的独立分量分析通过在特征空间上 对数据进行独立分量分析，去除其隐含的各个分量的相关性，采用基于负熵的独立性判别 准则和分离算法：FastICA算法，负熵的形式为：J(y)?[E(G(y))_E(G(v))]2，其中：对比函 数G为任意非二次函数，变量y具有零均值和单位协方差，变量V服从具有零均值和单位协 方差高斯分布，E( ?)为数学期望，依据牛顿法进行迭代，计算出分离矩阵。
4. 根据权利要求3述的装置，其特征是，所述的信号预处理采用基于小波变换的信号 消噪，具体步骤包括： a. 信号分解：在对信号进行分解时，首先确定相应的离散小波基函数，然后利用该离 散小波基函数对信号进行N层分解，分别获取信号的低频部分及高频部分，其中：N为自然 常数； b. 阈值处理：信号经过分解后得到各层的具体系数，对每层的系数设定相应的阈值， 并对高频部分系数进行相应的阂值处理； c. 信号重构：利用第N层的低频系数和经闲值处理后的高频系数，计算出重构的信号。
5. 根据权利要求4述的装置，其特征是，所述的信号分解中，离散小波函数！l^k(t) 为：
其重构公式为：
其中：C表示一个与信号无关的常数，t表示时 间，j表示分解次数，k表示平移因子系数，％表示缩放因子，k表示平移因子，f(t)表示原 始信号。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的激励源为频率可调交流信号，各个励 磁线圈为平面型线圈。
7. 根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的信号采集器包括GMR磁场传感器探 头。
【文档编号】A61B1/00GK104323778SQ201410608874
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】颜国正, 许飞, 赵凯, 鲁丽, 王志武, 姜萍萍, 刘大生 申请人:上海交通大学