人體消化道無創(chuàng)診查膠囊磁定位系統(tǒng)

1、人體消化道無創(chuàng)診查膠囊磁定位系統(tǒng)人體消化道無創(chuàng)診查膠囊磁定位系統(tǒng)一、一、設(shè)計(jì)概述設(shè)計(jì)概述1設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快和生活水平的提高，消化道疾病的發(fā)病率急劇升高，在臨床消化道疾病診查中，無創(chuàng)和微創(chuàng)診療技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。目前采用的內(nèi)窺鏡及腔內(nèi)測壓術(shù)，檢查前需病人清腸禁食，檢查中病人往往感到痛苦，且很容易因操作不當(dāng)引起組織出血或損傷，對于病人身體傷害較大，無法達(dá)到無創(chuàng)甚至微創(chuàng)的效果。因此，基于永磁體磁場和霍爾傳感器陣列的體內(nèi)微

2、型醫(yī)療裝置定位跟蹤技術(shù)的消化道無創(chuàng)診查膠囊磁定位系統(tǒng)，以其無創(chuàng)、體積小、副作用小等優(yōu)點(diǎn)成為一個重要研究方向。而對膠囊的準(zhǔn)確磁定位是該系統(tǒng)的關(guān)鍵?；贛EMS技術(shù)的微型無創(chuàng)醫(yī)療器械，基本原理是該裝置以吞服方式進(jìn)入人體消化道，通過在體外跟蹤其運(yùn)動，在需要施藥的部位由體外觸發(fā)該裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到定點(diǎn)釋放藥物的目的。與傳統(tǒng)方法相比，該方法具有成本低，能耗小、便攜性好、對人體組織無影響、可實(shí)時定位并連續(xù)跟蹤等優(yōu)點(diǎn)，不僅從根本上克服了傳統(tǒng)方法的不

3、足，還提高了檢查的科學(xué)性和全面性。2.設(shè)計(jì)考量設(shè)計(jì)考量(1)在病人體內(nèi)微型裝置的定位技術(shù)方面，一般都采用超聲成像技術(shù)定位、核醫(yī)學(xué)影像技術(shù)(例如CT、MR、同位素示蹤等)定位、熒光造影定位等技術(shù)。但是，這些定位方法成本高、操作復(fù)雜，特別是不能滿足長時間動態(tài)定位的要求，如消化道藥物釋放裝置通過消化道需要5～8h，實(shí)時性較差。(2)永磁體空間磁場有特定的分布規(guī)律，因此可以通過檢測永磁體的空間磁場參數(shù)變化來確定永磁體的空間位置，這就是磁性定位的

4、基本原理。如果在消化道微型藥物釋放裝置內(nèi)固定磁性材料，通過在體外檢測永磁體磁場強(qiáng)度的變化，就可以計(jì)算出裝置在消化道的位置，從而動態(tài)跟蹤其運(yùn)動軌跡。電磁定位具有造價低，定位精度高，使用方便的優(yōu)點(diǎn)。(3)目前國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)提出的人體消化道無創(chuàng)診查定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案大多以單片機(jī)作為核心構(gòu)建數(shù)據(jù)采集模塊，然后將傳感器檢測的數(shù)據(jù)送至PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)對膠囊的跟蹤定位，但操作復(fù)雜，便攜性差。綜合考慮以上三方面的因素，我們提出了一種基于Alter

5、DE0多媒體開發(fā)源磁場信息，DE0開發(fā)板核心平臺完成對信號的采集、預(yù)處理，并運(yùn)行磁源定位算法，在三維坐標(biāo)中實(shí)現(xiàn)對磁源位置的定位并描繪其運(yùn)動軌跡。1.建立模型，精確定位建立模型，精確定位一個永磁體，就其在距離比其本身尺寸大得多的所有點(diǎn)上的磁場上而言，可近似看作磁偶極本設(shè)計(jì)中，我們擬使用直徑為8mm，高度為2mm的圓柱形永磁體?；魻杺鞲衅鞯臋z測距離為6—15cm，在這種情況下，該系統(tǒng)可視作磁偶極子模型。設(shè)永磁體磁源坐標(biāo)為(，，)，場點(diǎn)P的坐

6、標(biāo)為(，，)，0x0y0zxyz源點(diǎn)到場點(diǎn)的矢徑為，設(shè)磁矩矢量為()，與與z軸正方向的pr?m??xmymzmm??夾角為，在平面的投影與軸正方向的夾角為，磁矩大小為。根據(jù)?m??xyx?m磁偶極子模型（如圖1），場點(diǎn)P處的磁感應(yīng)強(qiáng)度曰的矢量表達(dá)式為:B(1)??0533B=4mrrmRR????????????????????圖1永磁體空間模型式中：為磁源的磁感應(yīng)量；為磁偶極子到檢測點(diǎn)的距離，是偶極矩；B??r?m??r是的標(biāo)量；是空