專利名稱：用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療器械，尤其涉及一種用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
膠囊內(nèi)窺鏡極大地拓展了醫(yī)生的消化道檢查視野，填補(bǔ)了胃鏡、腸鏡檢查的盲區(qū)，解決了多年來小腸疾病和胃腸道隱血診斷方面的難題。與傳統(tǒng)醫(yī)用內(nèi)窺鏡相比，膠囊內(nèi)窺鏡具有操作簡(jiǎn)單、檢查方便、無創(chuàng)傷、無痛苦、無交叉感染、不影響患者的正常工作等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)小腸可疑性病變具有很高的診斷價(jià)值。在膠囊內(nèi)窺鏡臨床應(yīng)用中，醫(yī)生們往往需要知道膠囊內(nèi)窺鏡在病人體內(nèi)的確切位置，然而這不能通過直接的方法得到，對(duì)膠囊內(nèi)窺鏡的跟蹤定位成為急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于消化道內(nèi)目標(biāo)物的定位，臨床上一般采用的方法有:X射線圖像法、核醫(yī)學(xué)顯像法、實(shí)時(shí)超聲法。這些方法具有一定的輻射傷害，不能連續(xù)數(shù)小時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且需要大型昂貴的設(shè)備，使得檢查只能在一定的場(chǎng)所進(jìn)行，影響了病人的正常工作和生活。目前也有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了永磁定位跟蹤法，將微型永磁體作為定位標(biāo)記源，置于膠囊內(nèi)窺鏡中，在被測(cè)者腹部周圍，布置一定數(shù)量的霍爾傳感器，用來檢測(cè)永磁體在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，由此反求出目標(biāo)的空間方位。由于磁標(biāo)記物的體積在空間上受到膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部空間的限制，導(dǎo)致磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度受限，當(dāng)膠囊內(nèi)窺鏡距磁傳感器距離較遠(yuǎn)時(shí)，磁傳感器不能分辨微弱的信號(hào)，導(dǎo)致定位失效。目前報(bào)道的磁標(biāo)記定位法的測(cè)量精度和探測(cè)距離與實(shí)用性還有較大差距。采用正弦函數(shù)規(guī)律的交變電流作激勵(lì)信號(hào)的交變式電磁跟蹤方法具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、定位距離寬等優(yōu)點(diǎn)。在交變式電磁跟蹤系統(tǒng)中，需要對(duì)多個(gè)磁場(chǎng)源分時(shí)采用正弦電流進(jìn)行勵(lì)磁。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，就是為了提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該裝置能依次對(duì)多個(gè)磁場(chǎng)源分時(shí)采用正弦電流進(jìn)行勵(lì)磁。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，與膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)的磁場(chǎng)傳感器無線通訊相連，包括單片機(jī)、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、功率放大電路、時(shí)序控制模塊、諧振電路、發(fā)射線圈、射頻通訊電路和觸摸屏；單片機(jī)的三個(gè)輸出分別連接時(shí)序控制模塊、高階低通濾波電路和可編程增益放大電路的輸入，高階低通濾波電路的輸出連接可編程增益放大電路的另一輸入，可編程增益放大電路的輸出連接功率放大電路的輸入，功率放大電路的輸出連接時(shí)序控制模塊的另一輸入，時(shí)序控制模塊的輸出連接諧振電路的輸入，諧振電路的輸出連接發(fā)射線圈的輸入，射頻通訊電路與單片機(jī)輸入輸出雙向連接，觸摸屏與單片機(jī)輸入輸出雙向連接。[0007]上述用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其中，所述發(fā)射線圈設(shè)有多個(gè)，多個(gè)發(fā)射線圈分別通過相應(yīng)的諧振電路與時(shí)序控制模塊相連，時(shí)序控制模塊可對(duì)多個(gè)發(fā)射線圈分時(shí)激勵(lì)，使任意時(shí)刻只有一個(gè)發(fā)射線圈工作，在空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。上述用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其中，所述單片機(jī)和高階低通濾波電路組成波形發(fā)生模塊，根據(jù)需要產(chǎn)生頻率連續(xù)可調(diào)的正弦波信號(hào)。上述用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其中，所述單片機(jī)和可編程增益放大電路組成電壓反饋回路，根據(jù)射頻通訊電路獲取膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)，由單片機(jī)自適應(yīng)調(diào)整可編程增益放大電路的增益，對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，從而使磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度保持在同一水平。上述用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其中，所述觸摸屏為操作者提供友好的人機(jī)界面，操作者可通過觸摸屏配置正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)源個(gè)數(shù)，并設(shè)置輸出的正弦信號(hào)的頻率、發(fā)射線圈工作時(shí)長(zhǎng)和相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)；并且，觸摸屏通過一個(gè)接插頭與單片機(jī)相連，在完成磁場(chǎng)源個(gè)數(shù)、輸出的正弦信號(hào)的頻率、發(fā)射線圈工作時(shí)長(zhǎng)和相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)的參數(shù)設(shè)置以后，可拔出接插頭將觸摸屏移開。上述用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其中，所述發(fā)射線圈采用多層圓柱形線圈。本實(shí)用新型的用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn):1、采用單片機(jī)的脈寬調(diào)制功能產(chǎn)生方波信號(hào)，然后由高階低通濾波芯片濾除方波中的諧波成分，由此產(chǎn)生正弦波。正弦波的頻率由軟件編程可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率的準(zhǔn)確、連續(xù)地調(diào)節(jié)。2、設(shè)計(jì)了基于無線通訊的電壓反饋回路，對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。使磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度保持在同一水平，避免由于磁場(chǎng)源與傳感器距離較遠(yuǎn)時(shí)導(dǎo)致的信噪比降低，由此提高定位精度。3、可控制多個(gè)發(fā)射線圈分時(shí)勵(lì)磁,在空間形成多磁場(chǎng)源的分布。4、在發(fā)射線圈所處的交流回路中采用諧振電路，從而使回路中的阻抗降至最小，在相同的電源輸出功率的情況下，使發(fā)射線圈上獲得最大的電流，優(yōu)化了效率。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型中的時(shí)序控制模塊的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括單片機(jī)、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、射頻通訊電路、功率放大電路、時(shí)序控制模塊、諧振電路、發(fā)射線圈和觸摸屏。其中，單片機(jī)的三個(gè)輸出分別連接時(shí)序控制模塊、高階低通濾波電路和可編程增益放大電路的輸入，高階低通濾波電路的輸出連接可編程增益放大電路的另一輸入，可編程增益放大電路的輸出連接功率放大電路的輸入，功率放大電路的輸出連接時(shí)序控制模塊的另一輸入，時(shí)序控制模塊的輸出連接諧振電路的輸入，諧振電路的輸出連接發(fā)射線圈的輸入，射頻通訊電路與單片機(jī)輸入輸出雙向連接，觸摸屏與單片機(jī)輸入輸出雙向連接。本實(shí)用新型由單片機(jī)和高階低通濾波電路產(chǎn)生正弦波激勵(lì)信號(hào)，再由功率放大電路將激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈在空間分時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；通過時(shí)序控制模塊進(jìn)行控制，使多個(gè)發(fā)射線圈分時(shí)勵(lì)磁。通過觸摸屏上的人機(jī)界面，操作者可配置正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)源個(gè)數(shù)，并設(shè)置輸出的正弦信號(hào)頻率、發(fā)射線圈工作時(shí)長(zhǎng)、相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)。本實(shí)用新型由單片機(jī)和高階低通濾波電路組成波形發(fā)生模塊，單片機(jī)的輸出與高階低通濾波電路的輸入相連。通過軟件編程設(shè)計(jì)，使單片機(jī)工作在脈寬調(diào)制模式下。根據(jù)操作者設(shè)置的激勵(lì)信號(hào)頻率，由程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)輸出方波的頻率和占空比的調(diào)節(jié)，產(chǎn)生所需頻率的方波信號(hào)。然后由高階低通濾波芯片濾除方波中的諧波成分，保留基波成分，從而將方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為正弦波信號(hào)。為了避免由于磁場(chǎng)源與傳感器距離較遠(yuǎn)時(shí)導(dǎo)致傳感器輸出信號(hào)弱，使得信噪比降低，無法提取有用信號(hào)，從而導(dǎo)致定位精度降低、以至于定位失效。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了基于無線通訊的電壓反饋回路，對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。本實(shí)用新型以單片機(jī)為控制核心，由單片機(jī)控制射頻通訊電路工作，無線接收膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)。單片機(jī)根據(jù)獲取的磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)的大小自適應(yīng)調(diào)整可編程增益放大電路的增益，即:改變高階低通濾波電路的輸出信號(hào)的放大倍數(shù)，由此得到不同的正弦信號(hào)的電壓值，經(jīng)過后級(jí)功率放大后即可使發(fā)射線圈通入不同的激勵(lì)電流。當(dāng)磁場(chǎng)源與傳感器距離較近時(shí)，磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)強(qiáng)，可減小可編程增益放大電路的增益值，降低磁場(chǎng)源的磁場(chǎng)強(qiáng)度；當(dāng)磁場(chǎng)源與傳感器距離較遠(yuǎn)時(shí)，磁場(chǎng)傳感器輸出信號(hào)弱，可增加可編程增益放大電路的增益值，增強(qiáng)磁場(chǎng)源的磁場(chǎng)強(qiáng)度。通過自適應(yīng)調(diào)整磁場(chǎng)發(fā)生裝置中磁場(chǎng)源的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而使磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度保持在同一水平。由于單片機(jī)輸出功率較小，輸出電流較小，不能直接激勵(lì)發(fā)射線圈，因此必須通過功率放大電路將高階低通濾波電路輸出的正弦波信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)后續(xù)的發(fā)射線圈。為了使交變磁場(chǎng)跟蹤系統(tǒng)獲得目標(biāo)方位的多個(gè)變量，必須由多個(gè)磁場(chǎng)源組合產(chǎn)生磁場(chǎng)分布，并且對(duì)磁場(chǎng)信號(hào)的產(chǎn)生進(jìn)行時(shí)分控制，使發(fā)射線圈輪流產(chǎn)生磁場(chǎng)。時(shí)序控制模塊可對(duì)多個(gè)發(fā)射線圈回路分時(shí)選通，使任意時(shí)刻只有一個(gè)發(fā)射線圈回路中通入激勵(lì)電流，確保發(fā)射線圈分時(shí)工作，在空間分時(shí)產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)。在發(fā)射線圈工作時(shí)序控制中，為了保證磁場(chǎng)源產(chǎn)生的磁場(chǎng)信號(hào)能正確可靠地被交變磁場(chǎng)跟蹤系統(tǒng)接收、處理，每個(gè)發(fā)射線圈的激勵(lì)時(shí)間都留有余量，即發(fā)射線圈的工作時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)于信號(hào)的接收處理時(shí)間。此外，為了避免相鄰發(fā)射線圈之間產(chǎn)生相互干擾，因此，相鄰的發(fā)射時(shí)序之間設(shè)計(jì)了一段空閑時(shí)間段。時(shí)序控制的程序流程如圖2所示。首先進(jìn)行磁場(chǎng)發(fā)生裝置的上電初始化設(shè)置，等待握手信號(hào)。收到相應(yīng)的握手信號(hào)以后，啟動(dòng)單片機(jī)的脈寬調(diào)制模塊輸出方波，經(jīng)過高階低通濾波器濾波后產(chǎn)生所需的正弦波信號(hào)。然后，依次選通發(fā)射線圈連接的各個(gè)通道，使正弦激勵(lì)電流通入相應(yīng)的發(fā)射線圈諧振電路，驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈在空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。由程序判斷是否將所有發(fā)射線圈對(duì)應(yīng)的通道都選通完畢。若已選通完畢，則等待下一次握手信號(hào)；若未選通完畢，則選通下一個(gè)發(fā)射線圈對(duì)應(yīng)的通道，并等待相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)到后，驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈工作。經(jīng)過時(shí)序控制后的信號(hào)依次通入發(fā)射線圈中。由于發(fā)射線圈的感抗比較大，當(dāng)信號(hào)頻率較大時(shí)，使得電路中的交流阻抗較大，導(dǎo)致線圈激勵(lì)電流大大降低。為了提高回路中的激勵(lì)電流，采用了諧振電路。諧振電路使發(fā)射線圈所在的交流回路中的阻抗最小，由此，在輸入電壓有效值不變的情況下，發(fā)射線圈上可獲得最大激勵(lì)電流。觸摸屏為操作者提供友好的人機(jī)界面，操作者可配置正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)源個(gè)數(shù)，并設(shè)置輸出的正弦信號(hào)的頻率、發(fā)射線圈工作時(shí)長(zhǎng)、相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)。并且，觸摸屏通過一個(gè)接插頭與正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置的主體相連，在各個(gè)參數(shù)設(shè)置好以后，可將觸摸屏從裝置主體拔開。通過上述設(shè)計(jì)，交流磁場(chǎng)發(fā)生裝置可以通過單片機(jī)、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、射頻通訊電路、功率放大電路、時(shí)序控制模塊、諧振電路、發(fā)射線圈陣列，按照需要的頻率和信號(hào)強(qiáng)度向外發(fā)射電磁場(chǎng)。
權(quán)利要求1.一種用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，與膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)的磁場(chǎng)傳感器無線通訊相連，其特征在于:包括單片機(jī)、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、功率放大電路、時(shí)序控制模塊、諧振電路、發(fā)射線圈、射頻通訊電路和觸摸屏；單片機(jī)的三個(gè)輸出分別連接時(shí)序控制模塊、高階低通濾波電路和可編程增益放大電路的輸入，高階低通濾波電路的輸出連接可編程增益放大電路的另一輸入，可編程增益放大電路的輸出連接功率放大電路的輸入，功率放大電路的輸出連接時(shí)序控制模塊的另一輸入，時(shí)序控制模塊的輸出連接諧振電路的輸入，諧振電路的輸出連接發(fā)射線圈的輸入，射頻通訊電路與單片機(jī)輸入輸出雙向連接，觸摸屏與單片機(jī)輸入輸出雙向連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于:所述發(fā)射線圈設(shè)有多個(gè)，多個(gè)發(fā)射線圈分別通過相應(yīng)的諧振電路與時(shí)序控制模塊相連，時(shí)序控制模塊可對(duì)多個(gè)發(fā)射線圈分時(shí)激勵(lì)，使任意時(shí)刻只有一個(gè)發(fā)射線圈工作，在空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于:所述單片機(jī)和高階低通濾波電路組成波形發(fā)生模塊，根據(jù)需要產(chǎn)生頻率連續(xù)可調(diào)的正弦波信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于:所述單片機(jī)和可編程增益放大電路組成電壓反饋回路，根據(jù)射頻通訊電路獲取膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)部磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)，由單片機(jī)自適應(yīng)調(diào)整可編程增益放大電路的增益，對(duì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，從而使磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度保持在同一水平。
5.如權(quán)利要求1所述的用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于:所述觸摸屏為操作者提供友好的人機(jī)界面，操作者可通過觸摸屏配置正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置的磁場(chǎng)源個(gè)數(shù)，并設(shè)置輸出的正弦信號(hào)的頻率、發(fā)射線圈工作時(shí)長(zhǎng)和相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)；并且，觸摸屏通過一個(gè)接插頭與單片機(jī)相連，在完成磁場(chǎng)源個(gè)數(shù)、輸出的正弦信號(hào)的頻率、發(fā)射線圈工作時(shí)長(zhǎng)和相鄰發(fā)射時(shí)序的空閑時(shí)長(zhǎng)的參數(shù)設(shè)置以后，可拔出接插頭將觸摸屏移開。
專利摘要一種用于膠囊內(nèi)窺鏡跟蹤系統(tǒng)中的正弦交變磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括單片機(jī)、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、射頻通訊電路、功率放大電路、時(shí)序控制模塊、諧振電路、發(fā)射線圈和觸摸屏。本實(shí)用新型由單片機(jī)和高階低通濾波電路產(chǎn)生正弦波激勵(lì)信號(hào)；通過時(shí)序控制模塊進(jìn)行控制，使多個(gè)發(fā)射線圈分時(shí)勵(lì)磁功率放大電路將激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)發(fā)射線圈在空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。根據(jù)射頻通訊電路獲取膠囊內(nèi)窺鏡內(nèi)磁場(chǎng)傳感器的輸出信號(hào)，由單片機(jī)自適應(yīng)調(diào)整可編程增益放大電路的增益，由此調(diào)整磁場(chǎng)發(fā)生裝置中磁場(chǎng)源的磁場(chǎng)強(qiáng)度。采用本實(shí)用新型的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，可實(shí)現(xiàn)置于人體內(nèi)的膠囊內(nèi)窺鏡的實(shí)時(shí)連續(xù)跟蹤。
文檔編號(hào)H01F7/00GK203016954SQ201220584450
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者郭旭東, 嚴(yán)榮國(guó) 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)