1.导言
跟着MEMS技能的快速开展，内窥镜技能已取得了严重的研讨成果，特别是人体胃肠道无线胶囊内窥镜是医用电子内窥镜体系的一个严重突破。围绕着胶囊式内窥镜，越来越多的研讨正在打开。可是无线内窥镜胶囊也存在不少问题，2004年的欧洲技能陈述中指出，运动与姿势操控功用的完成是需求首要处理的问题，包含运动操控和定位问题，而为了确保在确诊医治过程中运动和定位问题的有用性，对这些微型医疗胶囊在体内的空间方位进行实时的定位方位检测就显得极其重要了。在体内微型治疗设备的定位技能方面，传统的办法一般都选用超声成像、核医学印象及荧光造型定位等技能，可是这些定位办法却存在着本钱高、操作杂乱，对人体简单构成辐射和无法满意长期动态定位的缺陷。许多学者对设备定位体系进行了的研讨，提出了磁定位的简化模型及相应的动态盯梢技能。
为了更好地满意永磁体用于体内微型胶囊精确认位丈量的要求，在本文中作者规划了一种依据HMC1022和HMC1021三轴磁阻传感器
模块，经两级扩展电路扩展后，由数据收集设备对胶囊空间磁场强度进行多点收集的定位体系。该体系选用了较以往更高灵敏度的磁阻传感器模块，合理的安置传感器模块组，具有更高检测灵敏度高和丈量规模大的长处。
2.胶囊定位检测原理
磁感应定位是使用磁阻传感器的霍尔效应，即依据永磁体跟着其磁矩方向和间隔的改变在空间磁场构成特定规则的磁场散布。相应地，经过检测特定磁场参数的改变，咱们就能够丈量永磁体在空间方位的改变，并确认其在空间的具体方位。
在人体内，胶囊可看作刚体。一起，为了磁阻传感器模块定位的需求，在胶囊内部放置圆柱永磁体。如图1所示，胶囊在空间的位姿能够由其内部恣意点的方位 以及胶囊内永磁体的磁矩方向与柱面坐标系所构成的两角 表明，其间 为胶囊中心点的坐标， 为胶囊磁矩方向与柱坐标的夹角， 空间原点坐标系。
当胶囊中圆柱永磁体的尺度远小于其到磁传感器间隔r时，永磁体可简化成一个磁偶极子，能够直接写出胶囊在磁阻传感器模块的磁感应强度：
式中， 为胶囊的磁矩矢量， 为胶囊空间方位向量及坐标， 为磁阻传感器模块方位向量及坐标， 为磁阻传感器模块相关于胶囊的方位向量。 为胶囊磁矩的巨细，其间 是安置在空间的三轴磁阻传感器模块的坐标，其坐标轴与大局坐标系重合。从式（1）可知坐标 为已知量，再经过试验丈量出各磁场重量 ，此刻假如要求解出 五个未知量，则至少两个三轴磁阻传感器模块才能够。
3．体系硬件规划
本体系硬件由4组三轴磁阻传感器模块（内置置位/复位电路）、扩展电路和数据收集卡三部分组成。
3.1 磁阻传感器模块
图2所示为规划制造的由HMC1022和HMC1021相互笔直装置而构成的三轴磁阻传感器模块，内置置位/复位电路，用来丈量胶囊内部条形磁铁在空间发生的磁感应强度，其间，HMC1022丈量两个方向( 轴方向) （即公式（3）中的 ），而HMC1021丈量一个方向( 轴方向)的磁感应强度（即公式（3）中的 ）。HMC1022和HMC1021分别为双轴和单轴磁阻传感器，它们除了丈量磁感应强度的轴数不同外，具有相同的技能参数。HMC1022和HMC1021内集成置位/复位带，可下降温度飘移效应、非线性差错和因为有高磁场的存在导致输出信号丢掉的影响。
3.2 扩展电路
跟着间隔的添加，永磁体磁场强度的散布衰减很快。鉴于上述永磁体磁场强度随间隔的改变规则，在试验中，选用AD620这种典型的扩展器材，在满意数据收集卡的分辨率精度大于磁阻传感器的输出分辨率精度的要求条件下，经过核算试验中挑选了1000倍扩展倍数。
3.3 数据收集
选用PCI-1716数据收集卡将扩展电路输出信号收集进入核算机处理剖析。使用LABVIEW虚拟仪器图形化软件编程，完成收集模拟信号、A/D转化的功用。
4. 试验过程
如图4所示为试验过程流程框图。
图4 试验过程流程框图
试验选用如下程序进行：
（1）传感器坐标初始化 试验时将4组三轴磁阻传感器模块的空间坐标固定，并记载下来（即公式（1）中的 ），以待收集完成后带入公式（1）处理求解核算用。
（2）在每次胶囊移动相应方位且固定后，记载下胶囊与各组磁阻传感器模块的方位间隔，并经过磁阻传感器模块中集成的置位/复位电路来进步传感器的灵敏度。
（3）置位/复位后磁阻传感器模块输出有用的磁场强度电压，随后经过电压扩展和收集，送入核算机进行剖析处理，依据前述公式（1）核算出 ，并与过程（1）中实践记载间隔进行比照剖析。
5．试验及成果剖析
在试验中，将4个磁阻传感器模块放置于正方体试验架(0.3mx0.3mx0.2m)的四个顶角，如图3所示，其初始坐标顺次固定为 。在收集过程中，把胶囊磁矩方向调整和 轴正向共同，在磁阻传感器模块安置平面内把胶囊从点 沿直线每隔3cm定位一次且逐步移动到点 ，4个磁阻传感器模块在每次定位后顺次收集数据。如图5所示，磁阻传感器模块A测得的磁场强度不断下降，磁阻传感器模块B、C磁场强度改变趋势逐步挨近，磁阻传感器模块D测得的磁场强度缓慢上升。将试验数据和核算数据对照，发现两者差错在±10%规模内。阐明本文规划的磁阻传感器模块组能够较精确地测出胶囊在运动过程中的磁感应强度。
一起关于胶囊三个给定位姿状况，进行接连10次核算的成果。挑选的位姿点为(0.15,0.15,0, ,0)和(0.15,0.15,0, ,0)。图6为位姿点(0.15,0.15,0, ,0)核算的成果，由图中可见，核算的坐标值x , y都在0.15上下动摇，差错在±3%，而 轴坐标值和两个视点值的核算成果都十分抱负，没有标出。图7为位姿点(0.15,0.15,0, ,0)核算的成果，此刻胶囊磁矩方向与 轴视点为30 。从图中 坐标值动摇状况来看，其差错扩展到了7%，而与 轴夹角坐标差错为5%，别的两个参数的核算成果很抱负。
上面的丈量试验和核算成果表明，规划的定位检测体系能够较精确地测出胶囊在运动过程中的磁感应强度，然后精确的定位出胶囊的空间方位和方向。一起应当留意的是当胶囊在4组磁阻传感器模块丈量区域中部时，其核算成果精度较高。
6.定论
在本文中，作者提出了一种研讨该定位技能的新式试验体系，使用高灵敏度的磁阻传感器模块对微胶囊空间磁场强度进行感应收集。原理和试验都证明了能够经过检测永磁体空间磁场散布来完成对微型内窥镜胶囊的定位。经过对试验成果的剖析证明，该定位体系关于胶囊在运动过程中的空间方位和方向的定位具有较高的精确率，能够有用应用于微型内窥镜胶囊在体内的定位，明显进步了临床疾病确诊的精确率。
本文作者立异点：选用了高灵敏度的三轴笔直磁阻传感器模块，并结合扩展和收集电路对胶囊空间磁场强度进行检测，完成精确认位。此体系比以往有更大的精确检测规模，可到达20-30cm。
