基于定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的追蹤 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 胃輕癱、便秘、腸易激綜合癥以及功能性消化不良等胃腸道疾病影響了大約三分 之一的人。如何檢測(cè)胃腸道疾病成為當(dāng)今學(xué)者的研宄熱點(diǎn)。目前臨床上胃腸道疾病的檢測(cè) 方法主要有測(cè)壓法、排便造影、閃爍掃描術(shù)等。測(cè)壓法是從肛門或口腔向人體胃腸道內(nèi)插入 一個(gè)裝載有微型壓力傳感器的導(dǎo)管測(cè)量胃腸道壓力的。它給人體造成了極大的痛苦，且增 加了腸穿孔和交叉感染的幾率。不同的醫(yī)生對(duì)排便造影結(jié)果的判斷不同，且目前還沒有一 個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)排便造影，這限制了排便造影在臨床上的應(yīng)用。閃爍掃描術(shù)主要是通 過觀察胃腸內(nèi)放射性物質(zhì)的停留時(shí)間來評(píng)價(jià)胃腸動(dòng)力的，然而它不能檢測(cè)出正常傳輸型便 秘。
[0003] 目前比較好的胃腸道無創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)之一是上海交通大學(xué)研制的多元醫(yī)學(xué)信息無 創(chuàng)檢測(cè)系統(tǒng)，它可連續(xù)檢測(cè)正常生理狀態(tài)下的胃腸道pH、溫度、壓力等信息?；颊咴跈z查前 不需要清腸，在檢查中可自由活動(dòng)，然而它沒有裝載定位裝置，無法知道膠囊在人體胃腸道 內(nèi)的精確位置和運(yùn)動(dòng)方向，這限制了它在臨床上的應(yīng)用。目前體內(nèi)目標(biāo)定位方法一般是基 于電磁場(chǎng)的原理，比如永磁定位跟蹤法、磁標(biāo)記定位技術(shù)，但是它們的硬件系統(tǒng)比較復(fù)雜， 需在人體內(nèi)的微系統(tǒng)中增加額外的硬件裝置，不利于微型化與實(shí)用化。
[0004] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN102697565A公開日2012-10-03， 公開了一種基于閃爍掃描的遙控釋藥膠囊體內(nèi)跟蹤定位方法。在人體腹部特定部位貼附锝 [99mTc]標(biāo)記點(diǎn)，并使其吞服含锝[99mTc]溶液的遙控釋藥膠囊，通過核醫(yī)學(xué)設(shè)備采集人體 腹部正、側(cè)面放射性標(biāo)記圖像組，運(yùn)用圖像處理器進(jìn)行圖像格式轉(zhuǎn)換，對(duì)轉(zhuǎn)換后的圖像組進(jìn) 行編號(hào)并保存至圖像工作站，安裝于圖像工作站的定位軟件讀取圖像組，獲取標(biāo)記點(diǎn)和遙 控釋藥膠囊點(diǎn)的二維坐標(biāo)，計(jì)算出各點(diǎn)相應(yīng)的三維坐標(biāo)，并建立三維坐標(biāo)系，描計(jì)出遙控釋 藥膠囊在消化道中的空間相對(duì)位置，連接各空間位置點(diǎn)構(gòu)成遙控釋藥膠囊的消化道空間軌 跡圖。該技術(shù)獲得了遙控釋藥膠囊在消化道的三維軌跡，提高了定位與跟蹤的準(zhǔn)確性。但該 技術(shù)有以下缺點(diǎn)：1)該技術(shù)利用SPECT采集人體腹部正面、側(cè)面圖像，而SPECT的成像不夠 清晰，給后期的圖像處理和精確定位帶來了巨大困難；2)遙控膠囊進(jìn)入人體小腸后，每隔5 分鐘采集一次圖像，采集頻率低，無法實(shí)現(xiàn)膠囊的精確定位；3)膠囊靠胃腸的蠕動(dòng)前進(jìn)，一 般情況下，膠囊在人體的滯留時(shí)間大約是十幾個(gè)小時(shí)，而SPECT每隔5分鐘采集一次人體圖 像，每次采集時(shí)間持續(xù)5秒，所以全消化道的圖像數(shù)據(jù)量巨大，無法實(shí)現(xiàn)膠囊的實(shí)時(shí)跟蹤定 位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的追蹤方法， 基于放射型標(biāo)記物實(shí)現(xiàn)胃腸內(nèi)膠囊的精確定位，體積小且無耗能。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明涉及一種定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：位于體內(nèi)的膠囊、數(shù)據(jù)記錄儀、設(shè)置于體外 且環(huán)繞腸胃道位置的射線探測(cè)器裝置以及數(shù)據(jù)處理器，其中：膠囊?guī)в腥齻€(gè)放射性標(biāo)記物， 三個(gè)放射性標(biāo)記物發(fā)射正電子，且與周圍負(fù)電子結(jié)合發(fā)生湮滅輻射，正、負(fù)電子消失，發(fā)射 出兩個(gè)方向相反且能量相等的γ光子，射線探測(cè)器裝置測(cè)得兩個(gè)γ光子時(shí)分別產(chǎn)生兩個(gè) 定時(shí)脈沖，并將兩個(gè)定時(shí)脈沖及符合線路進(jìn)行存儲(chǔ)后傳輸至數(shù)據(jù)處理器上，數(shù)據(jù)處理器追 蹤兩個(gè)γ光子并進(jìn)行符合事件的篩選，并計(jì)算真符合下符合線路的交點(diǎn)聚集位置，實(shí)現(xiàn)膠 囊在體內(nèi)的定位。
[0008] 本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的追蹤方法，包括以下步驟：
[0009] 1)通過閾值濾波法濾除隨機(jī)符合和散射符合產(chǎn)生的符合線路，選擇真符合產(chǎn)生的 符合線路。
[0010] 所述的真符合需具備3個(gè)條件：①兩個(gè)γ光子到達(dá)兩個(gè)對(duì)稱探測(cè)器的時(shí)間差在 規(guī)定的時(shí)間窗內(nèi)；②兩個(gè)γ光子方向相反，即互成180° ;③兩個(gè)γ光子能量相等都等于 511keV〇
[0011] 規(guī)定的時(shí)間窗為2~5ns。
[0012] 閾值即為 511keV。
[0013] 2)在真符合的情況下，初始化三個(gè)放射性標(biāo)記物的初始位置，具體步驟包括：
[0014] 第一步、三個(gè)放射性標(biāo)記物依次相連構(gòu)成一個(gè)三角形，設(shè)此三角形圍繞其幾 何中心旋轉(zhuǎn)一個(gè)單位矢量（u，v，w)，旋轉(zhuǎn)角度為Θ，則此三角形的三個(gè)頂點(diǎn)的位置 + ，其中，〇是三角形的幾何中心位置， R(u，v，w，Θ )是旋轉(zhuǎn)矩陣，(61,?,?]是三個(gè)頂點(diǎn)的參考坐標(biāo)點(diǎn)；
[0015] 第二步、上述三角形圍繞三角形的幾何中心旋轉(zhuǎn)，則三個(gè)頂點(diǎn)到它們各自的符合 線路的距離之和為：D(U,V,W，0) = ，其中，k是三個(gè)放射性標(biāo)記物的序號(hào)（k =1，2, 3)，L是離最近放射性標(biāo)記物的符合線路，Nk是到最近放射性標(biāo)記物的符合線路的 個(gè)數(shù)。11?!;+) Il是L到最近放射性標(biāo)記物的距離；
[0016] 符合線路的定義為：在規(guī)定的時(shí)間窗內(nèi)，兩個(gè)γ光子穿透人體并被環(huán)繞在人體對(duì) 稱位置的射線探測(cè)器探測(cè)到，則兩個(gè)γ光子的傳播線路稱為符合線路。
[0017] 第三步、為使第二步的三個(gè)頂點(diǎn)到它們各自的符合線路的距離之和D最小，參數(shù) p jt) p η ρ η (u，v，w，Θ)需滿足條件，具體令^ = ^ = ' = 1 = 0 ，則 CU CV (；VV CU D=t堂(-C/+v;(Rf°i+e)-(Rthe)rAi(Rive))，其中， c.=的5征， k:i j=i J jjxj Γ/' = 2?；[π.]；, ^=[η(]；, [η7
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：位于體內(nèi)的膠囊、數(shù)據(jù)記錄儀、設(shè)置于體外 且環(huán)繞腸胃道位置的射線探測(cè)器裝置以及數(shù)據(jù)處理器，其中：膠囊?guī)в腥齻€(gè)放射性標(biāo)記物， 三個(gè)放射性標(biāo)記物發(fā)射正電子，且與周圍負(fù)電子結(jié)合發(fā)生湮滅輻射，正、負(fù)電子消失，發(fā)射 出兩個(gè)方向相反且能量相等的Y光子，射線探測(cè)器裝置測(cè)得兩個(gè)Y光子時(shí)分別產(chǎn)生兩個(gè) 定時(shí)脈沖，并將兩個(gè)定時(shí)脈沖及符合線路進(jìn)行存儲(chǔ)后傳輸至數(shù)據(jù)處理器上，數(shù)據(jù)處理器追 蹤兩個(gè)Y光子并進(jìn)行符合事件的篩選，并計(jì)算真符合下符合線路的交點(diǎn)聚集位置，實(shí)現(xiàn)膠 囊在體內(nèi)的定位。
2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的追蹤方法，具體包括以下步驟： 1) 通過閾值濾波法濾除隨機(jī)符合和散射符合產(chǎn)生的符合線路，選擇真符合產(chǎn)生的符合 線路； 2) 在真符合的情況下，初始化三個(gè)放射性標(biāo)記物的初始位置； 3) 通過K均值聚類法正確分配每個(gè)放射性標(biāo)記物產(chǎn)生的符合線路，計(jì)算記錄的符合線 路的交點(diǎn)聚集位置，實(shí)現(xiàn)定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的追蹤方法，其特征是，在真符合的情況下，初始化三個(gè)放射性 標(biāo)記物的初始位置，具體步驟包括： 第一步、三個(gè)放射性標(biāo)記物依次相連構(gòu)成一個(gè)三角形，設(shè)此三角形圍繞其幾 何中心旋轉(zhuǎn)一個(gè)單位矢量（u，v，w)，旋轉(zhuǎn)角度為0，則此三角形的三個(gè)頂點(diǎn)的位置 r(u'v.w力)x[D:,[vr」;]+[ex,e]，其中，亡是三角形的幾何中心位置， 尺(11，￥，￥，0)是旋轉(zhuǎn)矩陣，[卩,〇:.[!!;]是三個(gè)頂點(diǎn)的參考坐標(biāo)點(diǎn) ； 第二步、上述三角形圍繞三角形的幾何中心旋轉(zhuǎn)，則三個(gè)頂點(diǎn)到它們各自的符合線路
1，2, 3)，L是離最近放射性標(biāo)記物的符合線路，Nk是到最近放射性標(biāo)記物的符合線路的個(gè) 數(shù)。||i(!；，l7) Il是1」到最近放射性標(biāo)記物的距離； 第三步、為使第二步的三個(gè)頂點(diǎn)到它們各自的符合線路的距離之和D最小，參數(shù)
計(jì)算出R(U, V，W,0)，則獲得三個(gè)放射性標(biāo)記物的初始位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的追蹤方法，其特征是，所述的K均值聚類的算法具體為： 將n個(gè)向量Xi, i = 1，2,…，n分為c個(gè)組Gi, i = 1，2,…，c，并求每組的聚類中心，使得距
是組i內(nèi)的價(jià)值函數(shù)，Ci為聚類中心。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的追蹤方法，其特征是，所述的射線探測(cè)器裝置c包括：Y射線 探測(cè)器陣列、放大電路、脈沖幅度甄別器、計(jì)數(shù)器、多路選通器、微控制器，y射線探測(cè)器陣 列探測(cè)到y(tǒng)射線后，產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)脈沖，并傳輸至放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，脈沖幅度甄別 器檢測(cè)脈沖信號(hào)的幅度和能量信息，當(dāng)脈沖能量等于511keV時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，多路選通器 選通此通道；微控制器接收脈沖信息并由多媒體MMC卡進(jìn)行存儲(chǔ)后經(jīng)過USB接口傳輸至數(shù) 據(jù)處理器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的追蹤方法，其特征是，所述的膠囊包括：設(shè)置于殼體表面的三 個(gè)放射性標(biāo)記物、設(shè)置于殼體內(nèi)部的傳感模塊、微處理器、無線通訊模塊、電源以及供電管 理模塊，其中：各個(gè)放射性標(biāo)記物發(fā)射正電子實(shí)現(xiàn)膠囊整體的定位，傳感模塊采集體內(nèi)的生 理信息并傳輸至微處理器進(jìn)行整合，微處理器將整合得到的綜合信息通過無線通訊模塊傳 輸至數(shù)據(jù)處理器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的追蹤方法，其特征是，所述的傳感模塊包括：壓力傳感器 及其壓力調(diào)理電路、溫度傳感器及其溫度調(diào)理電路、PH傳感器及其pH調(diào)理電路，其中：壓力 調(diào)理電路、溫度調(diào)理電路和pH調(diào)理電路分別將相應(yīng)的生理信息進(jìn)行放大整形。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的追蹤方法，其特征是，所述的微處理器包括：依次相連的多路 模擬輸入選通和可編程放大器、AD轉(zhuǎn)換電路和梳狀濾波器、以及與梳狀濾波器相連的控制 單元，其中：多路模擬輸入選通和可編程放大器與傳感模塊相連，控制單元與無線通訊模塊 相連；控制單元包括：存儲(chǔ)器、定時(shí)器、看門狗和時(shí)鐘電路。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的追蹤方法，其特征是，所述的多路模擬輸入選通和可編程放 大器支持放大倍數(shù)2、4或8設(shè)置； 所述的AD轉(zhuǎn)換電路為E -A型轉(zhuǎn)換電路，其可調(diào)整輸入信號(hào)的放大倍率有0.25、0. 5、 1、2、4、8 或 16。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的追蹤方法，其特征是，所述的真符合需具備3個(gè)條件：①兩 個(gè)Y光子到達(dá)兩個(gè)對(duì)稱探測(cè)器的時(shí)間差在規(guī)定的時(shí)間窗內(nèi)；②兩個(gè)Y光子方向相反，即互 成180° ;③兩個(gè)Y光子能量相等都等于511keV。
【專利摘要】一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的基于定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的追蹤方法，該系統(tǒng)包括：位于體內(nèi)的膠囊、數(shù)據(jù)記錄儀、設(shè)置于體外且環(huán)繞腸胃道位置的射線探測(cè)器裝置以及數(shù)據(jù)處理器，其中：膠囊?guī)в腥齻€(gè)放射性標(biāo)記物，三個(gè)放射性標(biāo)記物發(fā)射正電子，且與周圍負(fù)電子結(jié)合發(fā)生湮滅輻射，正、負(fù)電子消失，發(fā)射出兩個(gè)方向相反且能量相等的γ光子，射線探測(cè)器裝置測(cè)得兩個(gè)γ光子時(shí)分別產(chǎn)生兩個(gè)定時(shí)脈沖，并將兩個(gè)定時(shí)脈沖及符合線路進(jìn)行存儲(chǔ)后傳輸至數(shù)據(jù)處理器上，數(shù)據(jù)處理器利用追蹤算法對(duì)兩個(gè)γ光子進(jìn)行符合事件的篩選，并計(jì)算真符合下符合線路的交點(diǎn)聚集位置，實(shí)現(xiàn)膠囊在體內(nèi)的定位。本發(fā)明基于放射型標(biāo)記物實(shí)現(xiàn)胃腸內(nèi)膠囊的精確定位。
【IPC分類】A61B1-00, A61B5-07
【公開號(hào)】CN104814713
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410692156
【發(fā)明人】顏國(guó)正, 魯麗, 趙凱, 許飛, 王志武, 姜萍萍
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2014年11月25日