Simultaneous Magnetic Actuation and Localization (SMAL) is a promising technology for active wireless capsule endoscopy (WCE). In this paper, an adaptive SMAL system is presented to efficiently propel and precisely locate a capsule in a tubular environment with complex shapes. In order to track the capsule with high localization accuracy and update frequency in a large workspace, we propose a mechanism that can automatically activate a sub-array of sensors with the optimal layout during the capsule movement. The improved multiple objects tracking (IMOT) method is simplified and adapted to our system to estimate the 6-D pose of the capsule in real time. Also, we study the locomotion of a magnetically actuated capsule in a tubular environment, and formulate a method to adaptively adjust the pose of the actuator to improve the propulsion efficiency. Our presented methods are applicable to other permanent magnet-based SMAL systems, and help to improve the actuation efficiency of active WCE. We verify the effectiveness of our proposed system in extensive experiments on phantoms and ex-vivo animal organs. The results demonstrate that our system can achieve convincing performance compared with the state-of-the-art ones in terms of actuation efficiency, workspace size, robustness, localization accuracy and update frequency.


翻译:同步磁动和本地化(SMAL)是活性无线胶囊内分镜(WCE)的一个很有希望的技术。在本文中,介绍了一个适应性的SMAL系统,以高效推进和精确定位在复杂形状的管状环境中的胶囊。为了以高本地化精度和在大型工作空间更新频率跟踪该胶囊,我们提议了一个机制,在胶囊移动期间能够自动激活一个具有最佳版面的子阵传感器。改进的多物体跟踪(IMOT)方法被简化并适应于我们的系统,以实时估计胶囊的6D构成。此外,我们还研究了磁振动胶囊在管状环境中的移动情况,并制定了一种对动因子的外形进行适应性调整以提高推进效率的方法。我们提出的方法适用于其他永久的基于磁力的SMAL系统,并帮助提高活跃的WCE的动作效率。我们核查了我们提议的系统在对幻影和前维氏动物器官进行广泛试验时的有效性。我们提出的系统在对磁带和前维氏器官进行广泛试验时能够保证地空间效率、空间效率和频率更新。结果显示我们的系统在率方面,系统能够实现可靠的工作效率。

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