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微型遥测胶囊体外磁跟踪定位技术研究

作 者: 廖颖
导 师: 姜萍萍
学 校: 上海交通大学
专 业: 精密仪器及机械
关键词: 霍尔传感器 磁偶极子模型 数据处理 磁跟踪定位
分类号: TH776
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 34次
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内容摘要


为了解决介入式诊疗装置在体内的定位问题,本文在国家863计划项目(编号:2006AA04Z368)的资助和支持下,以上海交通大学为检测消化道的pH值、温度、压力等生理参数而研制的人体胃肠道无创诊疗系统为技术背景,对基于霍尔原理的体外磁场检测方法作了比较深入的研究,力图找到一种原理可行,满足实用要求,使用方便可靠的磁定位方法。比较目前存在的各种定位方法,发现基于霍尔原理的磁定位方式具有非接触、快速、应用简便的特点。本文在分析永磁体空间磁场分布规律的基础上,提出了一种新的基于永磁体磁场和霍尔传感器阵列的体外磁跟踪定位技术,并设计了体外磁跟踪定位系统。该系统工作流程具体如下:首先,在用于检测人体胃肠道的微型诊疗装置内放置一特定永磁体作为磁源;然后,在患者体外放置利用霍尔线性传感器组成传感器模块阵列,检测进入人体后微型装置的磁场信息;之后,检测信息经由单片机、可编程放大器(PGA)、AD转换器组成的控制模块进行处理;最后,由主控计算机求解由磁偶极子模型建立的方程组,计算出永磁体的位置,达到确定体内微型装置的空间位置坐标的目的。开发了基于霍传感器阵列的体外磁跟踪定位系统,并进行了系统优化实验、系统性能实验以及模拟肠道平面实验。实验结果表明,该方法定位精度在毫米级,绝对误差范围控制在18mm以内,约95%以上的点误差值在±15mm范围内,完全满足实际应用需求。此系统能精确确定永磁体所在空间位置,具有非接触测量、操作简单、精度高等特点,为有效观测人体肠道内的微型诊疗装置提供了依据。但是如何将人体肠道中的微型装置位置直观有效的表达出来,仍需要进一步的研究。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-22
  1.1 课题研究背景、目的和意义  11-13
  1.2 微型介入式诊疗装置体外定位技术研究现状  13-19
    1.2.1 体外定位技术研究进展  13-15
    1.2.2 介入式微型诊疗系统的遥测胶囊定位研究现状  15-19
  1.3 本文研究的主要内容及章节安排  19-22
第二章 体外磁跟踪定位系统的理论建模及定位算法分析  22-36
  2.1 定位基本原理  22-25
    2.1.1 磁场基本原理及磁偶极子模型  22-24
    2.1.2 霍尔传感器及其在定位技术的应用  24-25
  2.2 定位理论模型及系统方案设计  25-28
    2.2.1 定位理论模型  25-26
    2.2.2 系统方案设计  26-28
  2.3 外界磁场干扰分析  28-31
    2.3.1 定位原理分析  29
    2.3.2 环境磁场分析  29-31
  2.4 磁定位算法研究  31-34
  2.5 本章小结  34-36
第三章 体外磁跟踪系统的设计  36-56
  3.1 微型遥测胶囊  36-38
  3.2 目标磁体的确定  38-41
    3.2.1 磁体的选择  38-39
    3.2.2 目标磁体磁场分析  39-41
  3.3 霍尔传感器的选定  41-43
  3.4 传感器模块及传感器阵列  43-46
  3.5 系统控制模块  46-54
    3.5.1 硬件设计  47-52
    3.5.2 软件设计  52-54
  3.6 数据处理模块  54
  3.7 本章小结  54-56
第四章 体外磁定位系统实验及实验结果分析  56-68
  4.1 体外磁定位系统性能实验  56-59
    4.1.1 放大倍数的标定  56-57
    4.1.2 测量方案的确定  57-59
  4.2 体外磁定位系统优化实验  59-63
    4.2.1 空间坐标的测量结果  59-61
    4.2.2 相对位置的测量结果  61-63
  4.3 模拟肠道轨迹跟踪实验  63-65
  4.4 结果分析  65-67
  4.5 本章小结  67-68
第五章 结束语  68-70
  5.1 主要工作与创新点  68-69
    5.1.1 工作总结  68
    5.1.2 创新点  68-69
  5.2 后续研究工作  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 医药卫生器械 > 诊断检验用器械
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