基于MEMS传感融合技术的内镜跟踪定位系统研究

发布时间：2017-12-26 17:24

本文关键词：基于MEMS传感融合技术的内镜跟踪定位系统研究　出处：《天津大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在现代医疗领域，内镜以及以内镜为基础的成像技术已经成为医生观察病灶组织性状、早期疾病诊断、提高诊断效率和准确率的主要手段。然而，在内镜检查中，病灶的定位主要依靠医生通过内镜图像做出的经验性判断，诊断耗时长、存在主观误判，而且需要在前期对医生进行大量的相关培训。为了解决这一问题，本课题提出了一种基于微机电系统（MEMS）传感融合的内镜实时定位技术，，通过该技术，医生在操作内镜的同时，可以获得内镜在体内的实时位置和姿态信息，从而提高诊断的效率和精度，减少病人在检查过程中的痛苦。 MEMS传感融合技术，利用多个传感器对同一目标的不同状态进行测量，根据各个传感器的特点进行互补，滤波，收敛，从而综合解算出目标的特征信息。本课题提出的MEMS传感融合技术，将MEMS三轴加速度计、磁场传感器以及陀螺仪安装在内镜前端探头中，通过惯性导航信息处理技术得到探头的实时姿态信息，结合人体外部的数个磁场激励源，通过磁场定位的方式得到内镜在体内的位置信息，最后在上位机中，利用数字人和图像三维重建的方式，将内镜与体内器官的相对位置和朝向，直观再现出来，供医生在诊断过程中参考。本文详细阐述了多传感器定位系统的技术原理和设计方案，介绍了系统的软硬件设计以及弱磁性实验平台的搭建过程，并通过实验结果分析了整个系统的定位精度。本文将课题的主要工作和成果介绍如下： 1.设计了一种基于MEMS传感融合技术的多传感器的内镜姿态定位系统。完成以陀螺仪为核心的三传感姿态解算方案，同时创新性地引入磁场位置定位简化模型，相关技术已申请两项国家发明专利。 2.设计制作了弱磁性实验平台，包括三轴金属转台和移动式定位支架等部件，可对整个系统的姿态和位置定位精度进行测量评估。 3.在上位机中利用MFC构建传感数据统计分析界面，利用MITK工具对人体器官进行重建，并利用OPENGL库来直观再现内镜在人体内的位置和姿态朝向，初步完成了一体化的传感数据采集，信息融合解算，数字人虚拟模型同步再现的人机交互界面。 4.设计了三轴静态和动态摇摆实验，以及弱磁光学平台下的位置定位实验，验证了定位的实时性，获得了较高的定位精度。
[Abstract]:In modern medical field, endoscopy and endoscopy based imaging technology have become the main means for doctors to observe lesion tissue characteristics, early disease diagnosis, and improve diagnostic efficiency and accuracy. However, in endoscopic examination, the location of the lesion depends mainly on the empirical judgement made by the doctor through the endoscopic images, which takes a long time and has subjective misjudgement. It also requires a large number of training related to doctors in the early stage. In order to solve this problem, this paper proposes a microelectromechanical system (MEMS) based on endoscopic real-time positioning technology of sensor fusion, with the technology, the doctor in the operation of endoscopic and endoscopic can be obtained in real time in position and attitude information, so as to improve the precision and efficiency of diagnosis, reduce the patient in the inspection process the pain.
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39;TH77

【参考文献】