无线胶囊内镜的精确定位跟踪技术

发布时间：2020-10-30 07:08

　　 在肠胃道检测过程中,传统缆线式内窥镜会带给患者极大的痛苦。无线胶囊内镜的研发不仅减轻了患者的痛苦,也实现了肠胃道的检查。使用无线胶囊内镜检查时,需要精确获取胶囊在人体内部的位置参数和方向参数,从而得到通过胶囊内镜拍摄到的病灶组织的位置参数和方向参数。这些参数方便了医生准确诊断病情。能够对胶囊进行精确、快速定位是关键性问题。本文研究了磁定位算法,对磁定位算法中近场误差和人体干扰误差进行修正,提出了六维混合磁定位算法,从而有效地解决了这些问题。本文采用的磁感应强度分布模型是基于磁偶极子模型建立的,模型采用的求解方法是LM最优化算法。本文使用的磁定位系统,包括了硬件部分和软件部分。硬件部分包括了磁传感器阵列、信号放大电路、K60嵌入式模块;软件部分包括了上位机磁定位软件程序。首先,为了消除磁偶极子模型的近场误差,本文提出近场定位算法。该方法使得从全局坐标系变换到磁体坐标系的磁感应强度的计算值和测量值误差最小化。其次,为了消除人体移动时对磁定位结果产生的干扰误差,本文提出了将目标永磁体的磁定位结果转换到参考坐标系(即人体坐标系)的方法。该方法在人体外部表面上设置了两个参考目标永磁体,基于这两个参考目标永磁体建立参考坐标系,再将定位结果转换到该坐标系下。从而减少人体移动的干扰误差。最后,由于磁定位算法对于圆柱型的永磁体只能实现五维参数磁定位(包括了三维位置坐标参数和两维方向向量参数),并不能得到目标永磁体自身的旋转角度参数。本文提出了采用图像定位与磁定位相结合的六维混合定位算法。该算法在实现永磁体五维参数磁定位的同时,也可以得到永磁体自转角度的参数。以此实现了永磁体的六维位姿磁定位。同时实验结果表明,该方法也比磁定位方法更为精确。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH776.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 无线胶囊内窥镜发展现状
        1.1.2 无线胶囊内镜存在的问题
    1.2 定位技术的发展状况
        1.2.1 超声定位技术
        1.2.2 射频定位技术
        1.2.3 视觉定位技术
        1.2.4 磁定位技术
    1.3 静磁场定位算法综述
    1.4 本课题主要研究内容
第二章 磁场模型与实验台设计
    2.1 磁偶极子模型
    2.2 实验台搭建
        2.2.1 磁定位系统的硬件设计
        2.2.2 磁定位系统的软件设计
第三章 磁定位算法
    3.1 磁偶极子模型下的单目标跟踪定位算法
        3.1.1 线性算法
        3.1.2 非线性算法
        3.1.3 Levenberg-Marquardt算法
        3.1.4 线性算法与非线性算法的结合
    3.2 磁偶极子模型下的多目标跟踪定位算法
第四章 磁定位算法的误差修正
    4.1 磁偶极子模型近场修正
        4.1.1 近场误差的修正方法
        4.1.2 近场磁定位方法
    4.2 人体移动干扰的修正
        4.2.1 参考目标永磁体方向正交时
        4.2.2 参考目标永磁体方向不正交时
第五章 图像定位与磁定位混合算法
    5.1 空心圆柱永磁体六维参数的建立
    5.2 目标参数的确立
    5.3 图像定位算法
        5.3.1 四种坐标系的定义
        5.3.2 各坐标系之间的转换
        5.3.3 SIFT特征点的提取与匹配
        5.3.4 参数求解算法
    5.4 磁定位算法
    5.5 混合定位算法
    5.6 实验结果
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读硕士学位期间完成的学术成果

【参考文献】

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本文编号：2862165