基于MEMS传感融合技术的内镜跟踪定位系统研究

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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。
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