人工耳蜗微电极阵列检测系统研究

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人工耳蜗是感音神经性听力损失患者的最有效治疗装置,通过植入体尾端微电极阵列输出声音信号刺激人体。目前人工耳蜗产品的微电极阵列质量检测依靠人工手持探针检测,存在精确定位困难,易损坏电极表面、检测一致性差等缺点。为了改善上述缺点,本文对自动化微电极阵列检测系统的相关技术展开研究,并设计搭建检测系统样机。通过检测需求和实际流程分析布置系统功能模块,确定系统检测方案并设计系统机械结构部分。针对定位及检测方式,设计PC上位机+运动控制卡两级计算机控制系统,并编写控制系统软件程序。检测系统样机实现对微电极阵列中各电极环识别,自动控制探针实现定位及柔性接触,导通检测设备与电极环。根据显微视觉检测要求,定制针对图像自动识别的图像处理方案及处理流程。使用两种图像清晰度评价函数控制自动调焦机构,准确获取目标清晰图像;运用改进的Canny边缘检测算法及流程,准确识别和获取图像边缘轮廓;采用灰度投影原理提取感兴趣区域,精确提取探针和微电极环特征点坐标;利用多特征代价函数与代价函数-预测窗口-目标匹配流程,稳定实现特征对象识别和运动跟踪。针对运动控制和接触力控制阶段需求差异,提出基于图像偏差反馈运动控制以及基于位置阻抗控制的混合控制策略。对检测系统建立图像坐标与基准坐标系的变换关系,通过图像偏差量计算和有限状态机控制运动,实现准确定位;计算柔性接触要求的力控制范围,分析接触过程并建立了探针与微电极阵列接触等效模型,达到接触力阻抗控制目标。设定自动化检测流程,在样机系统中对微电极阵列进行检测实验,展示微电极阵列检测流程及步骤,实现探针准确定位和柔性接触电极环的系统功能,验证运动定位和力控制的有效性。
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