消化道定點施藥系統(tǒng)的磁定位軟件設計.pdf

1、隨著新材料技術、傳感器技術、特別是MEMS等技術的迅速發(fā)展，為微創(chuàng)、無創(chuàng)的消化道診療技術提供了一個可行的有效途徑。膠囊內窺鏡、消化道定點藥物釋放系統(tǒng)、消化道采樣膠囊、消化道生理參數(shù)檢測微型裝置是消化道微型診療系統(tǒng)重要的發(fā)展方向。準確確定微型膠囊在人體消化道中的確切位置，對確定內窺鏡觀察點、藥物釋放和消化道內液體采樣點都有及其重要的意義。目前常用于消化道微型診療系統(tǒng)的定位方法有超聲定位、醫(yī)學成像定位、射頻信號強度定位、磁標記定位等方法。磁

2、標記定位法利用磁場對非屏蔽物體(人體)的穿透性，可以實現(xiàn)非可視狀態(tài)下的實時定位，且具有定位精度高、對人體無創(chuàng)、操作簡便等特點。
　　 鑒于磁定位方法的上述優(yōu)點，本論文結合現(xiàn)有的磁定位硬件平臺和理論定位算法，設計了基于磁傳感器陣列的磁定位軟件，該軟件通過控制磁傳感器陣列，檢測含有永磁體膠囊產生的空間磁場變化信息，通過計算機實現(xiàn)理論定位算法，求出膠囊的位置和姿態(tài)信息，并將該信息實時的以二維和三維視圖的形式表現(xiàn)出來。
　　 本

3、論文對用于消化道微型診療磁定位系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方法進行了探索和研究。論文對磁場檢測硬件平臺中的計算機接口和控制電路進行分析，采用面向對象的編程方法，運用統(tǒng)一建模語言，將數(shù)據采集的功能進行劃分，設計了一個基于磁傳感器陣列的數(shù)據采集類，該數(shù)據采集類包含了對硬件控制電路和計算機接口電路的控制，主從式串行數(shù)據的傳輸控制，數(shù)掘的格式化輸出等功能。經實驗證明，運用該類實現(xiàn)的數(shù)據采集能夠正確地控制硬件平臺，并能得到穩(wěn)定、可靠的采集數(shù)據。數(shù)據處理包含對采

4、集數(shù)據的預處理和非線性最小二乘定位算法。數(shù)據預處理包含傳感器靈敏度差異、傳感器位置偏差以及傳感器正交性誤差，這些處理減小了由于硬件平臺設計本身和數(shù)據采集過程中產生的各種誤差，保證輸入定位算法的數(shù)據的正確性。非線性最小二乘定位算法采用版本號為2.1.3的LM算法，該算法以迭代的方式，根據目標函數(shù)尋求最優(yōu)解，算法由C語言經過重新編譯為C++語言，其執(zhí)行效率高，經實驗證明，得到的定位坐標在測量范圍內比較真實地反映了膠囊的位置。軟件采用VTK體

5、繪制的方法來實現(xiàn)電子膠囊定位信息的三維視圖顯示，通過三維建模，利用簡單的三維模型模擬了人體軀干和膠囊的運動軌跡，并能夠滿足用戶對視圖的縮放、平移、旋轉的功能，可以從不同的角度觀察膠囊在人體內的相對位置。軟件運行過程中為實現(xiàn)數(shù)據采集、數(shù)據處理、計算機繪圖、數(shù)據保存多項任務的實時并行處理，提高數(shù)據處理的效率，本文采用了Windows多線程編程方法，該方法設計循環(huán)隊列、單鏈表等數(shù)據結構作為臨界區(qū)變量，各線程均使用互斥量進行通信，確保各個線程按

6、照軟件運行的流程保持同步運行。為構造一個簡潔、友好的軟件交互界面，本文采用MFC設計軟件框架結構，通過使用靜態(tài)框架分割的方法，將Windows框架劃分為多個功能區(qū)，保證文字和圖形的合理布局，并在MFC基礎類的基礎上設計了擴展的工具條類，將軟件提供的各個功能智能、形象的展示給用戶。
　　 本論文設計的定位軟件，解決了微型診療裝置透體三維定位、連續(xù)跟蹤以及體位標定等關鍵問題，使系統(tǒng)操作者或臨床醫(yī)生能夠通過定位軟件主界面直觀的看到微型