基于MEMS傳感融合技術(shù)的內(nèi)鏡跟蹤定位系統(tǒng)研究.pdf

1、在現(xiàn)代醫(yī)療領(lǐng)域,內(nèi)鏡以及以內(nèi)鏡為基礎(chǔ)的成像技術(shù)已經(jīng)成為醫(yī)生觀察病灶組織性狀、早期疾病診斷、提高診斷效率和準(zhǔn)確率的主要手段。然而,在內(nèi)鏡檢查中,病灶的定位主要依靠醫(yī)生通過(guò)內(nèi)鏡圖像做出的經(jīng)驗(yàn)性判斷,診斷耗時(shí)長(zhǎng)、存在主觀誤判,而且需要在前期對(duì)醫(yī)生進(jìn)行大量的相關(guān)培訓(xùn)。為了解決這一問(wèn)題,本課題提出了一種基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感融合的內(nèi)鏡實(shí)時(shí)定位技術(shù),通過(guò)該技術(shù),醫(yī)生在操作內(nèi)鏡的同時(shí),可以獲得內(nèi)鏡在體內(nèi)的實(shí)時(shí)位置和姿態(tài)信息,從而提高診斷的效率

2、和精度,減少病人在檢查過(guò)程中的痛苦。
　　MEMS傳感融合技術(shù),利用多個(gè)傳感器對(duì)同一目標(biāo)的不同狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)各個(gè)傳感器的特點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ),濾波,收斂,從而綜合解算出目標(biāo)的特征信息。本課題提出的MEMS傳感融合技術(shù),將MEMS三軸加速度計(jì)、磁場(chǎng)傳感器以及陀螺儀安裝在內(nèi)鏡前端探頭中,通過(guò)慣性導(dǎo)航信息處理技術(shù)得到探頭的實(shí)時(shí)姿態(tài)信息,結(jié)合人體外部的數(shù)個(gè)磁場(chǎng)激勵(lì)源,通過(guò)磁場(chǎng)定位的方式得到內(nèi)鏡在體內(nèi)的位置信息,最后在上位機(jī)中,利用數(shù)字人和圖像

3、三維重建的方式,將內(nèi)鏡與體內(nèi)器官的相對(duì)位置和朝向,直觀再現(xiàn)出來(lái),供醫(yī)生在診斷過(guò)程中參考。
　　本文詳細(xì)闡述了多傳感器定位系統(tǒng)的技術(shù)原理和設(shè)計(jì)方案,介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)以及弱磁性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建過(guò)程,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。
　　本文將課題的主要工作和成果介紹如下:
　　1.設(shè)計(jì)了一種基于MEMS傳感融合技術(shù)的多傳感器的內(nèi)鏡姿態(tài)定位系統(tǒng)。完成以陀螺儀為核心的三傳感姿態(tài)解算方案,同時(shí)創(chuàng)新性地引入磁場(chǎng)位置定位

4、簡(jiǎn)化模型,相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。
　　2.設(shè)計(jì)制作了弱磁性實(shí)驗(yàn)平臺(tái),包括三軸金屬轉(zhuǎn)臺(tái)和移動(dòng)式定位支架等部件,可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的姿態(tài)和位置定位精度進(jìn)行測(cè)量評(píng)估。
　　3.在上位機(jī)中利用MFC構(gòu)建傳感數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析界面,利用MITK工具對(duì)人體器官進(jìn)行重建,并利用OPENGL庫(kù)來(lái)直觀再現(xiàn)內(nèi)鏡在人體內(nèi)的位置和姿態(tài)朝向,初步完成了一體化的傳感數(shù)據(jù)采集,信息融合解算,數(shù)字人虛擬模型同步再現(xiàn)的人機(jī)交互界面。
　　4.設(shè)計(jì)了三軸靜