智能内窥镜微创手术器械导航研究与实现

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1、摘要机器人辅助微创手术技术融合了机械、电子、控制、传感器、生物医学、图像处理等多学科尖端技术。也是世界医学界的一个共同目标，就像在工业生产领域使用机器人代替人类劳动一样，在医疗手术过程中使用手术机器人代替医生可以长时问实施精准手术，当然这是建立在医用机器人系统的稳定性和可靠性能够满足要求的基础上。本文以实现医用内窥镜的弯曲状态检测为主要目标，借助嵌入式系统实现基本的远程信息传输，实现基于嵌入式系统上的数字信号滤波算法及，大量信息存储等工作。硬件系统设计实现了基于混合信号微处理器MSP430FG4618的检测控制电路设计和基于s3c24lO的嵌

2、入式系统设计。检测控制电路主要实现传感器信息检测，获取第一手数据资料，嵌入式系统部分主要负责实时数据滤波，数据保存和远程传输。由于此设备将使用在医疗手术过程中，硬件系统既包含数字信号又包含大量模拟信号，而且数字信号中还有高速数字信号，因此，在硬件系统设计时，应充分考虑其抗干扰和抗电磁辐射的能力，并要防止其对其他设备的干扰。结合课题研究要求，本论文完成的主要工作有包括：硬件电路设计，，嵌入式软件设计和滤波器嵌入式算法设计、仿真及其在嵌入式系统的移植。硬件部分设计部分包括差分放大电路设计，硬件滤波器设计，数据采集和嵌入式系统设计：。软件设计部分主

3、要完成了数据采集程序设计和，基于ARM．LINux嵌入式操作系统移植等；。并结合嵌入式系统中硬件资源和运算能力有限的特点，在嵌入式系统中实现了卡尔曼滤波算法。最终，提出了几个进一步进行研究的方向。首先，可以借助虚拟现实技术，利用获取的数据进行内窥镜三维重建，方便手术过程的监控。其次，可以借助无线技术，如ZIGBEE，实现系统与监控设备或手术机器人的无线信息传输，简化系统硬件结构，方便使用。再次，需要完善基于嵌入式系统的远程网络技术，可以方便远程访问，专家会诊或远程信息监控并拟合了内窥镜状态数据，并输出提，供给手术机器人使用或进行三维重建。关键

4、词：手术导航智能内窥镜嵌入式系统卡尔曼滤波AbstractRobot-assistedminirnallyinv勰iVesu唱icaltechniquecombinesmechanical，electronic，control，senSors，biomedicalimageprocessingmultidisciplinarysophisticatedtecllIlolo舒，thenledicalprofessionisme、vorldacommongoal，asinthefieldOfindustrialproductionusingrob

5、otsinsteadOfh啪aIllabour'inthemedicalstlrgicalrobotusedinthesu唱erydoctorscarIreplacethelongsu唱icaIprecision，ofcourse'isbuiitonthemedicalrobotsysfems协b诋tya11drcliabilitytomeettherequirementsofthefoundation．Inthispaper，inordertoachieVethebendings协temedicalendoscopicdetectionas

6、amajorobjectiVeinembeddedsystemswitllbasiclong—distallcetransmissionofinfonnation，embeddedsystemsbaSedondigitalsigIlalfilteringalgorithma11d，alargenumberof谊fomlationstorageandsoon．DesignandimplementatiOnofahardwaresystc_mbaSedonthemixed·signalteStMSp430FG4618microprocessorc

7、ontroIcircuitdesignandS3C24lO．basedembeddedsystemdesign．DetectioncontrolcircuitmainsensOrdetection，a11dgetfirst．h锄ddata，aJldembeddedsystemsresponsibleforsomeofmemajorreal—timedatafiIterin舀aIlddatan’姐smissionandlong—distallce．AstheequipmemwillbeusedinthemedicaIsu唱icaIprocess

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