内窥镜导管电磁定位跟踪系统

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1、分类号：TP2学校代号：1Q1Q9密级：公开硕士学位论文THESISOFMASTERDEGREE(学术型）论文题目：内窥镜导管电磁定位跟踪系统研翅生名:冯忠晴____________________指导教师：胡超教授_________________堂糾专业：控制理论与控制工程________学习年限：2〇12年9月一2015年7月论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写的研宄成果。与我一同工作的同

2、志对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：洛穿满日期:多0^丫分类号：TP2学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（学术型）学位论文题目：内窥镜导管电磁定位跟踪系统研究生姓名：冯忠晴导师姓名及职称：胡超教授培养单位：电子信息工程学院专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2015年4月1日论文答辩日期：2015年5月19日答辩委员会主席：中文摘要导管式内窥镜在工业及医疗界有广泛的应用。由于内窥镜导管在物体内的操作过程人眼无法直接观察到，其导管

3、的位置形态不能估测，从而影响操作人员对内窥镜的操作。如医生在临床使用内窥镜时，不能够观测到内窥镜导管在人体内的位置与形态变化，造成进退操作困难，会增加病人的痛苦，也可能造成医疗事故。所以，需要有一种实时的检测装置将导管的形状进行测量并完整的显示出来提供给操作者进行观测，以提升对导管的操作精度和质量。目前常用的观测内窥镜导管的方法是采用X光成像技术，但是该技术会给操作者和操作对象带来辐射，影响健康；而且设备大、价格昂贵、使用不方便。因此，本文提出电磁定位跟踪技术。该技术具有高精度，无辐射，无遮挡问题的优点。使用该技术实现对内窥镜

4、导管及镜头的运动变化的实时定位跟踪，并在显示器中给操作者显示导管的完整形态，从而提高操作者对导管内窥镜的操控能力，提升操作质量。基于电磁定位的基本原理，本文提出了硬件系统方案，制作了电磁激励线圈与传感感应线圈，设计了正弦信号发生电路和信号放大滤波接收电路，实现了激励线圈与感应线圈的高效耦合。依据电磁感应原理，系统在物体外设置了三轴激励线圈，并在导管上设置多个三轴感应线圈。通过软件即最小二乘拟合算法的计算，提取了接收信号的幅值与相位参数；本文首次提出对带噪声的饱和畸变正弦信号进行拟合重建，并提取准确的耦合正弦信号，大大提升了定位

5、量程。进一步根据磁偶极子模型，通过解析计算的方法对导管上多个感应线圈的磁场强度与空间位置、方向进行了计算，得到了它们的三维位置参数和三维方向参数；根据这些位置方向参数可以重建出导管的完整形态。关键词：导管内窥镜；电磁定位；正弦信号参数提取；最小二乘拟合IABSTRACTTheendoscopeswithcatheterhavebeenwidelyused.Sincetheprocesstooperatetheendoscopeintheoperatedtargetcannotbeobserveddirectly,theposi

6、tionandshapeofthecathetercannotbeestimated,andthisaffectstheoperationtotheendoscope.Forexample,whendoctoroperatestheendoscopeinclinical,theoperationofbackandforthtotheendoscopewouldincreasepainstopatient;whatismore,itcanalsocausemedicalmalpractice.Therefore,thereisa

7、needtomeasurethepositionandshapeofcatheterintheoperatedtargetandthendisplaythewholecathetertoprovidefortheoperator,inordertoimproveaccuracyandqualityoftheoperation.Now,themostpopularmethodisX-rayimagingtechnologytoobservethewholecatheterinoperation.However,X-rayisat

8、echnologywithradiationandisharmfultooperator,and,theequipmentisbig,thefeeisexpensive,it'sinconvenienttouse.Therefore,it'sproposedtheelectr