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《上海交通大学》 2008年
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全消化道无创介入式诊查系统定位技术与实验研究

郭旭东  
【摘要】: 针对现有的胃肠动力功能研究方法的局限性,本文以国家自然科学基金(编号:30570485)、国家863计划(编号:2006AA04Z368)和国家教育部博士点基金(编号:20040248033)资助项目为依托,研制了能在正常生理状态下获取胃肠道生理参数的微型无创介入式诊查系统,并针对系统中微型介入式装置的定位技术进行了深入的研究,设计开发出一种原理可行、满足实用要求、性能稳定可靠的定位系统。全消化道生理参数微型无创介入式诊查系统定位技术作为多学科交叉技术,综合了传感器、计算、无线通信、信息处理、微机电系统、人工智能等众多技术。 本文提出了解决正常生理条件下人体全消化道多种运动生理参数的无创检测的研究目标,设计了生理参数无创介入式诊查系统的总体结构方案,确定了系统模块化设计的思路,分析了系统实现过程中面临的主要技术问题,研究了在空间和能源严格限制下实现所需功能的方法,并详细介绍了系统各功能模块的设计原理与实现,包括系统主要组成部分的介入式生物遥测胶囊的组装方式,以及系统的人体实验情况。 针对系统的一项关键技术:生物遥测胶囊在体内的跟踪定位问题进行了深入研究和探讨。为了寻求合适的定位原理,在分析了当前同类或类似研究工作后,首先研究了基于超声回波检测的分段定位法及其实验,鉴于超声定位法的局限性,随后提出并研究了三种跟踪定位方法:永磁标记定位法、脉冲励磁定位法和交流励磁定位法。 在永磁标记定位法研究中,给出了磁标记法定位原理,基于等效磁荷原理建立了永磁标记定位法的定位模型,采用磁场有限元分析计算,对永磁体进行了材料选型和尺寸设计,研究了消除静态和准静态背景干扰磁场的算法,设计了系统方案,搭建了完整的系统软硬件平台,完成了实验研究。在本文设计的永磁标记定位方案中,选用新型磁阻传感器,扩大可定位的距离,减少定位方案所需的传感器数量;并采用离散差分法消除背景磁场的干扰,提高了定位精度。 随后研究了脉冲电流励磁定位法的定位机理、方案设计、系统建模、系统软硬件实现、算法设计,并完成了实验验证。提出不依赖于初值的全局优化算法—神经网络能量法,成功地求解出目标的位置和姿态角;在系统硬件设计中,采用分辨率极高的磁传感器,扩大了可定位范围。 针对静磁检测定位法定位精度低、抗干扰能力差的局限性,提出了全新的交流励磁定位方案。研究了交流励磁定位法的定位原理;在定位建模中,将连续磁场源的效应由离散场源集合的叠加效应予以等值替代,基于场源的离散叠加效应和Taylor级数,推导了新的定位模型,并通过仿真实验验证了模型的正确性和相比于常用的磁偶极子模型的优越性;研究了收敛速度快、精度高的参数自调整的邻域微粒群优化算法作为定位算法,避免了常规算法在求解超静定的定位非线性问题时出现的依赖于初始值、容易陷入局部极小值、收敛速度慢的缺陷,新算法实现了对遥测胶囊位置坐标准确而快速地求解;然后,设计开发了定位系统样机,在系统设计中采用基于ΔΣ计算技术的有效值检测方式,提取交变信号的特征量,无需实时采集动态波形,简化了数据采集、存储和处理;引入数据校正法对定位数据进行校正,具体研究了HMQ插值校正法、高阶多项式校正法、基于L-M贝叶斯正则化的BP网络校正法,解决了以上方法应用于定位校正的关键技术难点,通过校正实验对比,最终确定了校正效果最好的算法-基于L-M贝叶斯正则化的BP算法,使校正后的定位系统精度获得了进一步提高;最后,设计了定位实验平台、完成了实验研究,优化了定位系统参数。 定位实验结果表明,相比永磁标记定位法和脉冲电流励磁定位法,交流励磁定位法具有更优的性能。交流励磁定位方案成功实现了不可见状态下目标物的空间位置的非接触式测量,能满足生物遥测胶囊在人体内的定位要求。设计开发的交流励磁定位系统具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、定位范围宽、定位精度高等特点。该项定位技术还能适用于其它类似的介入式诊疗装置的位置跟踪。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TH776

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘平;胶囊内窥镜图像采集存储系统开发研究[D];华南理工大学;2012年
【参考文献】
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1 王玮;王丹;冯培德;;基于光电探测系统的地面车精确定位定向技术[J];北京航空航天大学学报;2007年08期
2 侯文生,郑小林,彭承琳,彭小燕,吴旭东;基于永磁体空间磁场检测的体内微型诊疗装置定位系统的研究[J];北京生物医学工程;2004年02期
3 侯文生,郑小林,彭承琳,彭小燕,吴旭东;基于磁定位的消化道微型药物释放装置动态跟踪技术研究[J];北京生物医学工程;2005年01期
4 郭宝生,赵英华,郭振彬,江玉红,孙刚;二维超声对胃排空的检测[J];中国超声诊断杂志;2004年04期
5 李军远;李盛凤;陈宏钧;张晓华;;基于磁偶极子模型的管道机器人定位技术研究[J];电波科学学报;2006年04期
6 潘启军,马伟明,赵治华,康军;磁场测量方法的发展及应用[J];电工技术学报;2005年03期
7 刘陵顺,姜忠山,梁慧敏,刘茂恺;永久磁铁工作点的优化计算[J];低压电器;2000年02期
8 赵华敏,陈开周;解非线性方程组的神经网络方法[J];电子学报;2002年04期
9 唐劲飞,龚沈光,王金根;基于磁偶极子模型的目标定位和参数估计[J];电子学报;2002年04期
10 李建新,陈新,刘心宇;用四面体结构磁偶极子对内窥镜定位探头微型化的研究[J];福州大学学报(自然科学版);2002年06期
【共引文献】
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1 郭丙华;;基于计算机网络的智能可视对讲监控系统设计[J];安防科技;2006年12期
2 康丽;邵玉斌;;基于MPEG4的数字视频智能监控系统[J];安防科技;2007年06期
3 李玉忠;;光纤传感测试装置中微弱信号的处理[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年03期
4 赵青生;娄明连;;磁性肥料(诱导磁场)对种子萌发影响的试验研究[J];安徽大学学报(自然科学版);1993年04期
5 张红;;热电偶测温系统误差剖析及处理对策[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期
6 许川江;;电阻应变测量技术在施工中的应用[J];安徽建筑;2008年02期
7 王心祥,渠彦;自拟保肝降脂汤治疗脂肪肝120例[J];安徽中医临床杂志;2002年05期
8 朱春江;唐德善;;基于线性规划模型的农业种植业结构优化研究[J];安徽农业科学;2006年12期
9 王建林;陆翠珍;檀华蓉;周桂珍;;磁场处理对玉米种子中氨基酸含量的影响[J];安徽农业科学;2010年35期
10 程八五,钟能华;肝源性溃疡患者幽门螺杆菌感染分析[J];安徽医学;2001年04期
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1 侯正军;陈玉华;;无铅焊料的发展情况[A];2004中国电子制造技术论坛——电子整机无铅化焊接技术学术研讨会论文集[C];2004年
2 陶志强;陈建升;丁佳培;范琳;杨士勇;;微电子封装用环氧材料研究进展[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
3 赵志平;曹立新;;某型导电胶在微带板键合技术中的应用[A];制造业数字化技术——2006中国电子制造技术论坛论文集[C];2006年
4 曹正柳;谢庆斌;;痞之辩惑论[A];江西省第八次中西医结合活血化瘀学术研讨会暨心脑血管病培训班论文集[C];2009年
5 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 刘旺锋;王硕;;基于FPGA的水下传感节点QPSK调制解调模块设计与实现[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 ;A Multiple Tuning Method for PID Controllers Using Constrained Particle Swarm Optimization[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
8 李勇刚;李浩;阳春华;王莎;;基于NIWVP-PSO的沉铁过程铁离子浓度软测量[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 陈会勇;陈宗海;;主动轮廓线模型的算法综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
10 王威;吕恩基;张燕;赵金茹;;针刺对肠易激综合征大鼠NO及NOS水平的影响[A];2011中国针灸学会年会论文集(摘要)[C];2011年
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1 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 王正家;ACA互连的多因素作用分析与性能优化[D];华中科技大学;2010年
5 高雪瑶;语义特征造型的与历程无关技术的研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
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8 常旭;低维碳纳米材料和冰纳米管的结构与物性的数值模拟研究[D];南京大学;2010年
9 张克涛;变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D];北京交通大学;2010年
10 彭宏;基于机器学习方法的数字音频水印技术研究[D];电子科技大学;2010年
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5 韩福冬;再生混凝土基本力学性能的数理统计分析和可靠度研究[D];山东科技大学;2010年
6 邵建桥;液压混合动力汽车能量再生系统特性仿真研究[D];山东科技大学;2010年
7 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
8 孙磊;集成多路单体液压支柱密封质量监测仪的设计[D];山东科技大学;2010年
9 于振涛;矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究[D];山东科技大学;2010年
10 张祖华;2-PPa移动并联机构运动学设计[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 倪绪能,胡涛,张志刚;利用VC++实现基于DirectShow的视频捕获[J];电视技术;2003年10期
2 谢翔;李国林;张春;王志华;;一种双向、数字式微型无线内窥镜系统设计[J];固体电子学研究与进展;2007年01期
3 付国强,梅涛,孔德义,张彦;无线微型机器人肠道内窥镜系统中图像采集与无线传输子系统的设计[J];光学精密工程;2002年06期
4 刘波;王建华;倪鹏;;基于DirectShow的视频采集和传输[J];哈尔滨师范大学自然科学学报;2009年04期
5 郭昊;;基于DirectShow技术实现视频采集[J];火控雷达技术;2008年02期
6 李传国;颜国正;王坤东;姜萍萍;;主动可控内窥镜胶囊机器人研究[J];测控技术;2010年04期
7 窦军;;快速分形真彩图像压缩方法的实现[J];计算机工程与应用;2011年28期
8 肖长健;;浅谈DirectShow技术捕获视频流中帧图像[J];计算机时代;2009年11期
9 黄胜;陈锦昌;黄平;;基于ov7930芯片磁控人体胶囊式无线内窥镜的研究与实验[J];机电工程技术;2007年12期
10 朱尹华;周尚波;王兴星;谢磊;周庆;;基于DirectShow视频帧实时捕捉的设计与实现[J];计算机应用与软件;2011年01期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李晴辉;PACS系统中图像压缩算法的研究[D];重庆大学;2002年
2 罗敏;PACS的研究与应用[D];重庆大学;2005年
3 江桂华;PACS环境下医学编码在结构化报告模块中的应用研究[D];第一军医大学;2006年
4 陈升来;基于小波变换的遥感图像压缩及其DSP实现[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
5 伞兴;静态图像压缩方法研究[D];中国科学技术大学;2007年
6 杨丽;无线内窥镜系统设计及内窥镜图像压缩编码算法研究[D];重庆大学;2008年
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1 张益波;PACS中基于DICOM打印管理的研究与实现[D];浙江大学;2003年
2 张利佩;PACS系统中医学影像诊断工作站的研究与实现[D];吉林大学;2005年
3 刘艳;消化道无线内窥镜之影像工作站的研究与开发[D];重庆大学;2005年
4 刘仲明;PACS医学影像文件存储方法的研究[D];重庆大学;2005年
5 沈健;胶囊内窥镜系统的研究[D];南京航空航天大学;2006年
6 陈亮;胶囊内窥镜无线图像传输系统研究[D];南京航空航天大学;2007年
7 李巍;基于USB总线的视频采集系统设计[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2007年
8 盖玉玲;机房管理及系统网络化设计[D];成都理工大学;2009年
【二级参考文献】
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1 陈大志,张广军;基于地标图像信息的惯导系统误差校正方法[J];北京航空航天大学学报;2003年01期
2 陈玲,李少洪;可消除定位模糊的无源时差定位算法[J];北京航空航天大学学报;2005年01期
3 崔建国,郑小林,侯文生,皮喜田,彭承琳;用于肠道药物释放和采样的遥控式微型药丸的研制[J];北京生物医学工程;2004年03期
4 孙彦才,郑华,崔艳辉;多层管柱电磁探伤测井技术[J];测井技术;2003年03期
5 蒋莹,张寅,许春娣;超声对小儿厌食治疗前后胃动力学改变的探讨[J];中国超声诊断杂志;2003年04期
6 徐济仁,薛磊;最小二乘方法用于多站测向定位的算法[J];电波科学学报;2001年02期
7 邓平,李莉,范平志;一种TDOA/AOA混合定位算法及其性能分析[J];电波科学学报;2002年06期
8 刘庆彬,刘金霞;基于无线电测向的台站定位[J];电波科学学报;2003年02期
9 郭耸峰,周新民,郑崇勋,叶继伦,樊代明;胃动力障碍患者的胃电活动[J];第四军医大学学报;2000年01期
10 赵瑞珍,郑建勇,宋国乡;小波变换方法检测胃动力[J];第四军医大学学报;2001年18期
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2 单月晖;空中观测平台对海面慢速目标单站无源定位跟踪及其关键技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
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1 廖颖;微型遥测胶囊体外磁跟踪定位技术研究[D];上海交通大学;2012年
2 张培来;介入式诊疗装置的三维定位方法及系统研究[D];上海交通大学;2010年
3 张燊;信息识别与分类中的信号处理算法研究[D];北京邮电大学;2010年
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