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《上海大学》 2008年
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智能内窥镜显形系统研究

易新华  
【摘要】: 由于工作环境的复杂性和自身形状不可视等缺点,结肠内窥镜在介入过程中会发生镜体缠绕、非预期结襻等情况,给病人带来痛苦和危险。因此,用智能传感器技术、可视化技术对传统内窥镜系统进行改进并实现其形状显示和手柄部的姿态检测是急需解决的。 基于光纤光栅传感理论,本文对光纤光栅传感阵列的设计、封装方法进行了分析,并对内窥镜柔性杆形状重建方法进行了研究。考虑到光纤光栅波长的变化受温度和应变两个参数的影响,通过传感阵列的设计来消除温度对形状重建的影响。在形状重建算法上,利用柔性杆上检测到的光栅点的应变信息,推导从平面曲线到空间曲线的重建方法,并通过仿真实验和实物实验进行对比分析,验证了算法的可行性。由于传感器实际封装位置与理论位置存在差异,为了精确重构内窥镜的形状和测得每个传感点相对于内窥镜手柄部的位置,对传感器的每个检测点进行了修正,修正后的重建结果相对于前期研究有了很大的提高。考虑到柔性杆曲线形状的多样性,提出了两检测点之间的空间曲率的非线性拟合方法—逐次中值分隔算法,从与线性分隔方法对比分析可以看出,重建精度得到了提高。 由于基于光纤光栅的柔性杆形状重建方法是假定内窥镜手柄部在固定条件下重建的,而在实际的应用中,手柄是医生用来对柔性杆前端进行定位操作和进镜用的,因此,手柄姿态的变化会影响整个内窥镜柔性杆空间姿态的变化,为此提出了利用双目视觉及外加标志点的方法对端部姿态进行检测,并深入的探讨了检测误差对整个形状的影响。 在内窥镜手柄部分的位姿检测方面,主要从视觉系统的构建,标志点的设计入手,对摄像机的标定、坐标系的建立作了详细的分析与论述,建立了同时对两摄像机进行标定来推导两摄像机位姿关系的方法。为了提高视觉跟踪速度及姿态检测的实时性,在Rosenfeld的邻域标记算法基础上,提出了一种快速的邻域标记算法来提取标志点在图像中的中心位置,该方法比较原始的邻域标记算法在检测速度上得到了很大的提高。利用图像点及摄像机的标定参数求解空间点的位置,是根据两摄像机之间的位姿关系,把图像点在左右摄像机坐标系下的坐标值转化为同一坐标系下的坐标值,从而简化了空间点的求解问题。 空间点的精确度由于受诸多因素的影响,得到的每个标志点相对于全局坐标系的坐标值是有误差的,这种误差对内窥镜手柄姿态的影响非常大。本文从姿态的求解开始分析,对目前常用的求解方法进行了分析和总结,提出了基于主元分析法与最小二乘法的位姿估计方法。 在内窥镜显形系统集成实验中,分别探讨了内窥镜端部的仰俯、偏转和横滚对内窥镜柔性杆形状、姿态的影响分析及内窥镜端部柔性杆形状的修正问题。 本文在Windows XP平台上采用VC++.NET平台开发了一套实验系统,该显形系统能够满足实验测试的需要。实验结果表明该系统能够在内窥镜手柄部姿态检测的基础上实时显示内窥镜镜体的形状。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王彦;基于视觉的机械手目标识别及定位研究[D];西安理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘心宇,陈新,林东,张庆辉,田村进一;基于磁场方式的内窥镜体内三维定位方法研究[J];福州大学学报(自然科学版);2001年01期
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3 骆文博,王广志,丁海曙;计算机辅助手术系统[J];国外医学.生物医学工程分册;2001年06期
4 钱晋武,郑庆华,张伦伟,沈林勇,章亚男;渐进式内窥镜形状的感知和重建[J];光学精密工程;2004年05期
5 钱晋武,孙流川,沈林勇,章亚男;非开挖地下管线探测中的弯曲变形检测装置研究[J];光学精密工程;2005年02期
6 姜立军;甘东兵;王国荣;;基于双目视觉传感的计算机辅助骨外科手术导航模型[J];华南理工大学学报(自然科学版);2006年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 胡文静;自动人脸识别技术研究及其在人员身份认证系统中的实现[D];华东师范大学;2006年
2 高宏伟;新型光纤光栅传感复用系统的研究[D];南开大学;2006年
3 张伦伟;基于光纤光栅传感的智能内窥镜形状感知系统[D];上海大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 唐成;卢祥林;吴慧娟;吴宇;饶云江;;具有视频联动功能的光纤围栏周界入侵监测系统[J];安防科技;2010年09期
2 李姗姗;吴慧娟;卢祥林;饶云江;王杰;;基于光纤传感网技术的智能油田综合监测系统[J];安防科技;2011年08期
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9 赵德新;王葵如;李成;张锦龙;;新型光纤光栅传感网络及其MAC协议设计[J];半导体光电;2009年06期
10 崔彦平;葛杏卫;张洪亮;;机械零件直线边缘亚像素定位方法研究[J];半导体光电;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 ;Recognition of Corners of Planar Checkboard Pattern Image[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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5 王跃;陶玲;钱志余;;基于光学定位的神经外科手术导航系统关键技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 陈杰春;赵丽萍;郭鸣;;角点检测不确定度评定方法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 李大琛;于起峰;陈善广;李立群;;序列图像中目标运动的跟踪定位方法研究[A];计算力学研究与进展——中国力学学会青年工作委员会第三届学术年会论文集[C];1999年
8 薛纭;;非圆截面压扭弹性细杆的稳定性[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
9 陈金明;汤立群;;光纤光栅频谱和曝光特性研究[A];复合材料力学的现代进展与工程应用——全国复合材料力学研讨会论文集[C];2007年
10 蒋虎;王帅;刘钊;;基于角点结构特征的航空影像自动配准[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 肖毅;体育赛事背景广告曝光参数虚拟预测研究[D];上海体育学院;2010年
2 王雪;双芯长周期光纤光栅制备方法及特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
5 徐萧萧;基于特征学习与特征联想的视觉跟踪算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 李岳阳;彩色图像滤波算法的研究[D];江南大学;2010年
7 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年
8 刘鹏;高效率泵浦耦合及光纤激光器关键技术研究[D];北京交通大学;2011年
9 包健;有限精度权值神经网络优化的研究与应用[D];华东理工大学;2011年
10 黄永林;PCB光电检孔机关键技术研究及其系统实现[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
3 陈国强;准双曲面齿轮接触图像齿形轮廓和接触斑点的二维重构[D];河南理工大学;2010年
4 张聪炫;基于蚁群算法由直线光流场重建三维结构的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 胡霁;基于匹配法的嵌入式光纤光栅温度传感系统[D];南昌航空大学;2010年
6 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
7 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
8 张京钊;基于LUCC与RS/GIS的济南市生态安全评价[D];山东科技大学;2010年
9 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
10 贾伟洁;SAR影像与光学影像配准研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 薛琴;邹道文;吕珂;欧阳晶;汪胜前;刘祝华;;基于模平方处理的小波图像增强方法[J];江西师范大学学报(自然科学版);2005年06期
2 熊兴华,陈鹰,王任享;基于小波和线矩的实孔径雷达图像与TM图像的匹配[J];测绘学报;2000年01期
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9 席斌;钱峰;;机器视觉测量系统在工业在线检测中的应用[J];工业控制计算机;2005年11期
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王红涛;基于视觉的工业机器人目标识别定位方法的研究[D];西安理工大学;2007年
2 梁元月;基于双目立体视觉的工件识别定位方法研究[D];西安理工大学;2008年
3 魏敬强;基于双目立体视觉的工件识别定位与抓取系统研究[D];西安理工大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 段红旭;发动机缸体结合面孔组在线检测视觉图像定位方法研究[D];天津大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 哀微,姜德生;FBG温度传感的多路解调方法[J];传感器技术;2003年09期
2 张记龙,曾光宇;光纤光栅(FBG)传感技术及其应用[J];测试技术学报;2001年04期
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5 吕文哲;用VisualC++开发Windows环境下串行通信程序[J];电子技术应用;1997年08期
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10 刘心宇,陈新,林东,张庆辉,田村进一;基于磁场方式的内窥镜体内三维定位方法研究[J];福州大学学报(自然科学版);2001年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 丁浩,赵浩,张位在,陈高庭,方祖捷,李沈平,陈锦泰;内置光纤光栅的主动锁模光纤环形激光器输出光脉冲波长的电切换[J];中国激光;1998年05期
10 郭威,刘凯,黄永清,陈雪,任晓敏;光纤光栅布喇格波长调谐特性的研究[J];光通信技术;1999年03期
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1 张铭;杨德兴;;一种光纤光栅式飞机驾驶杆力传感器[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
2 关致和;周宏山;邵海涛;赵先龙;阮锐;;光纤光栅在海洋测绘中应用研究[A];2000年全国测绘仪器综合学术年会论文集[C];2000年
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5 闻传花;李玉权;;星间激光通信中光纤光栅的应用研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
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9 陈金明;汤立群;;光纤光栅频谱和曝光特性研究[A];复合材料力学的现代进展与工程应用——全国复合材料力学研讨会论文集[C];2007年
10 牛永昌;饶云江;胡爱姿;陈爱军;高庆;马任飞;;长周期光纤光栅带宽分析[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 袁启明 东经;人体内“偷窥”舍我其谁[N];医药经济报;2002年
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4 张灿灿 汪励;内窥镜可辅助微创冠脉搭桥[N];健康报;2006年
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7 然晓;我国医用内窥镜研制获得新进展[N];医药经济报;2004年
8 指导专家 重庆市名中医 重庆市中医院内科主任 主任中医师 王仁强 记者 许宏 实习记者 朱小娟;胃“累”了 内窥镜帮您忙[N];医药导报;2006年
9 湘讯;英研制出胶囊式内窥镜[N];中国医药报;2000年
10 何德功;日发明快速诊断癌症内窥镜[N];中国中医药报;2003年
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1 易新华;智能内窥镜显形系统研究[D];上海大学;2008年
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3 张锦龙;基于光纤光栅的传感和解调技术研究[D];北京邮电大学;2009年
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5 倪娟;光纤光栅在微波光子学中的应用[D];浙江大学;2011年
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7 颜玢玢;特殊结构光纤光栅理论与应用技术[D];北京邮电大学;2010年
8 倪凯;光纤光栅制备及传感应用研究[D];浙江大学;2011年
9 刘伟升;光纤光栅传感与光纤光栅激光器的应用研究[D];浙江大学;2011年
10 陆玉春;闪耀光纤光栅复模理论和半导体激光器线阵光纤束耦合技术研究[D];北京交通大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周勇;光纤光栅城轨计轴技术[D];武汉理工大学;2010年
2 程立伟;磁光光纤光栅的偏振相关特性研究[D];电子科技大学;2010年
3 李崇真;磁光光纤光栅的双折射特性与磁可调性研究[D];电子科技大学;2011年
4 魏文星;基于ARM的嵌入式光纤光栅振动检测系统[D];山东大学;2010年
5 程洁琳;基于变迹光纤光栅的慢光孤子特性理论研究[D];北京邮电大学;2011年
6 姜旭;基于LabVIEW的电力测温软件系统的设计与实施[D];北京邮电大学;2010年
7 赵玲君;光纤光栅传感器交叉敏感问题的研究[D];江南大学;2011年
8 万贤杰;基于可调谐光源的光纤光栅温度监测系统在电网上的应用[D];中国科学技术大学;2011年
9 张丽莹;基于光纤光栅的加速度传感技术[D];黑龙江大学;2010年
10 陈琳;基于光纤光栅的旋转叶片变形监测方法与系统研究[D];武汉理工大学;2011年
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