医用三维电磁定位系统的研究

论文摘要

三维电磁定位技术具有不受视线阻挡的优点,是一种基于电磁场基本理论和硬件电路相结合的实用技术,可提供空间中探测目标完全的三维信息。相比于其他定位技术,探测传感器在空间中移动更为方便,是电磁定位领域的研究热点,在井下探测、医疗定位、虚拟现实等领域有很好的发展前景。在现代医疗微创手术中,使用三维电磁定位系统辅以医疗成像技术,可以精确的探测医疗器械在人体中的具体位置和姿态信息,可以协助医生诊断病情,大大提高手术的成功率。本文结合电磁定位原理和传感器技术,研发了一种用于医疗微创手术的电磁定位系统,实现了手术过程中医疗器械在人体中具体位置和姿态的信息显示。在研究磁偶极子三维定位数学模型的基础上,建立了本课题电磁定位基本坐标模型。分析了旋转矩阵、欧拉角表示的求解方法,针对其解析非常困难及存在奇异点的问题,提出了对电磁定位计算方法重新改进的四元数法,可以同时求解探测目标位置和姿态信息,简化了求解步骤,缩短了求解时间。进一步地对电磁定位系统硬件平台进行设计,包括发射端线圈、接收端传感器、A/D转换电路、功率放大电路等。在接收端传感器的设计中,对比多种磁传感器的尺寸结构和数据参数,采用了磁场检测范围更广、更易于微型化的线圈传感器作为系统的末端接收传感器,区别于传统的线圈型传感器,设计了直径0.5mm的线圈传感器来适应医疗微创手术对医疗器械尺寸大小的限制,对尺寸微小而导致的磁场强度不足的问题,研制出Co含量约为80%的Co基非晶合金丝材作为其磁芯,增强了微型线圈的磁感性强度。最后进行了相关实验测试,分析实验数据和波形图,对比了几种磁芯材料对波形的影响,本文提出的微型线圈并结合Co基非晶合金磁芯所制作的传感器能很好适应医疗手术之中,提高了定位精度,满足设计需求。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵小贺

导师: 胡泓

关键词: 电磁定位,传感器,四元数法,磁偶极子,基非晶合金

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,自动化技术

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 深圳某医疗器械企业“医疗手术定位系统”项目,课题题目是“医用三维电磁定位系统的研究”

分类号: TH77;TP212;O441

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002181

总页数: 67

文件大小: 3291K

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