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体内金属物的无创探查系统

作　者: 赵丽英
导　师: 李刚
学　校: 天津大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 涡流传感金属异物数字锁相过采样技术系统比例测量法
分类号: TH776
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
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内容摘要

日常生活或临床手术中,金属异物可能进入或滞留体内,对人体产生一定的危害,多数情况下必需取出。体内金属异物的准确定位是其快速取出的首要条件,现有的定位方法中金属探测仪是一种简单便携又无损害的定位方式。此外,金属探测仪可以检测隐藏的金属物体,广泛应用于国防、公安、海关的安全检查以及建筑施工中。但是目前大多数金属探测仪的抗干扰能力差,测量灵敏度较低,不能对探测目标定位。针对这些问题,本文利用各种微弱信号检测方法,探索和设计了一种基于涡流传感原理的具有高灵敏度、高稳定度、实现方法简单方便的体内金属物无创探查系统,也可作为金属探测仪使用。金属探测仪是基于金属导体的涡流效应,应用涡流传感器非接触测量位移的方法来实现的。初步的涡流传感实验说明小金属物的涡流效应很微弱,系统实现的关键是对微弱变化信号的高灵敏度、高分辨率检测,因此,将数字锁相检测技术、过采样技术和系统比例测量方法相结合,根据系统的设计要求制定了实现方案并在此基础上搭建了体内金属物的无创探查系统。设计的体内金属物无创探查系统从激励源、传感器本身、测量电路和信号采集处理多方面进行研究和改良,从而提高检测灵敏度和可靠性。该系统通过控制单元实现信号激励和采集处理同步进行,提高了系统的稳定性;采用自制的检测线圈,并将恒流源电路和谐振电路相结合,简化了测量电路,提高了检测的灵敏度;采用数字锁相检测技术对变化微弱的交流信号进行处理,以滤除待测频率以外的各种噪声,提高信噪比;运用过采样技术进一步提高了ADC的转换精度,降低了系统的本底噪声,提高了检测精度和分辨率;引入系统比例测量方法,减小了激励信号幅值波动及ADC基准电压波动对系统测量精度的影响。由于体内小金属物的涡流效应很微弱,对于测量电路和信号采集处理方法有较高的要求。根据数字锁相检测算法的不同要求,分别搭建了以ADuC841和ADSP-BF506F为控制单元的系统,并对不同金属物进行了位置检测实验。通过对系统灵敏度、稳定性和精度的评估可知,对20mm×15mm×0.8mm的铁块、铜块及一元硬币,在0～60mm范围内,系统能准确探查出金属物的有无,并能检测到金属物的位置,空间分辨率小于5mm,同时系统对不同性质的金属物有一定的定性分辨能力。与现有的金属探测仪相比,该系统简单易用,抗干扰能力强,重复性好,为体内金属异物的快速排查定位提供了一种简便实用手段。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 引言  8
  1.2 体内金属异物定位的研究现状  8-10
  1.3 金属探测仪的研究现状  10-11
  1.4 论文的研究目的、内容及结构  11-13
第二章实现原理及系统方案  13-27
  2.1 涡流传感  13-18
    2.1.1 涡流传感器原理  13-15
    2.1.2 涡流传感实验研究  15-18
  2.2 数字锁相检测  18-24
    2.2.1 数字锁相算法理论基础  18-19
    2.2.2 四倍采样的简易数字锁相算法  19
    2.2.3 过采样技术  19-21
    2.2.4 基于过采样的数字锁相算法  21-23
    2.2.5 结合过采样的数字锁相检测电路  23-24
  2.3 系统设计要求  24-25
  2.4 系统方案及总体设计  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章体内金属物无创探查系统的设计  27-49
  3.1 系统工作原理  27-28
  3.2 系统硬件设计  28-38
    3.2.1 激励源的设计  28-30
    3.2.2 传感器的设计  30-32
    3.2.3 测量电路的设计  32-36
    3.2.4 精密整流电路的设计  36-38
  3.3 系统软件设计  38-39
    3.3.1 软件算法设计  38
    3.3.2 控制单元的选择  38-39
  3.4 以ADuC841为控制单元的系统  39-43
    3.4.1 系统整体设计  39-40
    3.4.2 激励信号单元的设计  40-41
    3.4.3 系统软件设计  41-43
  3.5 以ADSP-BF506F为控制单元的系统  43-47
    3.5.1 系统整体设计  43-44
    3.5.2 激励信号单元的设计  44-45
    3.5.3 系统软件设计  45-47
  3.6 本章小结  47-49
第四章实验研究及系统评估  49-60
  4.1 体内金属物无创探查系统的实验研究  49-54
    4.1.1 数字锁相检测中过采样的应用分析及实验  49-51
    4.1.2 以ADuC841为控制单元的系统实验  51-52
    4.1.3 以ADSP-BF506F为控制单元的系统实验  52-53
    4.1.4 误差分析  53-54
  4.2 体内金属物无创探查系统的评估  54-57
    4.2.1 系统的总体评估  54-55
    4.2.2 系统灵敏度的评估  55
    4.2.3 系统稳定性的评估  55-56
    4.2.4 系统测量精度的评估  56-57
  4.3 不同金属物的位置检测实验  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章结论与展望  60-62
  5.1 结论  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-65
发表论文和科研情况说明  65-66
致谢  66

体内金属物的无创探查系统

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