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无线内窥镜定位系统的研究

作　者: 方亮
导　师: 张兴
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电工理论及新技术
关键词: 无线内窥镜永磁磁体磁性定位 PIC16F877
分类号: TH776.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

内窥镜经过100多年的研究与发展,已在诊断类医疗仪器中占有重要的一席之地。近年来,出现了具有高分辨率、电子成像、无痛、无创等特点的无线电子内窥镜。其中,外磁场驱动的无线内窥镜实现了内窥镜的无线驱动,在医疗领域有着广泛的应用前景,具有微创伤、无痛苦、诊疗费用低等特点。无线内窥镜要完成检测、维修作业,必须要形成高度自治的控制系统,其自身定位能力是关键。由于无线内窥镜本身的特点,其位置的非接触式在线定位检测一直是个难题。本文提出了一种基于磁性定位原理的非接触式无线内窥镜在线定位检测方法。本文首先对无线内窥镜作了介绍,分析了无线内窥镜的研究现状、主要研究内容及相关技术。接着对各种微型机器人的定位方法和传感器进行了比较分析,对磁性定位原理和霍尔传感器进行了深入研究。简述了磁性定位系统的特点,对本课题的研究价值和难点作了分析。然后计算了内窥镜中圆柱永磁体的磁场模型,并采用ANSYS有限元分析软件对永磁体空间磁场进行了仿真分析。文中详细介绍了永磁体模型的二维、三维有限元模型的建立、分析过程和分析结果。根据分析所得结果进行了模型的简化,以提高分析效率。在模型建立的基础上,最后针对磁性定位的原理,提出了基于单片机PIC16F877的内窥镜定位电路的设计思路。

全文目录

第一章绪论  12-27
  1.1 问题的提出及研究意义  12-15
    1.1.1 问题的提出  12-13
    1.1.2 研究的意义  13-15
  1.2 内窥镜发展简介  15-16
  1.3 国内外研究现状  16-25
    1.3.1 国外医用无线内窥镜的研究进展  16-21
    1.3.2 国内医用无线内窥镜的研究进展  21-24
    1.3.3 无线内窥镜研究现状分析  24-25
  1.4 本课题的研究目的和研究内容  25-27
第二章无线内窥镜定位理论研究  27-35
  2.1 常用定位方法  27-29
    2.1.1 无源定位技术  27-28
    2.1.2 有源定位技术  28-29
  2.2 无线内窥镜定位传感器的选择  29-32
    2.2.1 有源定位传感器的分类和选择  29-31
    2.2.2 霍尔传感器  31-32
  2.3 无线内窥镜的定位原理  32-33
    2.3.1 磁性定位原理  33
  2.4 本课题的研究价值及难点分析  33-35
第三章永磁磁体结构和电磁设计计算  35-52
  3.1 永磁磁体的结构设计  35-37
    3.1.1 永磁体的结构  35-36
    3.1.2 永磁材料简介  36-37
    3.1.3 永磁材料的选择  37
  3.2 永磁体空间磁场的计算  37-41
    3.2.1 径向分量 B_r  39-40
    3.2.2 方位角分量 B_θ和轴向分量 B_z  40
    3.2.3 直角坐标系下的磁感应强度表达式  40-41
    3.2.4 用 MATLAB仿真模型  41
  3.3 永磁磁体电磁设计计算  41-48
    3.3.1 计算机仿真设计工具  41-42
    3.3.2 磁体的二维磁场计算  42-45
    3.3.3 磁体的三维磁场计算  45-48
  3.4 永磁体模型的简化  48-52
    3.4.1 磁偶极子的磁场  48-50
    3.4.2 模型仿真对比  50-52
第四章无线内窥镜定位系统的设计  52-60
  4.1 霍尔传感器阵列  52
  4.2 多路信号处理及转换电路  52-55
    4.2.1 采样保持电路  53
    4.2.2 多路开关  53-54
    4.2.3 减法放大电路  54-55
    4.2.4 A/D转换  55
  4.3 单片机及控制时序发生电路  55-58
    4.3.1 单片机  55
    4.3.2 PIC单片机优点和特点  55-57
    4.3.3 控制时序发生电路  57-58
  4.4 基于串口通信的计算机接口  58-60
第五章总结与展望  60-62
  5.1 总结  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文情况  65

无线内窥镜定位系统的研究

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