消化道定點(diǎn)施藥系統(tǒng)的磁定位軟件設(shè)計(jì).pdf

1、隨著新材料技術(shù)、傳感器技術(shù)、特別是MEMS等技術(shù)的迅速發(fā)展，為微創(chuàng)、無創(chuàng)的消化道診療技術(shù)提供了一個(gè)可行的有效途徑。膠囊內(nèi)窺鏡、消化道定點(diǎn)藥物釋放系統(tǒng)、消化道采樣膠囊、消化道生理參數(shù)檢測(cè)微型裝置是消化道微型診療系統(tǒng)重要的發(fā)展方向。準(zhǔn)確確定微型膠囊在人體消化道中的確切位置，對(duì)確定內(nèi)窺鏡觀察點(diǎn)、藥物釋放和消化道內(nèi)液體采樣點(diǎn)都有及其重要的意義。目前常用于消化道微型診療系統(tǒng)的定位方法有超聲定位、醫(yī)學(xué)成像定位、射頻信號(hào)強(qiáng)度定位、磁標(biāo)記定位等方法。磁

2、標(biāo)記定位法利用磁場(chǎng)對(duì)非屏蔽物體(人體)的穿透性，可以實(shí)現(xiàn)非可視狀態(tài)下的實(shí)時(shí)定位，且具有定位精度高、對(duì)人體無創(chuàng)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
　　 鑒于磁定位方法的上述優(yōu)點(diǎn)，本論文結(jié)合現(xiàn)有的磁定位硬件平臺(tái)和理論定位算法，設(shè)計(jì)了基于磁傳感器陣列的磁定位軟件，該軟件通過控制磁傳感器陣列，檢測(cè)含有永磁體膠囊產(chǎn)生的空間磁場(chǎng)變化信息，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)理論定位算法，求出膠囊的位置和姿態(tài)信息，并將該信息實(shí)時(shí)的以二維和三維視圖的形式表現(xiàn)出來。
　　 本

3、論文對(duì)用于消化道微型診療磁定位系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了探索和研究。論文對(duì)磁場(chǎng)檢測(cè)硬件平臺(tái)中的計(jì)算機(jī)接口和控制電路進(jìn)行分析，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，運(yùn)用統(tǒng)一建模語言，將數(shù)據(jù)采集的功能進(jìn)行劃分，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于磁傳感器陣列的數(shù)據(jù)采集類，該數(shù)據(jù)采集類包含了對(duì)硬件控制電路和計(jì)算機(jī)接口電路的控制，主從式串行數(shù)據(jù)的傳輸控制，數(shù)掘的格式化輸出等功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，運(yùn)用該類實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集能夠正確地控制硬件平臺(tái)，并能得到穩(wěn)定、可靠的采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理包含對(duì)采

4、集數(shù)據(jù)的預(yù)處理和非線性最小二乘定位算法。數(shù)據(jù)預(yù)處理包含傳感器靈敏度差異、傳感器位置偏差以及傳感器正交性誤差，這些處理減小了由于硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)本身和數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的各種誤差，保證輸入定位算法的數(shù)據(jù)的正確性。非線性最小二乘定位算法采用版本號(hào)為2.1.3的LM算法，該算法以迭代的方式，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)尋求最優(yōu)解，算法由C語言經(jīng)過重新編譯為C++語言，其執(zhí)行效率高，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，得到的定位坐標(biāo)在測(cè)量范圍內(nèi)比較真實(shí)地反映了膠囊的位置。軟件采用VTK體

5、繪制的方法來實(shí)現(xiàn)電子膠囊定位信息的三維視圖顯示，通過三維建模，利用簡(jiǎn)單的三維模型模擬了人體軀干和膠囊的運(yùn)動(dòng)軌跡，并能夠滿足用戶對(duì)視圖的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)的功能，可以從不同的角度觀察膠囊在人體內(nèi)的相對(duì)位置。軟件運(yùn)行過程中為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)繪圖、數(shù)據(jù)保存多項(xiàng)任務(wù)的實(shí)時(shí)并行處理，提高數(shù)據(jù)處理的效率，本文采用了Windows多線程編程方法，該方法設(shè)計(jì)循環(huán)隊(duì)列、單鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為臨界區(qū)變量，各線程均使用互斥量進(jìn)行通信，確保各個(gè)線程按

6、照軟件運(yùn)行的流程保持同步運(yùn)行。為構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)潔、友好的軟件交互界面，本文采用MFC設(shè)計(jì)軟件框架結(jié)構(gòu)，通過使用靜態(tài)框架分割的方法，將Windows框架劃分為多個(gè)功能區(qū)，保證文字和圖形的合理布局，并在MFC基礎(chǔ)類的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了擴(kuò)展的工具條類，將軟件提供的各個(gè)功能智能、形象的展示給用戶。
　　 本論文設(shè)計(jì)的定位軟件，解決了微型診療裝置透體三維定位、連續(xù)跟蹤以及體位標(biāo)定等關(guān)鍵問題，使系統(tǒng)操作者或臨床醫(yī)生能夠通過定位軟件主界面直觀的看到微型