基于γ闪烁扫描法的消化道定点释药胶囊定位跟踪系统设计

摘要

近年来随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)技术、微电子技术以及新材料技术的发展，出现了如胶囊内窥镜、消化道定点药物释放系统、消化道采样胶囊、消化道生理参数检测微型装置等消化道微型诊疗装置，这类诊疗装置可以工作于消化道内，直接针对消化道内的特定目标进行诊疗活动。当消化道微型诊疗装置在人体内工作时，必须要知道其在人体内的具体位置，才能实施准确的诊断和治疗，因此定位技术是消化道微型诊疗系统的关键技术之一。
　　 目前常用于消化道微型诊疗装置的定位方法有医学成像定位、超声定位、射频信号强度定位、磁标记定位等方法。本论文综合分析了各种定位方法的优缺点，针对课题研究应用的目标装置——RECOCATM定点释药胶囊(site-specific deliverycapsule,SSDC)，首次开展了基于三维闪烁扫描法的消化道胶囊定位技术研究，设计了一套基于γ闪烁扫描法的定位系统，进行了定位模型实验和人体实验，重建出了定点释药胶囊在消化道内的三维运动轨迹。
　　 通过比较，本文选用锝99mTc对消化道微释药装置进行标注，并在受试者腹部制作体表标记点，通过ECT机采集，获得了含有特征点和标记点信息的原始图像。并在VC++6.0环境下，运用计算机图像学中的矩阵变换对图像进行数据计算，得到了电子胶囊相对于体表标记点的三维空间坐标，并调用OpenGL进行三维显示，重现了电子胶囊的肠道运动轨迹。通过鼠标拖动旋转重建图，可以清楚地观察肠道走向，点击图中的任意线段，可以查看形成线段的两个空间点的时间顺序信息和空间坐标信息。论文制作了简易肠道模型进行模拟实验，对前述软件效果进行了测试，结果表明软件的测量误差小于5mm
　　 本论文设计的定位系统，解决了微型释药装置的体外连续跟踪和三维空间定位问题。研究者和临床医生能够通过ECT直观形象地控制、观察微释药装置的工作情况，重建的轨迹图能实时记录其在消化道内的运动轨迹，对医生实施诊疗和释药装置的相关研究都有重要的参考价值。此系统定位精度高，对人体伤害小，可以独立运行，具有较强的移植性和扩展性。本论文所讨论的定位方法还可用于其它需要不可见状态下非接触式位置检测的领域。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪 论

1.1课题研究意义

1.2消化道微型诊疗系统简介

1.2.1主动引导式内窥镜

1.2.2胶囊式无线内窥镜

1.2.3消化道定点药物释放胶囊

1.2.4消化道采样装置

1.2.5消化道生理参数监测微型装置

1.2.6消化道手术机器人

1.3消化道微型诊疗系统定位技术研究进展

1.3.1医学成像定位法

1.3.2射频信号强度定位法

1.3.3电磁定位法

1.3.4超声定位法

1.3.5磁定位法

1.4 γ-闪烁扫描法在消化道释药装置定位中的应用现状

1.5课题研究目的和内容

2定位系统总体设计

2.1系统功能需求分析

2.1.1人体消化道基本结构

2.1.2口服给药装置的消化道运动特征

2.2系统总体设计方案

2.2.1硬件需求及设计

2.2.2软件设计的基本要求

2.3本章小结

3定位系统算法研究

3.1算法的提出

3.2算法介绍

3.2.1点的齐次坐标表示

3.2.2二维图形的几何变换

3.3算法模拟

3.4本章小结

4软件设计及实现

4.1软件整体设计思路

4.2各功能模块设计

4.2.1用户界面设计

4.2.2数据采集

4.2.3三维坐标计算及轨迹显示

4.3本章小结

5实验研究

5.1模型实验

5.2人体实验设计

5.2.1放射性同位素的选择

5.2.2实验准备

5.2.3实验材料及设备

5.2.4实验过程及结果

5.2.5结果分析

5.3本章小结

6总结与展望

6.1课题总结

6.2存在的问题和展望

致 谢

参考文献

附 录