智能内窥镜形状感知系统的基准空间姿态实时检测研究

摘要

内窥镜诊疗术是微创外科的重要手段，内窥镜检查是应用最广泛的结肠疾病诊疗方法。但是，在传统结肠内窥镜的操作方法中，医师仅仅凭借感觉和经验送镜，根本无法看到内窥镜在人体肠道内的形状和位置，这容易使内窥镜在病人体内出现缠绕的现象，情况严重时甚至会造成肠道穿孔，从而给病人带来更大的痛苦和危险。 “介入式内窥诊疗机器人关键技术研究”是针对以上传统内窥镜的不足之处而提出的，旨在通过对关键技术的研究来实现内窥镜检查的自动化、智能化、可视化，提高内窥检查的安全性。本项目得到了国家自然科学基金、国家863计划的资助。 作为“介入式内窥诊疗机器人关键技术研究”项目的内容之一，本论文的主要内容是在原有内窥镜形状检测和重建研究成果的基础上，设计研究内窥镜形状感知系统基准空间姿态的实时检测。围绕这一主要内容，本文介绍了实现此关键技术的理论和应用方面的研究。 第一章:介绍了本论文的研究背景以及国内外新型内窥镜技术的研究情况。 第二章:对几种现有的基准定位实时检测方法进行了分析比对，确定了本论文所采用的检测方案。 第三章:介绍了检测系统的机械结构设计，在进行理论分析的基础上设计了运动分离机构、平面电子罗盘自水平机构、传感器安装平台和连接部件；在受力分析的基础上进行了材料的选择。 第四章:;设计了检测系统的信号采集和处理，应用单片机串行口扩展分时复用技术对多传感器的检测信息进行有序采集。在第五章中，针对检测系统主要误差源，对平面电子罗盘模块的磁场干扰误差进行测试与补偿，试验结果表明所选用的补偿方法效果良好。 最后一章是对全文的总结，根据所取得的主要进展，结合检测系统的特点，提出了对今后研究工作的设想。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1引言

1.2内窥镜机器人的国内外研究现状

1.3系统概况与本论文的研究目标

1.3.1系统概况

1.3.2已有研究成果

1.3.3本论文的研究目标

1.4小结

第二章 基准定位实时检测方法的比较与方案选择

2.1引言

2.2几种物体空间位姿的实时检测方法

2.2.1基于机器视觉的检测方法

2.2.2应用类多自由度机械手臂的检测方法

2.3基于传感器应用的检测方法

2.3.1传感器的选择

2.3.2本论文的研究内容

2.4小结

第三章 检测系统的机械结构设计

3.1引言

3.2机械结构的理论分析

3.3机械结构的具体设计

3.3.1运动分解

3.3.2回转运动副的选用

3.4机构同内窥镜手柄的连接

3.4.1连接位置的选择

3.4.2连接部件的设计和改进

3.4.3结构优化

3.5传感器安装位置与线束布置

3.5.1传感器的安装

3.5.2机构运动空间

3.5.3线束布置

3.6材料选择和受力分析

3.6.1机构材料的选择

3.6.2运动机构的回复条件分析

3.7小结

第四章 检测系统的信号采集和处理

4.1引言

4.2系统硬件电路设计

4.2.1上位机通讯模块

4.2.2串口扩展模块

4.2.3传感器模块

4.3系统软件实现方法

4.3.1单片机与上位机通讯软件设计

4.3.2单片机采集传感器信号的软件设计

4.4小结

第五章 电子罗盘的误差分析及罗差补偿

5.1引言

5.2电子罗盘的误差分析

5.2.1误差来源

5.2.2罗差分析

5.2.3罗差校正技术

5.3实验及数据分析

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1研究工作取得的成果

6.2基准空间姿态实时检测系统的特点

6.3今后研究和改进的方向

参考文献

攻读硕士学位期间所完成的论文

致谢