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人体胃肠道无创诊查系统及生物遥测胶囊磁定位技术与实验

何文辉

   本文在国家教育部博士点基金(项目编号:20040248033)、国家自然科学基金(项目编号:30570485)和国家863计划(项目编号:2006AA04Z368)的资助下,研制了人体胃肠道无创诊查系统,并对系统中生物遥测胶囊的磁定位技术作了比较深入的研究,力图找到一种原理可行,满足实用要求,使用方便可靠的磁定位方法。 本文研究了了生物遥测胶囊的总体设计方案。为了简化设计和便于功能扩展,生物遥测胶囊共分为电源管理模块、无线通讯模块、信号处理模块和微型传感器模块。本文还详细介绍了各模块的原理与实现、生物遥测胶囊的组装方式及实验情况。 本文分析了生物遥测胶囊的超声波定位和磁定位技术,并重点探讨了磁定位方法。生物遥测胶囊的磁定位包括静磁定位和交变磁定位两类方法,而磁标记法是静磁定位的典型方法,本文在磁场及磁检测的相关理论研究的基础上,较深入地探讨了生物遥测胶囊的磁标记定位问题。本文结合生物遥测胶囊自身结构特点,通过磁场有限元法的计算,选用了磁性很强的NdFeB45作为磁性材料,采用φ9×5mm的圆柱形永久磁体作为磁标记物封装在生物遥测胶囊内,定位时,通过在体外布置四个三轴传感器构成传感器阵列对磁标记物进行位置检测,然后通过改进的牛顿-拉斐森(Newton-Raphson)算法求解高次非线性超静定方程组,解出生物遥测胶囊的位置坐标。针对生物遥测胶囊的电源部分为两节氧化银纽扣电池,而这种电池的金属外壳为高导磁率的Co-Ni-Fe合金钢带的情况,本文通过相关电磁理论,采用磁场叠加原理,推导出了电池对磁场分布影响的数学模型,完善了生物遥测胶囊磁标记定位理论。 本文还详细论述了磁标记定位法的实验情况,并开发了利用磁阻传感器进行磁标记定位的相关电路。 作为利用静磁定位的重要方法,本文提出了三线圈脉冲激磁定位的新方法,实验表明,这种方法可以运用到生物遥测胶囊的定位中,而且对比磁标记法,分析了这种方法具有的优点。 本文还讨论了利用电涡流对生物遥测胶囊定位的可能性。为此,本文提出了探头激磁线圈与检测线圈分开设置,且探头激磁采取内外双线圈激磁,三个线圈同轴安装的特殊新型电涡流探头结构,这种结构有利于对目标物的远距离定位,本文推导了这种探头的理论计算公式,分析了这种探头应用到生物遥测胶囊定位中的优缺点。另外,线圈感应定位法有抗干扰能力强,检测距离远的特点,作为交变磁定位,本文也对此作了简要分析。……   
[关键词]:消化道;生物遥测胶囊;定位;磁场;永久磁体;电涡流
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:上海交通大学2007年
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