肠道胶囊机器人驱动系统研究与设计

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近些年来,随着社会经济的发展,生活质量的提高,老龄化趋势的加剧,人们对健康正越来越重视。而于此同时,工作、生活压力的加剧,使得绝大部分人群处于亚健康状态,对于保健,体检等医学相关领域的服务需求越来越强烈。而从以人为本的指导思想出发,对于病人微创,甚至是无创的检测、治疗方法正日益受到重视,而科技的进步发展也让这一目标成为可能。在肠道健康领域,肠道胶囊机器人以其微创,无创的特点正受到患者的青睐,此外MEMS技术,电子技术的集成使其具有更强大的功能。但总体上,肠道胶囊机器人尚处于初级阶段,仍有大量技术工作有待解决。本文将从胶囊定位的角度提出作者自己的观点,并通过仿真进行论证可行性。本文将主要解决肠道胶囊机器人驱动问题,源于现有方式患者从吞入胶囊至取得信息的周期过长,且胶囊无法控制。因此本文会从可控性,安全性等指标对现有驱动方式进行比较,并提出最为合适的驱动方式。而在定位环节,除了介绍现有的定位技术外,主要提出本文所主要研究的超声波图像法定位技术,此技术除了相对于现有技术精度更高的优点外,更大的优势在于能进行相对位置精确定位,因为在驱动环节,重要的不是胶囊相对于体外坐标的绝对位置,而是相对于肠道壁的相对位置。在仿真环节,主要通过MATLAB工具进行仿真,一方面仿真得到超声波图像法精确的相对定位效果:通过使用为本文中所用肠道扫描图片调整后的canny算法,成功的提取出肠道及胶囊的轮廓,并通过hough变换思想提取出胶囊圆心位置及半径大小,再通过一系列算法得到胶囊与肠道壁的最短距离及方向。另一方面对理论计算的亥姆霍磁线圈产生的稳横磁场进行仿真,证实了磁场具有很高的稳定性及均匀度,可以用于胶囊的运动控制,并推导出了磁场中磁介质受力的公式模型。
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