医用电磁导航实验系统的研究

电磁导航是以磁场空间定位技术为核心,与信号处理、计算机、应用数学等技术有机结合的产物。近年来在诸多领域尤其是医疗方面得到了广泛的应用。 本文在深入研究正交磁偶极子磁场三维定位方法的基础之上,给出了求解非线性磁场方程的数值解法,并且通过典型参数下的仿真实验证明了逆Broyden法可以实现对非线性磁场方程的实时、有效求解。基于逆Broyden法的定位区间讨论,给出了实际应用中磁场定位的适用区域。鉴于实际加工过程中存在的偏心偏角误差,本文建立了涵盖这种误差的数学模型。在分析其对定位精度影响的同时,提出了一种误差辨识与校正的方法。仿真分析表明,这种方法可以有效地减少线圈偏心偏角带来的定位误差,为实际导航系统的开发提供了必要的理论依据。 考虑实际典型定位系统的需要,设计开发了电磁导航实验系统的硬件电路。通过对正交发射线圈及其驱动控制电路的设计,实现了对一定强度和精度的正交似稳磁场的时分发射。在接收端,利用高性能的磁阻探头实现了对磁场信号的接收、放大、滤波与数据采集。 在电磁导航系统软件的程序设计中,将非线性方程求解算法、线性与非线性误差校正算法、以及时分信号处理算法作为应用程序的核心算法,完成了时分磁场信号向定位坐标数据的转化。采用OpenGL三维图形编辑功能,使定位效果得以清晰的形象显示。 最后,通过对整个定位系统的性能评价,得到了一些必要的定位参数,指出了不同定位区间内定位精度的差别,分析了产生误差的原因,为系统的改善提供了依据。另外,对医用电磁导航系统的实际应用及进一步研究设想进行了简要的介绍。