天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室， 天津 300072
胶囊内镜是一种新型的消化道检查手段，目前对胶囊内镜的跟踪定位技术仍存在动态精度低和磁干扰下跟踪失败等问题。提出了一种基于粒子滤波(PF)的磁定位方法，相比于传统的定位方法，PF方法能保证胶囊在移动过程中仍有较高的定位精度，并且能够克服铁磁性物质或通电线圈对磁场环境的影响。在设计的PF算法中添加了对目标运动的估计和对磁干扰的估计：前者用于补偿时序采样下不实时的磁场测量值，后者用于补偿磁干扰。实验结果表明，在有限的磁干扰影响下(＜1.5 μT)，传统的定位方法已无法正常跟踪，而本方法的动态定位的平均误差能保持在6 mm以下，能够满足临床应用的要求。
医用光学 内窥手术 磁定位 粒子滤波 胶囊内镜 磁干扰 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061701
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
在计算机辅助手术(CAS)中，需对深入病人体内的手术器械进行定位。为避免光学定位(OPT)中视线(LOS)限制的问题，目前多采用磁定位(MT)技术。提出一种新的多磁偶极子模型，旨在克服磁定位系统中，圆柱形永磁体的单磁偶极子近似模型不准确，所导致的定位范围减小、定位精度降低的问题。该模型将圆柱形磁偶极子等效为一组沿磁体轴线排布的多个点磁偶极子，并通过自适应粒子群优化算法(APSO)对定位结果解算。相比于经典模型，该模型能够保证自身在磁体近场区域的有效性。实验表明，较传统方法，位置定位误差可减小15.5%~31.6%，姿态估计误差可减小10.5%~24.4%。
测量 内窥手术 磁定位 磁场模型 自适应粒子群优化
天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对介入式内窥手术中手术器械实时定位的需要，提出基于惯性导航的手术定位方法，该方法既能够有效避免传统光学定位(OPT)中视线遮挡引发的定位区域受限问题，又能够克服电磁定位(EMT)对磁场干扰过于敏感的问题。从姿态估计与位置定位两个方面分析了传感器干扰的影响，并改进了已有的抗干扰技术。实验结果表明，在磁干扰情况下，姿态估计的误差在3°以内，位置测量的误差在4 mm 以内，均达到临床应用要求。
传感器 内窥手术 惯性传感 磁干扰 自适应处理
