基于FPGA的医用超声内窥镜成像系统的同步控制

介绍了医用超声内窥镜成像系统的工作原理及超声成像驱动控制系统的设计与实现.根据超声成像系统指标,主要讨论了超声波激发、接收电路原理及具体的电路;现场可编程逻辑阵列(FPGA)作为核心控制模块完成对数据传输和相关电路及芯片的控制,主要实现了对超声波的发射、接收、A/D转换以及成像部分同步控制,电路的性能已得到实验的验证.     

基于FPGA的超声信号数字正交解调器

利用FPGA设计用于检测微弱超声信号的数字正交解调器.将经高速A/D采样的数字信号分为两路正交的基带信号,通过数字混频、低通滤波和数据抽取,最后从两路正交基带信号中提取出超声回波信号的幅度信息.本文对数字正交解调进行了理论分析,并分别利用FPGA中的内建RAM实现数控振荡器,内嵌乘法器实现数字混频,IP核实现低通滤波器,及宏模块实现数学运算.对玻璃杯的扫描成像实验结果,证明了设计的正确性.     

基于光谱法的内窥光学相干层析扫描成像系统的研究

结合了内窥镜和光谱OCT (spectral domain optical coherence tomography, SDOCT) 技术,介绍了SDOCT的成像原理和系统的一些参数.利用光谱仪对干涉仪产生的干涉信号进行光谱展开,得到光谱解析干涉图样,设计算法以获取样品的深度信息.搭建基于光谱干涉法的光纤化SDOCT内窥成像系统,利用电机驱动直角反射棱镜旋转,对样品扫描成断层图像.采用多层盖玻片作为样品进行旋转扫描成像实验,获得的样品图像同时显示了样品的表面和深度的信息,表明该方法可以旋转扫描成像.     

基于随机投影和稀疏表示的跟踪算法

针对目标跟踪过程中存在的诸多技术问题,该文提出一种鲁棒的目标跟踪方法。首先,该文采用基于稀疏表示的全局模板描述目标的表观状态,通过构造正负模板以区分目标和背景;然后采用随机投影法对表示模板和候选目标进行降维,以降低算法的时间复杂度;采用粒子滤波法作为目标的运动模型,通过多项式重采样方法进行粒子重采样,以保持粒子的多样性;设计了正负模板更新策略,将正模板分为固定集和更新集,对这两部分在相似度计算和正模板更新时采取不同的处理方法,并且在其中加入目标遮挡的判决机制,从而可以有效避免遮挡的影响;实验结果表明,该算法能够准确跟踪受遮挡、运动模糊等多种复杂场景的目标,与现有跟踪方法相比,所提算法具有更好的准确性和稳定性。     

磁干扰环境下基于多传感器的内窥镜姿态定位技术*

在内窥镜临床检查中,医生往往依靠病理经验来判断内窥镜探头在人体内的姿态方位,具有较大的主观误差,影响病灶的诊断结果。虽然电磁跟踪技术EMT(Electro-MagneticTracing)可以对内窥镜的探头进行科学定位从而解决上述问题,但是在铁磁性医疗仪器的干扰下,磁场模型的畸变导致该方法的精度严重下降。提出一种基于多传感器的姿态收敛技术,在电磁定位的基础上增加IMU惯性测量单元,通过四元数微分方程以及双矢量误差收敛模型得到稳定的姿态输出结果;其中,收敛模型采用分离式收敛的FQA算法降低了三轴MEMS磁场传感器的误差发散性,并结合磁干扰阈值判断,保证了在磁干扰环境下内窥镜姿态解算的精度和鲁棒性,实验表明该系统的姿态定位误差小于1o且具有较强的抗干扰性。     

一种用于介入式内窥手术的多传感融合定位方法

在介入式内窥手术中,需要对手术器械精确定位。传统电磁定位(EMT)方法因稳键性低、复杂度高,难以应用于临床。为解决上述问题,在电磁系统的基础上加入惯性传感单元(IMU),实现了多传感定位方法。多种传感信息的融合可提高系统的抗干扰能力。同时,惯性子系统可降低电磁系统的复杂度,提高整体的实用性。实验结果表明,姿态跟踪误差低于1°,位置定位误差低于3mm;即使存在干扰,姿态误差也可被控制在3.5°以内。精度达到临床应用要求。     

基于激光三维扫描的人体特征尺寸测量

提出了一种利用三维人体点云数据测量人体关键尺寸的方法。应用线结构光激光三维扫描仪对特定站姿的人体进行扫描,获得完整三维人体点云。根据人体视线和脚尖的同向性及两腿的自然分开特征,对点云进行方位调整,使人体朝向z轴正方向。利用手动删除和最大连通域删除相结合删除噪声点。确定人体的6个特征点和20个特征平面,分别应用对应截面y坐标差值法测量长度尺寸,凸壳法测量截面周长,测量了34个人体关键长度和周长,对影响测量精度的因素进行了分析。结果表明,典型尺寸测量误差小于3%,可满足人类工效学等领域快速测量人体特征尺寸的要求。     

基于灰度梯度的数字图像评价函数

提出用图像灰度梯度向量模方和、Roberts梯度和与拉普拉斯(8邻域微分)算子和作为数字图像的评价函数。建立了上述几种评价函数的数学模型,针对离焦模糊和运动模糊等情况分别给出了实验结果,并进行了比较。它们都有无偏性好、单峰性强、灵敏度高等特点,可用于离焦模糊和运动模糊情况的评价,且灰度梯度向量模方和最理想。     

光纤型偏振OCT 系统中光偏振特性的研究

建立了偏振光在生物组织中传播的模型,并利用该模型模拟了偏振光在生物组织中传播的过程,重建了多种偏振态输入光的情况下光偏振态在生物组织中的分布及生物组织的偏振特性模型.分析了光偏振度与光被生物组织散射次数的关系,阐明了由于偏振光在组织中传播,其偏振态逐渐改变而造成的偏振OCT 干涉计两臂光束失去相干性及偏振OCT 图像质量下降现象.通过分析斯托克斯(Stokes)矢量和穆勒(Muller)矩阵在光纤型偏振OCT系统中的应用,说明Muller 矩阵不受输入光偏振态的影响,因此它比Stokes 矢量更适用于光纤型偏振OCT 系统研究.     

基于灰色预测GM(1,1)模型的网格孔洞填补算法

针对三角网格曲面中存在的孔洞提出了一种填补算法.在空洞曲面的投影平面上,每次寻找孔洞多边形最小内角所在顶点,用GM(1,1)模型在孔洞内部插入新点,构造三角形并生成新的孔洞边界多边形,直到所有的孔洞边界多边形全部处理完.最后将平面三角面片返回到三维空间并用基于径向基函数的平滑算法对其进行平滑处理.实例表明用本算法进行孔洞填补能避免出现错误和狭长的三角形,而且和原孔洞边界能光滑连接,对曲率变化较大的孔洞也能得到满意的填补结果.