基于RFID的主动式体内医用胶囊的三维定位

论文摘要

当前在消化道的体内极端环境中,医患双方都迫切需要提供可操控的医疗检测用可吞服式微型诊查工具。本课题主要研究医用胶囊内窥镜在人体内的无线定位,并给出了定位系统硬件电路的设计与实现。针对人体内特殊环境,本文首先调研了微型机器人研究现状和趋势,分析了现有的医用胶囊定位技术。针对现有胶囊内窥镜定位方式的不足,提出了一种全新的基于三维天线阵列空分无线定位方案,并给出了该定位系统的总体设计方案以及定位原理。定位系统硬件电路的设计与实现是本文的重点和难点,本文深入研究了其中各个功能模块电路,并给出了相应的理论分析,软件仿真和PCB设计参考电路。天线是RFID系统中非常重要的一个部分,本文对天线的作用及主要参数进行了论述,并对实际采用的天线进行了测试。位置中心寻找算法是本定位系统设计中的软件部分,本文提出了基于重心的位置中心寻找算法和自适应步长扫描位置中心寻找算法。总的来说,本项目研究了具有保证人体安全频率、基于三维天线阵列的空分无线定位系统。本课题的设计经验将为医用胶囊内窥镜在人体内定位的关键问题以及技术实现提供理论基础及实践指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 体内医用微型机器人的发展现状及趋势
• 1.1.1 国内外体内微型机器人研究成果
• 1.1.2 体内微型机器人主要问题及解决方案
• 1.2 胶囊内窥镜结构及工作原理
• 1.3 体内医用胶囊定位技术对比
• 1.4 课题来源及主要研究任务
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题主要研究任务及内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 体内医用胶囊三维定位系统的总体设计
• 2.1 定位系统的设计方案
• 2.2 基于RFID 天线阵列定位的基本原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 三维天线阵列阅读器设计
• 3.1 UHF 频段RFID 阅读器系统框架
• 3.2 UHF 频段RFID 阅读器发射模块的设计与仿真
• 3.2.1 本地振荡信号发生电路
• 3.2.2 射频功率放大器
• 3.3 UHF 频段RFID 阅读器接收模块的设计与仿真
• 3.3.1 低噪声放大器
• 3.3.2 电压倍增器
• 3.3.3 LDO 稳压电路
• 3.4 UHF 频段RFID 阅读器控制模块的设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 有源UHF 频段射频标签设计
• 4.1 射频标签的作用与原理
• 4.2 有源射频标签系统框架
• 4.3 有源射频标签控制模块的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 天线的研究与测试
• 5.1 天线的作用与地位
• 5.2 天线的电参数
• 5.3 实际天线的测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 位置中心寻找算法的研究与仿真
• 6.1 位置中心寻找算法简介
• 6.2 基于重心的位置中心寻找算法
• 6.3 自适应步长扫描位置中心寻找算法
• 6.4 本章小结
• 第七章 PCB 板的设计与制作
• 7.1 高频布线中的设计要点
• 7.2 阅读器的PCB 板制作
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 上海交通大学学位论文答辩决议书