论文摘要
随着现代生物医学工程的快速发展和人类对生存质量提高的日益追求,人们对医疗设备的微型化、便携性、经济性等因素的要求也愈来愈高,与此同时“微创和无创”的体内诊疗技术业已成为国际生物医学工程领域及机电工程领域研究和发展的重点之一。基于上述原因,体内环境下微型诊疗机器人的研究与设计应运而生。针对人体内特殊环境,本文首先论述了胶囊微型机器人在人体内进行诊查的重要性,并分析了国内外相关领域的研究现状,可以认为,由于体内医疗环境下的微型机器人的无线定位在国内外均尚处于探索阶段,目前尚没有完整地解决方案,今后一段时间内其有很大的发展空间和发展前景。为了精确定位胶囊微型机器人在人体腔道内准确三维位置,首先介绍了无线定位的相关概念,比较了各种不同的无线定位实现方案,并提出了TDOA（Time Difference-of-Arrival,到达时间差定位）无线定位技术用以实现人体环境内胶囊微型机器人的无线定位。接着分析了TDOA无线定位的三维算法,比较了两种不同算法实现方案,选取了相对更容易仿真实现的方案,建立了相应的TDOA无线定位三维模型,并在MATLAB中实现了相应的算法仿真验证,且实现了仿真程序的.m文件化,便于今后直接调用。并按照两种情况分别对算法进行仿真验证,证明了该算法的可行性。最后分析了电路仿真的重要性,引入了电路仿真工具Multisim,并在Multisim中实现了相应的TDOA无线定位的相位差电路检测仿真验证,通过仿真结果对实际电路进行了指导与优化,为实际电路中元器件的型号、参数的选择提供了一定的参考。总的来说,本项目将主要研究具有保证人体安全特点、基于三维坐标的多点无线反射定位系统,来解决体内医用微型机器人控制的关键问题,从而推动体内微型机器人在体内医学应用的进程,为人体环境下胶囊的TDOA无线定位技术今后的实现,以及为微创和无创的诊疗技术今后的实现与应用奠定了一定的理论基础,提供了相应的指导与帮助。