中文摘要：

胶囊状微诊疗装置能以无创或微创方式深入微小空间进行精密操作，消除了传统医疗诊查和治疗的盲区，成为近年的研究热点与发展方向。但至今尚无可靠的方法对胶囊状微诊疗装置在体内的方位进行准确、连续跟踪，由此对各种诊查参数分析、疾病诊断、病灶定位产生重要影响。本研究将从理论、实验与计算相结合的角度出发，系统深入地研究处于人体特殊介质内的胶囊状微诊疗装置的无线跟踪方法，基于方位信息传感与检测机理的研究，确立可行的跟踪原理和方案，解决定位数学模型的建立、定位方案和定位算法的设计与优化，研究合理的定位校正算法，为适用于胶囊状微诊疗装置的无创、实时、遥测跟踪系统的设计提供理论基础和实验依据。其作用在于跟踪胶囊状微诊疗装置在人体内的运动，使诊查、治疗与人体腔道的具体部位准确对应，使诊疗更有价值；这对于科学、正确地评定人体腔道的功能、及早发现病变部位及防止恶性病变具有十分重要的意义。

结论摘要：

胶囊状微诊疗装置能以无创或微创方式进入消化道检测生理参数、获取图像。但至今尚无可靠的方法跟踪电子胶囊在体内的方位，从而影响诊查参数分析、病灶定位。本项目从理论、实验与计算相结合的角度出发，系统深入地研究了处于人体介质内的电子胶囊的无线跟踪方法。主要研究成果包括电磁跟踪方案的参数设计及可行性研究。主要研究了交流激磁线圈平面布置方案、交流激磁线圈三维正交式布置方案、角度传感与磁矢量跟踪方案、地磁场与磁矢量传感的跟踪方案、目标物方向角恒定的磁矢量传感跟踪方案。基于电磁场的方位检测和磁场传感机理，初步确定了适用于体内电子胶囊方位跟踪的跟踪参数。方位信息的传感与检测机理研究。根据离散叠加的泰勒级数原理，建立了各跟踪方案中电子胶囊所处空间方位与磁场矢量的数学模型。跟踪数学模型的建立可将胶囊的方位信息转换为磁场信号，借助磁场传感将磁场信号转换为电信号，并无线传输至体外，由此为适用于电子胶囊的无线电磁跟踪提供理论基础。磁跟踪方位求解算法的研究。为了适应于方位跟踪数学模型的求解，提出了排序选择的混沌蜂群L-M算法。通过仿真计算和实验测试，确定了算法的关键参数，验证了算法求解方位跟踪非线性方程组的快速准确性。方位跟踪方案的实验研究。根据跟踪方案开发了跟踪系统的原理样机，包括磁场驱动发射与时序控制装置、方位信息传感装置、信号拾取及特征提取模块、数据无线发送及接收模块、上位机算法软件, 建立了跟踪实验平台，完成了跟踪理论的实验验证和性能分析。为跟踪方法的临床应用提供实验依据。电磁跟踪方法的优化与三维可视化消化道模型的建立。为了修正跟踪中产生的系统误差，研究了Hardy’s Multi-Quadric插值校正法、Bayesian正则化的L-M改进BP校正法，确定了上述算法的校正函数构造、算法关键参数的取值。并研究了磁场发射线圈的结构尺寸对跟踪模型精度的影响，获得了最佳的线圈尺寸。此外，采用Marching Cube三角形片面重建算法，重建了消化道三维实体模型，并结合图像配准和计算机人机交互，可实现胶囊在消化道内运动轨迹的可视化。以上研究为适用于电子胶囊的无创遥测跟踪系统的设计和应用提供了理论基础和实验依据。