三维标测技术中的定位电场仿真及实验研究

论文摘要

导管消融术已成为治疗复杂心律失常的常规手段。在手术过程中,消融导管的精确定位是手术成功与否的决定因素。定位技术从传统的二维方式发展到目前的三维定位手段,较好地完成了消融靶位的准确定位,减少了X射线对患者的辐射。本文引入的电场定位技术,通过三对激励电极产生一个三维正交的交变电场,将普通消融导管上的电极作为定位电极,测量电位的变化,再将电位变化反算成空间坐标,最终实现导管的空间位置测量。这种电场定位方法与磁场定位等方法相比,无需特殊的消融导管。在电场定位基本原理的基础上,本文建立了评价定位电场优劣的均匀性和方向性指标,并利用电场的数值仿真方法,分析了激励源的连接方式、体表激励电极的几何参数以及媒质的分布对定位电场的影响,最后,通过实验方法对仿真分析结果及定位系统的精度进行相应的验证。针对电场定位技术,本文从理论和实验两个方面进行了分析研究,重点完成了以下内容：1.提出了定位电场的数值仿真方法。由于定位电场是由三个不同频率的激励源所产生的,直接采用数值方法对定位电场进行仿真是行不通的,需要对定位电场进行处理。本文在叠加原理的基础上,将定位电场分解成三个简谐电场,再采用有限元法进行仿真分析。2.提出了影响定位精度的电场均匀性和方向性指标,并利用仿真方法和实验方法,分析了激励源的连接方式、激励电极的几何参数和媒质分布对定位电场均匀性和方向性的影响。3.提出了进行定位误差修正的方法。通过建立人体有限元模型,进行有限元计算得到心腔内的电场分布,根据有限元计算结果对不同位置上的场强系数进行修正。4.采用FFT算法对定位信号进行处理,并对定位系统的精度进行验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.2 国内外电场定位方法的研究现状
• 1.3 课题研究内容及方法
• 2 电场定位原理及电场仿真方法
• 2.1 电场定位原理
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 电场简化
• 2.1.3 信号处理和位置计算
• 2.1.4 误差分析
• 2.2 定位电场的性质
• 2.3 定位电场仿真的理论基础
• 2.3.1 生物组织的电磁特性
• 2.3.2 定位电场仿真的数学物理模型
• 2.4 电磁场有限元法及软件Maxwell 2D/3D简介
• 2.4.1 电磁场有限元法
• 2.4.2 电磁场分析软件Maxwell 2D/3D简介
• 2.5 本章小结
• 3 激励源的连接方式对定位电场的影响
• 3.1 激励源的连接方式
• 3.2 定位电场的分解处理
• 3.2.1 电场的叠加原理
• 3.2.2 定位电场的处理
• 3.3 激励源连接方式对定位电场影响的仿真分析
• 3.3.1 激励源共地时的电场仿真
• 3.3.2 激励源独立时的电场仿真
• 3.3.3 结论及理论解释
• 3.4 激励源连接方式对定位电场影响的实验研究
• 3.4.1 实验目的及方法
• 3.4.2 实验结果与分析
• 3.5 本章小结
• 4 激励电极几何参数对定位电场的影响
• 4.1 激励电极形状的选择
• 4.1.1 仿真模型
• 4.1.2 仿真结果及分析
• 4.2 电极几何参数对定位电场影响的仿真分析
• 4.2.1 仿真模型
• 4.2.2 激励电极几何参数对定位电场均匀性的影响
• 4.2.3 激励电极几何参数对定位电场方向性的影响
• 4.3 电极几何参数对定位电场影响的实验研究
• 4.3.1 实验目的及方法
• 4.3.2 电极几何参数对定位电场均匀性的影响
• 4.3.3 电极几何参数对定位电场方向性的影响
• 4.4 本章小结
• 5 媒质对定位电场的影响
• 5.1 不均匀媒质对定位电场的影响
• 5.1.1 不均匀区域的大小对定位电场的影响
• 5.1.2 不均匀区域的位置对定位电场的影响
• 5.1.3 媒质对电场的影响规律
• 5.2 人体有限元模型的建立
• 5.2.1 真实人体边界提取
• 5.2.2 人体参数设置
• 5.2.3 有限元网格划分
• 5.3 定位误差修正方法
• 5.3.1 有限元计算
• 5.3.2 定位误差修正
• 5.3.3 误差修正的局限
• 5.4 本章小结
• 6 定位系统性能的实验验证
• 6.1 实验系统简介
• 6.1.1 实验装置的设计
• 6.1.2 实验系统中一些器件的介绍
• 6.1.3 实验系统中的计算程序
• 6.2 系统定位精度验证
• 6.2.1 实验方法
• 6.2.2 实验结果
• 6.3 系统稳定性验证
• 6.3.1 实验方法
• 6.3.2 实验结果
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果