世界卫生组织发布的2020年全球最新癌症负担数据显示,全球新发癌症患者中,肺癌的死亡人数最高,占总死亡人数的18%,约180万例。我国是世界肺癌患者最多的国家,在我国2020年新发癌症病例中,肺癌的发病率和死亡率均最高,各占17.9%和23.8%,分别为82万例和71万例。当医生发现肺部肿块时,病理检测是诊断其是否为肺癌的金标准,而足量的活检样本则是高质量病理检测的前提。获取活检样本需要进行肺穿刺手术,目前医生主要依据患者胸部CT扫描图片根据经验判断病灶位置并确定穿刺路径和入针点,然后利用活检针取出活体组织。肺穿刺手术的成败在很大程度上依赖于医生的经验,活检针如果没有避开肺部大气管、肺部血管,会引发气胸、肺出血等并发症,导致病人死亡。而且,肺穿刺手术需要患者进行CT扫描7-8次,根据国际辐射防护委员会（ICRP）的研究显示,人体每增加1m Sv的X射线照射剂量,患恶性肿瘤的概率将增加万分之零点五,多次进行CT扫描必然会导致患者短时间内接收大量X射线辐射,增加患癌几率。如何定位穿刺活检针的运动轨迹,提高穿刺精度,为医生提供活检针的实时位置参考,减少对患者进行CT扫描的次数和并发症的发生几率,是当前穿刺手术急需解决的热点和难点问题之一。加拿大的NDI公司和美国Polhemus公司等都有成熟的基于电磁定位的活检针定位产品,但对中国都形成了技术封锁,使得国内并没有很好的替代产品,因此研发具有自主知识产权的肺穿刺活检针定位技术具有理论意义和实用价值。根据毕萨定律建立基于矩形环流的发射磁场模型,根据法拉第电磁感应定律建立传感器耦合信号与传感器五自由度参数的数学方程,求解活检针在定位系统（人体坐标系）的相对位置,实现活检针的动态定位。主要研究内容包括:（1）建立基于矩形环流的发射磁场模型。利用比萨定律建立长直导线磁场模型,将四个正交的长直导线磁场矢量叠加,构造单个矩形环流磁场模型;在此基础上设计了由八个共面矩形环流线圈组成的发射磁场模型;建立传感器五自由度与感应电压耦合方程,能够准确表达活检针位姿并减小计算量。（2）设计活检针定位系统实验装置。根据穿刺手术的环境,模拟穿刺针的运动范围和运动姿态,设计了一种基于矩形环流磁场模型电磁发射板和单层磁芯线圈传感器;确定了电磁发射板和传感器的技术参数以及信号发生器、信号放大器、信号采集卡以及直流电源的技术参数;使用亚克力材料模拟穿刺手术环境,搭建基于矩形环流电磁定位的肺穿刺活检针运动定位系统的实验装置。（3）提出一种活检针五自由度电磁定位算法。利用安装在活检针末端的接收活检针定位系统磁场发射模型的磁场信息,通过异步解调,分别提取八个矩形环流磁场在单层磁芯线圈传感器上感应电压的幅值和相位;利用最小二乘法对系统进行校准并计算活检针相对于发射磁场（人体坐标系）的XYZ坐标值以及中轴线相对于Z轴的俯仰角和相对于X轴的摆角共五个位姿信息参数,从而确定穿刺针相对于发射磁场的具体位置和姿态（不涉及活检针的轴向转动参数）。实验证明,建立基于矩形环流线圈的发射磁场模型以及提出的活检针五自由度电磁定位算法能够获得活检针相对于发射磁场的五自由度信息,实现对活检针的定位。