專利名稱：醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位顯示系統(tǒng)和方法，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。
技術(shù)背景
超聲檢查是一項操作性很強的檢查，不同于CT、MRI的標(biāo)準(zhǔn)斷面，雖然也有一些標(biāo)準(zhǔn)的解剖斷面，但大多數(shù)情況下，能夠清晰顯示病灶的切面不在那些標(biāo)準(zhǔn)的解剖斷面上。 超聲切面有很大的隨意性，對病灶可以通過多個不同的切面加以觀察，這些局部的切面圖像也沒有如CT、MRI的定位標(biāo)志。對某有些疾病，特別是腫瘤，需要進(jìn)行長期觀察、多次復(fù)查，而觀察病灶或發(fā)生變化要在一個相同的切面下進(jìn)行觀察。
目前，大多數(shù)超聲診斷醫(yī)師為了獲得同一切面往往耗費大量時間進(jìn)行掃查，有時還不能獲得同一切面，只能進(jìn)行粗略的比較。就方法而言，同一切面的獲得，首先要將探頭精確定位于上一次獲取該切面時的體表位置，然后進(jìn)行角度和壓力的調(diào)整，才能獲得相對準(zhǔn)確的同一切面?，F(xiàn)代科技的發(fā)展，已可以幫我們解決這一個問題。
RFID (Radio Frequency Identification，射頻識別)技術(shù)是一種利用無線射頻通信實現(xiàn)的非接觸式自動識別技術(shù)，具有容量大、識別距離遠(yuǎn)、穿透能力強等優(yōu)點。有唯一標(biāo)識和存儲功能，該技術(shù)廣泛用于器械物品管理、身份識別、物流等多個行業(yè)，在無線傳感網(wǎng)絡(luò)、移動終端定位、物聯(lián)網(wǎng)和移動導(dǎo)航等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
TDOA (Time Difference Of Arrival，到達(dá)時間差)，即通過測量無線電信號到不同監(jiān)測地點的天線單元時間差，來對發(fā)射無線電信號的發(fā)射源進(jìn)行定位。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了在超聲復(fù)查時能取得相同切面的要求，本發(fā)明提出了一種醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)和方法，結(jié)合RFID、超聲測距技術(shù)和TDOA原理，可感知超聲探頭的具體位置和移動軌跡，與超聲聲像圖同步傳輸，可為超聲復(fù)查時提供精確的體表定位，取得前次相同的超聲切面，從而有利于進(jìn)行病灶的動態(tài)觀察，指導(dǎo)疾病的診斷和治療，判斷疾病的預(yù)后。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案一種醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)，包括由無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊組成的定位標(biāo)簽裝置、探測輔助裝置、測距模塊、通信模塊和計算機工作站；其中，所述定位標(biāo)簽裝置安裝在超聲探頭上，以RF射頻形式周期性地發(fā)射ID信息及超聲脈沖信號；所述測距模塊用于接收定位標(biāo)簽裝置的ID信息和超聲脈沖信號，得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)；所述探測輔助裝置用于輔助測距模塊進(jìn)行定位；所述通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)線將定位標(biāo)簽裝置的ID和距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站；計算機工作站根據(jù)定位標(biāo)簽裝置的ID和距離數(shù)據(jù)信息，獲得與超聲聲像圖同步的探頭位置信息，并以數(shù)值的形式疊加顯示在超聲聲像圖的特定位置。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述探測輔助裝置包括滑動桿、燈光十字準(zhǔn)直器，其中所述滑動桿與檢查床平行且可沿檢查床長軸水平移動，燈光十字準(zhǔn)直器設(shè)置在滑動桿的中心位置；所述測距模塊包括三組無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊、一個DSP信號處理器， 其中所述三組無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊呈三角形固定在所述滑動桿上，分別用于接收定位標(biāo)簽裝置的ID信息和超聲脈沖信號；所述DSP信號處理器分別與三組無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊連接。
本發(fā)明還公開了一種醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位顯示方法，包括如下步驟 步驟(1)，打開準(zhǔn)直器的電源，調(diào)節(jié)固定患者的體位，移動滑動桿，使準(zhǔn)直器的十字與人體一致，中心點位于患者人體的某一特征點；步驟(2 )，激活測距模塊、超聲探頭、定位標(biāo)簽裝置進(jìn)行檢查；步驟(3)，安裝在超聲探頭上的定位標(biāo)簽裝置以RF射頻形式周期性地發(fā)射ID信息，同時發(fā)送超聲脈沖信號；步驟(4)，位于滑動桿上的測距模塊接收RFID信息和超聲脈沖信號，進(jìn)行處理得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)；步驟(5)，通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)線將定位標(biāo)簽裝置的ID和與探測裝置的距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站；步驟(6)，計算機工作站同時處理并存儲與超聲聲像圖同步的超聲探頭位置信息，以數(shù)值的形式疊加顯示在超聲聲像圖特定位置。
進(jìn)一步的，步驟(4)中測距模塊采用以下公式得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)D 其中，代表RF信號和超聲信號到達(dá)的時間差，代表超聲信號的速度，Krf代表 RF信號的速度。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果本發(fā)明設(shè)計合理，使用方便簡捷，可獲得與超聲圖像對應(yīng)的探頭精確位置信息，以便于復(fù)查時準(zhǔn)確取得相同的切面圖像，有助于準(zhǔn)確分析病灶影像的變化情況，更好地指導(dǎo)診斷和治療。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號解釋1為檢查床，2為人體，3為準(zhǔn)直器，4為測距模塊(包括射頻和超聲收發(fā)器)，5為滑動桿，6為滑軌，7為超聲探頭，8為定位標(biāo)簽裝置，9為通信模塊，10為計算機工作站。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明本發(fā)明采用TDOA原理測量距離，及通過測量RF和超聲波的距離傳播時間差來測量距離。詳細(xì)表述如下安裝在超聲探頭的定位標(biāo)簽裝置以RF射頻形式周期性地發(fā)射自己的 ID信息，同時發(fā)送超聲脈沖，RF的速度遠(yuǎn)大于超聲的傳播速度，因此測距模塊會先后接收到RF和超聲信號，它可以計算兩者到達(dá)的時間差，D為要測量的距離，在正常室溫和濕度條件下，聲波的速度約為344m/s，RF的速度 Vrf約為3X108m/s，由于遠(yuǎn)大于Kus，所以測距模塊計算的時間差是RF信息的開始和探測到超聲信號的時間差值，由式(2)可以看出，距離測量D的準(zhǔn)確性取決于兩個方面時間差δ,測量和聲音速度估計的準(zhǔn)確性。δ ,的準(zhǔn)確性取決于RF的比特率、超聲傳感器、電路和計時等系統(tǒng)參數(shù)，聲速與溫度有關(guān)。
如圖1所示，本系統(tǒng)包括安裝在超聲探頭的定位標(biāo)簽裝置、探測輔助裝置、測距模塊、通信模塊和計算機工作站。其中，安裝在超聲探頭的定位標(biāo)簽裝置包括無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊，本實施例采用Chipcon公司的CCl 100射頻芯片和日本村田公司的MA40E7R/ S超聲波收發(fā)器，定位標(biāo)簽裝置以RF射頻形式周期性地發(fā)射自己的ID信息，同時發(fā)送超聲脈沖；探測輔助裝置包括滑動桿、燈光十字準(zhǔn)直器，其中滑動桿與檢查床平行，通過連接桿與天花板的滑軌相連，且可沿檢查床長軸水平移動，燈光十字準(zhǔn)直器設(shè)置在滑動桿的中心位置；測距模塊為三個相同型號的射頻和超聲收發(fā)器，呈三角形固定在滑動桿上，分別接收 RFID信息和超聲脈沖信號，測量與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)；通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)線將定位標(biāo)簽裝置的ID和距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站；計算機工作站同時處理、顯示并存儲與超聲聲像圖同步的探頭位置信息。
具體步驟如下(1)在開始進(jìn)行檢查定位之前，首先打開準(zhǔn)直器3的電源，調(diào)節(jié)患者的體位，通過滑軌 6，移動滑動桿5，使準(zhǔn)直器3的十字與人體一致，中心點位于人體的某一特征點，如在腹部可定位于臍部(如圖示)；(2)激活測距模塊、超聲探頭7、定位標(biāo)簽裝置8進(jìn)行檢查；(3)安裝在超聲探頭7上的定位標(biāo)簽裝置8以RF射頻形式周期性地發(fā)射ID信息，同時發(fā)送超聲脈沖；(4)位于移動滑動桿5的測距模塊4接收RFID信息和超聲脈沖信號，測量與定位標(biāo)簽裝置8的距離數(shù)據(jù)；(5)通信模塊9通過網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)線將定位標(biāo)簽裝置8的ID和與測距模塊4的距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站10 ；(6)計算機工作站10同時處理、顯示并存儲與超聲聲像圖同步的探頭位置信息。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)，其特征在于包括由無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊組成的定位標(biāo)簽裝置、探測輔助裝置、測距模塊、通信模塊和計算機工作站；其中， 所述定位標(biāo)簽裝置安裝在超聲探頭上，以RF射頻形式周期性地發(fā)射ID信息及超聲脈沖信號；所述測距模塊用于接收定位標(biāo)簽裝置的ID信息和超聲脈沖信號，并得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)；所述探測輔助裝置用于輔助測距模塊進(jìn)行定位；所述通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)線將定位標(biāo)簽裝置的ID和距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站；計算機工作站根據(jù)定位標(biāo)簽裝置的ID和距離數(shù)據(jù)信息，獲得與超聲聲像圖同步的探頭位置信息，并以數(shù)值的形式疊加顯示在超聲聲像圖的特定位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)，其特征在于所述探測輔助裝置包括滑動桿、燈光十字準(zhǔn)直器，其中所述滑動桿與檢查床平行且可沿檢查床長軸水平移動，燈光十字準(zhǔn)直器設(shè)置在滑動桿的中心位置；所述測距模塊包括三組無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊、一個DSP信號處理器；其中，所述三組無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊呈三角形固定在所述滑動桿上，分別用于接收定位標(biāo)簽裝置的ID信息和超聲脈沖信號；所述DSP信號處理器分別與三組無線射頻芯片和超聲收發(fā)模塊連接。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于，包括如下步驟步驟(1)，打開準(zhǔn)直器的電源，調(diào)節(jié)固定患者的體位，移動滑動桿，使準(zhǔn)直器的十字與人體一致，中心點位于患者人體的某一特征點；步驟(2 )，激活測距模塊、超聲探頭、定位標(biāo)簽裝置進(jìn)行檢查；步驟(3)，安裝在超聲探頭上的定位標(biāo)簽裝置以RF射頻形式周期性地發(fā)射ID信息，同時發(fā)送超聲脈沖信號；步驟(4)，位于滑動桿上的測距模塊接收RFID信息和超聲脈沖信號，進(jìn)行處理得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)；步驟(5)，通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)線將定位標(biāo)簽裝置的ID和與探測裝置的距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站；步驟(6)，計算機工作站同時處理并存儲與超聲聲像圖同步的超聲探頭位置信息，以數(shù)值的形式疊加顯示在超聲聲像圖特定位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位顯示方法，其特征在于，步驟 (4)中測距模塊采用以下公式得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)D D ^St- vus -St = D /vus - D / vrf .其中，St代表RF信號和超聲信號到達(dá)的時間差，Kus代表超聲信號的速度，Krf代表 RF信號的速度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種醫(yī)用超聲探頭的體表精確定位系統(tǒng)及方法，包括定位標(biāo)簽裝置、探測輔助裝置、測距模塊、通信模塊和計算機工作站；定位標(biāo)簽裝置安裝在超聲探頭上，探測輔助裝置用于輔助測距模塊進(jìn)行定位，測距模塊用于接收定位標(biāo)簽裝置的ID信息和超聲脈沖信號，并得到與定位標(biāo)簽裝置的距離數(shù)據(jù)；通信模塊將定位標(biāo)簽裝置的ID和距離數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接嬎銠C工作站；計算機工作站進(jìn)而獲得與超聲聲像圖同步的探頭位置信息，并以數(shù)值的形式疊加顯示在超聲聲像圖的特定位置。本發(fā)明可為超聲復(fù)查時提供精確的體表定位，取得前次相同的超聲切面，從而有利于進(jìn)行病灶的動態(tài)觀察，指導(dǎo)疾病的診斷和治療，判斷疾病的預(yù)后。
文檔編號A61B8/00GK102525553SQ20111037553
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者張熾敏, 沈會明 申請人:東南大學(xué)