專利名稱：一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超聲穿刺導(dǎo)航方法，尤其涉及一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法。
背景技術(shù)：
超聲穿刺導(dǎo)航作為介入性超聲的重要組成部分，是超聲輔助治療的重要手段。傳統(tǒng)的超聲穿刺導(dǎo)航主要是采用導(dǎo)向裝置法，該技術(shù)比較成熟，但依舊存在穿刺針的方向與聲束夾角偏小，穿刺針與掃查平面不平行，容易造成對(duì)針尖位置的錯(cuò)誤判斷，部分容積效應(yīng)也常造成監(jiān)視和引導(dǎo)失誤，對(duì)病灶位置的判斷很大程度上依靠臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)等缺點(diǎn)，容易引起穿刺誤差，造成創(chuàng)傷和并發(fā)癥
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中容易誤穿刺、造成創(chuàng)傷和并發(fā)癥等缺陷，運(yùn)用電磁定位技術(shù)，結(jié)合超聲穿刺導(dǎo)航，目的是提供一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，實(shí)現(xiàn)精度高、操作方便、可以實(shí)現(xiàn)任意角度的準(zhǔn)確定位的解決方案。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，依次由下述步驟組成，A.在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)的控制下，通過穿刺定位系統(tǒng)跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息，其中穿刺定位系統(tǒng)為電磁穿刺定位系統(tǒng)；B.電磁穿刺定位系統(tǒng)將采集到的信息傳輸至導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)中的ARM處理器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理；C.導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備進(jìn)行可視化顯不。利用電磁穿刺定位系統(tǒng)，精度高、操作方便，可以實(shí)現(xiàn)任意角度的準(zhǔn)確定位。超聲技術(shù)和電磁定位導(dǎo)航技術(shù)都屬于安全無輻射技術(shù)，只需把發(fā)射器移至靠近穿刺位置即可，無需固定導(dǎo)向裝置，操作簡(jiǎn)單、靈活、方便、無輻射。作為優(yōu)選，步驟A中的電磁穿刺定位系統(tǒng)通過磁場(chǎng)發(fā)射器與探頭接收器和穿刺針接收器收發(fā)信息，從而跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息。穿刺時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示穿刺針的路徑，并且在任意角度清楚觀察到針尖所處的位置，提高穿刺的準(zhǔn)確性。而且可以進(jìn)行術(shù)前手術(shù)計(jì)劃，鑒別穿刺路徑中的血管結(jié)構(gòu)，減少出血并發(fā)癥的發(fā)生，提高安全性。在穿刺過程中，可以改變穿刺針或探頭的方向、角度，保證最佳穿刺平面與最佳成像平面的一致性。作為優(yōu)選，步驟A中的在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)的控制下，具體是在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)內(nèi)的FPGA芯片內(nèi)部包含的探頭控制模塊的控制下。作為優(yōu)選，步驟B中的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理，具體是ARM處理器通過導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)中的FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)字符界面信息和圖像信息的轉(zhuǎn)換，即FPGA芯片既接收掃描直接獲得的圖像信息，又對(duì)超聲圖像與導(dǎo)航位置信息進(jìn)行綜合處理，最終將二者的信息疊加來驅(qū)動(dòng)一個(gè)超聲影像設(shè)備，ARM處理器通過數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線與FPGA芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。超聲影像設(shè)備界面顯示的是一個(gè)融合圖像信息，要同時(shí)顯示超聲圖像信息與字符界面信息，而超聲圖像信息又由兩部分構(gòu)成，一部分為掃描直接獲得的圖像信息，另一部分為電磁穿刺定位系統(tǒng)得到的穿刺針、探頭位置信息。作為優(yōu)選，步驟C中的導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)，具體是導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)內(nèi)的FPGA芯片內(nèi)部包含的超聲處理模塊將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備進(jìn)行可視化顯示。作為優(yōu)選，導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)采用ARM+FPGA雙核架構(gòu)，ARM處理器主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，而FPGA芯片主要負(fù)責(zé)超聲圖像信息的采集和處理、探頭控制、各種信息的合成顯不。作為優(yōu)選，ARM處理器主要負(fù)責(zé)按鍵響應(yīng)、字符界面的顯示和應(yīng)用軟件的選擇。導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)包括ARM處理器和FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片分別與ARM處理器、電磁 穿刺定位系統(tǒng)和超聲影像設(shè)備相連，ARM處理器通過總線控制部件互連和數(shù)據(jù)傳輸。ARM處理器為一種微處理器，F(xiàn)PGA芯片為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片，主要由可編程輸入輸出單元、基本可編程邏輯單元、完整的時(shí)鐘管理、嵌入塊式RAM、豐富的布線資源、內(nèi)嵌的底層功能單元和內(nèi)嵌專用硬件模塊等七部分組成。本發(fā)明采用的是一個(gè)ARM+FPGA雙核架構(gòu)，ARM處理器主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，如按鍵響應(yīng)、字符界面的顯示、應(yīng)用軟件的選擇等，而FPGA芯片主要負(fù)責(zé)超聲圖像信息的采集和處理、探頭控制、各種信息的合成顯示，一幅完整的超聲圖像是由ARM處理器輸出的字符顯示控制界面與FPGA芯片處理得到的超聲圖像組成的。ARM處理器將參數(shù)信息以控制字表的形式通過系統(tǒng)總線發(fā)送給FPGA芯片，該FPGA芯片根據(jù)控制表進(jìn)行超聲圖像處理操作。作為優(yōu)選，ARM處理器通過四個(gè)通用I/O端口與探頭接收器相連，利用定時(shí)讀取接口線電平信息進(jìn)行探頭狀態(tài)查詢；無探頭接入時(shí)，四個(gè)通用I/O端口電平均為高；有探頭接入時(shí)，讀取的四位口線信息即為該探頭的識(shí)別碼；另外，當(dāng)有探頭接入時(shí)FPGA芯片還要根據(jù)ARM處理器傳遞過來的參數(shù)表向探頭發(fā)送電源功率信息。作為優(yōu)選，超聲影像設(shè)備為液晶顯示器。本發(fā)明提供了一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，定位準(zhǔn)確、體積小、重量輕、無輻射、受環(huán)境因素影響小，結(jié)合超聲穿刺導(dǎo)航系統(tǒng)的臨床應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于電磁定位方式的實(shí)時(shí)導(dǎo)航算法，為提高穿刺的準(zhǔn)確性，降低穿刺的時(shí)間提供了有效的技術(shù)方案。而軟組織變形作為影響穿刺精度最主要的因素之一，本系統(tǒng)利用有限元方法對(duì)軟組織變形作了詳細(xì)的分析，并根據(jù)該理論模型，利用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行軟組織變形仿真，得出針刺軟組織變形模型，為穿刺導(dǎo)航系統(tǒng)提供了可靠的預(yù)警，為穿刺的臨床應(yīng)用提供有效的手段，極大減少了穿刺手術(shù)創(chuàng)傷面和術(shù)后并發(fā)癥，尤其對(duì)患有中室間隔缺損(VSD)的先天性小兒心臟病采用經(jīng)胸微創(chuàng)傘封術(shù)中穿刺，具有革命性的意義。


圖1為本發(fā)明所述一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法所應(yīng)用的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，如圖1至2所示依次由下述步驟組成，A.在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11的控制下，通過穿刺定位系統(tǒng)9跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息，其中穿刺定位系統(tǒng)9為電磁穿刺定位系統(tǒng)；B.電磁穿刺定位系統(tǒng)將采集到的信息傳輸至導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11中的ARM處理器·10，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理；C.導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備2進(jìn)行可視化顯示。步驟A中的電磁穿刺定位系統(tǒng)通過磁場(chǎng)發(fā)射器7與探頭接收器6和穿刺針接收器8收發(fā)信息，從而跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息。步驟A中的在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11的控制下，具體是在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11內(nèi)的FPGA芯片I內(nèi)部包含的探頭控制模塊5的控制下。步驟B中的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理，具體是ARM處理器10通過導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11中的FPGA芯片I來實(shí)現(xiàn)字符界面信息和圖像信息的轉(zhuǎn)換，即FPGA芯片I既接收掃描直接獲得的圖像信息，又對(duì)超聲圖像與導(dǎo)航位置信息進(jìn)行綜合處理，最終將二者的信息疊加來驅(qū)動(dòng)一個(gè)超聲影像設(shè)備2，ARM處理器10通過數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線與FPGA芯片I進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。步驟C中的導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11，具體是導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11內(nèi)的FPGA芯片I內(nèi)部包含的超聲處理模塊4將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備2進(jìn)行可視化顯
/Jn o導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)11采用ARM+FPGA雙核架構(gòu)，ARM處理器10主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，而FPGA芯片I主要負(fù)責(zé)超聲圖像信息的采集和處理、探頭控制、各種信息的合成顯
/Jn oARM處理器10主要負(fù)責(zé)按鍵響應(yīng)、字符界面的顯示和應(yīng)用軟件的選擇。ARM處理器10通過四個(gè)通用I/O端口與探頭接收器6相連，利用定時(shí)讀取接口線電平信息進(jìn)行探頭狀態(tài)查詢；無探頭接入時(shí)，四個(gè)通用I/O端口電平均為高；有探頭接入時(shí)，讀取的四位口線信息即為該探頭的識(shí)別碼；另外，當(dāng)有探頭接入時(shí)FPGA芯片I還要根據(jù)ARM處理器10傳遞過來的參數(shù)表向探頭發(fā)送電源功率信息。超聲影像設(shè)備2為液晶顯示器?？傊陨纤鰞H為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于依次由下述步驟組成， A.在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)的控制下，通過穿刺定位系統(tǒng)(9)跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息，其中穿刺定位系統(tǒng)(9)為電磁穿刺定位系統(tǒng)； B.電磁穿刺定位系統(tǒng)將采集到的信息傳輸至導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)中的ARM處理器(10)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理； C.導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備(2)進(jìn)行可視化顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于步驟A中的電磁穿刺定位系統(tǒng)通過磁場(chǎng)發(fā)射器(7)與探頭接收器(6)和穿刺針接收器(8)收發(fā)信息，從而跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于步驟A中的在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)的控制下，具體是在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)內(nèi)的FPGA芯片(I)內(nèi)部包含的探頭控制模塊(5)的控制下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于步驟B中的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理，具體是ARM處理器(10)通過導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)中的FPGA芯片(I)來實(shí)現(xiàn)字符界面信息和圖像信息的轉(zhuǎn)換，即FPGA芯片(I)既接收掃描直接獲得的圖像信息，又對(duì)超聲圖像與導(dǎo)航位置信息進(jìn)行綜合處理，最終將二者的信息疊加來驅(qū)動(dòng)一個(gè)超聲影像設(shè)備(2)，ARM處理器(10)通過數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線與FPGA芯片(I)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于步驟C中的導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)，具體是導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)內(nèi)的FPGA芯片(I)內(nèi)部包含的超聲處理模塊(4)將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備(2)進(jìn)行可視化顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)(11)采用ARM+FPGA雙核架構(gòu)，ARM處理器(10)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，而FPGA芯片(I)主要負(fù)責(zé)超聲圖像信息的采集和處理、探頭控制、各種信息的合成顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于ARM處理器(10)主要負(fù)責(zé)按鍵響應(yīng)、字符界面的顯示和應(yīng)用軟件的選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于ARM處理器(10)通過四個(gè)通用I/O端口與探頭接收器(6)相連，利用定時(shí)讀取接口線電平信息進(jìn)行探頭狀態(tài)查詢；無探頭接入時(shí)，四個(gè)通用I/O端口電平均為高；有探頭接入時(shí)，讀取的四位口線信息即為該探頭的識(shí)別碼；另外，當(dāng)有探頭接入時(shí)FPGA芯片(I)還要根據(jù)ARM處理器(10)傳遞過來的參數(shù)表向探頭發(fā)送電源功率信息。
9.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，其特征在于超聲影像設(shè)備(2)為液晶顯示器。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超聲穿刺導(dǎo)航方法，尤其涉及一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，依次由下述步驟組成，A．在導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)的控制下，通過穿刺定位系統(tǒng)跟蹤和采集探頭和穿刺針的位置信息，其中穿刺定位系統(tǒng)為電磁穿刺定位系統(tǒng)；B．電磁穿刺定位系統(tǒng)將采集到的信息傳輸至導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)中的ARM處理器，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和后處理；C．導(dǎo)航軟件子系統(tǒng)將經(jīng)過校準(zhǔn)和后處理的信息傳輸至超聲影像設(shè)備進(jìn)行可視化顯示。本發(fā)明公開了一種電磁定位的超聲穿刺導(dǎo)航方法，定位準(zhǔn)確、體積小、重量輕、無輻射、受環(huán)境因素影響小，實(shí)時(shí)顯示穿刺針路徑，任意角度清楚觀察針尖位置，提高穿刺準(zhǔn)確性，減少出血并發(fā)癥，提高安全性。
文檔編號(hào)A61B19/00GK103006261SQ201210505349
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者陸海同, 鄭音飛 申請(qǐng)人:杭州柏拉圖科技有限公司