CN103027712A - 一种电磁定位的超声穿刺导航系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种超声穿刺导航系统，尤其涉及一种电磁定位的超声穿刺导航系统，包括超声影像设备、穿刺定位系统和导航软件子系统，超声影像设备和穿刺定位系统通过导航软件子系统相连，穿刺定位系统为电磁穿刺定位系统，电磁穿刺定位系统包括磁场发射器、探头接收器和穿刺针接收器，磁场发射器通过与探头接收器和穿刺针接收器收发信息，从而跟踪和采集探头和穿刺针的位置信息。本发明公开了一种电磁定位的超声穿刺导航系统，定位准确、体积小、重量轻、无辐射、受环境因素影响小，实时显示穿刺针路径，任意角度清楚观察针尖位置，提高穿刺准确性，减少出血并发症，提高安全性。在医疗器械技术领域中具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种超声穿刺导航系统，尤其涉及一种电磁定位的超声穿刺导航系统。
背景技术
超声穿刺导航作为介入性超声的重要组成部分，是超声辅助治疗的重要手段。传统的超声穿刺导航主要是采用导向装置法，该技术比较成熟，但依旧存在穿刺针的方向与声束夹角偏小，穿刺针与扫查平面不平行，容易造成对针尖位置的错误判断，部分容积效应也常造成监视和引导失误，对病灶位置的判断很大程度上依靠临床医生的经验等缺点，容易引起穿刺误差，造成创伤和并发症。
发明内容
本发明针对现有技术中容易误穿刺、造成创伤和并发症等缺陷，运用电磁定位技术，结合超声穿刺导航，目的是提供一种电磁定位的超声穿刺导航系统，实现精度高、操作方便、可以实现任意角度的准确定位的解决方案。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种电磁定位的超声穿刺导航系统，包括超声影像设备、穿刺定位系统和导航软件子系统，超声影像设备和穿刺定位系统通过导航软件子系统相连，穿刺定位系统为电磁穿刺定位系统。利用电磁穿刺定位系统，精度高、操作方便，可以实现任意角度的准确定位。超声技术和电磁定位导航技术都属于安全无辐射技术，只需把发射器移至靠近穿刺位置即可，无需固定导向装置，操作简单、灵活、方便、无辐射。
作为优选，电磁穿刺定位系统包括磁场发射器、探头接收器和穿刺针接收器，磁场发射器通过与探头接收器和穿刺针接收器收发信息，从而跟踪和采集探头和穿刺针的位置信息。穿刺时可以实时显示穿刺针的路径，并且在任意角度清楚观察到针尖所处的位置，提高穿刺的准确性。而且可以进行术前手术计划，鉴别穿刺路径中的血管结构，减少出血并发症的发生，提高安全性。在穿刺过程中，可以改变穿刺针或探头的方向、角度，保证最佳穿刺平面与最佳成像平面的一致性。
作为优选，导航软件子系统包括ARM处理器和FPGA芯片，FPGA芯片分别与ARM处理器、电磁穿刺定位系统和超声影像设备相连，ARM处理器通过总线控制部件互连和数据传输。ARM处理器为一种微处理器，FPGA芯片为现场可编程门阵列芯片，主要由可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块等七部分组成。本发明采用的是一个ARM+FPGA双核架构，ARM处理器主要负责系统的实时控制，如按键响应、字符界面的显示、应用软件的选择等，而FPGA芯片主要负责超声图像信息的采集和处理、探头控制、各种信息的合成显示，一幅完整的超声图像是由ARM处理器输出的字符显示控制界面与FPGA芯片处理得到的超声图像组成的。ARM处理器将参数信息以控制字表的形式通过系统总线发送给FPGA芯片，该FPGA芯片根据控制表进行超声图像处理操作。
作为优选，FPGA芯片包括探头控制模块、超声处理模块和图像合成模块，图像合成模块分别与探头控制模块和超声处理模块相连。
作为优选，探头控制模块与电磁穿刺定位系统相连，控制电磁穿刺定位系统对探头和穿刺针的位置信息进行跟踪和采集，将采集的信息传输至ARM处理器进行校准和后处理。
作为优选，超声处理模块通过图像合成模块与超声影像设备相连，将经过校准和后处理的信息传输至超声影像设备进行可视化显示。用户图形接口界面显示的是一个融合图像信息，要同时显示超声图像信息与字符界面信息，而超声图像信息又由两部分构成，一部分为扫描直接获得的图像信息，另一部分为电磁穿刺定位系统得到的穿刺针、探头位置信息。ARM处理器通过FPGA芯片来实现字符界面信息和图像信息的转换，即FPGA芯片既接收扫描直接获得的图像信息，又对超声图像与导航位置信息进行综合处理，最终将二者的信息叠加来驱动一个液晶显示器，ARM通过数据总线、控制总线、地址总线与FPGA芯片进行数据交互。
作为优选，ARM处理器与探头接收器之间通过通用I/O端口相连。
作为优选，通用I/O端口有四个。ARM处理器通过四个通用I/O端口与探头接收器相连，利用定时读取接口线电平信息进行探头状态查询；无探头接入时，四个通用I/O端口电平均为高；有探头接入时，读取的四位口线信息即为该探头的识别码；另外，当有探头接入时FPGA芯片还要根据ARM处理器传递过来的参数表向探头发送电源功率信息。
作为优选，超声影像设备为液晶显示器。
本发明提供了一种电磁定位的超声穿刺导航系统，定位准确、体积小、重量轻、无辐射、受环境因素影响小，结合超声穿刺导航系统的临床应用，设计了基于电磁定位方式的实时导航算法，为提高穿刺的准确性，降低穿刺的时间提供了有效的技术方案。而软组织变形作为影响穿刺精度最主要的因素之一，本系统利用有限元方法对软组织变形作了详细的分析，并根据该理论模型，利用ANSYS有限元分析软件进行软组织变形仿真，得出针刺软组织变形模型，为穿刺导航系统提供了可靠的预警，为穿刺的临床应用提供有效的手段，极大减少了穿刺手术创伤面和术后并发症，尤其对患有中室间隔缺损（VSD）的先天性小儿心脏病采用经胸微创伞封术中穿刺，具有革命性的意义。
附图说明
图1为本发明所述一种电磁定位的超声穿刺导航系统的结构示意图。
图2为本发明所述一种电磁定位的超声穿刺导航系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
一种电磁定位的超声穿刺导航系统，如图1至2所示：包括超声影像设备2、穿刺定位系统9和导航软件子系统11，超声影像设备2和穿刺定位系统9通过导航软件子系统11相连，穿刺定位系统9为电磁穿刺定位系统。
电磁穿刺定位系统包括磁场发射器7、探头接收器6和穿刺针接收器8，磁场发射器7通过与探头接收器6和穿刺针接收器8收发信息，从而跟踪和采集探头和穿刺针的位置信息。
导航软件子系统11包括ARM处理器10和FPGA芯片1，FPGA芯片1分别与ARM处理器10、电磁穿刺定位系统和超声影像设备2相连，ARM处理器10通过总线控制部件互连和数据传输。
FPGA芯片1包括探头控制模块5、超声处理模块4和图像合成模块3，图像合成模块3分别与探头控制模块5和超声处理模块4相连。
探头控制模块5与电磁穿刺定位系统相连，控制电磁穿刺定位系统对探头和穿刺针的位置信息进行跟踪和采集，将采集的信息传输至ARM处理器10进行校准和后处理。
超声处理模块4通过图像合成模块3与超声影像设备2相连，将经过校准和后处理的信息传输至超声影像设备2进行可视化显示。
ARM处理器10与探头接收器5之间通过通用I/O端口相连。
通用I/O端口有四个。
超声影像设备4为液晶显示器。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种电磁定位的超声穿刺导航系统，包括超声影像设备（2）、穿刺定位系统（9）和导航软件子系统（11），超声影像设备（2）和穿刺定位系统（9）通过导航软件子系统（11）相连，其特征在于：穿刺定位系统（9）为电磁穿刺定位系统。
2.根据权利要求1所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：电磁穿刺定位系统包括磁场发射器（7）、探头接收器（6）和穿刺针接收器（8），磁场发射器（7）通过与探头接收器（6）和穿刺针接收器（8）收发信息，从而跟踪和采集探头和穿刺针的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：导航软件子系统（11）包括ARM处理器（10）和FPGA芯片（1），FPGA芯片（1）分别与ARM处理器（10）、电磁穿刺定位系统和超声影像设备（2）相连，ARM处理器（10）通过总线控制部件互连和数据传输。
4.根据权利要求3所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：FPGA芯片（1）包括探头控制模块（5）、超声处理模块（4）和图像合成模块（3），图像合成模块（3）分别与探头控制模块（5）和超声处理模块（4）相连。
5.根据权利要求4所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：探头控制模块（5）与电磁穿刺定位系统相连，控制电磁穿刺定位系统对探头和穿刺针的位置信息进行跟踪和采集，将采集的信息传输至ARM处理器（10）进行校准和后处理。
6.根据权利要求5所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：超声处理模块（4）通过图像合成模块（3）与超声影像设备（2）相连，将经过校准和后处理的信息传输至超声影像设备（2）进行可视化显示。
7.根据权利要求5所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：ARM处理器（10）与探头接收器（6）之间通过通用I/O端口相连。
8.根据权利要求7所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：通用I/O端口有四个。
9.根据权利要求1所述的一种电磁定位的超声穿刺导航系统，其特征在于：超声影像设备（2）为液晶显示器。
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