CN115005946A - 一种超声辅助定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声辅助定位的方法及装置，利用超声波超过介质的发射和投射特性，对植入脑部的微针进行辅助定位。在微针上集成微超声波传感器阵列，以发射超声波信号，在大脑皮层外侧放置感应环接收信号，通过一圈微超声波传感收集信号，更精确的拟合确定微针的植入位置。以微针上的微超声波传感器阵列类比微针的实体，阵列分布走向与微针相同，能够有效的拟合反馈出真实数据。

Description

一种超声辅助定位方法及装置

技术领域

本申请涉及脑部微针植入定位技术领域，具体而言，涉及一种超声辅助定位方法及装置。

背景技术

目前，超声定位方法只能实现对身体某个部位进行辅助定位，没有对大脑微针植入进行辅助定位的发明，无法满足临床脑补疾病的需求。

超声波在人耳听阈以上，在液体、固体中穿透能力很强，方向性很好。碰到介质会产生显著反射、折射及散射，根据不同介质的声阻抗差异，超声波通过介质时反射和透射信号会有差异，利用超声波穿过介质的反射和透射特性，提出了一种超声辅助脑部微针植入的定位方法及装置。

发明内容

本发明旨在提供一种超声辅助脑部微针植入的定位方法，将微超声传感器分布在大脑的一圈头皮外侧，作为接收/发射单元，中间有个附着在插入大脑微针上的微超声传感器阵列作为信号发射/接收单元，能够实现信号的发射与接收，可辅助对脑部微针植入定位。

根据本发明的第一方面，本申请实施例提供了一种超声辅助定位装置，，包括至少一个集成于微针前端的微超声传感器阵列及多个微超声传感器芯片周向分布且相对形成的感应环，所述感应环套设于头皮外侧，所述微针植入过程中通过所述微超声传感器阵列发射超声波，所述感应环能够接收所述微针发射的所述超声波并拟合确定所述微针的植入位置。

优选的，所述微超声传感器芯片由单个或多个微超声传感器单元阵列组成，所述微超声传感器芯片的数量至少为三个。

优选的，所述感应环上的多个所述微超声传感器芯片处于同一平面内，且均匀分布。

优选的，所述感应环上的多个所述微超声传感芯片处于多个平面内，且每个平面内至少包括三个所述微超声传感芯片，多个所述微超声传感器芯片处于同一个平面内分布。

优选的，所述微针的目标植入深度与所述感应环的套设位置之间存在高度落差，使得所述微针上的微超声传感器阵列与所述感应环上的各微超声传感器芯片之间始终存在位移差。

优选的，还包括成像系统，所述成像系统与所述感应环上各个所述微超声传感器芯片均电连接。

优选的，所述成像系统包括显示屏，用以展示实时图像，对脑部的微针植入进行辅助导航。

优选的，所述微针上的所述微超声传感器阵列的超声传播方向与所述微针的轴向一致。

根据本发明的第二方面，本申请实施例提供了一种超声辅助定位方法，包括：

将感应环套设于大脑的头皮外侧，发射超声波信号，基于所述感应环的建立空间坐标系拟合所述大脑的空间模型；

当检测到微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号时，将所述感应环上各个微超声传感器芯片的标识信息与所检测得到的信号数据关联绑定；所述标识信息包括微超声传感器的环内编号、环内相对位置；

根据所检测得到的所述信号数据拟合所述微针在所述空间模型中的位置并展示。

优选的，在检测到微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号之后，还包括识别所述超声波信号的类型，具体包括：

获取所述微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号的参数，与所检测得到的信号数据进行对比，识别所述超声波信号的发射信号与投射信号。

本发明的有益效果为：

本发明为一种超声辅助定位的方法及装置，利用超声波超过介质的发射和投射特性，对植入脑部的微针进行辅助定位。在微针上集成微超声波传感器阵列，以发射超声波信号，在大脑皮层外侧放置感应环接收信号，通过一圈微超声波传感收集信号，更精确的拟合确定微针的植入位置。

以微针上的微超声波传感器阵列类比微针的实体，阵列分布走向与微针相同，能够有效的拟合反馈出真实数据。

通过反射信号与透射信号进行双重拟合，更加精确的拟合确定微针的植入位置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种超声辅助定位方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种超声辅助定位装置的正视图；

图3为本申请实施例提供的一种超声辅助定位装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本申请的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本申请内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

实施例一

参见图2、图3，本申请实施例提供的一种超声辅助定位装置，主要包括至少一个集成于微针前端的微超声传感器阵列及多个微超声传感器芯片周向分布且相对形成的感应环，感应环套设于头皮外侧，微针植入过程中通过微超声传感器阵列发射超声波，感应环能够接收微针发射的超声波并拟合确定微针的植入位置。

必要的，还包括成像系统，成像系统与感应环上各个微超声传感器芯片均电连接，获取检测得到的信号数据。成像系统包括显示屏，用以展示实时图像，对脑部的微针植入进行辅助定位。

本申请实施例中，微超声传感器芯片由单个或多个微超声传感器单元阵列组成，单元数量由成像距离和分辨率决定，可根据实际需求自行设计。可以理解的是，感应环上的微超声传感器芯片的数量至少为三个。

作为一种实施例，感应环上的多个微超声传感器芯片处于同一平面内分布，以便于定位拟合。

作为另一种实施例，感应环上的多个微超声传感器芯片处于多个平面内，且每个平面内至少包括三个微超声传感器芯片，多个微超声传感器芯片处于同一平面内分布。多层分布的结构，采集到的信号更加准确。

可以理解的是，微针的植入深度与感应环的套设位置之间可存在高度落差，使得微针上的微超声传感器阵列与感应环上的各微超声传感器芯片之间始终存在位移差，有利于微针的位置拟合确定。

本申请实施例中，微针的前端所集成的微超声传感器阵列的超声传播方向与微针的轴向一致，能够有效的映射反馈出微针的实际位置及姿态。

在一个具体的实施例中，首先在大脑外围一圈放置多个微超声传感器芯片，形成感应环，其作用是接收/发射超声信号；再将植入大脑的微针前端上集成的微超声传感器阵列触发，向四周发射/接收超声波；超声波在传播过程中一部分被反射回去，另一部分则穿过组织，到达另一侧的换能器阵列上，所以，接收端(感应环)的微超声波传感器中既有反射信号，又有透射信号；接收端的微超声传感器通过外接成像系统进行图像处理后将图像显示出来，通过显示的图像可判断位置，对脑部微针植入进行辅助定位。

实施例二

请参阅图1，本申请提供了一种超声辅助定位的方法，包括：

S101、将感应环套设于大脑的头皮外侧，发射超声波信号，基于感应环建立空间坐标系拟合大脑的空间模型。

可通过感应环自身所携带的超声波传感器芯片，对大脑进行“成像”，以感应环的位置为基准建立空间坐标系，在空间坐标系中拟合大脑的空间模型，以便于后续的微针位置信息数据化。

S102、当检测到微针上微超声传感器阵列所发出的超声波信号时，将感应环上各个微超声传感器芯片的标识信息与所检测得到的信号数据关联绑定。

微针上所携带的微超声传感器阵列可由工作人员进行控制是否发出超声波信号，感应环则处于监听状态，监听对应频率的超声波信号即可。将感应环上每个点位上的微超声传感器芯片与其检测到的信号数据进行关联，则可基于感应环还原出信号源的位置。

S103、根据所检测得到的信号数据拟合微针在空间模型中的位置并展示。

以感应环为媒介，将微针与大脑的相对位置拟合确定，并通过成像系统的显示屏展示即可。必要的，可显示相关坐标数据。

在本申请实施例中，在检测到微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号之后，还包括识别超声波信号的类型，具体包括：

获取微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号的参数，与所检测得到的信号数据进行对比，识别超声波信号的发射信号与投射信号。

可以理解的是，同源的超声波信号在经过反射、穿透之后，具备不同的参数，基于超声波信号的源参数、介质可快速识别、分辨；可有助于成像系统进行双重拟合，形成对比效果得到更为精确的位置数据。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例的技术方案可借助软件和/或硬件来实现。本说明书中的“单元”和“模块”是指能够独立完成或与其他部件配合完成特定功能的软件和/或硬件，其中硬件例如可以是现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、集成电路(Integrated Circuit，IC)等。

本申请实施例的各处理单元和/或模块，可通过实现本申请实施例所述的功能的模拟电路而实现，也可以通过执行本申请实施例所述的功能的软件而实现。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种超声辅助定位装置，其特征在于，包括至少一个集成于微针前端的微超声传感器阵列及多个微超声传感器芯片周向分布且相对形成的感应环，所述感应环套设于头皮外侧，所述微针植入过程中通过所述微超声传感器阵列发射超声波，所述感应环能够接收所述微针发射的所述超声波并拟合确定所述微针的植入位置。

2.根据权利要求1所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，所述微超声传感器芯片由单个或多个微超声传感器单元阵列组成，所述微超声传感器芯片的数量至少为三个。

3.根据权利要求1所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，所述感应环上的多个所述微超声传感器芯片处于同一平面内分布。

4.根据权利要求1所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，所述感应环上的多个所述微超声传感芯片处于多个平面内，且每个平面内至少包括三个所述微超声传感芯片，多个所述微超声传感器芯片处于同一平面内分布。

5.根据权利要求1所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，所述微针的目标植入深度与所述感应环的套设位置之间存在高度落差，使得所述微针上的微超声传感器阵列与所述感应环上的各微超声传感器芯片之间始终存在位移差。

6.根据权利要求5所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，还包括成像系统，所述成像系统与所述感应环上各个所述微超声传感器芯片均电连接。

7.根据权利要求6所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，所述成像系统包括显示屏，用以展示实时图像，对脑部的微针植入进行辅助导航。

8.根据权利要求1所述的一种超声辅助定位装置，其特征在于，所述微针上的微超声传感器阵列的超声传播方向与所述微针的轴向一致。

9.一种超声辅助定位方法，其特征在于，包括：

将感应环套设于大脑的头皮外侧，发射超声波信号，基于所述感应环建立空间坐标系拟合所述大脑的空间模型；

当检测到微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号时，将所述感应环上各个微超声传感器芯片的标识信息与所检测得到的信号数据关联绑定；所述标识信息包括微超声传感器的环内编号、环内相对位置；

根据所检测得到的所述信号数据拟合所述微针在所述空间模型中的位置并展示。

10.根据权利要求9所述的一种超声辅助定位方法，其特征在于，在检测到微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号之后，还包括识别所述超声波信号的类型，具体包括：

获取所述微针上微超声传感阵列所发出的超声波信号的参数，与所检测得到的信号数据进行对比，识别所述超声波信号的发射信号与投射信号。

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