一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學檢測領域，特別是一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的 方法。
【背景技術】
[0002] 目前常見的醫(yī)學定位方法有核醫(yī)學圖像定位法、超聲定位法、射頻信號定位法、交 流激磁定位法、磁標記物定位法和電磁定位法。核醫(yī)學圖像定位法的缺點是具有高輻射性； 超聲定位法、射頻信號定位法和交流激磁定位法的缺點是定位精度低并且實現(xiàn)模型復雜； 磁標記物定位法和電磁定位法的缺點是成本高。由于人體的磁導率與空氣，水或者其它非 鐵磁性物質的磁導率很接近，而非鐵磁性物質對于靜磁場幾乎沒有影響，因此磁定位方法 的定位精度會很高，而且對人體沒有輻射性，實現(xiàn)成本低。
[0003] 由于磁定位方法適用于非可視狀態(tài)下的磁性物質三維定位，所以磁定位方法在各 行業(yè)領域都有著一定的應用，如：室內導航，車模定位，水下定位以及醫(yī)用介入設備的定位 等。隨著科技的進步，醫(yī)學檢測領域對磁定位檢測方法有了更高的精度、性能和技術要求。
[0004] 中國專利申請201310715156. 3提出了"一種磁定位裝置、具有該磁定位裝置的車 模及其定位方法"，該方案雖然能夠運用磁感應元件在磁場下生成電流信號，以識別車模位 置，具有成本較低、操作簡單等優(yōu)點，但還存在以下明顯不足：一是使用多個磁感應元件在 不同的道路板上進行檢測，增加了成本和定位的復雜度；二是磁感應元件相對道路板保持 不動，位置取決于道路板，容易受到車輛擠壓影響，增加了定位難度。
[0005] 中國專利申請201210404303. 0提出了 "一種基于三軸矢量磁傳感器陣的磁性目 標定位方法"，該方案利用由五個三軸磁傳感器組成磁梯度張量測量陣列來對磁性目標進 行定位，該方案雖然具有受地磁場傾角、偏角影響小等優(yōu)點，但還存在以下明顯不足：一是 需要使用五個磁傳感器來組成傳感陣，成本較高；二是布置磁梯度張量測量陣列時需要保 證所有三軸矢量傳感器對應的三個敏感軸均相互平行，導致操作復雜。
[0006] 中國專利申請201210227393. 0提出了 "一種磁傳感器定位方法"，該方案用于水 下定位，定位精度可達〇. 2m，該方案雖然具有抗干擾能力強、環(huán)境適應性強等優(yōu)點，但是還 存在以下明顯不足：一是該方案用于水下大范圍定位，相對于醫(yī)學定位精度仍然不夠；二 是磁傳感器位置固定不動，操作相對復雜。
[0007] 綜上所述，磁定位方法在不同領域內已經(jīng)有了一定的研宄，但是尚未有成熟的產(chǎn) 品出現(xiàn)，現(xiàn)有產(chǎn)品的缺點集中表現(xiàn)在磁傳感器位置固定，數(shù)量多，定位算法復雜，操作困難 以及成本較高。如何克服現(xiàn)有技術以上的不足，并將磁定位技術應用到醫(yī)學檢測領域是一 個亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0008] 發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種使用磁 傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法。
[0009] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定 位的方法，該方法可以使用檢測定位裝置進行，檢測定位裝置一般由上位機軟件部分和下 位機硬件部分組成，下位機硬件部分包括圓形掃描軌道、位于圓形掃描軌道上的磁傳感器、 以及位于圓形掃描軌道內的檢查床，圓形掃描軌道由伺服電機驅動皮帶帶動旋轉，磁傳感 器電連接第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)器，第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)器與第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)器無線連接；第 二無線數(shù)據(jù)收發(fā)器與所述伺服電機之間依次電連接信號調理器、中央控制器、電轉接模塊 以及伺服驅動器，中央控制器連接上位機。
[0010] 該方法包括以下步驟：
[0011] 步驟1，磁傳感器把X，y, z三個傳感軸方向的入射磁感應強度Bx，By，換成模 擬信號差動電壓Vx，Vy，Vz，輸出信號通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊送至信號調理器，信號調理器將 模擬信號轉換成數(shù)字信號；
[0012] 步驟2,磁傳感器在圓形掃描軌道上勻速旋轉，在相鄰兩個采樣點之間時間間隔 足夠短的情況下，可以認為該時間段內的磁目標的位置不變，把這兩個相鄰的采樣點作為 一組，然后進行下一組采樣，由中央控制器設置每旋轉一周內在軌道上取N組采樣組，即 2N個采樣點，磁傳感器在每一個采樣點上對檢查床上人體內外的磁目標進行采樣測量得 到測量值，并把采樣點位置和測量值送至中央控制器，N的取值范圍為100~600 ;每旋轉 內在軌道上取 2N個木樣點（X11,y。，Z11)，（x12,yi2，Z12)，（x2i,y2i，Z21)，（X22，y"22，Z22)…， (xN1,yN1,zN1)，（xN2,yN2,zN2)，磁傳感器在每一個采樣點上對檢查床上人體內外的磁目標進行 采樣測量，測量值依次為（Vxll，Vyll，Vzll)，（Vxl2,Vyl2,Vzl2)，（Vx21，Vy21，Vz21)，（Vx22,Vy22,Vz22)，…， (VxN1，VyN1，VzN1)，（VxN2,VyN2,VzN2)，并把采樣點位置和測量值送至中央控制器；
[0013] 步驟3,在中央控制器內通過A/D模數(shù)轉換把每一組Vx，Vy，Vz還原成Bx，By，Bz，并 建立空間坐標系；
[0014] 步驟4,在中央控制器中利用傳感器的位置（u，v，w)和磁目標位置（a，b，c)計算磁 目標的角度和運動方向，其中運動方向由所得磁性目標的相鄰兩組采樣點計算得出相對空 間位置即可得出，若令a、0、Y分別為磁性目標在XOY、YOZ、XOZ平面上的傾角，則可以根 據(jù)如下公式計算得出：
【主權項】
1. 一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，該方法使用的檢測定位裝置包 括上位機軟件部分和下位機硬件部分；下位機硬件包括圓形掃描軌道、位于圓形掃描軌道 上的磁傳感器、以及位于圓形掃描軌道內的檢查床，圓形掃描軌道由伺服電機驅動皮帶帶 動旋轉，磁傳感器電連接第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)器，第一無線數(shù)據(jù)收發(fā)器與第二無線數(shù)據(jù)收發(fā) 器無線連接；第二無線數(shù)據(jù)收發(fā)器與所述伺服電機之間依次電連接信號調理器、中央控制 器、電轉接模塊以及伺服驅動器，中央控制器連接上位機；其特征在于：所述方法包括以下 步驟： 步驟1，磁傳感器把X，y，Z三個傳感軸方向的入射磁感應強度Bx、By、Bz轉換成模擬信 號差動電壓Vx、Vy、Vz，輸出信號送至信號調理器，信號調理器將模擬信號轉換成數(shù)字信號； 步驟2,磁傳感器在圓形掃描軌道上勻速旋轉，把兩個相鄰的采樣點作為一組，由中央 控制器設置每旋轉一周內在軌道上取N組采樣組，即得到2N個采樣點，磁傳感器在每一個 采樣點上對檢查床上人體內外的磁目標進行采樣測量得到測量值，并把采樣點位置和測量 值送至中央控制器，N的取值范圍為100~600 ; 步驟3,在中央控制器內通過A/D模數(shù)轉換把每一組測量值，轉換成入射磁感應強度， 并建立空間坐標系； 步驟4,在中央控制器中利用磁傳感器的位置（u，v，w)和磁目標位置（a，b，c)計算磁目 標的角度和運動方向； 步驟5,中央控制器控制控制檢查床進行勻速前進或后退運動，重復步驟1至4,直至超 出檢查床的預定檢測區(qū)域； 步驟6,中央控制器將處理得到的數(shù)據(jù)信息包括磁傳感器位置、角度以及運動方向送至 數(shù)據(jù)存儲器存儲； 步驟7,上位機調用數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)，結合空間坐標系繪制人體內外磁性物質空間 運動軌跡。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，其特征 在于，所述中央控制器用于控制磁傳感器沿掃描軌道旋轉運動，控制檢查床勻速前進或后 退運動，建立坐標系和求解位置方程并把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機以及數(shù)據(jù)存儲器； 信號調理器包括模擬信號處理器和數(shù)字信號處理，模擬信號處理器包括信號預處理電 路和低通濾波電路，模擬信號處理器將磁傳感器的輸出信號進行放大、濾波處理，模擬信號 處理器利用二階巴特沃斯低通濾波器濾出外界高頻磁場干擾，數(shù)字信號處理器包括A/D模 數(shù)轉換電路，將模擬信號處理器的輸出信號進行A/D模數(shù)轉換； 數(shù)據(jù)存儲器用于存儲來自信號調理器的輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被上位機軟件調用； 磁傳感器用于感應磁場強度來測量人體內外磁目標的位置三個方向的物理參數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，其特征 在于，步驟3中建立空間坐標系，使用如下3個方程計算磁目標位置（a，b，c)和磁偶極矩 (n, p, q)：
其中（n，p，q)表示磁偶極矩，磁偶極矩是描述載流線圈或微觀粒子磁性的物理 量，n、p、q分別代表磁偶極矩在x，y, z三軸上的分量，Utl代表真空中的磁導率，μ。= 4 π X KT7 (H/m)，r代表磁傳感器與磁目標之間的距離，同一周內的2Ν個采樣點提供6Ν組 磁傳感器位置參數(shù)和對應入射磁感應強度，即能得到N個磁目標位置解并求出磁偶極矩。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，其特征 在于，所述磁傳感器為兩個以上的偶數(shù)，對稱的設置在圓形掃描軌道上。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，其特征 在于，中央控制器控制掃描軌道旋轉運動以及檢查床的運動。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，其特征 在于，信號調理器包括模擬信號處理器和數(shù)字信號處理器，用于實現(xiàn)數(shù)字信號和模擬信號 之間的轉換。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用磁傳感器對磁性目標進行檢測定位的方法，包括：步驟1，磁傳感器把x,y,z三個傳感軸方向的入射磁感應強度Bx、By、Bz轉換成模擬信號差動電壓Vx、Vy、Vz，輸出信號送至信號調理器，信號調理器將模擬信號轉換成數(shù)字信號；步驟2，磁傳感器對磁目標進行采樣測量，把采樣點位置和測量值送至中央控制器；步驟3，在中央控制器內通過A/D模數(shù)轉換把每一組Vx、Vy、Vz還原成Bx、By、Bz，并建立空間坐標系；步驟4，計算磁目標的角度和運動方向；步驟5，重復步驟1至4，直至超出檢查床的預定檢測區(qū)域；步驟6，中央控制器將處理得到的數(shù)據(jù)信息送至數(shù)據(jù)存儲器存儲；步驟7，繪制磁性物質空間運動軌跡。
【IPC分類】A61B5-05, A61B5-06
【公開號】CN104739411
【申請?zhí)枴緾N201510151629
【發(fā)明人】吳小玲, 湯福南, 敦煌俊秋, 張可, 朱松盛, 劉賓, 湯逸旻
【申請人】南京醫(yī)科大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月1日