一种电磁定位的超声穿刺导航系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医疗器械
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术采用的是一个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。本专利技术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为本专利技术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为本专利技术所述一种电磁定位的超声穿刺导航系统的工作流程图。具体实施例方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述。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I，FPGA芯片I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I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，以上所述仅为本专利技术的较佳实施例， 凡依本专利技术申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本专利技术专利的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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(I)，FPGA芯片(I)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(I)包括探头控制模块(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑音飞，陆海同，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：