一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学检测领域，特别是一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的 方法。
【背景技术】
[0002] 目前常见的医学定位方法有核医学图像定位法、超声定位法、射频信号定位法、交 流激磁定位法、磁标记物定位法和电磁定位法。核医学图像定位法的缺点是具有高辐射性； 超声定位法、射频信号定位法和交流激磁定位法的缺点是定位精度低并且实现模型复杂； 磁标记物定位法和电磁定位法的缺点是成本高。由于人体的磁导率与空气，水或者其它非 铁磁性物质的磁导率很接近，而非铁磁性物质对于静磁场几乎没有影响，因此磁定位方法 的定位精度会很高，而且对人体没有辐射性，实现成本低。
[0003] 由于磁定位方法适用于非可视状态下的磁性物质三维定位，所以磁定位方法在各 行业领域都有着一定的应用，如：室内导航，车模定位，水下定位以及医用介入设备的定位 等。随着科技的进步，医学检测领域对磁定位检测方法有了更高的精度、性能和技术要求。
[0004] 中国专利申请201310715156. 3提出了"一种磁定位装置、具有该磁定位装置的车 模及其定位方法"，该方案虽然能够运用磁感应元件在磁场下生成电流信号，以识别车模位 置，具有成本较低、操作简单等优点，但还存在以下明显不足：一是使用多个磁感应元件在 不同的道路板上进行检测，增加了成本和定位的复杂度；二是磁感应元件相对道路板保持 不动，位置取决于道路板，容易受到车辆挤压影响，增加了定位难度。
[0005] 中国专利申请201210404303. 0提出了 "一种基于三轴矢量磁传感器阵的磁性目 标定位方法"，该方案利用由五个三轴磁传感器组成磁梯度张量测量阵列来对磁性目标进 行定位，该方案虽然具有受地磁场倾角、偏角影响小等优点，但还存在以下明显不足：一是 需要使用五个磁传感器来组成传感阵，成本较高；二是布置磁梯度张量测量阵列时需要保 证所有三轴矢量传感器对应的三个敏感轴均相互平行，导致操作复杂。
[0006] 中国专利申请201210227393. 0提出了 "一种磁传感器定位方法"，该方案用于水 下定位，定位精度可达〇. 2m，该方案虽然具有抗干扰能力强、环境适应性强等优点，但是还 存在以下明显不足：一是该方案用于水下大范围定位，相对于医学定位精度仍然不够；二 是磁传感器位置固定不动，操作相对复杂。
[0007] 综上所述，磁定位方法在不同领域内已经有了一定的研宄，但是尚未有成熟的产 品出现，现有产品的缺点集中表现在磁传感器位置固定，数量多，定位算法复杂，操作困难 以及成本较高。如何克服现有技术以上的不足，并将磁定位技术应用到医学检测领域是一 个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008] 发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种使用磁 传感器对磁性目标进行检测定位的方法。
[0009] 为了解决上述技术问题，本发明公开了一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定 位的方法，该方法可以使用检测定位装置进行，检测定位装置一般由上位机软件部分和下 位机硬件部分组成，下位机硬件部分包括圆形扫描轨道、位于圆形扫描轨道上的磁传感器、 以及位于圆形扫描轨道内的检查床，圆形扫描轨道由伺服电机驱动皮带带动旋转，磁传感 器电连接第一无线数据收发器，第一无线数据收发器与第二无线数据收发器无线连接；第 二无线数据收发器与所述伺服电机之间依次电连接信号调理器、中央控制器、电转接模块 以及伺服驱动器，中央控制器连接上位机。
[0010] 该方法包括以下步骤：
[0011] 步骤1，磁传感器把X，y, z三个传感轴方向的入射磁感应强度Bx，By，换成模 拟信号差动电压Vx，Vy，Vz，输出信号通过无线数据收发模块送至信号调理器，信号调理器将 模拟信号转换成数字信号；
[0012] 步骤2,磁传感器在圆形扫描轨道上匀速旋转，在相邻两个采样点之间时间间隔 足够短的情况下，可以认为该时间段内的磁目标的位置不变，把这两个相邻的采样点作为 一组，然后进行下一组采样，由中央控制器设置每旋转一周内在轨道上取N组采样组，即 2N个采样点，磁传感器在每一个采样点上对检查床上人体内外的磁目标进行采样测量得 到测量值，并把采样点位置和测量值送至中央控制器，N的取值范围为100~600 ;每旋转 内在轨道上取 2N个木样点（X11,y。，Z11)，（x12,yi2，Z12)，（x2i,y2i，Z21)，（X22，y"22，Z22)…， (xN1,yN1,zN1)，（xN2,yN2,zN2)，磁传感器在每一个采样点上对检查床上人体内外的磁目标进行 采样测量，测量值依次为（Vxll，Vyll，Vzll)，（Vxl2,Vyl2,Vzl2)，（Vx21，Vy21，Vz21)，（Vx22,Vy22,Vz22)，…， (VxN1，VyN1，VzN1)，（VxN2,VyN2,VzN2)，并把采样点位置和测量值送至中央控制器；
[0013] 步骤3,在中央控制器内通过A/D模数转换把每一组Vx，Vy，Vz还原成Bx，By，Bz，并 建立空间坐标系；
[0014] 步骤4,在中央控制器中利用传感器的位置（u，v，w)和磁目标位置（a，b，c)计算磁 目标的角度和运动方向，其中运动方向由所得磁性目标的相邻两组采样点计算得出相对空 间位置即可得出，若令a、0、Y分别为磁性目标在XOY、YOZ、XOZ平面上的倾角，则可以根 据如下公式计算得出：
【主权项】
1. 一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，该方法使用的检测定位装置包 括上位机软件部分和下位机硬件部分；下位机硬件包括圆形扫描轨道、位于圆形扫描轨道 上的磁传感器、以及位于圆形扫描轨道内的检查床，圆形扫描轨道由伺服电机驱动皮带带 动旋转，磁传感器电连接第一无线数据收发器，第一无线数据收发器与第二无线数据收发 器无线连接；第二无线数据收发器与所述伺服电机之间依次电连接信号调理器、中央控制 器、电转接模块以及伺服驱动器，中央控制器连接上位机；其特征在于：所述方法包括以下 步骤： 步骤1，磁传感器把X，y，Z三个传感轴方向的入射磁感应强度Bx、By、Bz转换成模拟信 号差动电压Vx、Vy、Vz，输出信号送至信号调理器，信号调理器将模拟信号转换成数字信号； 步骤2,磁传感器在圆形扫描轨道上匀速旋转，把两个相邻的采样点作为一组，由中央 控制器设置每旋转一周内在轨道上取N组采样组，即得到2N个采样点，磁传感器在每一个 采样点上对检查床上人体内外的磁目标进行采样测量得到测量值，并把采样点位置和测量 值送至中央控制器，N的取值范围为100~600 ; 步骤3,在中央控制器内通过A/D模数转换把每一组测量值，转换成入射磁感应强度， 并建立空间坐标系； 步骤4,在中央控制器中利用磁传感器的位置（u，v，w)和磁目标位置（a，b，c)计算磁目 标的角度和运动方向； 步骤5,中央控制器控制控制检查床进行匀速前进或后退运动，重复步骤1至4,直至超 出检查床的预定检测区域； 步骤6,中央控制器将处理得到的数据信息包括磁传感器位置、角度以及运动方向送至 数据存储器存储； 步骤7,上位机调用数据存储器中的数据，结合空间坐标系绘制人体内外磁性物质空间 运动轨迹。
2. 根据权利要求1所述的一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，其特征 在于，所述中央控制器用于控制磁传感器沿扫描轨道旋转运动，控制检查床匀速前进或后 退运动，建立坐标系和求解位置方程并把数据发送到上位机以及数据存储器； 信号调理器包括模拟信号处理器和数字信号处理，模拟信号处理器包括信号预处理电 路和低通滤波电路，模拟信号处理器将磁传感器的输出信号进行放大、滤波处理，模拟信号 处理器利用二阶巴特沃斯低通滤波器滤出外界高频磁场干扰，数字信号处理器包括A/D模 数转换电路，将模拟信号处理器的输出信号进行A/D模数转换； 数据存储器用于存储来自信号调理器的输出数据，数据被上位机软件调用； 磁传感器用于感应磁场强度来测量人体内外磁目标的位置三个方向的物理参数。
3. 根据权利要求2所述的一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，其特征 在于，步骤3中建立空间坐标系，使用如下3个方程计算磁目标位置（a，b，c)和磁偶极矩 (n, p, q)：
其中（n，p，q)表示磁偶极矩，磁偶极矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理 量，n、p、q分别代表磁偶极矩在x，y, z三轴上的分量，Utl代表真空中的磁导率，μ。= 4 π X KT7 (H/m)，r代表磁传感器与磁目标之间的距离，同一周内的2Ν个采样点提供6Ν组 磁传感器位置参数和对应入射磁感应强度，即能得到N个磁目标位置解并求出磁偶极矩。
4. 根据权利要求1所述的一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，其特征 在于，所述磁传感器为两个以上的偶数，对称的设置在圆形扫描轨道上。
5. 根据权利要求1所述的一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，其特征 在于，中央控制器控制扫描轨道旋转运动以及检查床的运动。
6. 根据权利要求1所述的一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，其特征 在于，信号调理器包括模拟信号处理器和数字信号处理器，用于实现数字信号和模拟信号 之间的转换。
【专利摘要】本发明公开了一种使用磁传感器对磁性目标进行检测定位的方法，包括：步骤1，磁传感器把x,y,z三个传感轴方向的入射磁感应强度Bx、By、Bz转换成模拟信号差动电压Vx、Vy、Vz，输出信号送至信号调理器，信号调理器将模拟信号转换成数字信号；步骤2，磁传感器对磁目标进行采样测量，把采样点位置和测量值送至中央控制器；步骤3，在中央控制器内通过A/D模数转换把每一组Vx、Vy、Vz还原成Bx、By、Bz，并建立空间坐标系；步骤4，计算磁目标的角度和运动方向；步骤5，重复步骤1至4，直至超出检查床的预定检测区域；步骤6，中央控制器将处理得到的数据信息送至数据存储器存储；步骤7，绘制磁性物质空间运动轨迹。
【IPC分类】A61B5-05, A61B5-06
【公开号】CN104739411
【申请号】CN201510151629
【发明人】吴小玲, 汤福南, 敦煌俊秋, 张可, 朱松盛, 刘宾, 汤逸旻
【申请人】南京医科大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月1日