一种声源定位的方法及声波导航仪与流程

本发明涉及医疗领域，特别涉及一种声源定位的方法及声波导航仪。

背景技术：

在国内，计算机与机器人辅助手术的研究与临床应用主要集中在申请经外科领域，在骨科等其它领域，国内尚未展开深入研究。目前市场上多以红外导航技术为主，由于国外的计算机辅助导航系统价格过于昂贵，大大超出国内绝大多数医院的承受能力，仅北京、杭州等一线城市的极少数医院购买了针对骨科手术的红外导航系统，而红外导航系统不仅造价昂贵，且对使用场地要求较高。声波导航成本较低，不需要大型仪器支持，使用简单便捷，目前还没有其在骨科等领域的研究应用。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种声源定位的方法及设备，以解决声波导航在骨科等领域的应用问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种声源定位的方法，包括：

超声波发射装置向超声波接收装置发送超声波信号和同步信号；

超声波接收装置接收所述超声波信号和所述同步信号，并将所述超声波信号转换为传感器信号；

超声波接收装置对所述传感器信号和所述同步信号进行处理，得到处理结果；

超声波接收装置显示所述处理结果；

其中，所述传感器信号包括多组冗余信息。

可选地，所述超声波发射装置向超声波接收装置发送超声波信号和同步信号，包括：超声波发射装置生成驱动信号，并根据所述驱动信号生成分配驱动信号，用于对声源进行驱动；超声波发射装置根据所述驱动信号和所述分配驱动信号生成所述同步信号，将所述同步信号发送给所述超声波接收装置。

可选地，所述超声波接收装置对所述传感器信号和所述同步信号进行处理，得到处理结果，包括：对所述传感器信号进行数字化，得到数字信号；对所述数字信号和所述同步信号进行处理，得到所述处理结果。

可选地，所述对所述传感器信号进行数字化，得到数字信号，包括：对所述传感器信号进行调理，得到调理信号；对所述调理信号进行a/d转换，得到数字信号。

可选地，所述对所述数字信号和所述同步信号进行处理，得到所述处理结果，包括：通过广义互相算法计算所述数字信号和所述同步信号之间的时间延迟；结合几何关系和所述时间延迟计算出声源模糊位置；结合所述多组冗余信息计算出声源精确位置，所述声源精确位置为所述处理结果。

第二方面，本发明实施例还提供了一种声波导航仪，包括：

超声波发射装置，用于向超声波接收装置发送超声波信号和同步信号；

超声波接收装置，用于接收所述超声波信号和所述同步信号。

可选地，所述超声波接收装置包括：接收传感器阵列，用于接收所述超声波信号，并将所述超声波信号转换为传感器信号；定位导航主机，用于接收所述同步信号，并对所述同步信号和传感器信号进行处理，得到处理结果；其中，所述传感器信号包括多组冗余信息。

可选地，所述定位导航主机包括：信号调理模块，用于对所述传感器信号进行调理，得到调理信号；a/d转换模块，用于对所述调理信号进行a/d转换，得到数字信号；信号处理机，用于对所述数字信号和所述同步信号进行处理，得到所述处理结果；显示模块，用于显示所述处理结果；其中，所述信号处理机包括：第一计算模块，用于通过广义互相算法计算所述数字信号和所述同步信号之间的时间延迟；第二计算模块，用于结合几何关系和所述时间延迟计算出声源模糊位置；第三计算模块，用于结合所述多组冗余信息计算出声源精确位置，所述声源精确位置为所述处理结果。

可选地，所述超声波发射装置包括：发射换能器，作为声源，用于在驱动下辐射超声波信号；超声驱动装置，用于驱动发射换能器辐射超声波信号，还用于在辐射所述超声波信号的同时向超声波接收装置发送同步信号。

可选地，所述超声驱动装置包括：信号发生器，用于生成驱动信号；多路分配器，根据所述驱动信号生成分配驱动信号，用于对发射换能器进行驱动；同步信号发生器，根据所述驱动信号和所述分配驱动信号生成所述同步信号；发送模块，用于将所述同步信号发送给所述超声波接收装置。

本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供的声波导航仪将声波导航系统应用到骨科等领域，不仅可以满足手术中对于声源定位的需求，同时声波导航价格相对红外导航低很多，对于使用场地要求也较低，对条件一般的医院同样适用，利于医生在手术中的使用，以及对患者的治疗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种声源定位的方法流程图；

图2为图1中步骤101的流程示意图；

图3为图1中步骤103的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的声波导航仪的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图中示出了一种声源定位的方法的流程，具体步骤如下：

步骤101、超声波发射装置向超声波接收装置发送超声波信号和同步信号；

在一个可选实施例中，参见图2，所述步骤101包括：

步骤1011、超声波发射装置生成驱动信号，并根据驱动信号生成分配驱动信号；

在本发明实施例中，超声波发射装置生成驱动信号，用于驱动声源辐射超声波信号，由于实际使用过程中，声源一般为多个，所以还需要对驱动信号进行分配，生成分配驱动信号，用于分布对每一个声源进行驱动。

步骤1012、超声波发射装置根据驱动信号和分配驱动信号生成同步信号，将同步信号发送给超声波接收装置；

在本发明实施例中，超声波发射装置在驱动声源辐射超声波信号的同时，还需要根据驱动信号和分配驱动信号生成一个同步信号，将同步信号发送给超声波接收装置。通过同步信号，超声波接收装置可以同时分布对每一个声源进行定位。

可选地，上述驱动信号、分配驱动信号和同步信号均为40khz的方波，本发明实施例不对信号的类型与频率做具体限定。

步骤102、超声波接收装置接收超声波信号和同步信号，并将超声波信号转换为传感器信号；

在本发明实施例中，由于接受传感器的工作原理，接收到的超声波信号会被转换成模拟信号，即传感器信号。

步骤103、超声波接收装置对传感器信号和同步信号进行处理，得到处理结果；

在一个可选实施例中，参见图3，所述步骤103包括：

步骤1031、对传感器信号进行调理，得到调理信号；

在本发明实施例中，对传感器信号进行调理，使其信号更为清晰，便于后续a/d转换。

步骤1032、对调理信号进行a/d转换，得到数字信号；

在本发明实施例中，通过a/d转换将模拟信号转换为数字信号，便于后续的信号处理。

步骤1033、通过广义互相算法计算数字信号和同步信号之间的时间延迟；

在本发明实施例中，通过广义互相算法得到超声波信号在发出与被接收到之间的时间延迟。

步骤1034、结合几何关系和时间延迟计算出声源模糊位置；

在本发明实施例中，根据几何关系和时间延迟，可以通过数学几何模型计算出声源的空间位置，但是由于只进行了单次计算，计算结果并不精确，只能得到声源的模糊位置。

步骤1035、结合多组冗余信息计算出声源精确位置，声源精确位置为处理结果。

在本发明实施例中，由于采用的是接收传感器阵列，对于声源发出的单次超声波信号会得到多个测量结果，通过这些冗余信息，进行多次计算，可以得到声源在空间中的准确位置，该声源的精确位置即为处理结果。

步骤104、超声波接收装置显示处理结果；

在本发明实施例中，超声波接收装置在获得声源的准确位置后，将该结果显示出来，便于医生观察及使用。本发明实施例不对显示方式做具体限定。

参见图4，图中示出了一种声波导航仪的结构，声波导航仪400包括：

超声波发射装置402，用于向超声波接收装置401发送超声波信号和同步信号；

超声波接收装置401，用于接收超声波信号和同步信号；

可选地，超声波接收装置401包括：

接收传感器阵列4011，用于接收超声波信号，并将超声波信号转换为传感器信号；

定位导航主机4012，用于接收同步信号，并对同步信号和传感器信号进行处理，得到处理结果；

其中，定位导航主机4012包括：

信号调理模块4013，用于对传感器信号进行调理，得到调理信号；

a/d转换模块4014，用于对调理信号进行a/d转换，得到数字信号；

信号处理机4015，用于对数字信号和同步信号进行处理，得到处理结果；

显示模块4019，用于显示处理结果；

进一步地，信号处理机4015包括：

第一计算模块4016，用于通过广义互相算法计算数字信号和同步信号之间的时间延迟；

第二计算模块4017，用于结合几何关系和时间延迟计算出声源模糊位置；

第三计算模块4018，用于结合多组冗余信息计算出声源精确位置，声源精确位置为处理结果。

可选地，超声波发射装置402包括：

发射换能器4021，作为声源，用于在驱动下辐射超声波信号；

超声驱动装置4022，用于驱动发射换能器4021辐射超声波信号，还用于在辐射超声波信号的同时向超声波接收装置发送同步信号。

其中，超声驱动装置4022包括：

信号发生器4023，用于生成驱动信号；

多路分配器4024，根据驱动信号生成分配驱动信号，用于对发射换能器进行驱动；

同步信号发生器4025，根据驱动信号和分配驱动信号生成同步信号；

发送模块4026，用于将所述同步信号发送给超声波接收装置401。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。