专利名称：一种用于体域网医疗诊断或康复训练的电磁定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种医疗定位装置，具体涉及一种用于体域网医疗诊断和康复训练电磁定位装置。
背景技术：
当今世界老龄化问题日趋严重，如何实时有效地监测老龄群体的身体状况，成为全球普遍关注的问题。帕金森病是老年人中第四位最常见的神经变性疾病，其主要表现为患者动作缓慢，手脚或身体其它部分的震颤，身体失去柔软性，变得僵硬。509Γ80%的病例起病隐袭，首发症状通常是一侧手部的4Hf 8Hz的静止性“捻丸样”震颤。这种震颤在肢体静止时最为显著，因此对于患者肢体的监测是诊断帕金森病的重要手段。体域网作为一种无线个域网，主要应用在医疗保健领域，尤其是用来连续监视和记录慢性病(如糖尿病、哮喘病和心脏病等)患者的健康参数，提供某种方式的自动医疗控制。将电磁定位与体域网相结合，可以实现对于患者肢体运动情况的监测，有效地对帕金森等老年病进行监测，并做出及时的诊断与医疗。电磁定位是一种利用电磁波确定被测物体的六个自由度(三个位置自由度和三个姿态自由度)的技术。与超声式、光电式等定位技术相比，电磁定位的成本低、活动范围自由灵活、便携性较好，其突出优点是不受视线阻挡的限制，这是其它定位方式无法比拟的。在对肢体的跟踪定位中，因为肢体可以摇晃、伸缩运动、甚至可以被身体的其它部分遮挡住，只有电磁定位可以实现全方位定位，才可以实现对于肢体运动的全方位监测。电磁定位作为一种良好的定位技术，一直受到关注。Jack Kuipers在题为“Method and apparatus for determining remote object orientation and position，，的美国专利4/742. 56中提出了一种电磁定位系统和一种电磁定位算法，但其算法采用四元数迭代的形式，四元数初值的合理选取十分重要，并且计算的复杂度较高，不利于系统的实时性。汪莖、陈彬、殷勤等人在题为“DSP在六自由度电磁跟踪系统中的应用”的论文中利用DSP处理器设计了一种电磁定位数据采集系统的硬件设计方案和软件设计流程，但其系统不完善，未考虑实际情况，没有电磁发射信号驱动放大单元和电磁接收信号滤波放大单元，系统不完整，并不具有实际的可实现性。徐彤、王涌天、阎达远等在题为“用于虚拟现实的六自由度电磁跟踪系统”的论文中介绍了六自由度电磁跟踪系统位置和姿态的确定算法，但其算法利用的是矩阵的运算，其会在+45°和-45°附近产生畸变，对定位精度产生影响。
发明内容本实用新型提供一种用于体域网医疗诊断和康复训练的电磁定位装置和方法，以解决目前电磁定位装置和方法存在的不精确的问题。本实用新型采取的技术方案是电磁信号接收传感器与滤波放大单元、A/D转换单元、数据处理与控制单元、电磁信号驱动放大单元、电磁信号发射源顺序连接，该数据处理与控制单元与上位机连接；[0008]所述数据处理与控制单元结构是处理器分别连接SDRAM存储器、FLASH存储器、电源电路和USB接口，这里的处理器为DSP、或单片机、或FPGA、或ARM数据处理芯片；一方面用于向电磁信号驱动放大单元发出控制信号，一方面与A/D转换器相连，接收电磁信号数据并进行位置姿态坐标的解算，另一方面通过数据接口，将处理后的位置姿态信息传输给上位机；所述电磁信号驱动放大单元，用于将数据处理与控制单元产生的控制信号进行驱动放大，以驱动电磁信号发射源工作；所述电磁信号发射源为正交的三轴线圈，由电磁信号驱动放大单元驱动，三轴线圈分时工作，用以向空间辐射电磁波，可以分时发送一定幅度的低频的正弦交流信号，也可以分时发送一定幅度的直流脉冲信号。所述电磁信号接收传感器为小型的正交三轴线圈或磁阻传感器芯片，传感器与滤波放大单元间的通信可以采用有线或是无线的方式，无线方式主要有蓝牙、Zigbee，用于接收空间中的电磁波信号，作为确定人体肢体运动情况的传感器；所述滤波放大单元，用于对电磁接收信号的滤波放大，以方便进行A/D转换；所述A/D转换单元，主要由A/D转换器组成，用于将滤波放大后的信号进行模数转换，最后传入数据处理与控制单元中进行位置姿态坐标的解算；所述上位机为PC机或移动终端设备，用于接收数据处理与控制单元的数据，将肢体的运动情况显示在终端上，用于将肢体的运动以坐标的形式或是三维立体图形的形式显示出来，医生或监护人员通过对病人的肢体运动情况进行全方位监测，实现医疗诊断和康复训练的目的。本实用新型所述的电磁信号接收传感器，其可采用多个电磁信号接收传感器，同时依附在人体的手臂或腿部，实现该装置的多点同时定位，可以实现整个身体的运动情况的监测。本实用新型所述的一种用于体域网医疗诊断和康复训练的电磁定位装置，其可采用多个电磁信号发射源协同工作，以扩大该装置的工作范围，实现大范围、多目标的运动监测。本实用新型具有如下优点采用无线的方式依附于患者的肢体，应用更加灵活。采用多个电磁信号发射源协同工作，扩大工作范围，适用性更强，无奇点、全方位、精度高，可有效监测手部的4Hf 8Hz的静止性“捻丸样”震颤，特别适合对人体姿势和步态异常监测的应用，可用于帕金森、癫痫、特发性震颤、痉挛性斜颈和多系统萎缩等神经性疾病的诊断中，在肢体运动损伤的康复训练中也可以广泛应用。
图I是本实用新型的原理框图；图2是本实用新型数据处理与控制单元的DSP结构图；图3是本实用新型电磁信号驱动放大单元电路原理图；图4是本实用新型电磁信号发射源的结构示意图；图5A是本实用新型电磁信号驱动放大单元输出的交流信号形式图；图5B是本实用新型电磁信号驱动放大单元输出的直流信号形式图；[0024]图[0025]图[0026]图[0027]图[0028]图
具体实施方式
电磁信号接收传感器5与滤波放大单元6、A/D转换单元I、数据处理与控制单元
2、电磁信号驱动放大单元3、电磁信号发射源4顺序连接，该数据处理与控制单元2与上位机7连接；所述数据处理与控制单元2，结构是处理器201分别连接SDRAM存储器202、FLASH存储器203、电源电路204和USB接口 205，这里的处理器为DSP、或单片机、或FPGA、或ARM数据处理芯片；一方面用于向电磁信号驱动放大单兀发出控制信号,一方面与A/D转换器相连，接收电磁信号数据并进行位置姿态坐标的解算，另一方面通过数据接口，将处理后的位置姿态信息传输给上位机；所述电磁信号驱动放大单元3，用于将数据处理与控制单元产生的控制信号进行驱动放大，以驱动电磁信号发射源工作；所述电磁信号发射源4为正交的三轴线圈，由电磁信号驱动放大单元驱动，三轴线圈分时工作，用以向空间辐射电磁波，可以分时发送一定幅度的低频的正弦交流信号，也可以分时发送一定幅度的直流脉冲信号；所述电磁信号接收传感器5为小型的正交三轴线圈或磁阻传感器芯片，传感器与滤波放大单元间的通信可以采用有线或是无线的方式，无线方式主要有蓝牙、Zigbee，用于接收空间中的电磁波信号，作为确定人体肢体运动情况的传感器；所述滤波放大单元6，用于对电磁接收信号的滤波放大，以方便进行A/D转换；所述A/D转换单元I，主要由A/D转换器组成，用于将滤波放大后的信号进行模数转换，最后传入数据处理与控制单元中进行位置姿态坐标的解算；所述上位机7为PC机或移动终端设备，用于接收数据处理与控制单元的数据，将肢体的运动情况显示在终端上，用于将肢体的运动以坐标的形式或是三维立体图形的形式显示出来，医生或监护人员通过对病人的肢体运动情况进行全方位监测，实现医疗诊断和康复训练的目的。本实用新型所述的电磁信号接收传感器5，其可采用多个电磁信号接收传感器，同时依附在人体的手臂或腿部，实现该装置的多点同时定位，可以实现整个身体的运动情况的监测。本实用新型可采用多个电磁信号发射源4协同工作，以扩大装置的工作范围，实现大范围、多目标的运动监测。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。图I是示出本实用新型的一种用于体域网医疗诊断和康复训练的电磁定位装置的整体框图，包括电磁信号驱动放大单元3、电磁信号发射源4、电磁信号接收传感器5、滤波放大单元6、A/D转换单元I、数据处理与控制单元2以及上位机7。[0041]一个或多个电磁信号接收传感器5可以依附在人体的手臂或腿部，用于检测病人肢体的运动情况，整个系统的工作流程是首先由数据处理与控制单元2控制电磁信号发射单元3的正交三轴线圈分时工作，向空间辐射电磁波。电磁信号接收传感器5接收空间中的电磁信号，然后经滤波放大单元6和A/D转换单元I后传入数据处理与控制单元2，经定位算法解算出肢体的位置姿态信息传给上位机7。图2是本实用新型的数据处理与控制单元2的一种DSP实现形式。该DSP为TI公司的TMS320VC6000系列DSP浮点运算处理器201，浮点DSP处理器计算精确，动态范围大，且处理速度高于定点DSP，适合于对大量复杂的数据计算与处理，并可以保证系统的实时性；其外围电路包括SDRAM存储器202、FLASH存储器203、电源电路204，USB接口。TMS320VC6000系列DSP浮点运算处理器201 —方面要控制电磁信号驱动放大单元3 ;另一方面与A/D转换单元I相连，接收AD转换后的电磁信号数据并根据电磁定位算法进行位置姿态坐标的解算；再一方面通过USB接口 205或者串口等数据接口，将处理后的位置姿态信息传输给上位机7并显不出来。图3是本实用新型的电磁信号驱动放大单元3，为保证输出功率，采用两级放大第一级采用普通集成运算放大器做滤波放大，第二级采用功率型放大器做驱动放大；首先TMS320VC6000系列DSP浮点运算处理器201发出的控制信号经过由集成运放301组成的信号滤波放大电路后，再由功率放大器302组成的功率放大电路进行功率放大，以驱动三轴线圈分时工作；由于为三轴线圈，所以需要三路放大电路，图3只示出了其中一路的放大电路。该电路的集成运放301可以为LM833、LF353、CA3240等芯片；该电路的功率放大器302可以为 SSM2211、LM384、LM1875 等芯片。该电路的功率放大器302的放大倍数可以通过电阻R5和电阻R6调节，其放大倍数为
权利要求1.一种用于体域网医疗诊断或康复训练的电磁定位装置，其特征在于电磁信号接收传感器与滤波放大单元、A/d转换单元、数据处理与控制单元、电磁信号驱动放大单元、电磁信号发射源顺序连接，该数据处理与控制单元与上位机连接；所述数据处理与控制单元结构是处理器分别连接SDRAM存储器、FLASH存储器、电源电路和USB接口，这里的处理器为DSP、或单片机、或FPGA、或ARM数据处理芯片；一方面用于向电磁信号驱动放大单元发出控制信号，一方面与A/D转换器相连，接收电磁信号数据并进行位置姿态坐标的解算，另一方面通过数据接口，将处理后的位置姿态信息传输给上位机；所述电磁信号驱动放大单元，用于将数据处理与控制单元产生的控制信号进行驱动放大，以驱动电磁信号发射源工作；所述电磁信号发射源为正交的三轴线圈，由电磁信号驱动放大单元驱动，三轴线圈分时工作，用以向空间辐射电磁波，分时发送一定幅度的低频的正弦交流信号，或分时发送一定幅度的直流脉冲信号；所述电磁信号接收传感器为小型的正交三轴线圈或磁阻传感器芯片，传感器与滤波放大单元间的通信可以采用有线或是无线的方式，无线方式主要有蓝牙、Zigbee，用于接收空间中的电磁波信号，作为确定人体肢体运动情况的传感器；所述滤波放大单元，用于对电磁接收信号的滤波放大，以方便进行A/D转换；所述A/D转换单元，主要由A/D转换器组成，用于将滤波放大后的信号进行模数转换，最后传入数据处理与控制单元中进行位置姿态坐标的解算；所述上位机为PC机或移动终端设备，用于接收数据处理与控制单元的数据，将肢体的运动情况显示在终端上，用于将肢体的运动以坐标的形式或是三维立体图形的形式显示出来。
2.根据权利要求I所述的一种用于体域网医疗诊断或康复训练的电磁定位装置，其特征在于采用两个以上的电磁信号接收传感器。
3.根据权利要求I所述的一种用于体域网医疗诊断或康复训练的电磁定位装置，其特征在于采用两个以上的电磁信号发射源。
专利摘要本实用新型涉及一种用于体域网医疗诊断或康复训练的电磁定位装置，属于一种医疗定位装置。包括电磁信号驱动放大单元、电磁信号发射源、电磁信号接收传感器、滤波放大单元、A/D转换单元、数据处理与控制单元以及上位机。优点在于采用电磁定位方法，可准确检测病人的肢体运动，该装置工作频率可达100Hz，实时性好；理论精度可达1mm，定位准确无奇点；可广泛应用在帕金森、癫痫等病人的医疗诊断和康复训练过程中。
文档编号A61B5/11GK202723852SQ20122045244
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者孙晓颖, 王庆龙, 陈明智, 白洋, 陈建 申请人:吉林大学