[发明专利]一种基于超声测距的心脏三维标测系统及方法

权利要求书

1.一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，其包括超声探头、超声驱动模块、超声采集处理模块，其中：

超声探头包括四个超声晶体和6个自由度的磁定位探头，四个超声晶体以正方形方式固定在磁定位探头的四个面上并且与磁定位探头的空间位置固定不变，该超声探头在心腔内运动时，固定在四个面的超声晶体依次激励，发出超声信号；

超声驱动模块用于产生和调节激励超声晶体的脉冲信号以进行超声激励；

超声采集模块用于进行数据采集和计算，包括根据磁定位探头在磁场中的位置信息和方向信息并根据超声晶体相对于磁定位探头的位置信息和方向信息固定不变的特征来确定超声探头移动过程中超声晶体的三维位置信息和朝向信息；以及根据超声晶体的三维位置信息和朝向信息通过超声测距方式确定被测物体的三维坐标，表示为：

其中，

(x₀，y₀，z₀)表示磁定位探头在磁场中的位置信息，(q₀，q₁，q₂，q₃)表示磁定位探头在磁场中的方向信息，(x_r，y_r，z_r)表示超声晶体初始时刻相对于磁定位探头的位置信息，(cosθ₁，cosθ₂，cosθ₃)表示超声晶体初始时刻相对于磁定位探头的方向信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，超声晶体是微型单阵元超声探头，为收发一体式传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，超声驱动模块通过开关电源实现20v～80v可调高压输出，并使用高压超声发射波束形成器产生高频正负方波信号激励超声晶体，同时触发信号可以使用微控制器进行控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，超声采集模块通过模数转换芯片采集超声回波信号，并且通过现场可编程门阵列实现数字高通低通滤波，超声回波信号实时处理计算距离，通过串口与计算机进行通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，超声驱动模块激励超声晶体发出超声信号，超声信号在血液中传播，遇到心内膜壁被反射，并产生回波信号，被超声晶体接收，超声回波信号经过放大电路，被超声采集模块进行采集并处理。

6.根据权利要求1所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，超声驱动模块使用高压方波信号激励超声晶体，超声驱动模块与超声采集模块之间使用高压隔离电路，避免激励高压损坏超声采集模块。

7.根据权利要求1所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，所使用的介入式导管同时带有四个超声晶体和一个6自由度磁定位探头，其中四个超声晶体，使用微控制器控制，依次进行激发超声并采集回波信号。

8.根据权利要求4所述的一种基于超声测距的心脏三维标测系统，其特征在于，现场可编程门阵列根据超声激发信号和超声回波信号之间的时间差计算距离，并将计算得出的距离保存在寄存器中，计算机可以通过串口查询的方式，查询距离寄存器中的数值。

9.一种采用权利要求1所述的基于超声测距的心脏三维标测系统进行心脏三维标测方法，包括如下步骤：

产生和调节激励超声晶体的脉冲信号以进行超声激励；

根据超声晶体相对于磁定位探头的位置信息和方向信息并根据超声晶体相对于磁定位探头的位置信息和方向信息固定不变的特征来确定超声探头移动过程中超声晶体的三维位置信息和朝向信息；

根据超声晶体的三维位置信息和朝向信息通过超声测距方式确定被测物体的三维坐标，表示为：

其中，

(x₀，y₀，z₀)表示磁定位探头在磁场中的位置信息，(q₀，q₁，q₂，q₃)表示磁定位探头在磁场中的方向信息，(x_r，y_r，z_r)表示超声晶体初始时刻相对于磁定位探头的位置信息，(cosθ₁，cosθ₂，cosθ₃)表示超声晶体初始时刻相对于磁定位探头的方向信息。