多磁場源的正弦交變磁場發生裝置制造方法
【專利摘要】一種多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，包括單片機、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、射頻通訊電路、功率放大電路、時序控制模塊、諧振電路、發射線圈和觸摸屏。本發明由單片機和高階低通濾波電路產生正弦波激勵信號；通過時序控制模塊進行控制，使多個發射線圈分時勵磁；功率放大電路將激勵信號進行功率放大，以驅動發射線圈在空間產生交變磁場。根據射頻通訊電路獲取膠囊內窺鏡內磁場傳感器的輸出信號，由單片機自適應調整可編程增益放大電路的增益，由此調整磁場發生裝置中磁場源的磁場強度。采用本發明的磁場發生裝置，可實現置于人體內的膠囊內窺鏡的實時連續跟蹤。
【專利說明】多磁場源的正弦交變磁場發生裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種醫療器械，尤其涉及一種多磁場源的正弦交變磁場發生裝置。
【背景技術】
[0002]膠囊內窺鏡極大地拓展了醫生的消化道檢查視野，填補了胃鏡、腸鏡檢查的盲區，解決了多年來小腸疾病和胃腸道隱血診斷方面的難題。與傳統醫用內窺鏡相比，膠囊內窺鏡具有操作簡單、檢查方便、無創傷、無痛苦、無交叉感染、不影響患者的正常工作等優點，尤其對小腸可疑性病變具有很高的診斷價值。
[0003]在膠囊內窺鏡臨床應用中，醫生們往往需要知道膠囊內窺鏡在病人體內的確切位置，然而這不能通過直接的方法得到，對膠囊內窺鏡的跟蹤定位成為急需解決的關鍵技術之一。對于消化道內目標物的定位，臨床上一般采用的方法有:X射線圖像法、核醫學顯像法、實時超聲法。這些方法具有一定的輻射傷害，不能連續數小時進行監測，并且需要大型昂貴的設備，使得檢查只能在一定的場所進行，影響了病人的正常工作和生活。目前也有相關文獻報道了永磁定位跟蹤法，將微型永磁體作為定位標記源，置于膠囊內窺鏡中，在被測者腹部周圍，布置一定數量的霍爾傳感器，用來檢測永磁體在空間產生的磁場強度，由此反求出目標的空間方位。由于磁標記物的體積在空間上受到膠囊內窺鏡內部空間的限制，導致磁場信號強度受限，當膠囊內窺鏡距磁傳感器距離較遠時，磁傳感器不能分辨微弱的信號，導致定位失效。目前報道的磁標記定位法的測量精度和探測距離與實用性還有較大差距。
[0004]采用正弦函數規律的交變電流作激勵信號的交變式電磁跟蹤方法具有抗干擾能力強、測量精度高、定位距離寬等優點。在交變式電磁跟蹤系統中，需要對多個磁場源分時采用正弦電流進行勵磁。
【發明內容】
[0005]本發明的目的，就是為了提供一種結構簡單的多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，該裝置能依次對多個磁場源分時采用正弦電流進行勵磁。
[0006]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:一種多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，與膠囊內窺鏡內的磁場傳感器無線通訊相連，包括單片機、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、功率放大電路、時序控制模塊、諧振電路、發射線圈、射頻通訊電路和觸摸屏；單片機的三個輸出分別連接時序控制模塊、高階低通濾波電路和可編程增益放大電路的輸入，高階低通濾波電路的輸出連接可編程增益放大電路的另一輸入，可編程增益放大電路的輸出連接功率放大電路的輸入，功率放大電路的輸出連接時序控制模塊的另一輸入，時序控制模塊的輸出連接諧振電路的輸入，諧振電路的輸出連接發射線圈的輸入，射頻通訊電路與單片機輸入輸出雙向連接，觸摸屏與單片機輸入輸出雙向連接。
[0007]上述多磁場源的正弦 交變磁場發生裝置，其中，所述發射線圈設有多個，多個發射線圈分別通過相應的諧振電路與時序控制模塊相連，時序控制模塊可對多個發射線圈分時激勵，使任意時刻只有一個發射線圈工作，在空間產生交變磁場。
[0008]上述多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其中，所述單片機和高階低通濾波電路組成波形發生模塊，根據需要產生頻率連續可調的正弦波信號。
[0009]上述多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其中，所述單片機和可編程增益放大電路組成電壓反饋回路，根據射頻通訊電路獲取膠囊內窺鏡內部磁場傳感器的輸出信號，由單片機自適應調整可編程增益放大電路的增益，對磁場發生裝置的磁場強度進行自適應調整，從而使磁場傳感器的輸出信號強度保持在同一水平。
[0010]上述多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其中，所述觸摸屏為操作者提供友好的人機界面，操作者可通過觸摸屏配置正弦交變磁場發生裝置的磁場源個數，并設置輸出的正弦信號的頻率、發射線圈工作時長和相鄰發射時序的空閑時長；并且，觸摸屏通過一個接插頭與單片機相連，在完成磁場源個數、輸出的正弦信號的頻率、發射線圈工作時長和相鄰發射時序的空閑時長的參數設置以后，可拔出接插頭將觸摸屏移開。
[0011]上述多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其中，所述發射線圈采用多層圓柱形線圈。
[0012]本發明的多磁場源的正弦交變磁場發生裝置具有以下的優點和特點:
[0013]1、采用單片機的脈寬調制功能產生方波信號，然后由高階低通濾波芯片濾除方波中的諧波成分，由此產生正弦波。正弦波的頻率由軟件編程可調，可實現信號頻率的準確、連續地調節。
[0014]2、設計了基于無線通訊的電壓反饋回路，對磁場發生裝置的磁場強度進行自適應調整。使磁場傳感器的輸出信號強度保持在同一水平，避免由于磁場源與傳感器距離較遠時導致的信噪比降低，由此提高定位精度。
[0015]3、可控制多個發射線圈分時勵磁,在空間形成多磁場源的分布。
[0016]4、在發射線圈所處的交流回路中采用諧振電路，從而使回路中的阻抗降至最小，在相同的電源輸出功率的情況下，使發射線圈上獲得最大的電流，優化了效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的結構框圖。
[0018]圖2是本發明中的時序控制模塊的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0019]參見圖1，本發明多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，包括單片機、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、射頻通訊電路、功率放大電路、時序控制模塊、諧振電路、發射線圈和觸摸屏。其中，單片機的三個輸出分別連接時序控制模塊、高階低通濾波電路和可編程增益放大電路的輸入，高階低通濾波電路的輸出連接可編程增益放大電路的另一輸入，可編程增益放大電路的輸出連接功率放大電路的輸入，功率放大電路的輸出連接時序控制模塊的另一輸入，時序控制模塊的輸出連接諧振電路的輸入，諧振電路的輸出連接發射線圈的輸入，射頻通訊電路與單片機輸入輸出雙向連接，觸摸屏與單片機輸入輸出雙向連接。
[0020]本發明由單片機和高階低通濾波電路產生正弦波激勵信號，再由功率放大電路將激勵信號進行功率放大，以驅動發射線圈在空間分時產生交變磁場；通過時序控制模塊進行控制，使多個發射線圈分時勵磁。通過觸摸屏上的人機界面，操作者可配置正弦交變磁場發生裝置的磁場源個數，并設置輸出的正弦信號頻率、發射線圈工作時長、相鄰發射時序的空閑時長。
[0021]本發明由單片機和高階低通濾波電路組成波形發生模塊，單片機的輸出與高階低通濾波電路的輸入相連。通過軟件編程設計，使單片機工作在脈寬調制模式下。根據操作者設置的激勵信號頻率，由程序實現單片機輸出方波的頻率和占空比的調節，產生所需頻率的方波信號。然后由高階低通濾波芯片濾除方波中的諧波成分，保留基波成分，從而將方波信號轉換為正弦波信號。
[0022]為了避免由于磁場源與傳感器距離較遠時導致傳感器輸出信號弱，使得信噪比降低，無法提取有用信號，從而導致定位精度降低、以至于定位失效。本發明設計了基于無線通訊的電壓反饋回路，對磁場發生裝置的磁場強度進行自適應調整。
[0023]本發明以單片機為控制核心，由單片機控制射頻通訊電路工作，無線接收膠囊內窺鏡內部磁場傳感器的輸出信號。單片機根據獲取的磁場傳感器輸出信號的大小自適應調整可編程增益放大電路的增益，即:改變高階低通濾波電路的輸出信號的放大倍數，由此得到不同的正弦信號的電壓值，經過后級功率放大后即可使發射線圈通入不同的激勵電流。
[0024]當磁場源與傳感器距離較近時，磁場傳感器輸出信號強，可減小可編程增益放大電路的增益值，降低磁場源的磁場強度；當磁場源與傳感器距離較遠時，磁場傳感器輸出信號弱，可增加可編程增益放大電路的增益值，增強磁場源的磁場強度。通過自適應調整磁場發生裝置中磁場源的磁場強度，從而使磁場傳感器的輸出信號強度保持在同一水平。
[0025]由于單片機輸出功率較小，輸出電流較小，不能直接激勵發射線圈，因此必須通過功率放大電路將高階低通濾波電路輸出的正弦波信號進行功率放大，驅動后續的發射線圈。
[0026]為了使交變磁場跟 蹤系統獲得目標方位的多個變量，必須由多個磁場源組合產生磁場分布，并且對磁場信號的產生進行時分控制，使發射線圈輪流產生磁場。時序控制模塊可對多個發射線圈回路分時選通，使任意時刻只有一個發射線圈回路中通入激勵電流，確保發射線圈分時工作，在空間分時產生正弦交變磁場。
[0027]在發射線圈工作時序控制中，為了保證磁場源產生的磁場信號能正確可靠地被交變磁場跟蹤系統接收、處理，每個發射線圈的激勵時間都留有余量，即發射線圈的工作時間相對長于信號的接收處理時間。此外，為了避免相鄰發射線圈之間產生相互干擾，因此，相鄰的發射時序之間設計了一段空閑時間段。
[0028]時序控制的程序流程如圖2所示。首先進行磁場發生裝置的上電初始化設置，等待握手信號。收到相應的握手信號以后，啟動單片機的脈寬調制模塊輸出方波，經過高階低通濾波器濾波后產生所需的正弦波信號。然后，依次選通發射線圈連接的各個通道，使正弦激勵電流通入相應的發射線圈諧振電路，驅動發射線圈在空間產生交變磁場。由程序判斷是否將所有發射線圈對應的通道都選通完畢。若已選通完畢，則等待下一次握手信號；若未選通完畢，則選通下一個發射線圈對應的通道，并等待相鄰發射時序的空閑時長到后，驅動發射線圈工作。
[0029]經過時序控制后的信號依次通入發射線圈中。由于發射線圈的感抗比較大，當信號頻率較大時，使得電路中的交流阻抗較大，導致線圈激勵電流大大降低。為了提高回路中的激勵電流，采用了諧振電路。諧振電路使發射線圈所在的交流回路中的阻抗最小，由此，在輸入電壓有效值不變的情況下，發射線圈上可獲得最大激勵電流。
[0030]觸摸屏為操作者提供友好的人機界面，操作者可配置正弦交變磁場發生裝置的磁場源個數，并設置輸出的正弦信號的頻率、發射線圈工作時長、相鄰發射時序的空閑時長。并且，觸摸屏通過一個接插頭與正弦交變磁場發生裝置的主體相連，在各個參數設置好以后，可將觸摸屏從裝置主體拔開。
[0031]通過上述設計，交流磁場發生裝置可以通過單片機、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、射頻通訊電路、功率放大電路、時序控制模塊、諧振電路、發射線圈陣列，按照需要的頻率和信號強度向外發·射電磁場。
【權利要求】
1.一種多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，與膠囊內窺鏡內的磁場傳感器無線通訊相連，其特征在于:包括單片機、高階低通濾波電路、可編程增益放大電路、功率放大電路、時序控制模塊、諧振電路、發射線圈、射頻通訊電路和觸摸屏；單片機的三個輸出分別連接時序控制模塊、高階低通濾波電路和可編程增益放大電路的輸入，高階低通濾波電路的輸出連接可編程增益放大電路的另一輸入，可編程增益放大電路的輸出連接功率放大電路的輸入，功率放大電路的輸出連接時序控制模塊的另一輸入，時序控制模塊的輸出連接諧振電路的輸入，諧振電路的輸出連接發射線圈的輸入，射頻通訊電路與單片機輸入輸出雙向連接，觸摸屏與單片機輸入輸出雙向連接。
2.如權利要求1所述的多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其特征在于:所述發射線圈設有多個，多個發射線圈分別通過相應的諧振電路與時序控制模塊相連，時序控制模塊可對多個發射線圈分時激勵，使任意時刻只有一個發射線圈工作，在空間產生交變磁場。
3.如權利要求1所述的多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其特征在于:所述單片機和高階低通濾波電路組成波形發生模塊，根據需要產生頻率連續可調的正弦波信號。
4.如權利要求1所述的多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其特征在于:所述單片機和可編程增益放大電路組成電壓反饋回路，根據射頻通訊電路獲取膠囊內窺鏡內部磁場傳感器的輸出信號，由單片機自適應調整可編程增益放大電路的增益，對磁場發生裝置的磁場強度進行自適應調整，從而使磁場傳感器的輸出信號強度保持在同一水平。
5.如權利要求1所述的多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其特征在于:所述觸摸屏為操作者提供友好的人機界面，操作者可通過觸摸屏配置正弦交變磁場發生裝置的磁場源個數，并設置輸出的正弦信號的頻率、發射線圈工作時長和相鄰發射時序的空閑時長；并且，觸摸屏通過一個接插頭與單片機相連，在完成磁場源個數、輸出的正弦信號的頻率、發射線圈工作時長和相鄰發射時序的空閑時長的參數設置以后，可拔出接插頭將觸摸屏移開。
6.如權利要求1所述的 多磁場源的正弦交變磁場發生裝置，其特征在于:所述發射線圈采用多層圓柱形線圈。
【文檔編號】A61B5/06GK103784144SQ201210424907
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月30日 優先權日:2012年10月30日
【發明者】郭旭東, 嚴榮國, 阮超 申請人:上海理工大學