本发明专利技术涉及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，属于一种医疗定位装置和方法。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。本发明专利技术的优点在于：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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种医疗定位装置和方法，具体涉及一种电磁定位系统以及可以用于体域网医疗诊断和康复训练的电磁定位方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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；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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术用于体域网医疗诊断或康复训练的电磁定位方法，包括下列步骤首先由数据处理与控制单元控制电磁信号驱动放大单元，驱动电磁信号发射源的正交三轴线圈分时工作，向空间辐射电磁波；电磁信号发射源的X、Y、Z轴线圈按时序发送一定频率一定幅值的信号T X、T y、T z ;系统的电磁信号发射矩阵为 ο (ΓX=OlO O O I电磁信号接收传感器为三维正交线圈，负责接收空间中的电磁信号，电磁信号发射源的每个轴发射的低频磁场都会在电磁信号接收传感器的X、Y、Z轴线圈中感应出不同幅值的感应信号R X、R y、R Z ;该感应信号然后经滤波放大单元和A/D转换单元后传入数据处理与控制单元；在数据处理与控制单元中提取每一路、每个时间段上的感应信号的幅度值，并将该段信号与所对应的发射信号进行相位比较，若同相则幅度值取正，反之取负，这样就得到系统的接收矩阵 41 為 2 4 aY = A21 A22 A23 _為1 為2 為3 —接下来在数据处理与控制单元中进行位置姿态坐标的求解；由磁偶极子相关理论可以推知，三阶接收矩阵Y与三阶发射矩阵X有如下关系Y = Smx I' 式中Y为已知的接收矩阵，由九个测量值组成；X为已知的发射矩阵；K为一系统常数为电磁信号接收传感器与电磁信号发射源的距离；M为包含了电磁信号接收传感器相对于电磁信号发射源的位置球坐标(r，α, β)的位置变换矩阵，Κ4 = I-Mut其中 为指向r的单位位置坐标向量；H为包含了电磁信号接收传感器相对于电磁信号发射源的姿态角度(炉，Ψ , Θ )的姿态变换矩阵，cos φ cos ψ si η φ cos ψ- sin ψH= sin ι9 sin ψ cos ψ - cos Osin^osi η 6 si η ψ si η φ + cos θ cos φsi η θ cos ψcos ^sin ψ cos φ + si η ^ sin φcos ^sin \|/siru/ -sin^ cos φcos θ cos ψ由接收矩阵Y通过下式可计算出电磁信号接收传感器相对于电磁信号发射源的姿态H = - —YX 'M-1 K为计算H矩阵，需要先计算出r和M ;经过矩阵变换最后可以得到 Ιζ2—Μ2= (YX YX-1 /'引入单位位置坐标向量S得4F2--/7 = (KV YX 1U r其中，单位位置坐标向量是变换矩阵A= (YF1)tYF1关于特征值Α = 的特征 ur向量；由线性代数知识可知，矩阵的迹等于其主对角线上各元素和，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓颖，王庆龙，陈明智，白洋，陈建，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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