专利名称：用于医疗系统中无线检测器的系统和方法
技术领域：
本发明涉及医疗系统，尤其涉及医疗系统中无线检测器的定位和管理。
背景技术：
近年来，通过将有线通信更新为无线通信，诸如X射线成像模态的成像模态在无线检测器和医疗系统之间的图像传输方面取得了突破性的进展。然而，超宽带(UWB)无线检测器应用也给医疗系统带来了一些潜在的问题，例如差的无线链路质量、有限的信号覆盖、多个检测器的管理困难等等。这些潜在问题的出现是因为UWB技术的特点。首先，为了获得更好的无线电共存， UWB信号的强度极低，最大值为-43. ldBm/MHz。其次，由于高频特性，UWB传输速度可以高达 lGbs，多径效应非常显著，所以在接收机，信号被衰减并且受到干扰。因此，UWB通信的物理限制为10米，在障碍物周围，信号性能差并且在非视距NLOS环境中容易被阻挡。在医院应用中，当主机线缆适配器天线安装在NLOS位置时，与无线检测器的通信非常有挑战性。或者，对于体型大的患者，在移动卧位检查床上或在轮椅中，信号可能被破坏。这些潜在问题带来的后果是差的无线信号质量和低的图像传输速度。目前所采用的解决方法通常是将检测器从无线模式变换到有线模式。对于存在多个无线检测器的情况，因为这些无线检测器的位置可以是任意的，所以难以确定目标检测器。在已有的解决方案中，是将除目标检测器之外的其余所有无线检测器禁用。然而该解决方案非常繁琐，并且给使用者和系统设计者带来很多不便。因此，需要一种用于医疗系统中无线检测器的系统和方法，以解决上述技术问题。

发明内容
为解决上面提到的问题，例如有限的无线覆盖、差的链路质量和多无线检测器管理的复杂流程，本申请提供了一种用于医疗系统中无线检测器的系统和方法。用于医疗系统中无线检测器的系统包括至少三个主机线缆适配器，用于接收由无线检测器周期性地发射的信标消息并基于所接收的信标消息获得关于无线检测器的信息；以及控制器，用于接收来自至少三个主机线缆适配器的关于无线检测器的信息并基于所接收的关于无线检测器的信息来确定无线检测器的位置。用于医疗系统中无线检测器的方法包括至少三个主机线缆适配器根据无线检测器周期性地发射的信标消息获得关于无线检测器的信息；以及根据来自至少三个主机线缆适配器的关于无线检测器的信息来确定无线检测器的位置。通过利用本申请提供的用于医疗系统中无线检测器的系统和方法，可以实现以下优点获得更强的无线信号和更大的信号覆盖范围，将医疗室中“信号盲区”的范围降到最小；与诸如利用无线保真技术、射频设别技术、蓝牙技术、超声技术和室内GPS技术的
4现有定位方案相比，UffB定位更准确；以高分辨率(理论上为毫米，实际上为厘米)和实时响应(理论上为微秒，实际上为毫秒)来跟踪医疗室中的可移动部件；使多个无线检测器的管理变得容易，减轻了使用者和系统设计者的负担；以及使得曝光和图像传输更安全，避免了目标检测器的图像未被传输的问题。


通过结合以下附图，并且参考以下对具体实施方式
的详细说明，可以对本发明有更透彻的理解。图Ia示出的是单主机线缆适配器(HWA)系统的信号覆盖范围。图Ib示出的是根据本申请的一个实施例的多HWA系统的信号覆盖范围。图2示出的是根据本申请的一个实施例对HWA进行切换的示意图。图3示出的是根据本申请的一个实施例改进无线链路质量的示意图。图4示出的是三边测量法用于二维定位的原理示意图。图5示出的是根据本申请的一个实施例确定无线检测器的二维位置的示意图。
具体实施例方式通常，在安装有辐射源(例如X射线管)的医疗室中还安装固定的床片架、固定的胸片架以及配电箱，并且医疗室通常是用于便携式应用的开阔空间，便携式应用包括但不限于担架和轮椅。下面将以X射线诊断系统为例来对本申请进行详细阐述。然而，值得提及的是，本申请并不仅限于X射线诊断系统，而是还可以用于应用无线检测器的其它医疗系统中。如图Ia所示，在X射线曝光室中，将单个HWA安装在与无线检测器插入方向相反的墙壁上以具有更好的信号覆盖，图中灰色圆点示出无线检测器的位置，箭头示出无线检测器插入的方向，黑色圆点示出单个HWA的位置。当距离大于3米时，信号覆盖衰减3dB，如灰色区域所示。为扩展信号覆盖范围，本申请提供了一种多HWA系统，即在诸如X射线曝光室的医疗室中安装多个HWA，多个HWA的位置可以是任意的，但每两个HWA之间的距离小于某一数值，例如5米。另外，可选地，多个HWA放置的位置与金属的障碍物至少具有0. 5米的距离。如图Ib所示，在X射线曝光室中布置了五个HWA，其中，至少一个HWA安装在与无线检测器插入方向相反的墙壁上，图中灰色圆点示出无线检测器的位置，箭头示出无线检测器插入的方向，黑色圆点示出五个HWA的位置。如图Ib中的灰色区域所示，信号覆盖范围大大增加，而没有3dB的功率衰减。优选地，可以将多个HWA布置在X射线曝光室的角落，距离地面2米至3米，距离天花板至少0.3米。为了使房间内具有较好的覆盖范围，可适当地调整天线的角度。为了避免因安装而造成的系统性能差异性，多HWA系统中可引入一个固定标签，用于自动校准。根据定义了 UWB通信的应用层规范的无线通用串行总线(USB)要求，在任何无线 USB系统中只有一个无线主机控制器。每个无线主机控制器可支持最多127个设备。在本申请的多HWA系统中，HWA充当无线主机控制器，并且多个无线检测器充当设备。因此，虽然在X射线曝光室安装了多个HWA，但只有一个HWA用于图像传输和信标交换，该用于图像传输和信标交换的HWA被称为活动的HWA。选择活动HWA的过程被称为最优信号建立过程。该过程发生在放射科医生完成了患者定位之后，并且通过按压悬吊球管头架系统(OTS)或某一手持式装置上的按钮来初始化。在放射科医生离开X射线曝光室并关门后，最优信号建立过程将完成并为曝光做好准备。整个过程将持续不到1秒。下面将具体说明最优信号建立过程。在该过程中，无线检测器周期性地广播信标信号，并且每个HWA将接收该信标信号并获得接收信号强度指示符(RSSI)和链路质量指示符(LQI)。因为每个HWA放置在不同的位置，所以对于所有的HWA而言，RSSI和LQI的值都是不同的。多个HWA通过USB扩展线缆连接到单板控制器(SBC)。SBC充当多个HWA的USB 集线器和中央控制器。每个HWA向SBC报告RSSI和LQI值。然后，SBC将对这些值进行仲裁并选择表示最佳无线信号状况的最大值。可选地，可以将几毫秒之内的RSSI和LQI值进行平均以得到稳定的性能。然后，SBC将具有最大RSSI和LQI值的HWA设为活动的HWA。稍后，命令和图像将通过该活动的HWA发射，并且其余HWA将自动处于睡眠模式。在最优信号建立过程完成后，该过程将自动为曝光做好准备。活动的HWA将保持直到再次按下OTS上的按钮。如果活动的HWA处于无线检测器的非视距(NLOS)范围内，则将该活动的HWA切换到处于无线检测器的视距(LOS)范围内的HWA是可能的。这样，由NLOS导致的差的链路质量可以得到显著地改善。根据各HWA接收的来自该无线检测器的信号强度，选择对应于最大接收信号强度的HWA作为活动的HWA。在操作中，所有的HWA都与一个控制器相连，HWA 会定期向控制器汇报自己当前接收的来自该无线检测器的信号强度。控制器会将所有的信号强度进行比较以确定哪个信号强度值最大，并将当前活动的HWA切换到具有最大信号强度值的HWA。如图2所示，当体型大的患者站在胸片架前面时，其身体覆盖了无线检测器的手柄，该手柄即无线电板所在的位置。对于现有的X射线系统，例如Gryphon或Everest，HWA 和天线将位于位置201。由于患者位于HWA 201和安装在胸片架中的无线检测器之间使得 HWA 201处于无线检测器的NLOS范围内，所以链路质量将会变差。对于这种情况，如果系统切换到HWA 202，那么链路质量将大大改善。再如图3所示，HWA 301可能对于床片架应用是最优的，HWA 304可能对于胸片架应用是最优的，HWA 302和HWA 303可能对于像担架或轮椅的便携式应用是最优的。通过利用本申请提供的多HWA系统，还可以改进对多个无线检测器的管理。可以根据无线检测器的位置反馈来管理无线检测器。下面将详细说明如何确定无线检测器的位置。通常，定位系统是构建在测距技术基础上的。下面首先介绍测距理论，然后介绍几何定位。测距理论多HWA UWB测距的实现是基于旋转信号子空间(RSS)理论。基于某些信道特征， RSS测量提供了关于两个节点之间的距离的信息。基于RSS的方法的主要思想是，如果距离和功率损耗之间的关系是已知的，并且发射功率是已知的，则在一个节点进行的RSS测量可用于估计该节点与发射节点之间的距离。RSS功率和距离之间的关系如等式(1)所示。 理想的情况是，在足够长的时间间隔上的平均RSS会排除多径衰落和阴影效应的影响，并且会得到以下模型
权利要求
1.一种用于医疗系统中无线检测器的系统，包括至少三个主机线缆适配器，用于接收由所述无线检测器周期性地发射的信标消息并基于所接收的信标消息获得关于所述无线检测器的信息；以及控制器，用于接收来自所述至少三个主机线缆适配器的关于所述无线检测器的信息并基于所接收的关于所述无线检测器的信息来确定所述无线检测器的位置。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述信标消息为超宽带信标。
3.如权利要求2所述的系统，其中，关于所述无线检测器的信息为信号强度、角度和/ 或时间到达信息。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置为，当关于所述无线检测器的信息为信号强度时执行以下操作基于所述信号强度的下降来估计所述无线检测器与所述至少三个主机线缆适配器之间的距离；以及基于所述无线检测器与所述至少三个主机线缆适配器之间的距离以及所述至少三个主机线缆适配器的位置来确定所述无线检测器的位置。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述控制器被配置为，当关于所述无线检测器的信息为时间到达信息时执行以下操作计算所述无线检测器的信号到达所述至少三个主机线缆适配器中每个主机线缆适配器的时间；将所述时间转换为所述无线检测器与所述至少三个主机线缆适配器中每个主机线缆适配器的距离；以及根据所述距离以及所述至少三个主机线缆适配器的位置来确定所述无线检测器的位置。
6.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述至少三个主机线缆适配器还被配置为周期性地向所述控制器报告各自当前的信号强度；以及所述控制器还被配置为将所述至少三个主机线缆适配器报告的各自当前信号强度进行比较得到最大信号强度，并将所述最大信号强度所对应的主机线缆适配器确定为活动的主机线缆适配器。
7.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述至少三个主机线缆适配器中的每两个主机线缆适配器之间的距离小于某一距离。
8.权利要求7所述的系统，其中，所述某一距离为5米。
9.如权利要求7所述的系统，其中，所述至少三个主机线缆适配器被放置在所述无线检测器所在房间的角落，距离地面2米至3米，距离天花板至少0. 3米。
10.如权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述控制器还被配置为，当存在多个无线检测器时，根据辐射源的位置和角度以及所述多个无线检测器的位置，将对着所述辐射源的无线检测器确定为目标检测器。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述控制器还被配置为当不止一个无线检测器对着所述辐射源时，将沿着辐射波束的第一个无线检测器确定为目标检测器。
12.如权利要求11所述的系统，其中，至少一个主机线缆适配器放置在与所述目标检测器插入方向相反的位置。
13.一种用于医疗系统中无线检测器的方法，包括至少三个主机线缆适配器根据所述无线检测器周期性地发射的信标消息获得关于所述无线检测器的信息；以及根据来自所述至少三个主机线缆适配器的关于所述无线检测器的信息来确定所述无线检测器的位置。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述信标消息为超宽带信标。
15.如权利要求14所述的方法，其中，关于所述无线检测器的信息为信号强度、角度和 /或时间到达信息。
16.如权利要求15所述的方法，其中，当关于所述无线检测器的信息为信号强度时，确定所述无线检测器的位置的步骤包括基于所述信号强度的下降来估计所述无线检测器与所述至少三个主机线缆适配器之间的距离；以及基于所述无线检测器与所述至少三个主机线缆适配器之间的距离以及所述至少三个主机线缆适配器的位置来确定所述无线检测器的位置。
17.如权利要求15所述的方法，其中，当关于所述无线检测器的信息为时间到达信息时，确定所述无线检测器的位置的步骤包括计算所述无线检测器的信号到达所述至少三个主机线缆适配器中每个主机线缆适配器的时间；将所述时间转换为所述无线检测器与所述至少三个主机线缆适配器中每个主机线缆适配器的距离；以及根据所述距离以及所述至少三个主机线缆适配器的位置来确定所述无线检测器的位置。
18.如权利要求13-17中任一项所述的方法，还包括接收由所述至少三个主机线缆适配器周期性地报告的各自当前的信号强度；以及将所述至少三个主机线缆适配器报告的各自当前信号强度进行比较得到最大信号强度，并将所述最大信号强度所对应的主机线缆适配器确定为活动的主机线缆适配器。
19.如权利要求13-17中任一项所述的方法，还包括当存在多个无线检测器时，根据辐射源的位置和角度以及所述多个无线检测器的位置，将对着所述辐射源的无线检测器确定为目标检测器。
20.如权利要求19所述的方法，其中，当不止一个无线检测器对着所述辐射源时，将沿着辐射波束的第一个无线检测器确定为目标检测器。
全文摘要
本申请涉及用于医疗系统中无线检测器的系统和方法。该用于医疗系统中无线检测器的系统包括至少三个主机线缆适配器，用于接收由无线检测器周期性地发射的信标消息并基于所接收的信标消息获得关于无线检测器的信息；以及控制器，用于接收来自至少三个主机线缆适配器的关于无线检测器的信息并基于所接收的关于无线检测器的信息来确定无线检测器的位置。该用于医疗系统中无线检测器的方法包括至少三个主机线缆适配器根据无线检测器周期性地发射的信标消息获得关于无线检测器的信息；以及根据来自至少三个主机线缆适配器的关于无线检测器的信息来确定无线检测器的位置。
文档编号G01S5/02GK102466791SQ20101056495
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者叶斌, 张欣宇 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司