【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及長鞘管內氣泡檢測定位，更具體地說，涉及基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法。
技術介紹
1、在介入手術領域，長鞘管的使用是常見且關鍵的，它們用于將治療工具引導至人體內部特定位置。這些手術過程中，對長鞘管內部情況的監測至關重要，尤其是對氣泡的檢測，因為氣泡的存在可能導致嚴重的并發癥，甚至危及患者生命。傳統的方法上，氣泡的檢測主要依賴于聲學方法，如超聲波技術，或光學方法，如內窺鏡。
2、近年來，隨著技術的發展，這些方法在靈敏度和精確度上有了顯著提高。例如，改進的超聲波技術能夠更清晰地顯示血管內部結構，而高分辨率的內窺鏡則提供了更詳細的視覺信息。此外，一些新興技術，如基于計算機的圖像處理和數據分析，也開始被應用于這一領域。
3、盡管現有技術在某些方面取得了進步，但仍存在一些顯著的弊端：
4、單一數據源的局限性：傳統方法通常依賴于單一的聲學或光學數據源，這限制了檢測的全面性和準確性。例如，超聲波可能無法清晰地顯示氣泡的全部細節，而內窺鏡則可能錯過一些不在視野范圍內的氣泡。
5、實時監測能力不足：現有技術在實時監測方面存在局限，尤其是在動態和復雜的手術環境中。這可能導致對氣泡的檢測和響應不夠及時，增加了手術風險。
6、數據解讀的復雜性：即使現有技術能夠提供詳細的數據，醫生和技術人員解讀這些數據也面臨挑戰，特別是在緊張和復雜的手術環境中。
7、鑒于現有技術的這些弊端，本專利技術的必要性顯而易見。
技術實現思路>
1、1.要解決的技術問題
2、針對現有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提供基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法,通過融合聲學和光學數據，提供了一種更全面、更精確的氣泡檢測方法；這種多源數據融合不僅提高了檢測的準確性，還增強了系統的實時監測能力；此外，本專利技術還包括三維動態顯示和智能報警系統，這些特性使得醫生能夠更直觀、更快速地理解和響應手術中的情況，從而顯著提高了手術的安全性和效率，總之，本專利技術通過創新的技術方法，克服了現有技術的多個弊端，為介入手術中的氣泡檢測提供了一種更為先進、可靠的解決方案。
3、2.技術方案
4、為解決上述問題，本專利技術采用如下的技術方案：
5、基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：包括以下步驟：
6、步驟1：系統模型構建
7、首先建立管腔內聲場與光場的數學模型，分析氣泡對聲光傳播的擾動效應，為氣泡探測提供理論基礎；
8、步驟2:聲光組合探測單元優化配置
9、通過繞管螺旋分布聲光組合傳感器，提高三維立體覆蓋度，避免探測死角；
10、步驟3:氣泡聲學特性算法識別
11、利用傅里葉變換提取氣泡的時頻特征，再通過支持向量機分析得到氣泡的大小和速度；
12、步驟4：氣泡光學散射模擬與檢測
13、運用蒙特卡洛方法獲得氣泡的散射特征，相位檢測確定氣泡的運動軌跡；
14、步驟5:聲光多源數據融合定位框架構建
15、通過相關性分析獲得最優數據結構，迭代計算獲得氣泡的精確三維坐標；
16、步驟6:立體顯示氣泡運動及報警
17、動態顯示氣泡運動軌跡模型，并根據氣泡的體積及速度進行智能報警，提高手術安全性；
18、步驟7：氣泡數字孿生建模
19、建立管腔與氣泡的三維數學模型，用于氣泡檢測系統優化。
20、所述步驟1采用公式(1.1)和(1.2)建立一個聲場和光場在長鞘管內傳播的數學模型模型，具體公式如下：
21、
22、
23、
24、
25、
26、公式(1.1)中，表示聲波的壓力場，c是聲速，是聲源項，和t分別代表空間位置和時間；
27、公式(1.2)中，和分別是電場和磁場，和分別是電位移場和磁強場，ρ是電荷密度，是電流密度；
28、首先，根據長鞘管的物理特性，比如材料、尺寸和聲光傳感器的技術規格，初始化模型參數，比如聲速c、電磁波的傳播速度；然后根據聲學波動方程和麥克斯韋方程組，建立聲波和光波在長鞘管內傳播的數學模型；最后使用數值方法，比如有限元分析對聲波和光波的傳播進行模擬，以預測在特定條件下的傳播特性。通過這一步驟，為聲光組合探測技術奠定了堅實的理論基礎，為后續的氣泡檢測和定位提供了關鍵的前提條件。
29、步驟2中采用公式(2)優化聲光組合傳感器的布局，以實現長鞘管內全方位無死角的探測，具體公式如下：
30、
31、其中，表示傳感器的位置向量，是傳感器i和j之間的距離函數，wij是權重系數，表示傳感器i和j之間的相對重要性；首先根據步驟1的輸出(聲波和光波的傳播特性)，初始化傳感器網絡的參數；然后使用優化算法(如遺傳算法、粒子群優化)來確定傳感器的最優位置，以最大化覆蓋范圍并最小化死角，最后在計算機模擬環境中驗證優化后的傳感器布局，確保其在實際應用中的有效性。
32、通過步驟2的實施，能夠確保聲光組合探測系統在長鞘管內部的有效性和準確性，為后續的氣泡檢測和定位提供了堅實的基礎。這一步驟的成功實施對于整個系統的性能至關重要。
33、所述步驟3依次采用公式(3.1),(3.2)和(3.3)從優化布局的聲光組合傳感器收集到的數據，識別和分析長鞘管內氣泡的聲學特性，具體過程如下：
34、4.1聲學特征提取：傅里葉變換用于將聲波信號從時域轉換到頻域：
35、
36、其中，s(f)是頻域信號，s(t)是時域信號，表示傅里葉變換；
37、4.2特征向量構建：從頻域信號中提取特征向量：
38、
39、其中，vi是從頻域信號中提取的特征量；
40、4.3?svm分類：使用svm對特征向量進行分類，以識別氣泡的大小和速度：
41、
42、其中，y是分類結果；
43、首先從步驟2中配置的傳感器收集聲波信號；然后進行信號預處理。包括濾波、去噪，以提高信號質量；對預處理后的聲波信號進行傅里葉變換，提取頻域特征，接著根據提取的頻域特征構建特征向量，最后使用svm對特征向量進行分類，識別氣泡的特性。
44、通過步驟3的實施，能夠準確地識別和分析長鞘管內氣泡的聲學特性，為后續的氣泡定位和處理提供關鍵信息。這一步驟的成功實施對于整個系統的性能和準確性至關重要。
45、所述步驟4的采用公式(4)，利用從優化布局的聲光組合傳感器收集到的光學數據，模擬并檢測長鞘管內氣泡的光學散射特性，具體公式如下：
46、
47、其中，其中，i(θ,φ)是在方向(θ,φ)上的散射光強度，i0是入射光強度，f(θ′,φ′)是散射幅度函數，k是波數，r是觀察點到散射中心的距離，ω是角頻率，θ′和φ′分別是散射角和方位本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于:所述步驟1采用公式(1.1)和(1.2)建立一個聲場和光場在長鞘管內傳播的數學模型模型，具體公式如下：
3.根據權利要求2所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：步驟2中采用公式(2)優化聲光組合傳感器的布局，以實現長鞘管內全方位無死角的探測，具體公式如下：
4.根據權利要求3所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：所述步驟3依次采用公式(3.1),(3.2)和(3.3)從優化布局的聲光組合傳感器收集到的數據，識別和分析長鞘管內氣泡的聲學特性，具體過程如下：
5.根據權利要求4所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：所述步驟4的采用公式(4)，利用從優化布局的聲光組合傳感器收集到的光學數據，模擬并檢測長鞘管內氣泡的光學散射特性，具體公式如下：
6.根據權利要求5所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定
7.根據權利要求6所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：所述步驟6采用公式(6)，利用步驟5中融合得到的氣泡位置數據，實現氣泡運動的立體顯示，并根據氣泡的特性和行為實現智能報警，具體公式如下：
8.根據權利要求7所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：所述步驟7中，采用公式(7)，建立一個氣泡的數字孿生模型，該模型能夠在虛擬環境中模擬氣泡的行為和特性，用于系統性能的進一步優化和預測，具體公式如下：
...【技術特征摘要】
1.基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于:所述步驟1采用公式(1.1)和(1.2)建立一個聲場和光場在長鞘管內傳播的數學模型模型，具體公式如下：
3.根據權利要求2所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：步驟2中采用公式(2)優化聲光組合傳感器的布局，以實現長鞘管內全方位無死角的探測，具體公式如下：
4.根據權利要求3所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：所述步驟3依次采用公式(3.1),(3.2)和(3.3)從優化布局的聲光組合傳感器收集到的數據，識別和分析長鞘管內氣泡的聲學特性，具體過程如下：
5.根據權利要求4所述的基于聲光組合探測的長鞘管內氣泡檢測定位方法，其特征在于：所述步驟4的采用公式...
【專利技術屬性】
技術研發人員：謝江徽，陳焱，曾迪，劉民，李軍，馮媛媛，劉志濤，盛斌，何雨庭，
申請(專利權)人：中國人民解放軍海軍第九七一醫院，
類型：發明
國別省市：
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