蔣家駒++雒江濤

摘要：核磁共振成像以其高分辨率，動(dòng)態(tài)造影等優(yōu)點(diǎn)越來越多的被應(yīng)用在醫(yī)學(xué)診斷中，核磁共振線圈的定位研究也逐漸受到企業(yè)重視。本文從射頻信號傳播模型出發(fā)，闡述了采用無源標(biāo)簽RFID技術(shù)進(jìn)行線圈定位的原因，并通過三角定位算法對無源RFID定位技術(shù)的可行性進(jìn)行了計(jì)算與分析，證明了無源RFID定位的適用性，并討論了該領(lǐng)域的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：核磁共振 無源RFID 室內(nèi)定位

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0121-02

隨著醫(yī)療水平的不斷提高，核磁共振檢測（MRI）[1]越來越多的被使用在臨床診斷中，核磁共振成像以及核磁共振儀的創(chuàng)新升級成為醫(yī)療企業(yè)和高等院校的研究重點(diǎn)。在眾多研究課題中核磁共振線圈的定位問題成為幾大醫(yī)療企業(yè)的研究方向。因?yàn)楹舜殴舱裣到y(tǒng)處于強(qiáng)磁場之中，所以找到一個(gè)既不干擾系統(tǒng)工作又擁有較高的定位精度的定位方法就成為研究難點(diǎn)。RFID（射頻識別）[2]作為一種非接觸式的識別技術(shù)，在室內(nèi)定位中廣泛應(yīng)用。無源RFID系統(tǒng)的適用性強(qiáng)，對核磁共振系統(tǒng)影響較小，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，使其成為核磁共振線圈定位的潛在解決方案。

1 核磁共振系統(tǒng)

核磁共振，又叫核磁共振成像技術(shù)。核磁共振是一種物理現(xiàn)象[3]，最初被廣泛的使用在物理化學(xué)分析領(lǐng)域，直到1973它才作為一種診斷方式被應(yīng)用于臨床檢測。從上世紀(jì)70年代應(yīng)用以來，它以極快的速度得到發(fā)展，被視為既CT后醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一重大進(jìn)步[4]。

核磁共振成像的基本原理是將人體置于特殊的磁場中[5]，用無線電射頻脈沖激發(fā)體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。射頻脈沖停止發(fā)射后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放，接收端記錄下該能量信號并將其傳送給分析端，計(jì)算機(jī)會根據(jù)接收到的信號繪制圖形，這就叫做核磁共振成像。

核磁共振線圈是核磁共振系統(tǒng)的重要組成部分，它通常起到發(fā)射脈沖及接收信號的作用。在工作流程中，它需要接入系統(tǒng)才能被識別并正常運(yùn)行。但是因?yàn)椴僮麽t(yī)師的疏忽，線圈有時(shí)會沒有接入系統(tǒng)而被誤放在操作臺上，這會導(dǎo)致系統(tǒng)故障并對待診患者造成傷害。所以無線定位核磁共振線圈，并在線圈擺放錯(cuò)誤時(shí)及時(shí)提醒醫(yī)師就變得非常重要了。

2 RFID定位系統(tǒng)

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)[6]，它通過射頻信號與目標(biāo)建立連接并獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、讀寫器和數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)標(biāo)簽的工作方式又分為有源標(biāo)簽RFID和無源標(biāo)簽RFID。

有源標(biāo)簽RFID的標(biāo)簽?zāi)芰坑赏獠侩姵靥峁?dāng)標(biāo)簽接上電池后它會周期發(fā)射射頻信號，讀寫器會根據(jù)接收到的信號獲取相關(guān)信息。有源標(biāo)簽RFID具有識別范圍廣，精度高，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，但因?yàn)闃?biāo)簽會周期性的發(fā)射射頻信號，對核磁共振儀的成像質(zhì)量存在一定的影響。

無源標(biāo)簽RFID標(biāo)簽內(nèi)部沒有電池，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器作用范圍時(shí)，它會反饋?zhàn)x寫器發(fā)送來的射頻信號，讀寫器根據(jù)這一信號獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)[7]。無源標(biāo)簽RFID體積小，且不會主動(dòng)發(fā)射射頻信號影響核磁共振儀的工作。但是無源標(biāo)簽RFID存在識別精度較低的缺點(diǎn)，所以需要找到一個(gè)合適的算法并驗(yàn)證其可行性。

3 無線傳播模型

無源標(biāo)簽RFID定位技術(shù)通過分析射頻信號在傳播過程中的信號衰減量來分析待測點(diǎn)與信號源的距離，而核磁共振診斷室一般為封閉的室內(nèi)空間，所以無線射頻信號可以用室內(nèi)傳播模型來模擬[8]，

公式（1）中，lt為傳播過程中信號衰減的強(qiáng)度，fc為載波頻率，n為信號強(qiáng)度系數(shù)，d為傳播距離，sf*（nf）為層間系數(shù)，它由信號源與接收源之間的樓層數(shù)決定。

為了得到距離d與信號衰減量lt之間方程，可將公式（1）化簡為：

如公式（5）所示，我們可以通過測量信號衰減量lt來計(jì)算距離d[9s]。公式（2）及（3）中的參數(shù)可通過線性測試來估測，使用載波頻率為865Mhz的射頻信號進(jìn)行測量，測的數(shù)據(jù)如表1所示，并據(jù)此做圖1估計(jì)參數(shù)。

根據(jù)圖1的曲線的形狀，可以近似得到參數(shù)n=3.2，sf*（nf）=6，a0=36.74，a1=32。帶入式（5）可得距離d與信號衰減量lt之間的表達(dá)式（6）：

4 RFID定位算法

公式（6）證明了使用信號衰減量lt計(jì)算信號源與被測源之間的距離d的可行性，但是空間定位需要提供待測點(diǎn)的坐標(biāo)，圖2的三角定位法提供了通過d計(jì)算坐標(biāo)的方法。

圖2中ABCD為四個(gè)信號發(fā)射源，T為待測目標(biāo)。將T到四個(gè)信號源的信號強(qiáng)度衰減量lt帶入公式（6）可以求出T到每個(gè)信號源對應(yīng)的距離d，并通過公式（7）求得待測點(diǎn)的空間坐標(biāo)（x，y，z）。

在實(shí)際場景下使用該定位算法進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)為A點(diǎn)，三個(gè)待測點(diǎn)分別為（94.8cm，36cm）、（121cm，6cm）、（151cm，22cm），帶入算法計(jì)算后可得三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為（103.1cm，39.6cm）、（115cm，4cm）、（158cm，24cm）。三組定位計(jì)算實(shí)例中，最大誤差為8.1cm，處在核磁共振定位可識別精度之內(nèi)。

5 結(jié)語

隨著核磁共振檢測的普及，核磁共振儀的周邊問題越來越成為企業(yè)及大專院校的研究重點(diǎn)方向。核磁共振線圈定位問題因其特殊的應(yīng)用環(huán)境，使得無源定位RFID成為潛在的解決方案。本文通過對傳播模型的計(jì)算及三角定位算法的運(yùn)用證明了無源RFID定位算法的可行性，為以后的研究建立了基礎(chǔ)。但是無源RFID定位依然存在著精度不足的弊端，所以未來優(yōu)化定位算法以提高精度成為了下一步的研究方向。

參考文獻(xiàn)

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