[發明專利]一種工業用柔性導管內窺鏡的定位跟蹤方法

有效

• 申請號: 201410581509.X
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104361608A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 胡超;馮忠晴;任宇鵬;王永輝;袁小英
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;A61B1/00;A61B19/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

1.一種工業用柔性導管內窺鏡的定位跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟：

①在被測物體所在空間內的不同位置處各布置一個三軸正交的電磁線圈，并將這些電磁線圈均作為發射線圈；在柔性導管內窺鏡的導管的外管壁上的不同位置處及在柔性導管內窺鏡的鏡頭上各布置一個三軸正交的電磁線圈，并將這些電磁線圈均作為接收線圈，假設接收線圈中的三軸線圈的工作電流一致，且半徑一致；再將柔性導管內窺鏡置于被測物體內；

②假設當前工作的發射線圈為第i個發射線圈，則在第i個發射線圈中的三軸線圈上各加載正弦波交變電信號作為激勵信號，使第i個發射線圈在其周圍產生交變電磁場，此時每個接收線圈在感應到交變電磁場后產生交變電信號，其中，1≤i≤I'，I'表示在被測物體所在空間內布置的發射線圈的總個數；

③對每個接收線圈產生的交變電信號依次進行信號放大處理、信號濾波處理、模數轉換處理及數據后處理，得到每個接收線圈產生的交變電信號對應的無噪聲數據，并獲取無噪聲數據的幅值；

④根據無噪聲數據的幅值，確定每個接收線圈在被測物體內的位置和方向，實現柔性導管內窺鏡的定位，具體過程為：

④-1、根據法拉第電磁感應定律，利用無噪聲數據的幅值代表的電壓值，計算得到每個接收線圈中的三軸線圈各自的磁感應強度；

④-2、根據每個接收線圈中的三軸線圈各自的磁感應強度，確定每個接收線圈在空間直角坐標系中的位置即確定每個接收線圈在被測物體內的位置，將第j個接收線圈在空間直角坐標系中的位置記為P，P=(x,y,z),x=(B1′)2/BT2-(B′)2/(6BT2)3[(B′)2/(6BT2)]23,]]>y=(B2′)2/BT2-(B′)2/(6BT2)3[(B′)2/(6BT2)]23,z=(B3′)2/BT2-(B′)2/(6BT2)3[(B′)2/(6BT2)]23,]]>其中，1≤j≤J，J表示在柔性導管內窺鏡的導管的外管壁上的不同位置處及在柔性導管內窺鏡的鏡頭上布置的接收線圈的總個數，空間直角坐標系的原點在被測物體所在空間的地面，B₁'表示第i個發射線圈中的與X軸平行的一軸線圈工作時第j個接收線圈中的三軸線圈的磁感應強度之和，B₂'表示第i個發射線圈中的與Y軸平行的一軸線圈工作時第j個接收線圈中的三軸線圈的磁感應強度之和，B₃'表示第i個發射線圈中的與Z軸平行的一軸線圈工作時第j個接收線圈中的三軸線圈的磁感應強度之和，B_T為常量，B_T＝μ₀IR²/4，μ₀為真空磁導率，I為第j個接收線圈中的線圈的工作電流，R為第j個接收線圈中的線圈的半徑，(B')²＝(B₁')²+(B₂')²+(B₃')²；

④-3、根據每個接收線圈中的三軸線圈各自的磁感應強度，確定每個接收線圈在空間直角坐標系中的方向即確定每個接收線圈在被測物體內的方向，將第j個接收線圈在空間直角坐標系中的各個方向組成的向量記為Η，Η＝(α,β,γ)，其中，1≤j≤J，J表示在柔性導管內窺鏡的導管的外管壁上的不同位置處及在柔性導管內窺鏡的鏡頭上布置的接收線圈的總個數，空間直角坐標系的原點在被測物體所在空間的地面，α表示第j個接收線圈與空間直角坐標系的X軸的夾角，β表示第j個接收線圈與空間直角坐標系的Y軸的夾角，γ表示第j個接收線圈與空間直角坐標系的Z軸的夾角，R=Rot(x,α)Rot(y,β)Rot(z,γ)=Bx1Bx2Bx3By1By2By3Bz1Bz2Bz3Bx1′Bx2′Bx3′By2′By2′By3′Bz1′Bz2′Bz3′-1,]]>R表示由(α,β,γ)確定的旋轉矩陣，這里，Rot(x,α)表示相對于空間直角坐標系的X軸的旋轉矩陣，Rot(x,α)=1000cosα-sinα0sinαcosα,]]>Rot(y,β)表示相對于空間直角坐標系的Y軸的旋轉矩陣，Rot(y,β)=cosβ0sinβ010-sinβ0cosβ,]]>Rot(z,γ)表示相對于空間直角坐標系的Z軸的旋轉矩陣，Rot(z,γ)=cosγ-sinγ0sinγcosγ0001,Bx1′Bx2′Bx3′By2′By2′By3′Bz1′Bz2′Bz3′-1]]>為Bx1′Bx2′Bx3′By2′By2′By3′Bz1′Bz2′Bz3′]]>的逆矩陣，B_x1,B_y1,B_z1對應表示第i個發射線圈中與X軸平行的一軸線圈工作時第j個接收線圈中的與X軸平行的一軸線圈、與Y軸平行的一軸線圈、與Z軸平行的一軸線圈感應到的磁感應強度，B_x2,B_y2,B_z2對應表示第i個發射線圈中與Y軸平行的一軸線圈工作時第j個接收線圈中的與X軸平行的一軸線圈、與Y軸平行的一軸線圈、與Z軸平行的一軸線圈感應到的磁感應強度，B_x3,B_y3,B_z3對應表示第i個發射線圈中與Z軸平行的一軸線圈工作時第j個接收線圈中的與X軸平行的一軸線圈、與Y軸平行的一軸線圈、與Z軸平行的一軸線圈感應到的磁感應強度，B′_x1,B′_y1,B′_z1對應表示第i個發射線圈中的與X軸平行的一軸線圈對第j個接收線圈在位置P＝(x,y,z)處與X軸平行的一軸線圈、與Y軸平行的一軸線圈、與Z軸平行的一軸線圈的理論磁感應強度，B′_x2,B′_y2,B′_z2對應表示第i個發射線圈中的與Y軸平行的一軸線圈對第j個接收線圈在位置P＝(x,y,z)處與X軸平行的一軸線圈、與Y軸平行的一軸線圈、與Z軸平行的一軸線圈的理論磁感應強度，B′_x3,B′_y3,B′_z3對應表示第i個發射線圈中的與Z軸平行的一軸線圈對第j個接收線圈在位置P＝(x,y,z)處與X軸平行的一軸線圈、與Y軸平行的一軸線圈、與Z軸平行的一軸線圈的理論磁感應強度；

⑤根據步驟④中得到的每個接收線圈在被測物體內的位置和方向，利用多項式曲線擬合方法擬合得到柔性導管內窺鏡的導管的運動變化以及鏡頭的行進軌跡，實現柔性導管內窺鏡的跟蹤。