[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

技術領域

本發明涉及一種工業用內窺鏡技術，尤其是涉及一種工業用柔性導管內窺鏡的定位跟蹤方法。

背景技術

從內窺鏡的發展及成像構造上分為硬管式內窺鏡和軟管式內窺鏡。軟管式內窺鏡即柔性導管內窺鏡是一個配備有燈光的管子，可以利用其檢測硬管式內窺鏡無法檢測的地方，因此其在工業以及醫學上得到了廣泛的使用。在工業上，根據無損檢測和孔探技術的特殊要求，一方面，柔性導管內窺鏡可用于高溫、有毒、核輻射及人眼無法直接觀察到的場所的檢查和觀察，主要用于安防、安檢方面，以及汽車、航空發動機、管道、機械零件的檢修等，可在不需拆卸或破壞組裝及設備停止運行的情況下實現無損檢測；另一方面，柔性導管內窺鏡還可與照相機、攝像機或電子計算機連接，組成照相、攝像和圖像處理系統，從而進行現場目標的監視、記錄、貯存和圖像分析。在醫學上，可以利用柔性導管內窺鏡檢測器官的病變情況。

柔性導管內窺鏡使用時，由于其自身具有較柔軟、不易控制的特點，因此會給操作者控制柔性導管內窺鏡快捷、順利、平滑自如地到達觀測點造成不便。為此，在使用柔性導管內窺鏡進行檢測時，需要對柔性導管內窺鏡在觀測物中的位置進行定位與跟蹤，操作者根據定位得到的內窺鏡的形態信息，通過其操作裝置控制和調節柔性導管內窺鏡的前端鏡頭和導管的運動方向，使柔性導管內窺鏡以合理的方式前進或伸縮以便到達觀測點。

目前，對于柔性導管內窺鏡的定位跟蹤，較為普遍的做法是X光影像提供柔性導管內窺鏡的位置形態，即在檢測時，利用X光投射內窺鏡檢測的相應部位，X光透視成像設備接收圖像，并將其顯示在屏幕上供操作者參考。顯然，這種方法需要持續間隔地進行X光照射，一方面，存在嚴重的X光射線損害問題，而為了減低X光射線對工作人員的危害，通常要求工作人員背上笨重的X光射線隔離(鉛板)裝置，然而該裝置體積大，對工作人員的行動會造成嚴重的不便；另一方面，如果限制X光照射次數，則會使觀測的連續性、實時性受到限制；其次，X光透視成像設備只能產生二維投影圖像，缺乏深度信息，因此工作人員很難在二維投影圖像下快速確定目標位置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種無輻射的工業用柔性導管內窺鏡的定位跟蹤方法，其能夠跟蹤檢查柔性導管內窺鏡的鏡頭的行進軌跡和導管的運動變化，且能夠快速準確地確定柔性導管內窺鏡的形態信息和目標位置。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：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；