磁导航定位系统及方法、标定方法、电子设备和存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种磁导航定位系统及方法、标定方法、电子设备和存储介质，磁导航定位系统包括磁场发生器、控制器和至少一个第二磁感应器；磁场发生器用于在预定范围内移动，以在所移动的至少一个位置产生磁场；所产生的磁场用于供位于磁场内的至少一个第二磁感应器采集第二磁场强度信息以及第一磁感应器采集第一磁场强度信息；控制器用于根据磁场坐标系与参考坐标系的映射关系和第一磁场强度信息，确定第一磁感应器在参考坐标系下的位姿信息。由于参考坐标系在磁场发生器移动前后是保持不变的，由此，通过获取第一磁感应器在参考坐标系下的位姿信息，可以保证在磁场发生器移动前后，所获取的第一磁感应器的位姿信息始终是同一坐标系下的。一坐标系下的。一坐标系下的。

【技术实现步骤摘要】
磁导航定位系统及方法、标定方法、电子设备和存储介质


[0001]本专利技术涉及磁导航
，特别涉及一种磁导航定位系统及方法、标定方法、电子设备和存储介质。

技术介绍

[0002]随着计算机技术、医学影像技术等高新的发展，为满足当前对于高精度手术的要求，越来越多的计算机辅助手术导航系统出现。基本工作流程大多是依赖定位系统获取特征位姿与病人术前医学影像的三维建模模型进行配准，来达到位姿映射，并在手术工具末端安装传感器，再由定位系统跟踪末端传感器，以将手术视野中的手术器械的位姿映射到三维影像中，医生可以直观的观察到手术器械和病灶的相对位姿，并有效精准的进行操作。所以，定位系统是整个系统中至关重要的步骤，是建立手术空间和医学影像位姿映射的重要输入，是跟踪手术器械位姿的关键模块。它的精度是决定手术精度的关键模块。
[0003]当前大多数手术导航系统包含通过磁导航技术提供定位手术器械的位姿信息，其包含位置信息和姿态信息(又叫角度信息)。磁导航技术中磁场所覆盖的范围用于手术器械中的磁感应器检测其在磁场中的位姿信息。为此，提供该磁场的磁场发生器不能发生位姿移动，一旦移动，移动前后磁感应器所提供的不同的位姿信息则无法反映手术器械的移动情况，这会非常大的限制医生的操作空间，并且会较大概率的给医生带来不必要的操作。
[0004]需要说明的是，公开于该专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种磁导航定位系统及方法、标定方法、电子设备和存储介质，可以解决现有技术中，磁场发生器不能发生位姿移动，一旦磁场发生器发生移动，会导致位姿映射关系失效的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种磁导航定位系统，应用于手术器械的定位，所述手术器械的末端安装有第一磁感应器，所述定位系统包括磁场发生器、控制器和至少一个第二磁感应器，所述磁场发生器、所述第一磁感应器和所述第二磁感应器均与所述控制器通信连接；
[0007]所述磁场发生器用于在预定范围内移动，以在所移动的任一位置产生磁场；所产生的磁场用于供位于所述磁场内的至少一个第二磁感应器采集第二磁场强度信息以及所述第一磁感应器采集第一磁场强度信息；
[0008]所述控制器用于根据预设的参考坐标系，以及根据在所述磁场中的至少一个第二磁场强度信息，建立所述磁场发生器移动到所述预定范围中的任一位置时磁场坐标系与所述参考坐标系的映射关系；以及根据所述映射关系和所述第一磁场强度信息，确定所述第一磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息；其中，所述参考坐标系是基于所述至少一个
第二磁感应器所构建的。
[0009]可选的，所述磁导航定位系统还包括用于安装所述磁场发生器的第一固定装置，所述磁场发生器能够在所述第一固定装置上进行移动和/或所述第一固定装置能够相对于患者进行移动，以使得所述磁场发生器能够在预定范围内的任一位置产生磁场。
[0010]可选的，所述第一固定装置用于安装在患者支撑装置上，所述患者支撑装置用于支撑患者，所述第一固定装置能够相对于所述患者支撑装置进行移动。
[0011]可选的，所述第一固定装置呈环形设置，所述磁场发生器能够沿所述第一固定装置的周向进行移动。
[0012]可选的，所述第一固定装置为一C型臂，所述磁场发生器安装于所述C型臂的末端。
[0013]可选的，所述第一固定装置为一机械臂，所述磁场发生器安装于所述机械臂的末端。
[0014]可选的，所述参考坐标系为基于预设的第二磁感应器与预设地标装置之间的位姿关系而确定的。
[0015]可选的，所述参考坐标系是通过对其中的至少一个第二磁感应器进行标定而获得的。
[0016]可选的，所述至少一个第二磁感器安装于同一第二固定装置上，其中，所述控制器预存有或预先标定有所述第二固定装置上所装配的各第二磁感应器之间的位姿关系。
[0017]可选的，所述第二固定装置为可变结构，至少一个所述第二磁感应器在所述第二固定装置上的位姿均可调。
[0018]可选的，所述控制器还用于根据所述第一磁感应器在所述参考坐标系下的多个位姿信息与预先获取的医学影像三维模型进行配准，以获取所述参考坐标系与对应所述医学影像三维模型的三维模型坐标系之间的映射关系，使得在所述医学影像三维模型上确定所述手术器械的末端的位姿信息。
[0019]可选的，所述控制器还用于根据所述手术器械的末端在所述三维模型坐标系下实时的位姿信息，获取所述手术器械的末端与根据所述医学影像三维模型所规划的目标路径之间实时的位置关系；或者
[0020]所述控制器还用于根据所述手术器械的末端在所述三维模型坐标系下实时的位姿信息，获取所述手术器械的末端与病灶之间的实时位置关系。
[0021]为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种磁导航定位方法，包括：
[0022]在磁场发生器在预定范围内移动的任一位置所提供的磁场下，获取至少一个第二磁感应器所采集的第二磁场强度信息以及第一磁感器所采集的第一磁场强度信息；
[0023]根据所获取的至少一个第二磁场强度信息，建立所述磁场发生器移动到任一位置时磁导航坐标系与预设的参考坐标系之间的映射关系；其中，所述参考坐标系是基于所述至少一个第二磁感应器所构建的；以及
[0024]根据所述映射关系以及所述第一磁场强度信息，确定所述第一磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息。
[0025]可选的，所述预定范围是基于所述磁场能覆盖其中至少一个所述第二磁感应器的范围而确定的。
[0026]为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种标定方法，应用于磁导航定位系统，所述
磁导航定位系统包括磁场发生器和至少两个第二磁感应器，所述标定方法包括：
[0027]当所述磁场发生器位于起始标定位置时，根据其中至少一个所述第二磁感应器在同一磁场中采集的第二磁场强度信息和/或至少一个临时磁感应器在同一磁场中采集的临时磁场强度信息定义参考坐标系，以及标定所述至少一个所述第二磁感应器和/或所述至少一个临时磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息；
[0028]将所述磁场发生器移动至包含所述起始标定位置在内的多个标定位置；以及
[0029]在每个标定位置，获取包含已标定的第二磁感应器在内的多个第二磁感应器的各第二磁场强度信息和/或已标定的临时磁感应器的临时磁感应强度信息；利用所述各第二磁场强度信息和/或临时磁感应强度信息，以及已标定的第二磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息和/或已标定的临时磁感器在所述参考坐标系下的位姿信息，标定相应的其他各第二磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息，直至标定完所有的所述第二磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息。
[0030]可选的，相邻所述标定位置之间的间距是基于各所述第二磁感应器之间的间距而确定的。
[0031]为解决上述技术问题，本专利技术还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁导航定位系统，应用于手术器械的定位，其特征在于，所述手术器械的末端安装有第一磁感应器，所述定位系统包括磁场发生器、控制器和至少一个第二磁感应器，所述磁场发生器、所述第一磁感应器和所述第二磁感应器均与所述控制器通信连接；所述磁场发生器用于在预定范围内移动，以在所移动的任一位置产生磁场；所产生的磁场用于供位于所述磁场内的至少一个第二磁感应器采集第二磁场强度信息以及所述第一磁感应器采集第一磁场强度信息；所述控制器用于根据预设的参考坐标系，以及根据在所述磁场中的至少一个第二磁场强度信息，建立所述磁场发生器移动到所述预定范围中的任一位置时磁场坐标系与所述参考坐标系的映射关系；以及根据所述映射关系和所述第一磁场强度信息，确定所述第一磁感应器在所述参考坐标系下的位姿信息；其中，所述参考坐标系是基于所述至少一个第二磁感应器所构建的。2.根据权利要求1所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述磁导航定位系统还包括用于安装所述磁场发生器的第一固定装置，所述磁场发生器能够在所述第一固定装置上进行移动和/或所述第一固定装置能够相对于患者进行移动，以使得所述磁场发生器能够在预定范围内的任一位置产生磁场。3.根据权利要求2所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述第一固定装置用于安装在患者支撑装置上，所述患者支撑装置用于支撑患者，所述第一固定装置能够相对于所述患者支撑装置进行移动。4.根据权利要求3所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述第一固定装置呈环形设置，所述磁场发生器能够沿所述第一固定装置的周向进行移动。5.根据权利要求2所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述第一固定装置为一C型臂，所述磁场发生器安装于所述C型臂的末端。6.根据权利要求2所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述第一固定装置为一机械臂，所述磁场发生器安装于所述机械臂的末端。7.根据权利要求1所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述参考坐标系为基于预设的第二磁感应器与预设地标装置之间的位姿关系而确定的。8.根据权利要求1所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述参考坐标系是通过对其中的至少一个第二磁感应器进行标定而获得的。9.根据权利要求1所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述至少一个第二磁感器安装于同一第二固定装置上；其中，所述控制器预存有或预先标定有所述第二固定装置上所装配的各第二磁感应器之间的位姿关系。10.根据权利要求9所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述第二固定装置为可变结构，至少一个所述第二磁感应器在所述第二固定装置上的位姿均可调。11.根据权利要求1所述的磁导航定位系统，其特征在于，所述控制器还用于根据所述第一磁感应器在所述参考坐标系下的多个位姿信息与预先获取的医学影像三维模型进行配准，以获取所述参考坐标系与对应所述医学影像三维模型的三维模型坐标系之间的映射关系，使得在所述医学影像三维模...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋雪迎，吴井胜，
申请(专利权)人：上海微创医疗机器人集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：