[发明专利]电磁导航系统中磁场形变校准工具及方法

说明书

本发明提供了一种电磁导航系统中磁场形变校准工具及方法，包括以下步骤：首先，在数据训练阶段将磁场发生器放置在磁场所使用的工作环境下，在坐标采集板上等距网格位置采集磁场坐标；得到三维等距网格线上所有点的磁场坐标值，根据网格线定义的物理坐标与所采集对应的磁场坐标求得磁场坐标的形变量；在不同的磁场工作环境下求得的形变量组合形成磁场形变统计模型；在使用运行阶段，采集一次坐标采集板上的局部磁场坐标获取局部形变量，通过得到稀疏表达得到当前的磁场坐标全局的形变量数值。本发明具有快速、准确和通用的优势，通过磁场形变数据的统计模型的稀疏求解，快速解决电磁导航易受到环境因素干扰的问题，使导航系统更加准确。

技术领域

本发明涉及磁场形变校准技术领域，具体地，涉及一种电磁导航系统中磁场形变校准工具及方法。尤其地，涉及一种在医用手术导航系统下进行辅助准确定位的应用。

背景技术

随着科学技术的不断开发，微创精准介入定位手术越来越被人们重视，介入方法虽然好，但是定位难度十分大，因此，通过计算机辅助的方法能够帮助器械进行准确的空间定位。在实际中，辅助手术定位的方法主要有光学定位和电磁定位。光学定位的精度高，但是在实际使用的过程中容易受到环境中物体的遮挡影响，数据容易丢失，使得整个应用场景下的视野要求十分严格。而电磁定位通过电磁感应进行空间的方向和角度的定位，能够达到同级别的定位精度并且使用更加方便。

电磁定位由磁场发生器产生稳定的工作磁场，植入式的定位线圈能够在工作磁场范围能产生信号提供定位数据。然而在工作范围内的磁干扰物质能够产生感应涡流磁场，影响定位的精度。一般的电磁导航系统中往往会忽略掉磁场工作环境中的干扰物质对磁场稳定工作定位的影响，对于医疗手术导航系统这种需要高精度定位要求的使用场景来说，往往无法忽视这类干扰的影响。在手术室的环境中，磁场发生器支撑物，影像设备，比如CT床、C形臂等设备均可以引起磁场的干扰形变。

相关专利US973336中披露了一种对磁场形变补偿的方法，通过局部4个传感器进行小范围内修正，或通过光学定位的装置在磁场的范围内对线圈进行追踪，计算线圈在磁场范围之内的绝对误差量。此专利中的方法对局部或特定的磁场形变场景适用，不适用于广泛的磁场定位场景。实现一种在普遍电磁导航系统工作下的复杂电磁干扰手术环境的形变校准计算十分困难。

专利文献CN110544309A(申请号：201910688868.8)公开了一种基于大尺度网格模型的实时稀疏编辑方法，包括：构建由相同网格拓扑的模型组成的模型库；提取该模型的原始特征向量，将该原始特征向量转化为可以编码模型大尺度形变的第一特征向量，并形成该模型库的第一特征向量集合；对该第一特征向量集合进行全局稀疏优化，提取第二特征向量集合；确定目标模型上的控制顶点位置；以该目标模型的特征向量为该第二特征向量集合的一个线性组合向量，对该线性组合向量进行稀疏优化，得到编辑特征向量；根据该控制顶点位置和该编辑特征向量，得到该目标模型的形变模型。此专利披露了数字媒体技术领域和计算机图形学领域中用于网格模型库，通过局部控制点的形变生成符合模型库中变形特征的编辑后网格模型的方法。此技术面向的是形态网格点位置数据而非形变量数据，无法解决电磁导航系统中磁场形变量问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电磁导航系统中磁场形变校准工具及方法。

根据本发明提供的电磁导航系统中磁场形变校准工具，包括：坐标采集板和磁场发生器，所述坐标采集板上有等距坐标采集孔和磁场发生装置卡槽，所述磁场发生器上带有螺纹松紧卡口。

优选的，通过调节螺纹松紧卡口，使磁场发生器在磁场发生装置卡槽上等距移动。

优选的，所述坐标采集板，使用的材料是非金属板，包括有机玻璃、PC板和ABS塑料。

根据本发明提供的电磁导航系统中磁场形变校准方法，包括：

步骤1：将磁场发生器放置在磁场中，在坐标采集板上等距网格位置采集磁场坐标；