导管形状与力感知方法、手术导航方法和介入手术系统与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种导管形状与力感知方法、手术导航方法、介入手术系统、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.与传统手术相比，微创伤机器人手术具有切口小、创伤小、恢复快、痛苦少的优点。其中，介入机器人手术系统利用医学影像设备的引导，将特制的器械、导管等精密器械引入人体，对体内病灶进行诊断和局部治疗等微创伤手术。其中，导管作为介入技术中最主要的工具，医生借助图像导航的引导，通过遥控导管运动到达病变位置进行介入治疗活诊断。
3.为精确到达病灶位置，介入机器人手术系统可以对微创伤导管在解剖系统中自然的或手术创建的通道里的运动进行导航，将微创伤导管实时定位并准确配准到解剖通道；同时，导管上应力的识别也可以避免对解剖结构造成损伤和对导管本身造成损坏。因此，有效的形状与应力信息感知方法是介入手术机器人成功应用的关键。
4.需要说明的是，公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明一般背景技术的理解，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。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种导管形状与力感知方法、手术导航方法、介入手术系统、电子设备和存储介质，可以更加准确、更加简便地感知导管的形状以及其所受到的应力，从而可以有效提高手术导航过程中的准确性。
6.为达到上述目的，本发明提供一种导管形状与力感知方法，所述导管沿其长度方向安装有多个传感器，所述传感器用于感测其所在位置处的位置信息和方向信息，所述方法包括：
7.获取每一所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息；
8.根据所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取所述导管的实时形状信息和所述导管所受到的实时应力信息。
9.可选的，所述获取每一所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，包括：
10.获取每一所述传感器所感测到的实时磁场强度信息；
11.针对每一所述传感器，根据该传感器所感测到的实时磁场强度信息，获取该传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息。
12.可选的，所述根据所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取所述导管的实时形状信息，包括：
13.针对每一所述传感器，根据该传感器和与其相邻的邻传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息，所述中
性点为该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段所对应的弯曲平面与该传感器所在导管横截面上的中性层之间的交点；
14.依次连接所有的所述中性点，以获取所述导管所对应的实时形状曲线，从而获取所述导管的实时形状信息。
15.可选的，所述根据该传感器和与其相邻的邻传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息，包括：
16.根据该传感器和与其相邻的邻传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，重构该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段所对应的实时圆弧曲线；
17.根据所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度和圆弧半径以及所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息。
18.可选的，所述根据所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度和圆弧半径以及所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息，包括：
19.根据该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段的原始长度和所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度，获取该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段的平均应变；
20.根据所述平均应变以及所述实时圆弧曲线所对应的圆弧半径，获取该传感器所在导管横截面上的中性点所对应的圆弧半径；
21.根据所述中性点所对应的圆弧半径以及所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息。
22.可选的，所述根据所述中性点所对应的圆弧半径以及所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息，包括：
23.根据所述中性点所对应的圆弧半径以及所述实时圆弧曲线所对应的圆弧半径，获取该传感器到该传感器所在导管横截面上的中性层之间的距离；
24.根据该传感器到该传感器所在导管横截面上的中性层之间的距离、该传感器在所述导管横截面上的安装位置信息、以及所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器所在导管横截面上的中性点的实时位置信息。
25.可选的，所述根据所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取所述导管所受到的实时应力信息，包括：
26.针对每一所述传感器，根据该传感器和与其相邻的邻传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，重构该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段所对应的实时圆弧曲线；
27.根据该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段的原始长度和所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度，获取该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段的平均应变；
28.根据该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段所对应的拉伸刚度以及所述平均应变，获取该传感器和与其相邻的邻传感器之间的导管段所受到的平均应力。
29.为达到上述目的，本发明还提供一种手术导航方法，包括：
30.对预先获取的术前医学图像进行三维重建，以获取三维解剖模型；
31.根据所述三维解剖模型，规划到达病灶处的导航路径；
32.采用上文所述的导管形状与力感知方法，获取所述导管进入解剖通道后的形状信息；
33.根据所述导管进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系；
34.根据所述世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，按照所述导航路径，控制所述导管进行运动，直至所述导管的末端到达所述病灶处。
35.可选的，在获取所述导管进入解剖通道后的形状信息之前，所述手术导航方法还包括：
36.利用所述导管的末端在所述解剖通道中拾取多个特征点，并获取所述特征点在世界坐标系下的位置信息；
37.根据所述特征点在三维解剖模型坐标系下的位置信息以及所述特征点在世界坐标系下的位置信息，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的初始空间映射关系；
38.所述根据所述导管进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，包括：
39.根据所述导管进入解剖通道后的形状信息、所述三维解剖模型以及世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的初始空间映射关系，采用非刚性配准方法，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系。
40.为达到上述目的，本发明还提供一种介入手术系统，包括通信连接的机器人和控制器，所述机器人包括台车和安装于所述台车上的机械臂，所述机械臂的末端用于安装导管，所述导管沿其长度方向安装有多个传感器，所述控制器被配置用于实现上文所述的导管形状与力感知方法或者上文所述的手术导航方法。
41.可选的，所述导管内穿设有至少一根导丝，所述导丝的近端与一驱动装置相连，所述驱动装置安装于所述机械臂的末端且与所述控制器通信连接，所述导丝的远端与所述导管的末端相连，在所述驱动装置的作用下，所述导丝能够伸长和缩短，以使得所述导管的末端沿至少一个方向弯曲。
42.可选的，所述传感器为磁感应器，所述介入手术系统还包括磁场发生器，所述磁场发生器用于产生磁场，所述传感器用于在所述磁场内感测磁场强度信息，所述控制器用于根据所述传感器所感测到的磁感强度信息，获取所述传感器所在位置处的位置信息和方向信息。
43.可选的，所述传感器偏离所述导管的中心线设置。
44.可选的，所述介入手术系统还包括与所述控制器通信连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述导管的实时形状和/或所述导管在解剖通道中的实时位置。
45.为达到上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上文所述的导管形状与力感知方法。
46.为达到上述目的，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上文所述的导管形状与力感知方法。
47.与现有技术相比，本发明提供的导管形状与力感知方法、手术导航方法、介入手术
系统、电子设备和存储介质具有以下优点：
48.本发明提供的导管形状与力感知方法通过在所述导管的长度方向上安装多个传感器以感测对应位置处的位置信息和方向信息，由此根据所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，即可获取所述导管的实时形状信息和所述导管所受到的实时应力信息。由于所述传感器能够感测到其所在位置处的位置信息和方向信息，即本发明中所述传感器感测的是绝对空间信息，不存在误差累积现象，因此，本发明基于所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，能够更加准确、更加简便地获取所述导管的实时形状信息以及所述导管所受到的实时应力信息，由此，根据所述导管的实时形状信息，能够为手术导航提供有利地依据，提高手术导航过程中的准确性；根据所述导管所受到的实时应力信息，能够为操作者提供参考，避免由于导管与解剖通道之间的相互作用力过大而引起的解剖通道被损伤或导管被损坏的现象的发生。
49.本发明提供的手术导航方法通过对预先获取的术前医学图像进行三维重建，以获取三维解剖模型，并根据所述三维解剖模型，规划到达病灶处的导航路径，同时采用上文所述的导管形状与力感知方法，获取所述导管进入解剖通道后的形状信息，并根据所述导管进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，最后即可根据世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，按照所述导航路径，控制所述导管进行运动，直至所述导管的末端到达所述病灶处，完成手术过程中的导航。
50.由于本发明提供的介入手术系统、电子设备和存储介质与上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法属于同一发明构思，因此本发明提供的介入手术系统、电子设备和存储介质具有上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法的所有优点，故不再对本发明提供的介入手术系统、电子设备和存储介质所具有的优点进行展开说明。
附图说明
51.图1为本发明一实施方式提供的导管的局部结构示意图；
52.图2为本发明一实施方式提供的导丝与驱动装置之间的连接关系结构示意图；
53.图3为本发明一另实施方式提供的导丝与驱动装置之间的连接关系结构示意图；
54.图4为本发明一实施方式提供的导管的截面结构示意图；
55.图5为本发明另一实施方式提供的导管的截面结构示意图；
56.图6为本发明一实施方式提供的导管与末端器械之间的连接关系结构示意图；
57.图7为本发明一实施方式提供的导管形状与力感知方法的流程示意图；
58.图8为本发明一具体示例提供的导管横截面上的应变分布示意图；
59.图9为本发明一实施方式提供的重构圆弧曲线的原理示意图；
60.图10为本发明一实施方式提供的获取中性点所对应的圆弧半径的原理示意图；
61.图11为本发明一实施方式提供的获取中性点的位置信息的原理示意图；
62.图12为现有技术中使用形状位置光纤感知导管形状的示意图；
63.图13为本发明一实施方式提供的传感器阵列排布示意图；
64.图14为导管上各测量点的分布示意图；
65.图15为本发明一实施方式提供的手术导航方法的流程示意图；
66.图16为本发明一具体示例提供的合成图像的示意图；
67.图17为本发明一实施方式提供的介入手术系统的应用场景示意图；
68.图18为本发明一实施方式提供的电子设备的方框结构示意图。
69.其中，附图标记如下：
70.导管-100；第一管体-110；第二管体-120；导丝-130；驱动装置-140；第一通道-150；第二通道-160；器械盒-170；
71.传感器-200、200pn、200p
n 1
；导管横截面-300；中性层-400；弯曲平面-500；光纤-600；
72.机器人-10；
73.控制器-20；
74.主控平台-30；操作设备-31；显示装置-32；
75.处理器-101；通信接口-102；存储器-103；通信总线-104。
具体实施方式
76.以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的导管形状与力感知方法、手术导航方法、介入手术系统、电子设备和存储介质作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在与本发明所能产生的功效及所能达成的目的相同或近似的情况下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
77.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
78.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
79.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况
理解上述术语在本发明中的具体含义。
80.此外，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。
81.本发明的核心思想在于提供一种导管形状与力感知方法、手术导航方法、介入手术系统、电子设备和存储介质，可以更加准确、更加简便地感知导管的形状以及其所受到的应力，从而可以有效提高手术导航过程中的准确性。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，本文中所称的近端是指靠近操作者的一端，所称的远端/末端是指远离操作者的一端，也即靠近病灶的一端。此外，需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，本文中所称的多个包括两个的情形。
82.另外，需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，本发明提供的导管形状与力感知方法和手术导航方法可应用于本发明提供的电子设备上，该电子设备可被配置于本发明实施方式的介入手术系统上，其中，该电子设备可以是计算机、移动终端等，该移动终端可以是手机、平板电脑等具有各种操作系统的硬件设备。
83.实施例一
84.为实现上述思想，本实施例提供一种导管形状与力感知方法。为了便于理解，在介绍本实施例提供的导管形状与力感知方法之前，先对本实施例中的导管的具体结构进行说明。请参考图1，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的导管100的局部结构示意图。如图1所示，所述导管100沿其长度方向安装有多个传感器200，所述多个传感器200之间相互间隔设置，所述传感器200用于感测其所在位置处的位置信息和方向信息。
85.作为一种优选，所述多个传感器200呈阵列设置，即当所述导管100处于平直状态时，所述多个传感器200位于同一条直线上。由此，此种设置，不仅可以更加便于所述多个传感器200的安装，同时也更加便于获取所述导管100的实时形状信息和所述导管100所受到的实时应力信息。
86.进一步地，如图1所示，所述导管100包括相连的第一管体110和第二管体120，其中所述第一管体110为可控弯段(即通过驱动装置140可以精确调整所述第一管体110的弯曲角度和弯曲方向)，所述第二管体120为不可控弯段(即所述第二管体120的弯曲角度和弯曲方向受外力影响，无法精确进行控制)。
87.在一种示范性的实施方式中，如图1所示，所述第一管体110和所述第二管体120沿其长度方向均均匀布置有多个所述传感器200。由此，通过在所述第一管体110和所述第二管体120上均均匀布置有多个所述传感器200，可以进一步确保所获取的导管100的实时形状信息和所述导管100所受到的实时应力信息的准确性。
88.需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，所述第一管体110上的所述传感器200的分布密度(单位长度的第一管体110上的传感器200的个数)与所述第二管体120上的所述传感器200的分布密度(单位长度的第二管体120上的传感器200的个数)可以相同也可
以不同，作为一种优选，所述第一管体110上的所述传感器200的分布密度大于所述第二管体120上的所述传感器200的分布密度。由此，通过在所述第一管体110上设置更加密集的传感器200，可以进一步提高所获取的所述导管100的实时形状信息和所述导管100所受到的实时应力信息的准确性。
89.在一种示范性的实施方式中，所述导管100内穿设有至少一组引导组件，其中，每一组所述引导组件均包括两根平行设置的导丝130，所述导丝130的远端与所述第一管体110的末端相连，所述导丝130的近端与驱动装置140(例如电机)相连，由此，在所述驱动装置140的作用下，所述导丝130能够伸长或缩短，从而使得所述第一管体110能够沿对应的方向弯曲。
90.具体地，请参考图2，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的导丝130与驱动装置140之间的连接关系结构示意图。如图2所示，在本实施方式中，同一组引导组件中的两根导丝130可以由同一个驱动装置140进行驱动，例如，当所述驱动装置140为电机时，同一组引导组件中的两根导丝130的近端分别固定在所述电机的输出轴的两侧，由此可以保证在所述电机转动时，一根导丝130伸长，另一根导丝130缩短，且伸长量等于缩短量。
91.请继续参考图3，其示意性地给出了本实施例另一实施方式提供的导丝130与驱动装置140之间的连接关系结构示意图。如图3所示，在本实施方式中，同一组引导组件中的两根导丝130可以分别由一个驱动装置140进行驱动，即不同的导丝130由不同的驱动装置140进行驱动，此时这两个驱动装置140的旋转方向相反。
92.进一步地，所述导管100上设有用于供导丝130穿过的第一通道150以及用于安装所述传感器200的第二通道160，其中所述导丝130与所述第一通道150一一对应，即不同的导丝130穿设在不同的第一通道150内。由此，通过在所述导管100内设置第一通道150，可以更加便于所述导丝130的安装，有效防止导丝130之间相互干扰；通过在所述导管100内设置第二通道160，可以更加便于所述传感器200的安装。
93.具体地，请参考图4，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的导管100的截面结构示意图。如图4所示，在本实施方式中，所述导管100内共穿设有两根导丝130(即一组引导组件)，所述导管100上共设有两个沿其长度方向设置的第一通道150和一个沿其长度方向设置的第二通道160。请继续参考图5，其示意性地给出了本实施例另一实施方式提供的导管100的截面结构示意图。如图5所示，在本实施方式中，所述导管100内共穿设有四根导丝130(即两组引导组件)，所述导管100上共设有四个沿其长度方向设置的第一通道150和一个沿其长度方向设置的第二通道160。
94.在一种示范性的实施方式中，如图4和图5所示，所述第一通道150和所述第二通道160均偏离所述导管100的中心线设置。由此，此种设置可以保证在所述导管100的中央区域能够预留出用于输送末端器械的通道。
95.请继续参考图6，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的导管100与末端器械之间的连接关系结构示意图。如图6所示，所述末端器械安装于所述导管100的末端。所述末端器械可以为活检钳、活检刷、活检刨等常用介入治疗器械。进一步地，如图6所示，所述导管100的近端安装有器械盒170，用于驱动所述导丝130的驱动装置140安装于所述器械盒170内。
96.请继续参考图7，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的导管形状与力感
知方法的流程示意图。如图7所示，所述导管形状与力感知方法包括如下步骤：
97.步骤s110、获取每一所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息。
98.步骤s120、根据所有的所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取所述导管100的实时形状信息和所述导管100所受到的实时应力信息。
99.可见，本实施例提供的导管形状与力感知方法通过在所述导管100的长度方向上安装多个传感器200以感测对应位置处的位置信息和方向信息，由此根据所有的所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，即可获取所述导管100的实时形状信息和所述导管100所受到的实时应力信息。由于所述传感器200能够感测到其所在位置处的位置信息和方向信息，即本实施例中所述传感器200感测的是绝对空间信息，不存在误差累积现象，因此，本实施例基于所有的所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，能够更加准确、更加简便地获取所述导管100的实时形状信息以及所述导管100所受到的实时应力信息，由此，根据所述导管100的实时形状信息，能够为手术导航提供有利地依据，提高手术导航过程中的准确性；根据所述导管100所受到的实时应力信息，能够为操作者提供参考，避免由于导管100与解剖通道之间的相互作用力过大而引起的解剖通道被损伤或导管100被损坏的现象的发生。
100.在一种示范性的实施方式中，所述获取每一所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，包括：
101.获取每一所述传感器200所感测到的实时磁场强度信息；
102.针对每一所述传感器200，根据该传感器200所感测到的实时磁场强度信息，获取该传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息。
103.具体地，所述传感器200为能够感测到至少五个自由度(可以不包含该传感器200所在导管段绕自身轴线旋转方向的自由度)的位置和姿态信息的磁感应器，也即通过所述传感器200可以测得其所在位置处的三维空间位置坐标和延伸方向信息。由于当所述传感器200所在位置发生变化时，则其所能够感测到的磁场强度信息也会对应发生变化，由此，根据所述传感器200当前所感测到的磁场强度信息，即可获取该传感器200当前所在位置处的位置信息和方向信息。
104.在一种示范性的实施方式中，所述根据所有的所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取所述导管100的实时形状信息，包括：
105.针对每一所述传感器200，根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息，所述中性点为该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所对应的弯曲平面500与该传感器200所在导管横截面300上的中性层400之间的交点；
106.依次连接所有的所述中性点，以获取所述导管100所对应的实时形状曲线，从而获取所述导管100的实时形状信息。
107.具体地，请参考图8，其示意性地给出了本实施例一具体示例提供的导管横截面300上的应变分布示意图。如图8所示，当导管100弯曲时，针对导管100的任一个导管横截面300，在该导管横截面300内均存在一个中性层400，在中性层400处不产生应变，且中性层400的位置随载荷而动态变化。中性层400两侧分别存在拉应变和压应变，由于中性层400沿手术器械长度方向上的连线在弯曲过程中，长度不发生改变，因此，本实施提供的导管形状
与力感知方法通过针对每一所述传感器200，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息，并通过根据各所述中性点的实时位置信息，依次连接所有的所述中性点，以获取所述导管100所对应的实时形状曲线，从而可以确保所获取的导管100的实时形状信息更加精确，进而可以提高手术导航的准确性。
108.进一步地，所述根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息，包括：
109.根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，重构该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所对应的实时圆弧曲线；
110.根据所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度和圆弧半径以及所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息。
111.为了便于理解，下面对如何重构相邻的两个传感器200之间的导管段所对应的实时圆弧曲线进行说明，为了方便描述，以二维情况进行说明，三维情形可做类似拓展。具体地，请参考图9，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的重构圆弧曲线的原理示意图。如图9所示，传感器200pn和传感器200p
n 1
为一组相邻的两个传感器200，其中传感器200pn所在位置处的坐标为(xn,yn)(世界坐标系下的坐标)，传感器200p
n 1
所在位置处的坐标为(x
n 1
,y
n 1
)(世界坐标系下的坐标)，ln为传感器200pn和传感器200p
n 1
之间的直线长度，为传感器200pn所在位置处沿导管100长度方向的方向向量，为传感器200p
n 1
所在位置处沿导管100长度方向的方向向量；θn为方向向量与之间的夹角，cn为待重构的圆弧曲线的圆心位置，rn为待重构的圆弧曲线的圆弧半径。由相关几何学知识可以得出以下计算公式：
[0112][0113][0114][0115][0116]
由上式(1)至式(3)可以根据该传感器200pn和与其相邻的邻传感器200p
n 1
所感测到的位置信息和方向信息，计算出该传感器200pn和与其相邻的邻传感器200p
n 1
之间的导管段所对应的圆弧曲线的圆弧半径rn。进一步地，可以计算出该圆弧曲线的圆心位置，具体地，根据所述传感器200pn所在位置处沿导管100长度方向的方向向量可以计算出经过所述传感器200pn所在位置处的圆弧半径所在直线的直线方程的斜率kn，再结合所述传感器200pn所在位置处的坐标(xn,yn)，即可计算出经过所述传感器200pn所在位置处的圆弧半径
所在直线的直线方程的常数项bn。同理，根据所述传感器200p
n 1
所在位置处沿导管100长度方向的方向向量可以计算出经过所述传感器200p
n 1
所在位置处的圆弧半径所在直线的直线方程的斜率k
n 1
，再结合所述传感器200p
n 1
所在位置处的坐标(x
n 1
,y
n 1
)，即可计算出经过所述传感器200p
n 1
所在位置处的圆弧半径所在直线的直线方程的常数项b
n 1
。由此，该圆弧曲线的圆心cn在世界坐标系下的坐标可以通过联立以下方程组得到：
[0117][0118]
通过求解上述方程组(5)，可以得出圆弧曲线的圆心cn在世界坐标系下的坐标满足如下关系式：
[0119][0120]
假设导管100处于平直状态时，传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的长度为s0，则传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的导管段所发生的平均应变ε为：
[0121][0122]
需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，当ε为正数时，则说明传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的导管段所发生的平均应变为正应变，也即传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的导管段伸长；当ε为负数时，则说明传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的导管段所发生的平均应变为负应变，也即传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的导管段缩短。此外，需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，针对安装于所述导管100的末端的传感器200(即最末尾的一个传感器200)，可以将与其相邻的上一个传感器200作为其邻传感器200。
[0123]
更进一步地，所述根据所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度和圆弧半径以及所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息，包括：
[0124]
根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段的原始长度和所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度，获取该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段的平均应变；
[0125]
根据所述平均应变以及所述实时圆弧曲线所对应的圆弧半径，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点所对应的圆弧半径；
[0126]
根据所述中性点所对应的圆弧半径以及所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息。
[0127]
具体地，请参考图10，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的获取中性点所对应的圆弧半径的原理示意图。如图10所示，由于中性层400处不发生应变，因此沿着中性层400的导管段的长度也不发生改变，因此中性层400(也即中性点qn)对应的圆弧半径rq与重构的圆弧曲线的圆弧半径rn之间满足如下关系式：
[0128][0129]
由式(8)可以得出如下关系式：
[0130][0131]
由于，重构的圆弧曲线的圆弧半径rn可以根据式(3)计算得到，平均应变ε可以根据式(7)计算得到，由此，通过将圆弧半径rn和平均应变ε代入上式(9)，即可以求出中性点所对应的圆弧半径rq。
[0132]
在一种示范性的实施方式中，所述根据所述中性点所对应的圆弧半径以及所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息，包括：
[0133]
根据所述中性点所对应的圆弧半径以及所述实时圆弧曲线所对应的圆弧半径，获取该传感器200到该传感器200所在导管横截面300上的中性层400之间的距离；
[0134]
根据该传感器200到该传感器200所在导管横截面300上的中性层400之间的距离、该传感器200在所述导管横截面300上的安装位置信息、以及所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取该传感器200所在导管横截面300上的中性点的实时位置信息。
[0135]
具体地，请参考图11，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的获取中性点的位置信息的原理示意图。如图11所示，图中的大圆表示某一导管横截面300，图中未经过该导管横截面300的中心的点划线为该导管横截面300上的中性层400，图中经过该导管横截面300的中心的点划线为传感器200pn与传感器200p
n 1
之间的导管段所对应的弯曲平面500(侧视图)。由相关几何学知识可知，经过该导管横截面300的中心的点划线(即弯曲平面500)与该导管横截面300上的中性层400相垂直。进一步地，如图11所示，弯曲平面500与中性层400在该导管横截面300上存在一个交点，该交点即为中性点，图中的点pn所在位置即为传感器200pn所在位置。
[0136]
下面对如何获取该导管横截面300上的中性点的位置坐标进行说明。为了方便描述，以二维情况进行说明，三维情形可做类似拓展。假设在以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系下，传感器200pn所在位置处的坐标为(xn,yn)，所述中性点qn在该坐标系(以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系)下的坐标为结合图10可知，所述传感器200pn到所述中性层400之间的距离dn可通过下式计算得到：
[0137][0138]
如图11所示，假设弯曲平面500与以该截面的中心点为原点所创建的坐标系的x轴之间的夹角为an，则根据相关的几何学知识，可以得出所述中性点qn在以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系下的坐标满足如下关系式：
[0139][0140]
由上式(11)可知，只要能够确定出弯曲平面500与以该截面的中心点为原点所创建的坐标系的x轴之间的夹角an，就可以求出中性点qn在以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系下的坐标再根据以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系与世界坐标系之前的空间映射关系，即可以求出中性点qn在世界坐标系下的坐标。其中，根据所述传感器200pn在以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系下的坐标以及所述传感器200pn在世界坐标系下的坐标，即可以获取以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系与世界坐标系之前的空间映射关系。
[0141]
下面对如何确定出弯曲平面500与以该截面的中心点为原点所创建的坐标系的x轴之间的夹角an进行说明。
[0142]
具体地，根据前文的相关论述可知，根据所述传感器200pn和与其相邻的邻传感器200p
n 1
所感测到的位置信息和方向信息，可以求出重构后的圆弧曲线的圆心cn在世界坐标系下的坐标，进而根据以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系与世界坐标系之前的空间映射关系，从而可以获取重构后的圆弧曲线的圆心cn在以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系下的坐标。由于重构后的圆弧曲线的圆心cn与中性点qn在世界坐标系下的距离(即rq)等于重构后的圆弧曲线的圆心cn与中性点qn在以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系下的距离，由此，据此建立方程，即可以求出an的值，再结合以该导管横截面300的中心点为原点所创建的坐标系与世界坐标系之前的空间映射关系即可求出中性点qn在世界坐标系下的坐标。
[0143]
在一种示范性的实施方式中，所述根据所有的所述传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，获取所述导管100所受到的实时应力信息，包括：
[0144]
针对每一所述传感器200，根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，重构该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所对应的实时圆弧曲线；
[0145]
根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段的原始长度和所述实时圆弧曲线所对应的圆弧长度，获取该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段的平均应变；
[0146]
根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所对应的拉伸刚度以及所述平均应变，获取该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所受到的平均应力。
[0147]
具体地，关于如何根据该传感器200和与其相邻的邻传感器200所感测到的实时位置信息和实时方向信息，重构该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所对应的实时圆弧曲线，可以参考前文中的相关论述，故在此不再进行展开说明。假设根据式(7)可以求出该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所受到的平均应变为ε，该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所对应的拉伸刚度为e，则该传感器200和与其相邻的邻传感器200之间的导管段所受到的平均应力可通过下式计算得到：
[0148]
σ＝eε
ꢀꢀꢀ
(12)
[0149]
由此，本实施例能够感测到所述导管100上各段所受到的平均应力，从而能够为医生的操作提供参考，避免由于误操作而引起导管100与解剖通道之间的相互作用力过大，进而导致解剖通道被损伤或者导管100被损坏。
[0150]
综上可知，本实施例提供的形状与力感知方法，由于利用了一个测量点处(传感器200所在位置处)的位置和方向信息，因此对导管100的局部特征拟合更加准确。另外，根据上文的相关论述可知，本实施例提供的形状与力感知方法能够实现导管100局部曲率的精确测量，不仅能够获取精确的导管100形状信息，而且可以精确地获取导管100末端的位置和姿态信息。另外，由于本实施例考虑了方向信息，因此在同一个测量点处提供的信息增多，因此在使用多项式等方法进行拟合时，相比于只提取测量点位置信息的方法，需要的测量点可以减少，理论是可以减半。
[0151]
请继续参考图12和图13，其中图12示意性地给出了现有技术中使用形状位置光纤600感知导管100形状的示意图；图13示意性地给出了本实施例一实施方式提供的传感器200阵列排布示意图。如图12和图13所示，假设导管100弯曲平面500s内弯曲，每个测量点(传感器200所在位置处)的方向向量也在该弯曲平面500s内，但是其形式为空间三维向量，可以表示三维空间内任一弯曲平面500内的弯曲。而若使用形状位置光纤600感知三维空间内导管100的形状，则一般至少需要三根光纤600才能实现本实施例使用一个传感器200阵列即可实现的导管100形状和应力的计算功能。
[0152]
请继续参考图14，其示意性地给出了导管100上各测量点的分布示意图。如图14所示，由于光纤600位置传感器200获取的是当前位置相对于上一个光纤600位置传感器200的沿着光纤600位置传感器200延伸方向的相对距离，因此，该种情况下，导管100上各测量点的绝对位置是由导管100近端的基点位置(绝对坐标下，如图14中的((x1 δx1,y1 δy1)))依次累加相对距离得到的，也即采用形状位置光纤600获取导管100末端位姿以及导管100形态的技术是沿着形状位置光纤600各个测量点的积分过程。而本实施例中的传感器200具备绝对位置感知能力，能够有效避免误差累计。如图14所示，(xi,yi)为第i个测量点pi的实际位置，(δxi,δyi)为第i个测量点的实际位置与测量位置的偏差。由于形状位置光纤600的位置为累积计算得到的，因此存在累积误差关系：δxi＜δx
i 1
，δyi＜δy
i 1
。而对于本实施例中的传感器200，由于不存在累积误差关系，即：δxi≈δx
i 1
，δyi≈δy
i 1
。由此可见，本实施例在定位精度上更具有优势。
[0153]
实施例二
[0154]
基于同一发明构思，本实施例提供一种手术导航方法，请参考图15，其示意性地给出了本实施例一实施方式的手术导航方法的流程示意图，如图15所示，所述手术导航方法包括如下步骤：
[0155]
步骤s210、对预先获取的术前医学图像进行三维重建，以获取三维解剖模型。
[0156]
步骤s220、根据所述三维解剖模型，规划到达病灶处的导航路径。
[0157]
步骤s230、获取所述导管100进入解剖通道后的形状信息。
[0158]
步骤s240、根据所述导管100进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系。
[0159]
步骤s250、根据所述世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，按
照所述导航路径，控制所述导管100进行运动，直至所述导管100的末端到达所述病灶处。
[0160]
具体地，采用上文所述的导管形状与力感知方法获取所述导管100进入解剖通道后的形状信息，由于本发明提供的手术导航方法中是采用上文所述的导管形状与力感知方法，获取所述导管100进入解剖通道后的形状信息，并根据所述导管100进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，从而可以确保所获取的世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系的准确性，进而可以确保手术导航的准确性，进一步保证所述导管100的末端能够顺利达到病灶处，以顺利完成手术。
[0161]
需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在实际操作过程中，步骤s220与步骤s230的顺序可以调换，即步骤s230可以在步骤s220之前执行，也可以在步骤s220之后执行，本发明对此并不进行限定。
[0162]
具体地，预先获取的术前医学图像可以为ct(计算机断层扫描)、mri(磁共振成像)、荧光镜检查、热敏成像、超声、光学相干断层扫描(oct)热成像、阻抗成像、激光成像、纳米管x射线成像等技术所采集的术前部位的术前医学图像，通过对所获取的术前医学图像进行三维建模，即可以获取三维解剖模型，根据所获取的三维解剖模型，即可以规划出到达病灶处的三维模型坐标系下导航路径，根据所获取的世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，即可以获取世界坐标系下的导航路径。在介入手术中，导管100按照世界坐标系下的导航路径，被推入解剖通道(比如肾的解剖通道)中，通过配准(依据世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系)，即可以将导管100在解剖通道中的实时位置配准至三维解剖模型上，以形成实时的合成图像。请参考图16，其示意性地给出了本实施例一具体示例提供的合成图像的示意图。如图16所示由于合成图像是根据导管100在解剖通道中的实时位置同步更新的，由此可以获取导管100从进入肾到退出的整个过程中的图像，从而可以为外科医生提供导航功能。进一步地，在导航过程中，医生通过主从控制导管100进行运动。在运动过程中，如果导管100的末端运动至分叉口附近，导航系统会提示下一级解剖通道入口，主从控制跟随导航运动，在达到病灶位置之前重复上述过程，到达病灶之后，导航停止。
[0163]
在一种示范性的实施方式中，在获取所述导管100进入解剖通道后的形状信息之前，所述手术导航方法还包括：
[0164]
利用所述导管100的末端在所述解剖通道中拾取多个特征点，并获取所述特征点在世界坐标系下的位置信息；
[0165]
根据所述特征点在三维解剖模型坐标系下的位置信息以及所述特征点在世界坐标系下的位置信息，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的初始空间映射关系；
[0166]
所述根据所述导管100进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，包括：
[0167]
根据所述导管100进入解剖通道后的形状信息、所述三维解剖模型以及世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的初始空间映射关系，采用非刚性配准方法，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系。
[0168]
具体地，所述特征点可以是解剖通道的分叉点，且所述特征点的数目为至少三个。由于所述导管100的末端上设有能够感测位置和方向的传感器200，由此，在所述导管100的
末端触碰特征点的过程中，可以获取特征点在世界坐标系下的位置信息。在特征点拾取完成后，可以利用刚性配准的方法，对解剖结构和三维模型进行初始配准，以建立世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的初始空间映射关系。初始配准完成后，控制导管100在病人的解剖结构的解剖通道中运动。运动过程中，通过安装于导管100上的多个传感器200，可以生成导管100的整体形状。再利用三维解剖模型和导管100的形状信息，通过cpd等非刚性配准方法，在初始配准的基础上，对三维解剖模型与解剖结构进行一步配准，以提升配准的精度，从而获取更加精确的世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系。在非刚性配准完成以后，遵循术前规划后的导航路径，控制导管100进行相应运动，最终达到病灶位置处。
[0169]
实施例三
[0170]
基于同一发明构思，本实施例提供一种介入手术系统，请参考图17，其示意性地给出了本实施例一实施方式提供的介入手术系统的应用场景示意图。如图17所示，所述介入手术系统包括通信连接的机器人10和控制器20，所述机器人10包括至少一条机械臂，所述机械臂的末端用于安装导管100，所述导管100沿其长度方向安装有多个传感器200(图中未示出)，所述控制器20被配置用于实现上文所述的导管形状与力感知方法或者上文所述的手术导航方法。由于本实施例提供的介入手术系统与上文所述的导管形状与力感知方法或上文所述的手术导航方法属于同一发明构思，因此本实施例提供的介入手术系统具有上文所述的导管形状与力感知方法或上文所述的手术导航方法的所有优点，故在此不再对本实施例提供的介入手术系统所具有的优点进行展开说明。
[0171]
需要说明的是，所述导管100的具体结构可以参考上文实施一中的相关描述，故在此不再对所述导管100的具体结构进行说明。
[0172]
进一步地，如图17所示，所述介入手术系统还包括主控平台30，所述主控平台30上设有操作设备31，外科医生可以通过所述操作设备31对导管100进行控制。所述主控平台30上还设有与所述控制器20通信连接的显示装置32，所述显示装置32用于显示所述导管100的实时形状和/或所述导管100在解剖通道中的实时位置。具体地，在一些实施方式中，可以在所述机器人10的其它机械臂上安装内窥镜，通过将内窥镜插入人体内部，以获得病人体内的组织图像，从而可以将所述导管100的末端的位置在所述显示装置32上显示出来。在又一些实施方式中，可以采用前文所述的方法，根据所述导管100的当前位置与形状信息，将所述导管100配准至三维医学模型上，以在所述三维医学模型上显示所述导管100的实时形状和/或所述导管100在解剖通道中的实时位置。由此，通过显示所述导管100的实时形状和/或所述导管100在解剖通道中的实时位置，可以更加便于为医生的操作提供参考，以使得医生能够准确地操作导管100进行下一步的位移以及确定导管100下一步位移的速度，以更好地辅助医生控制导管100进行运动。
[0173]
在一种示范性的实施方式中，所述传感器200为磁感应器，所述介入手术系统还包括磁场发生器(图中未示出)，所述磁场发生器用于产生磁场，所述传感器200用于在所述磁场内感测磁场强度信息，所述控制器20用于根据所述传感器200所感测到的磁感强度信息，获取所述传感器200所在位置处的位置信息和方向信息。由此，本实施例通过采用磁导航定位系统实现导管100的定位，可以进一步提高导管100形状与应力感知的准确性，有效提高定位精度。
[0174]
实施例四
[0175]
基于同一发明构思，本实施例提供一种电子设备，请参考图18，示意性地给出了本发明一实施方式提供的电子设备的方框结构示意图。如图18所示，所述电子设备包括处理器101和存储器103，所述存储器103上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器101执行时，实现上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法。由于本实施例提供的电子设备与上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法属于同一发明构思，因此本实施例提供的电子设备具有上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法的所有优点，故不再对本实施例提供的电子设备所具有的优点进行展开说明。
[0176]
如图18所示，所述电子设备还包括通信接口102和通信总线104，其中所述处理器101、所述通信接口102、所述存储器103通过通信总线104完成相互间的通信。所述通信总线104可以是外设部件互连标准(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。该通信总线104可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。所述通信接口102用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
[0177]
本发明中所称处理器101可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器101是所述电子设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部分。
[0178]
所述存储器103可用于存储所述计算机程序，所述处理器101通过运行或执行存储在所述存储器103内的计算机程序，以及调用存储在存储器103内的数据，实现所述电子设备的各种功能。
[0179]
所述存储器103可以包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0180]
实施例五
[0181]
本实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法。由于本实施例提供的存储介质与上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法属于同一发明构思，因此本实施例提供的存储介质具有上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法的所有优点，故不再对本实施例提供的存储介质所具有的优点进行展开说明。
[0182]
本实施例实施方式的可读存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。
[0183]
需要说明的是，可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络连接到用户计算机，或者可以连接到外部计算机)。
[0184]
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的导管形状与力感知方法、手术导航方法、介入手术系统、电子设备和存储介质具有以下优点：
[0185]
本发明提供的导管形状与力感知方法通过在所述导管的长度方向上安装多个传感器以感测对应位置处的位置信息和方向信息，由此根据所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，即可获取所述导管的实时形状信息和所述导管所受到的实时应力信息。由于所述传感器能够感测到其所在位置处的位置信息和方向信息，即本发明中所述传感器感测的是绝对空间信息，不存在误差累积现象，因此，本发明基于所有的所述传感器所感测到的实时位置信息和实时方向信息，能够更加准确、更加简便地获取所述导管的实时形状信息以及所述导管所受到的实时应力信息，由此，根据所述导管的实时形状信息，能够为手术导航提供有利地依据，提高手术导航过程中的准确性；根据所述导管所受到的实时应力信息，能够为操作者提供参考，避免由于导管与解剖通道之间的相互作用力过大而引起的解剖通道被损伤或导管被损坏的现象的发生。
[0186]
本发明提供的手术导航方法通过对预先获取的术前医学图像进行三维重建，以获取三维解剖模型，并根据所述三维解剖模型，规划到达病灶处的导航路径，同时采用上文所述的导管形状与力感知方法，获取所述导管进入解剖通道后的形状信息，并根据所述导管进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，最后即可根据世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，按照所述导航路径，控制所述导管进行运动，直至所述导管的末端到达所述病灶处，完成手术过程中的导航。由于本发明提供的手术导航方法中是采用上文所述的导管形状与力感知方法，获取所述导管进入解剖通道后的形状信息，并根据所述导管进入解剖通道后的形状信息和所述三维解剖模型，获取世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系，从而可以确保所获取的世界坐标系与三维解剖模型坐标系之间的空间映射关系的准确性，进而可以确保手术导航的准确性，进一步保证所述导管的末端能够顺利达到病灶处，以顺利完成手术。
[0187]
由于本发明提供的介入手术系统、电子设备和存储介质与上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法属于同一发明构思，因此本发明提供的介入手术系统、电子设备和存储介质具有上文所述的导管形状与力感知方法或手术导航方法的所有优点，故不再对本发明提供的介入手术系统、电子设备和存储介质所具有的优点进行展开说明。
[0188]
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0189]
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0190]
上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若这些修改和变型属于本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。