柔性器械形状确定方法、系统、装置及非易失性存储介质与流程

本技术实施例涉及医疗器械领域，尤其涉及一种柔性器械形状确定方法、系统、装置及非易失性存储介质。

背景技术：

1、光纤形状传感器可用于测量光纤等柔性器械的实时形状。为了更准确的确定柔性器械的实时形状，需要先对柔性器械的各项形状确定参数进行标定，并根据标定结果和柔性器械的实时应变情况来确定柔性器械的实时形状。然而目前相关技术中在对柔性器械进行标定时，通常采用的方法是进行一次直线标定和单次平面标定来得到标定结果。这种方式的问题在于没有考虑到柔性器械在实际工作环境中是在空间中弯曲，可能有不同的弯曲方向，并且柔性器械在不同弯曲方向上的曲率测量灵敏度存在差异，导致标定结果与柔性器械的实际情况不符，进而导致无法准确确定柔性器械的形状。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种柔性器械形状确定方法、系统、装置及非易失性存储介质，以至少解决相关技术中在对柔性器械进行标定时没有考虑到柔性器械在不同方向上的曲率测量灵敏度不同导致的无法准确确定柔性器械形状的技术问题。

2、本技术实施例提供一种柔性器械形状确定方法，包括：确定柔性器械的直线标定结果和平面标定结果，其中，平面标定结果中包括单方向平面标定结果和多方向平面标定结果，直线标定结果包括柔性器械的参考波长，单方向平面标定结果包括柔性器械的第一标定波长，多方向平面标定结果包括柔性器械在各个预设弯曲方向上对应的第二标定波长；依据直线标定结果、单方向平面标定结果，多方向平面标定结果和柔性器械的初始形状确定参数，确定柔性器械的曲率测量误差与形状确定参数误差之间的关联关系，其中，柔性器械包括中间纤芯和多根周围纤芯，初始形状确定参数包括柔性器械的初始应变系数，初始标定角，任意两根相邻的周围纤芯之间的初始夹角偏置量和周围纤芯与中间纤芯之间的初始纤芯距，初始标定角用于确定柔性器械中的各个传感点的扭转程度；依据柔性器械在各个预设弯曲方向上的曲率测量误差，以及关联关系对初始形状确定参数进行修正，得到目标形状确定参数；在目标时刻确定柔性器械的目标波长，并依据目标波长，参考波长和目标形状确定参数确定柔性器械在目标时刻的形状。

3、可选地，形状确定参数误差包括初始形状参数和柔性器械的形状参数真值之间的误差，曲率测量误差包括曲率测量值和柔性器械的曲率真值之间的误差，直线标定结果和单方向平面标定结果还用于确定初始标定角；依据直线标定结果、单方向平面标定结果，多方向平面标定结果和柔性器械的初始形状确定参数，确定柔性器械的曲率测量误差与形状确定参数误差之间的关联关系包括：依据直线标定结果、多方向平面标定结果、初始形状确定参数和柔性器械的曲率真值确定曲率测量误差与形状确定参数误差之间的关联关系。

4、可选地，曲率真值包括曲率真值水平分量和曲率真值竖直分量；依据直线标定结果、多方向平面标定结果、初始形状确定参数和柔性器械的曲率真值，确定曲率测量误差与形状确定参数误差之间的关联关系包括：依据直线标定结果，多方向平面标定结果，初始标定角和初始夹角偏置量，确定在各个预设弯曲方向上柔性器械中的每个传感点对应的曲率测量值，其中，在各个预设弯曲方向上每个传感点对应的曲率测量值包括曲率测量值水平分量和曲率测量值竖直分量；依据各个预设弯曲方向上的每个传感点对应的曲率测量值和初始形状确定参数构建雅可比矩阵；依据雅可比矩阵确定参数误差确定公式，其中，参数误差确定公式用于体现柔性器械的曲率测量误差，雅可比矩阵与形状确定参数误差之间的关联关系。

5、可选地，雅可比矩阵中的元素包括：各个预设弯曲方向上的每个传感点对应的曲率测量值水平分量对初始弯曲方向角求偏导的计算结果，以及曲率测量值竖直分量对初始弯曲方向角求偏导的计算结果，其中，初始弯曲方向角为传感点的弯曲方向与水平方向的夹角的初始值，弯曲方向为传感点处曲线的法线方向；各个预设弯曲方向上的每个传感点对应的曲率测量值水平分量对初始纤芯距求偏导的计算结果，以及曲率测量值竖直分量对初始纤芯距求偏导的计算结果；各个预设弯曲方向上的每个传感点对应的曲率测量值水平分量对初始夹角偏置量求偏导的计算结果，以及曲率测量值竖直分量对初始夹角偏置量求偏导的计算结果；各个预设弯曲方向上的每个传感点对应的曲率测量值水平分量对初始应变系数求偏导的计算结果，以及曲率测量值竖直分量对初始应变系数求偏导的计算结果。

6、可选地，依据目标波长，参考波长和目标形状确定参数确定柔性器械在目标时刻的形状包括：依据目标波长，参考波长和目标形状确定参数中的目标形状应变系数确定柔性器械在目标时刻的应变量；依据应变量和目标形状确定参数中的目标标定角、目标纤芯距与目标夹角偏置量确定柔性器械中的各个传感点在目标时刻的目标曲率和目标弯曲方向角，其中，目标弯曲方向角为传感点的弯曲方向与基准方向的夹角，弯曲方向为传感点处曲线的法线方向；依据各个传感点在目标时刻的目标曲率和目标弯曲方向角，以及柔性器械上的各个传感点沿柔性器械的弧长方向的位置信息确定柔性器械在目标时刻的形状。

7、可选地，参考波长包括中间纤芯的中间纤芯参考波长和周围纤芯的周围纤芯参考波长，第一标定波长包括中间纤芯的第一中间纤芯标定波长和周围纤芯的第一周围纤芯标定波长，第二标定波长包括中间纤芯的第二中间纤芯标定波长和周围纤芯的第二周围纤芯标定波长，目标波长包括中间纤芯的目标中间纤芯波长和周围纤芯的目标周围纤芯波长。

8、可选地，每个预设弯曲方向对应一个柔性器械的旋转方向，并且在预设平面直角坐标系的各个象限中均有对应的旋转方向，预设平面直角坐标系所在的平面为与柔性器械的轴向垂直的平面。

9、可选地，柔性器械中的各个传感点对应一个初始标定角，并且每个传感点对应一个设置在中间纤芯上的光栅和多个分别设置在不同的周围纤芯上的光栅，初始标定角为在目标平面直角坐标系中的水平轴正方向与任意周围纤芯的夹角，其中，目标平面直角坐标系为设置在传感点对应的目标平面中的坐标系，周围纤芯与水平轴正方向的夹角通过以下方式确定：连接目标平面直角坐标系的坐标原点和周围纤芯在目标平面中的中心点，得到方向为由坐标原点指向中心点的参考线段，其中，中心点为周围纤芯中的光栅在目标平面中的对应点，原点为中间纤芯的光栅在目标平面中的对应点；确定参考线段与水平轴正方向的夹角为周围纤芯与水平轴正方向的夹角。

10、本技术实施例还提供了一种柔性器械形状确定系统，包括标定模块和实时测量模块，其中，标定模块，用于确定柔性器械的直线标定结果和平面标定结果，其中，平面标定结果中包括单方向平面标定结果和多方向平面标定结果，直线标定结果包括柔性器械的参考波长，单方向平面标定结果包括柔性器械的第一标定波长，多方向平面标定结果包括柔性器械在各个预设弯曲方向上对应的第二标定波长；依据直线标定结果、单方向平面标定结果，多方向平面标定结果和柔性器械的初始形状确定参数，确定柔性器械的曲率测量误差与形状确定参数误差之间的关联关系，其中，柔性器械包括中间纤芯和多根周围纤芯，初始形状确定参数包括柔性器械的初始应变系数，初始标定角，任意两根相邻的周围纤芯之间的初始夹角偏置量和周围纤芯与中间纤芯之间的初始纤芯距，初始标定角用于确定柔性器械中的各个传感点的扭转程度；依据柔性器械在各个预设弯曲方向上的曲率测量误差，以及关联关系对初始形状确定参数进行修正，得到目标形状确定参数；实时测量模块，用于在目标时刻确定柔性器械的目标波长，并依据目标波长，参考波长和目标形状确定参数确定柔性器械在目标时刻的形状。

11、本技术实施例还提供了一种柔性器械形状确定装置，包括：第一处理模块，用于确定柔性器械的直线标定结果和平面标定结果，其中，平面标定结果中包括单方向平面标定结果和多方向平面标定结果，直线标定结果包括柔性器械的参考波长，单方向平面标定结果包括柔性器械的第一标定波长，多方向平面标定结果包括柔性器械在各个预设弯曲方向上对应的第二标定波长；第二处理模块，用于依据直线标定结果、单方向平面标定结果，多方向平面标定结果和柔性器械的初始形状确定参数，确定柔性器械的曲率测量误差与形状确定参数误差之间的关联关系，其中，柔性器械包括中间纤芯和多根周围纤芯，初始形状确定参数包括柔性器械的初始应变系数，初始标定角，任意两根相邻的周围纤芯之间的初始夹角偏置量和周围纤芯与中间纤芯之间的初始纤芯距，初始标定角用于确定柔性器械中的各个传感点的扭转程度；第三处理模块，用于依据柔性器械在各个预设弯曲方向上的曲率测量误差，以及关联关系对初始形状确定参数进行修正，得到目标形状确定参数；第四处理模块，用于在目标时刻确定柔性器械的目标波长，并依据目标波长，参考波长和目标形状确定参数确定柔性器械在目标时刻的形状。

12、本技术实施例还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质中存储有计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现柔性器械形状确定方法。

13、本技术实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现柔性器械形状确定方法。

14、本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现柔性器械形状确定方法。

15、基于上述方案可知，本技术通过获取柔性器械的多方向平面标定结果，并根据柔性器械的多方向平面标定结果来确定柔性器械的曲率测量误差和形状确定参数误差之间的关联关系，从而对柔性器械的形状确定参数进行修正，并依据修正后的形状确定参数来确定柔性器械的形状，从而实现了准确确定柔性器械的实时形状的技术效果，解决了相关技术中在对柔性器械进行标定时没有考虑到柔性器械在不同方向上的曲率测量灵敏度不同导致的无法保证对柔性器械的形状确定参数进行标定时的标定过程的准确性，导致标定得到的形状确定参数与柔性器械的实际形状确定参数不符而导致的无法准确确定柔性器械形状的技术问题。