一种电磁导航系统的磁场建模方法、装置、电子设备和存储介质与流程

本申请涉及医疗器械，更具体地说，涉及一种电磁导航系统的磁场建模方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、近年来，磁控技术在医疗领域得到了快速的发展。磁控技术已经被用于磁导航，靶向给药，微创手术，诊断等领域。其发展一方面得益与材料学与磁铁制作工艺的日渐成熟，也得益于磁场的内在特性，即其不同于光、超声波等，可以不受干扰穿透人体且不会对人体造成损害，使得其在人体血管治疗领域有着巨大的潜力。

2、其中，磁控技术中的磁导航技术是通过精确操控工作区域中磁场，来控制磁性机器人或磁性导丝等医疗设备在细小血管中穿梭，能到达传统方法难以到达的人体位置，从而大大增加了手术的精确度和稳定性。而产生磁导航所需要的磁场有两种常用的方法。要么是通过操控机械臂转动或者推动永磁体来产生需要的磁场，要么是通过控制输入电流来控制多极电磁铁来产生磁场。其中使用多极电磁铁的磁导航系统被称为电磁导航系统。

3、上述的两个方法各有利弊，基于永磁体的系统规模更小，磁体数量更少，制作成本较低，磁场的建模与调校更简单直观。但需要机械臂的精确控制来配合。而基于电磁铁的系统能够产生更加强大的磁场，而且可以调控磁场梯度，使得磁导航系统能有更多的自由度。但是磁场建模与调校会变得更加复杂。

4、电磁导航系统的磁场建模可以用有限元分析方法，或者使用对测量的空间磁场数值插值的方法，或者用基于物理学的多极模型来拟合测量磁场。但这些方法都建立在输入电流与磁场线性相关的假设之上。当磁场强度增大时，电磁铁磁芯会出现饱和与磁化现象，导致电流与磁场呈现复杂的非线性关系，使得上述传统建模方法难以适用，难以得到可靠的电磁场模型。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种电磁导航系统的磁场建模方法、装置、电子设备和存储介质，用于对具有多电磁铁的电磁导航系统的磁场进行建模，以得到可靠性较好的电磁场模型，以便将其应用到不同的多电磁铁系统中。

2、为了实现上述目的，现提出的方案如下：

3、一种多电磁铁系统的磁场建模方法，应用于电子设备，所述磁场建模方法包括步骤：

4、基于三维霍尔传感器阵列采集所述多电磁铁系统在输入电流的激励下其工作区域内多个工作点的磁场强度，得到一组磁场三维信息；

5、基于所述输入电流和所述一组磁场三维信息进行模型训练，得到电磁场模型。

6、可选的，所述三维霍尔传感器阵列包括多层平行平布置的印刷电路板，每层所述印刷电路板上设置有平面霍尔传感器阵列。

7、可选的，所述基于所述输入电流和所述一组磁场三维信息进行模型训练，包括步骤：

8、通过将所述输入电流作为残差卷积神经网络的输入、将所述一组磁场三维信息作为所述残差卷积神经网络的输出对所述残差神经网络进行训练，得到所述电磁场模型。

9、可选的，所述残差卷积神经网络包括输入层、隐含层和输出层，其中：

10、所述输入层为线性全连接层；

11、所述隐含层包括多次重复连接的大网络格块，所述大网络格块包括多次重复连接的小网络格块，所述小网络格块包括多层卷积层和与所述多层卷积层连接的残差网络；

12、所述输出层的卷积核为3个、步长为1、过滤器为3个。

13、一种多电磁铁系统的磁场建模装置，应用于电子设备，所述磁场建模装置包括：

14、参数采集模块，被配置为基于三维霍尔传感器阵列采集所述多电磁铁系统在输入电流的激励下其工作区域内多个工作点的磁场强度，得到一组磁场三维信息；

15、建模执行模块，被配置为基于所述输入电流和所述一组磁场三维信息进行模型训练，得到电磁场模型。

16、可选的，所述三维霍尔传感器阵列包括多层平行平布置的印刷电路板，每层所述印刷电路板上设置有平面霍尔传感器阵列。

17、可选的，所述建模执行模块被配置为通过将所述输入电流作为残差卷积神经网络的输入、将所述一组磁场三维信息作为所述残差卷积神经网络的输出对所述残差神经网络进行训练，得到所述电磁场模型。

18、可选的，所述残差卷积神经网络包括输入层、隐含层和输出层，其中：

19、所述输入层为线性全连接层；

20、所述隐含层包括多次重复连接的大网络格块，所述大网络格块包括多次重复连接的小网络格块，所述小网络格块包括多层卷积层和与所述多层卷积层连接的残差网络；

21、所述输出层的卷积核为3个、步长为1、过滤器为3个。

22、一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：

23、所述存储器用于存储计算机程序或指令；

24、所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述电子设备实现如上所述的磁场建模方法。

25、一种存储介质，应用于电子设备，所述存储介质承载有一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序能够被所述电子设备执行，从而使所述电子设备能够实现如上所述的磁场建模方法。

26、从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种多电磁铁系统的磁场建模方法、装置、电子设备和存储介质，该方法和装置应用于电子设备，具体为基于三维霍尔传感器阵列采集多电磁铁系统在输入电流的激励下其工作区域内多个工作点的磁场强度，得到一组磁场三维信息；基于输入电流和与一组磁场三维信息对应的三维磁场张量b进行模型训练，得到电磁场模型。本申请充分考虑电流与磁场呈现复杂的非线性关系，通过基于三维霍尔传感器阵列采集的磁场强度和输入电流对残差卷积神经网络进行训练得到电磁模型，从而使得到电磁场模型具有较强的可靠性，可以适用到不同的多电磁铁系统中。

技术特征：

1.一种多电磁铁系统的磁场建模方法，应用于电子设备，其特征在于，所述磁场建模方法包括步骤：

2.如权利要求1所述的磁场建模方法，其特征在于，所述三维霍尔传感器阵列包括多层平行平布置的印刷电路板，每层所述印刷电路板上设置有平面霍尔传感器阵列。

3.如权利要求1所述的磁场建模方法，其特征在于，所述基于所述输入电流和所述一组磁场三维信息进行模型训练，包括步骤：

4.如权利要求3所述的磁场建模方法，其特征在于，所述残差卷积神经网络包括输入层、隐含层和输出层，其中：

5.一种多电磁铁系统的磁场建模装置，应用于电子设备，其特征在于，所述磁场建模装置包括：

6.如权利要求5所述的磁场建模装置，其特征在于，所述三维霍尔传感器阵列包括多层平行平布置的印刷电路板，每层所述印刷电路板上设置有平面霍尔传感器阵列。

7.如权利要求5所述的磁场建模装置，其特征在于，所述建模执行模块被配置为通过将所述输入电流作为残差卷积神经网络的输入、将所述一组磁场三维信息作为所述残差卷积神经网络的输出对所述残差神经网络进行训练，得到所述电磁场模型。

8.如权利要求7所述的磁场建模装置，其特征在于，所述残差卷积神经网络包括输入层、隐含层和输出层，其中：

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：

10.一种存储介质，应用于电子设备，其特征在于，所述存储介质承载有一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序能够被所述电子设备执行，从而使所述电子设备能够实现如权利要求1～4任一项所述的磁场建模方法。

技术总结本申请公开了一种多电磁铁系统的磁场建模方法、装置、电子设备和存储介质，该方法和装置应用于电子设备，具体为基于三维霍尔传感器阵列采集多电磁铁系统在输入电流的激励下其工作区域内多个工作点的磁场强度，得到一组磁场三维信息；基于输入电流和与一组磁场三维信息对应的三维磁场张量B进行模型训练，得到电磁场模型。本申请充分考虑电流与磁场呈现复杂的非线性关系，通过基于三维霍尔传感器阵列采集的磁场强度和输入电流对残差卷积神经网络进行训练得到电磁模型，从而使得到电磁场模型具有较强的可靠性，可以适用到不同的多电磁铁系统中。技术研发人员：吴振洲受保护的技术使用者：北京思博慧医科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2