磁定位振动补偿方法、系统和计算机可读存储介质与流程

1.本说明书属于医疗设备技术领域，尤其涉及磁定位振动补偿方法、系统和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着技术的发展，诸如手术机器人等医疗设备开始引入并使用磁定位手术导航系统，来辅助完成手术操作。通常磁定位手术导航系统，可以通过电磁传感器在磁场发生器的配合下，采集得到手术过程中相关的位置数据；再通过将所采集到的位置数据映射到基于医学影像所构建的三维模型中来实现手术导航。
3.但是，基于现有方法，具体实施时，磁场发生器在手术过程中容易发生振动，进而导致导航定位出现误差，影响手术导航精度，对患者的手术造成风险。
4.针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本说明书提供了一种磁定位振动补偿方法、系统和计算机可读存储介质，可以有效地减少手术过程中由于磁场发生器振动所产生的误差，提高电磁传感器所采集到的位置坐标的精度，进而可以精准地导航并完成具体的手术操作，减少患者的手术风险。
6.本说明书提供了一种磁定位振动补偿方法，包括：监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；并利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿。
7.本说明书还提供了一种磁定位振动补偿系统，至少包括：处理器，以及运动检测单元；其中，所述运动检测单元用于监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；并在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集与振动相关的运动参数；所述处理器用于利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿。
8.本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被处理器执行时实现以下步骤：监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；并利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿。
9.基于本说明书提供的磁定位振动补偿方法、系统和计算机可读存储介质，在手术过程中可以实时监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；在确定磁场发生器发生振动的情况下，可以根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；再利用振动补偿参数，及时进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集到的位置坐标符合手术导航的精度要求。从
而可以有效地减少手术过程中由于磁场发生器振动所产生的误差，提高电磁传感器所采集到的位置坐标的精度，进而可以基于上述位置坐标，精准地进行手术导航并完成相应的手术操作，减少患者的手术风险。
附图说明
10.为了更清楚地说明本说明书实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本说明书的一个实施例提供的磁定位振动补偿方法的流程示意图；
12.图2是应用本说明书实施例提供的磁定位振动补偿方法的一个场景示意图；
13.图3是在磁场发生器上方布设使用惯性传感器的一个实施例示意图；
14.图4是利用所布设的惯性传感器对磁场发生器进行振动补偿的一个实施例示意图；
15.图5是在磁场发生器上方布设使用深度相机的一个实施例示意图；
16.图6是利用所布设的深度相机对磁场发生器进行振动补偿的一个实施例示意图；
17.图7是利用所布设的防抖装置对磁场发生器进行振动补偿的一个实施例示意图；
18.图8是利用所布设的调制阻尼器对磁场发生器进行振动补偿的一个实施例示意图；
19.图9是布设调制阻尼器时的实施例示意图；
20.图10是基于预设的第四补偿规则确定振动频率的实施例示意图；
21.图11是利用调制阻尼器进行多轮振动补偿的一个实施例示意图；
22.图12是本说明书的一个实施例提供的磁定位振动补偿系统的结构组成示意图；
23.图13是本说明书的一个实施例提供的磁定位振动补偿装置的结构组成示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
25.参阅图1所示，本说明书实施例提供了一种磁定位振动补偿方法。具体实施时，该方法可以包括以下内容：
26.s101：监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；
27.s102：在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；并利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集的位置坐标符合手术导航的精度要求。
28.在一些实施例中，上述磁定位振动补偿方法具体可以应用于诸如手术机器人、医生控制台、患者手术台、电磁导航手术系统等需要进行手术导航的医疗设备中。
29.以电磁导航手术系统为例，参阅图2所示，具体可以包括：磁场发生器1、电磁传感器2、手术台车3，以及医学影像设备4(例如，图像台车等)。其中，上述磁场发生器1具体可以通过调整臂等结构布设于手术台车3的上方，并面向手术台车3发射磁场信号。
30.具体手术前，患者可以躺于手术台车3上，医学影像设备4可以通过采集并利用相关影像生成相应的术前三维模型。
31.具体手术时，可以在磁场发生器1的配后下，通过电磁传感器2在患者体内采集相关的特征位置的位置坐标，并将上述特征位置的位置坐标与术前三维模型进行配准，建立得到术中患者坐标系到术前三维模型坐标系之间的映射关系。进而，在手术过程中，可以通过上述电磁传感器2采集实时的位置坐标；并基于相应的映射关系，将所采集到的位置坐标反映到三维模型中，以实现术中的定位导航，从而可以精准地辅助完成针对患者的手术操作。
32.但是，在手术过程中，上述磁场发生器1很容易由于患者呼吸的影响、意外的触碰，或者自身刚度的不足等原因发生振动，使得电磁坐标系产生位移，使得与通过电磁传感器1所采集到的位置坐标所在的坐标系不一致。进而导致所建立的术中患者坐标系到术前三维模型坐标系的映射关系存在误差，降低手术航精度。
33.而基于本说明所提供的磁定位振动补偿方式，可以通过在磁场发生器1背面布设的惯性传感器，和/或，在磁场发生器1上方布设的深度相机，实时或定时地监测磁场发生器1是否发生振动。在监测到磁场发生器1发生振动的情况下，可以区分不同的振动情况，根据相应的预设的补偿规则，通过运动检测单元(例如，惯性传感器和/或深度相机等)采集与振动相关的运动参数，并根据该运动参数确定出相匹配的振动补偿参数。进而可以利用振动补偿参数，根据具体情况，及时进行基于算法的和/或基于机械的振动补偿，从而可以有效地消除磁场发生器振动所带来的误差影响，提高电磁传感器所采集到的位置坐标的精度，以精准地进行手术导航。
34.在一些实施例中，上述监测磁场发生器是否发生振动，具体实施时，可以包括以下内容：
35.s1：每间隔预设的时间间隔采集磁场发生器的加速度；
36.s2：检测所采集到的磁场发生器的加速度是否大于预设的加速度下限值；
37.s3：在确定所采集到的磁场发生器的加速度大于预设的加速度下限值的情况下，确定磁场发生器发生振动。
38.其中，上述预设的时间间隔可以为5秒或者1秒等。具体实施时，可以根据具体情况和精度要求，灵活设置预设的时间间隔的时长，以便可以精准地监测磁场发生器是否发生振动。
39.上述加速度具体可以包括：磁场发生器的位移加速度和/或角加速度等。上述预设的加速度下限值具体可以理解为一个接近于0的较小值。
40.具体实施时，可以通过惯性传感器，或者加速度传感器来采集磁场发生器的加速度。其中，上述惯性传感器(imu，inertial measurement unit，惯性测量单元)具体可以理解为一种主要用于检测和测量加速度与旋转运动的传感器，例如，mems传感器。
41.具体实施时，在检测到磁场发生器的加速度大于预设的加速度下限值时，可以判断该磁场发生器发生了振动。
42.在一些实施例中，上述根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数，具体实施时，可以包括以下内容：
43.s1：根据预设的第一补偿规则，采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第一类运动参数；其中，第一类运动参数包括：基于电磁坐标系的沿坐标轴的位移加速度和围绕坐标轴的角加速度；
44.s2：根据多个时间点的第一类运动参数，确定出磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度；
45.s3：根据磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，确定出第一坐标系变换矩阵，作为相匹配的振动补偿参数。
46.具体的，可以通过惯性传感器采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第一类运动参数。其中，参阅图3所示，上述惯性传感器具体可以设置于磁场发生器的上方(或者称磁场发生器的背面)。
47.上述第一类运动参数具体可以包括：基于电磁坐标系的沿坐标轴的位移加速度，以及围绕坐标轴的角加速度。具体的，上述第一类运动参数可以是基于初始的电磁坐标系的运动参数。相应的，上述预设的第一类补偿规则具体可以理解为一种针对振动后，依赖第一类运动参数的基于算法的补偿规则。
48.进一步，上述沿坐标轴的位移加速度具体可以包括：沿电磁坐标系的横轴(例如，x1)的位移加速度、沿电磁坐标系横轴(例如，y1)的位移加速度、沿电磁坐标系竖轴(例如，z1)的位移加速度。
49.上述围绕坐标轴的角加速度具体可以包括：围绕电磁坐标系的横轴沿逆时针方向转动的滚转(roll)角γ的角加速度、围绕电磁坐标系的纵轴沿逆时针方向转动的俯仰(pitch)角β的角加速度、围绕电磁坐标系竖轴沿逆时针方向转动的偏航(yaw)角α的角加速度。
50.参阅图3所示，上述电磁坐标系具体可以理解为基于磁场发生器的坐标系，可以表示为o1x1y1z1。基于惯性传感器的坐标系可以记为惯性传感器坐标系，表示为o’x’y’z’。
51.具体实施前，在将电磁传感器安装于磁场发生器的上方后，可以先进行校准处理，以使得电磁坐标系与惯性传感器坐标系统一。具体的，通过校准处理可以使得电磁坐标系的原点o1与惯性传感器坐标系的原点o'重合，电磁坐标系的坐标轴与电磁传感器的坐标系对应的坐标轴平行。这时，可以使用惯性传感器测量采集得到沿惯性传感器的坐标系的坐标轴的位移加速度，以及围绕惯性传感器的坐标系的坐标轴的角加速度。校准后的电磁坐标系可以记为初始的电磁坐标系。由于校准后的惯性传感器坐标系与电磁坐标系重合，因此通过惯性传感器测量得到沿电磁坐标系的坐标轴的位移加速度，以及围绕电磁坐标系的坐标轴的角加速度，得到所需要的第一类运动参数。
52.具体实施时，可以采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第一类运动参数，再根据多个时间点的第一类运动参数，分别进行二次积分运算，得到磁场发生器在振动过程中沿各个坐标轴的位移，以及围绕各个坐标轴的转动角度。
53.具体的，例如，参阅图4所示，磁场发生器发生振动后由振动前的位置1变为了振动后的位置2。相应的，基于磁场发生器的电磁坐标系由振动前的o1x1y1z1变为了振动后的o2x2y2z2。
54.这时，可以通过对所采集到的振动过程中的多个时间点的基于电磁坐标系的沿横轴的位移加速度进行二次积分运算，得到沿横轴的位移δx；通过对所采集到的振动过程中的多个时间点的基于电磁坐标系的沿纵轴的位移加速度进行二次积分运算，得到沿横轴的位移δy；通过对所采集到的振动过程中的多个时间点的基于电磁坐标系的沿竖轴的位移加速度进行二次积分运算，得到沿竖轴的位移δz；通过对所采集到的振动过程中的多个时间点的基于电磁坐标系的围绕横轴的角加速度进行二次积分运算，得到滚转角γ；通过对所采集到的振动过程中的多个时间点的基于电磁坐标系的围绕纵轴的角加速度进行二次积分运算，得到俯仰角β；通过对所采集到的振动过程中的多个时间点的基于电磁坐标系的围绕竖轴的角加速度进行二次积分运算，得到偏航角α。
55.在一些实施例中，上述根据磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，确定出第一坐标系变换矩阵，具体实施时，可以包括：
56.按照以下算式，确定出第一坐标系变换矩阵：
[0057][0058]
其中，t为第一坐标系变换矩阵，δx为沿横轴的位移，δy为沿纵轴的位移，δz为沿竖轴的位移，α为偏航角，β为俯仰角，γ为滚转角。
[0059]
其中，上述第一坐标系变换矩阵用于表征基于振动后的电磁坐标系的坐标位置与基于振动前的电磁坐标系的坐标位置的对应关系。
[0060]
相应的，可以利用上述第一坐标系变换矩阵，将电磁传感器基于振动后的电磁坐标系所采集到的存在误差的位置坐标，转换为对应的基于振动前的电磁坐标系准确的位置坐标，从而可以实现振动补偿，消除磁场发生器振动所带来的误差。
[0061]
在一些实施例中，上述根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数，具体实施时，还可以包括以下内容：
[0062]
s1：根据预设的第二补偿规则，采集磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动后的第一位置坐标，以及磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动后的第二位置坐标；
[0063]
s2：根据目标点的振动后的第一位置坐标和目标点的振动后的第二位置坐标，确定出振动后的电磁坐标系与相机坐标的映射关系；
[0064]
s3：根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系，确定出坐标系第二变换矩阵，作为相匹配的振动补偿参数。
[0065]
具体的，可以通过深度相机采集磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动后的第一位置坐标，以及磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动后的第二位置坐标。
[0066]
参阅图5所示，上述深度相机可以布设于磁场发生器上方，且距离磁场发生器预设距离的位置。基于上述预设距离，可以使得深度相机不会对磁场发生器所发射的磁场信号产生干扰；同时，也可以确保拍摄到磁场发生器中的目标点。
[0067]
相应的，上述预设的第二类补偿规则具体可以理解为一种针对振动后，依赖深度相机所采集的坐标数据的基于算法的补偿规则。
[0068]
参阅图5所示，上述目标点具体可以为磁场发生器的四个角点，例如，a、b、c、d。当然，上述所列举的目标点只是一种示意性说明。具体实施时，根据具体情况和处理需求，还
可以在磁场发生器中选择其他四个位置点进行标记，作为上述目标点。对此，本说明书不作限定。
[0069]
在发生振动前(例如，手术前)，可以先通过深度相机采集深度图像，并基于深度图像分别确定出上述四个目标点基于相机坐标系的位置坐标，例如，作为磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动前的第一位置坐标。同时，可以通过电磁传感器采集得到上述四个目标点基于电磁坐标系的位置坐标，例如，a1、b1、c1、d1，作为磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动前的第二位置坐标。并将上述磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动前的第一位置坐标、磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动前的第二位置坐标存入存储器内。
[0070]
参阅图6所示，在发生振动后，磁场发生器的位置和姿态发生了变化，这时可以通过深度相机采集深度图像，并基于深度图像，确定出磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动后的第一位置坐标，例如，同时，可以通过电磁传感器采集得到上述四个目标点基于电磁坐标系的振动前的第二位置坐标，例如，a2、b2、c2、d2。
[0071]
具体实施时，可以根据目标点的振动后的第一位置坐标和目标点的振动后的第二位置坐标，按照以下算式联立并求解方程组，以得到振动后的电磁坐标系与相机坐标的映射关系
[0072]
在一些实施例中，上述根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系，确定出坐标系第二变换矩阵，具体实施时，可以包括以下内容：
[0073]
s1：获取磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动前的第一位置坐标，以及磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动前的第二位置坐标；
[0074]
s2：根据目标点的振动前的第一位置坐标和目标点的振动前的第二位置坐标，确定出振动前的电磁坐标系与相机坐标的映射关系；
[0075]
s3：根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系、振动前的电磁坐标系与相机坐标的映射关系，确定出坐标系变换矩阵。
[0076]
具体实施时，可以从存储器内读取得到磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动前的第一位置坐标、磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动前的第二位置坐标。
[0077]
具体实施时，可以根据目标点的振动前的第一位置坐标和目标点的振动前的第二位置坐标，按照以下算式联立并求解方程组，以得到振动前的电磁坐标系与相机坐标的映射关系
[0078][0079]
具体实施时，可以根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系、振动前的电磁坐标系与相机坐标的映射关系，按照以下算式确定出坐标系变换矩阵：
[0080]
类似的，可以利用上述第二坐标系变换矩阵，将电磁传感器基于振动后的电磁坐标系所采集到的存在误差的位置坐标，转换为对应的基于振动前的电磁坐标系准确的位置坐标，从而可以实现振动补偿，消除磁场发生器振动所带来的误差
[0081]
在一些实施例中，上述利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，具体实施时，可以包括：获取电磁传感器当前采集的位置坐标；利用所述振动补偿参数，通过修正所述位置坐标，进行基于算法的振动补偿。
[0082]
具体的，例如，可以通过振动后的电磁传感器获取当前采集的位置坐标，可以记为p2；再将p2左乘上述振动补偿参数，对位置坐标进行修正，以在算法维度进行补偿，得到基于振动前的电磁坐标系的修正后的位置坐标p1：p1＝t
×
p2。进而后续可以根据修正后的位置坐标进行手术导航，以消除磁场发生器振动所带来的误差影响。
[0083]
具体实施时，可以实时确定出相匹配的振动补偿参数，并利用该振动补偿参数实时进行振动补偿，以保证手术导航的精度。
[0084]
在一些实施例中，上述根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数，具体实施时，可以包括以下内容：
[0085]
s1：根据预设的第三补偿规则，采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第一类运动参数；其中，第一类运动参数包括：基于电磁坐标系的沿坐标轴的位移加速度和围绕坐标轴的角加速度；
[0086]
s2：根据多个时间点的第一类运动参数，确定出磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度；
[0087]
s3：根据磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，确定出将振动后的磁场发生器的位姿状态恢复至振动前的磁场发生器的位姿状态的目标位移量和目标转动角度量，作为相匹配的振动补偿参数。
[0088]
其中，上述预设的第三类补偿规则具体可以理解为一种针对振动后，依赖第一类运动参数的基于机械的补偿规则。
[0089]
具体的，参阅图7所述，上述电磁发生器1还配置有防抖装置7。图中，1为磁场发生器，3为手术台车上，5为惯性传感器，7为防抖装置。其中，该防抖装置具有6自由度。图中的8、9、10为防抖装置7上的电机，分别用于控制防抖装置7沿横轴、纵轴、竖轴的移动；图中的11、12也为防抖装置7上的电机，分别用于控制防抖装置7围绕横轴、纵轴、竖轴的转动。
[0090]
根据多个时间点的第一类运动参数，通过二次积分运算，可以确定出磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，例如，δx、δy、δz、γ、β、α。接着，可以根据磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，以及具体的位移方向和转动方向，确定出对应的目标位移量和目标转动角度量，例如，-δx、-δy、-δz、-γ、-β、-α。
[0091]
在一些实施例中，上述利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，具体实施时，以包括：根据振动补偿参数，控制防抖装置调整磁场发生器的位姿状态，进行振动后的基于机械的振动补偿。
[0092]
具体实施时，可以根据振动补偿参数，调整防抖装置的电机的运行参数(包括：平移运动参数和/或转动参数)来控制防抖装置将磁场发生器的位置和姿态调整为振动前的位姿和姿态，从而将振动后的磁场发生器的位姿状态恢复至振动前的磁场发生器的位姿状
态，实现继续机械的振动。
[0093]
具体的，例如，可以按照表1调整防抖装置的平移运动参数，按照表2调整防抖装置的转动参数，控制防抖装置调整磁场发生器的位姿状态。
[0094]
表1
[0095]
电机编号运动方向运动距离8x轴正向-δx9y轴正向-δy10z轴正向-δz
[0096]
表2
[0097]
电机编号转动方向转动角度11绕x轴逆时针方向-γ12绕y轴逆时针方向-β13绕z轴逆时针方向-α
[0098]
进而，后续电磁传感器可以基于调整后的磁场发生器，继续确定并基于位置坐标，准确地进行手术导航。
[0099]
在一些实施例中，上述根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数，具体实施时，可以包括以下内容：
[0100]
s1：根据预设的第四补偿规则，采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第二类运动参数；其中，第二类运动参数包括：加速度；
[0101]
s2：根据多个时间点的第二类运动参数，确定出磁场发生器当前的振动频率，作为相匹配的振动补偿参数。
[0102]
其中，上述预设的第四补偿规则具体可以理解为针对振动中，依赖振动时的振动频率的基于机械的补偿规则。
[0103]
具体的，参阅图8所示，磁场发生器还可以配置有调制阻尼器。
[0104]
具体配置调制阻尼器时，可以参阅图9所示，将磁场发生器布设于底座上方，并在磁场发生器的下方安装对应的调制阻尼器。其中，该调制阻尼器至少包括：重块、减震器、弹簧等结构。
[0105]
基于调制阻尼器的特性可知：当调制阻尼器的重量一定，且不考虑主系统阻尼时，调制阻尼器的振动频率可以表示为：wa＝wn*(1/(1+u))。
[0106]
其中，wn为调制阻尼器的固有振动频率，u为弹簧的原长度。
[0107]
具体实施时，可以通过上述运动检测单元采集得到磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第二类运动参数。其中，上述第二类运动参数可以包括加速度，也可以包括速度、位移等。上述运动检测单元具体可以是惯性传感器，也可以是加速度传感器，或者速度传感器等等。以下主要以使用加速度传感器采集加速度作为第二类运动参数为例进行具体说明。其他情况可以参考加速度传感器的实施例，本说明书不作赘述。
[0108]
具体实施时，参阅图10所示，上述根据多个时间点的第二类运动参数，确定出磁场发生器当前的振动频率，可以包括：根据多个时间点的加速度，通过积分运算确定出多个时间点的位移数据(例如，可以记为l)；从多个时间点的位移数据中筛选出位移数据值为0的两个相邻时间点，并计算上述两个时间点之间的相邻时间间隔，例如，t’；根据相邻时间间
隔，计算出振动周期t’：t’＝2t；再根据振动周期，计算出当前的振动频率w：w＝1/t’。
[0109]
在一些实施例中，上述利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，具体实施时，可以包括：根据振动补偿参数，调整调制阻尼器中弹簧的长度，进行振动中的基于机械的振动补偿；其中，所述调制阻尼器布设于磁场发生器的下方位置。
[0110]
具体实施时，可以根据磁场发生器当前的振动频率，计算出弹簧的匹配长度；进而可以基于弹簧的匹配长度，调整调制阻尼器中弹簧的长度，以减小磁场发生器的振动幅度，弱化振动对磁场发生器的影响，以实现基于机械的补偿。
[0111]
具体的，例如，可以按照以下算式，计算出与磁场发生器当前的振动对应的弹簧的匹配长度：
[0112]
基于上述算式，可以计算出弹簧的匹配长度u为：u＝wnt
′‑
1。
[0113]
进而可以将调制阻尼器中弹簧的长度调整为匹配长度，以对磁场发生器进行一次补偿。
[0114]
在完成一次补偿后，如果磁场发生器还未停止振动，参阅图11所示，可以重复上述方式，进行多次补偿，使得磁场发生器的振动幅度和振动周期都不断减小，直到磁场发生器停止振动为止，从而完成了针对磁场发生器振动中的基于机械的振动补偿。
[0115]
在一些实施例中，上述预设的补偿规则具体可以包括预先准备好的针对不同振动状态，基于不同补偿机理的补偿规则，例如，预设的第一补偿规则、预设的第二补偿规则、预设的第三补偿规则，以及预设的第四补偿规则。
[0116]
具体实施时，可以区分不同的振动状态，选择相匹配的补偿规则，或者组合使用多种相匹配的补偿规则，以更加有效地进行振动补偿。
[0117]
在一些实施例中，上述根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数，具体实施时，可以包括以下内容：
[0118]
s1：确定磁场发生器当前的振动状态；其中，振动状态包括：振动中或振动后；
[0119]
s2：在确定磁场发生器当前的振动状态为振动中的情况下，根据预设的第四补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数。
[0120]
进而可以根据振动补偿参数对振动中的磁场发生器进行振动补偿。
[0121]
具体实施时，可以通过检测磁场发生器的当前加速度是否小于等于预设的加速度下限值，来确定当前的振动状态。例如，在检测到当前加速度小于等于预设的加速度下限值时，可以确定当前的振动状态为振动后；相反，在检测到当前加速度大于预设的加速度下限值时，可以确定当前的振动状态为振动中。
[0122]
在确定磁场发生器当前的振动状态之后，所述方法具体实施时，还可以包括：在确定磁场发生器当前的振动状态为振动后的情况下，根据预设的第一补偿规则、预设的第二补偿规则，或预设的第三补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数。进而可以根据振动补偿参数对振动后的磁场发生器进行振动补偿。
[0123]
具体实施时，考虑到虽然在振动中，采用预设的第四补偿规则进行一定程度的基于机械的振动补偿，但是磁场发生器的位姿状态可能还存在较小的变化，对手术导航产生影响。因此，在采用预设的第四补偿规则对磁场发生器进行第一轮振动补偿后，在检测到振动状态变为振动后时，还可以检测磁场发生器的位姿状态的变化量是否大于预设的变化量
阈值。在确定磁场发生器的位姿状态的变化量大于预设的变化量阈值的情况下，可以根据预设的第一补偿规则、预设的第二补偿规则，或预设的第三补偿规则，对磁场发生器进行第二轮振动补偿。从而可以更加有效地消除磁场发生器振动对手术导航精度的影响。
[0124]
由上可见，基于本说明书实施例提供的磁定位振动补偿方法，在手术过程中可以实时监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；在确定磁场发生器发生振动的情况下，可以根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；再利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集的位置坐标符合手术导航的精度要求。从而可以有效地减少手术过程中由于磁场发生器振动所产生的误差，提高电磁传感器所采集到的位置坐标的精度，进而可以基于上述位置坐标精准地进行手术导航并完成相应的手术操作，减少患者的手术风险。
[0125]
本说明书实施例还提供一种磁定位振动补偿系统，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器具体实施时可以根据指令执行以下步骤：监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；并利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集的位置坐标符合手术导航的精度要求。
[0126]
为了能够更加准确地完成上述指令，参阅图12，本说明书实施例还提供了另一种具体的磁定位振动补偿系统，其中，所述磁定位振动补偿系统至少包括：处理器1201，以及运动检测单元1202；其中，
[0127]
所述运动检测单元1202具体可以用于监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；并在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集与振动相关的运动参数；
[0128]
所述处理器1201具体可以用于利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集的位置坐标符合手术导航的精度要求。
[0129]
进一步，上述磁定位振动补偿系统还可以包括存储器1203，其中，存储器1203具体可以用于存储运动检测单元1202所采集的运动参数，处理器1201所生成的中间数据，以及相应的指令程序。
[0130]
在本实施例中，所述处理器1201可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。本说明书并不作限定。
[0131]
在本实施例中，所述运动检测单元1202具体可以包括以下所列举的一种或多种：惯性传感器、深度相机、加速度传感器等。
[0132]
在本实施例中，所述存储器1203可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如ram、fifo等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、tf卡
等。
[0133]
本说明书实施例还提供了一种基于上述磁定位振动补偿方法的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现：监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；并利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集的位置坐标符合手术导航的精度要求。
[0134]
在本实施例中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(random access memory,ram)、只读存储器(read-only memory,rom)、缓存(cache)、硬盘(hard disk drive,hdd)或者存储卡(memory card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
[0135]
在本实施例中，该计算机可读存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
[0136]
参阅图13所示，在软件层面上，本说明书实施例还提供了一种磁定位振动补偿装置，该装置具体可以包括以下的结构模块：
[0137]
监测模块1301，具体可以用于监测磁场发生器是否发生振动；其中，所述磁场发生器用于配合电磁传感器进行手术导航；
[0138]
补偿模块1302，具体可以用于在确定磁场发生器发生振动的情况下，根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数；并利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿，以使得电磁传感器所采集的位置坐标符合手术导航的精度要求。
[0139]
在一些实施例中，上述监测模块1301具体实施时，可以按照以下方式监测磁场发生器是否发生振动：每间隔预设的时间间隔采集磁场发生器的加速度；检测所采集到的磁场发生器的加速度是否大于预设的加速度下限值；在确定所采集到的磁场发生器的加速度大于预设的加速度下限值的情况下，确定磁场发生器发生振动。
[0140]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数：根据预设的第一补偿规则，采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第一类运动参数；其中，第一类运动参数包括：基于电磁坐标系的沿坐标轴的位移加速度和围绕坐标轴的角加速度；根据多个时间点的第一类运动参数，确定出磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度；根据磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，确定出第一坐标系变换矩阵，作为相匹配的振动补偿参数。
[0141]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下算式，确定出第一坐标系变换矩阵：
[0142][0143]
其中，t为第一坐标系变换矩阵，δx为沿横轴的位移，δy为沿纵轴的位移，δz为沿竖轴的位移，α为偏航角，β为俯仰角，γ为滚转角。
[0144]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数：根据预设的第二补偿规则，采集磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动后的第一位置坐标，以及磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动后的第二位置坐标；根据目标点的振动后的第一位置坐标和目标点的振动后的第二位置坐标，确定出振动后的电磁坐标系与相机坐标的映射关系；根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系，确定出坐标系第二变换矩阵，作为相匹配的振动补偿参数。
[0145]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系，确定出坐标系第二变换矩阵：获取磁场发生器中目标点基于相机坐标系的振动前的第一位置坐标，以及磁场发生器中目标点基于电磁坐标系的振动前的第二位置坐标；根据目标点的振动前的第一位置坐标和目标点的振动前的第二位置坐标，确定出振动前的电磁坐标系与相机坐标的映射关系；根据振动后的电磁坐标系与相机坐标系的映射关系、振动前的电磁坐标系与相机坐标的映射关系，确定出坐标系变换矩阵。
[0146]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿：获取电磁传感器当前采集的位置坐标；利用所述振动补偿参数，通过修正所述位置坐标，进行基于算法的振动补偿。
[0147]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数：根据预设的第三补偿规则，采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第一类运动参数；其中，第一类运动参数包括：基于电磁坐标系的沿坐标轴的位移加速度和围绕坐标轴的角加速度；根据多个时间点的第一类运动参数，确定出磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度；根据磁场发生器在振动过程中的位移和转动角度，确定出将振动后的磁场发生器的位姿状态恢复至振动前的磁场发生器的位姿状态的目标位移量和目标转动角度量，作为相匹配的振动补偿参数。
[0148]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿：根据振动补偿参数，控制防抖装置调整磁场发生器的位姿状态，进行振动后的基于机械的振动补偿。
[0149]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数：根据预设的第四补偿规则，采集磁场发生器在振动过程中的多个时间点的第二类运动参数；其中，第二类运动参数包括：加速度；根据多个时间点的第二类运动参数，确定出磁场发生器当前的振动频率，作为相匹配的振动补偿参数。
[0150]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式利用振动补偿参数，进行相应的振动补偿：根据振动补偿参数，调整调制阻尼器中弹簧的长度，进行振动中的基于机械的振动补偿；其中，所述调制阻尼器布设于磁场发生器的下方位置。
[0151]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，可以按照以下方式根据预设的补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数：确定磁场发生器当前的振动状态；其中，振动状态包括：振动中或振动后；在确定磁场发生器当前的振
动状态为振动中的情况下，根据预设的第四补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数。
[0152]
在一些实施例中，上述补偿模块1302具体实施时，在确定磁场发生器当前的振动状态为振动后的情况下，还可以根据预设的第一补偿规则、预设的第二补偿规则，或预设的第三补偿规则，采集并利用与振动相关的运动参数，确定出相匹配的振动补偿参数。
[0153]
需要说明的是，上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0154]
由上可见，基于本说明书实施例提供的磁定位振动补偿装置，可以有效地减少手术过程中由于磁场发生器振动所产生的误差，提高电磁传感器所采集到的位置坐标的精度，进而可以基于上述位置坐标精准地进行手术导航并完成相应的手术操作，减少患者的手术风险。
[0155]
虽然本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。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、产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、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
[0156]
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0157]
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机可读存储介质中。
[0158]
通过以上的实施例的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0159]
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0160]
虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。