一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法

本发明涉及光纤传感，具体为一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法。背景技术：1、目前，医疗介入手术导丝的传感测量方法主要通过视觉测量。但是，受导丝材料和应用场景的限制，现有方法存在难以解决的问题，如：受手术场景和仪器尺寸限制，医生只能通过造影图像来确定导丝的二维形状和末端位置，缺乏三维深度信息。且由于导丝本体柔软且细小，传统的视觉方法难以准确判断；柔性电子传感器易受电磁干扰影响、与核磁共振引导系统不兼容、标定校准和可重复性差、测量误差大。因此，现有的传感方法和器件尚未实现介入手术导丝的精确测量，这制约着该技术在微创手术中的应用。技术实现思路1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，解决了现有技术中依靠造影图像无法满足介入手术导丝三维形状精确监测需求的技术问题。2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，包括以下步骤：3、使用多芯光纤中的布拉格光栅测量应变；4、基于应变数据计算导丝的弯曲曲率和方向角；5、使用插值方法对曲率和方向角进行扩充；6、通过弗莱纳标架进行三维形状重构。7、优选的，所述计算导丝的弯曲曲率和方向角的步骤包括：8、建立应变与导丝几何参数的方程组；9、解方程组以得到导丝在某一点的曲率和方向角。10、优选的，所述方程组的建立基于以下公式：11、12、其中，εi表示应变，k表示曲率，表示方向角，θ0表示三个纤芯各相邻120°，ε0表示应变偏差，由温度变化引起，三个纤芯的应变偏差相同。13、优选的，所述使用插值方法对曲率和方向角进行扩充的步骤包括使用三次样条插值法对曲率和方向角进行扩充。14、优选的，所述通过弗莱纳标架进行三维形状重构的步骤包括：15、根据曲率和方向角信息，计算出每个微小段的局部坐标系中的位置；16、通过计算旋转矩阵和平移矩阵，将局部坐标系中的点转换到全局坐标系中；17、迭代计算每个点在全局坐标系下的坐标；18、所有点进行拟合，得到连续的导丝三维形状。19、优选的，所述计算出每个微小段的局部坐标系中的位置的步骤基于以下公式：20、21、其中，xi+1、yi+1、zi+1为第i+1个坐标点在oi坐标系下的坐标，并以此坐标点建立oi+1坐标系，再求解下一个坐标点。22、优选的，所述旋转矩阵和平移矩阵的计算基于以下公式：23、24、其中，是从第i个局部坐标系到第i+1个局部坐标系的转换矩阵，包括旋转和平移部分，pi是平移矩阵，用于描述从第i个局部坐标系到第i+1个局部坐标系的平移，rzi、ryi、rxi是旋转矩阵，用于描述从第i个局部坐标系到第i+1个局部坐标系的旋转，分别表示绕x轴、y轴和z轴的旋转；25、26、其中，是从全局坐标系(第0个坐标系)到第i+1个局部坐标系的转换矩阵，是一系列的转换矩阵的乘积，用于将一个点从全局坐标系转换到第i+1个局部坐标系。27、本发明还提供一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构装置，包括：28、应变测量装置，配置为使用多芯光纤中的布拉格光栅测量应变；29、曲率和方向角计算装置，配置为基于应变数据计算导丝的弯曲曲率和方向角；30、插值装置，配置为使用插值方法对曲率和方向角进行扩充；31、三维形状重构装置，配置为通过弗莱纳标架进行三维形状重构。32、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述的方法。33、本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法。34、本发明提供了一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法。具备以下有益效果：35、本发明提供了一种基于光纤测量的导丝形状重构方法，能够在复杂的手术环境中提供精确的导丝位置信息，提高手术的安全性和成功率。通过使用多芯光纤和fbg，可以在导丝的多个位置进行应变测量，提高了形状重构的空间分辨率。通过使用插值方法和弗莱纳标架，可以从离散的应变数据中得到连续的导丝三维形状，提高了形状重构的准确性。并且该方法的实施过程中，无需对导丝进行任何物理修改或添加额外的传感器，不会影响导丝的原有性能和使用方式，具有很好的实用性和适用性。技术特征：1.一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，所述计算导丝的弯曲曲率和方向角的步骤包括：3.根据权利要求2所述的一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，所述方程组的建立基于以下公式：4.根据权利要求1所述的一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，所述使用插值方法对曲率和方向角进行扩充的步骤包括使用三次样条插值法对曲率和方向角进行扩充。5.根据权利要求1所述的一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，所述通过弗莱纳标架进行三维形状重构的步骤包括：6.根据权利要求5所述的一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，所述计算出每个微小段的局部坐标系中的位置的步骤基于以下公式：7.根据权利要求5所述的一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，其特征在于，所述旋转矩阵和平移矩阵的计算基于以下公式：8.一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构装置，实施如权利要求1-7任一项所述的重构方法，其特征在于，包括：9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7任一项所述的方法。10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。技术总结本申请涉及光纤传感领域，公开了一种多芯光纤传感介入手术导丝形状重构方法，包括以下步骤：S1、使用多芯光纤中的布拉格光栅测量应变；S2、基于应变数据计算导丝的弯曲曲率和方向角；S3、使用插值方法对曲率和方向角进行扩充；S4、通过弗莱纳标架进行三维形状重构。本发明提供了一种基于光纤测量的导丝形状重构方法，能够在复杂的手术环境中提供精确的导丝位置信息，提高手术的安全性和成功率。通过使用多芯光纤和FBG，可以在导丝的多个位置进行应变测量，提高了形状重构的空间分辨率。通过使用插值方法和弗莱纳标架，可以从离散的应变数据中得到连续的导丝三维形状，提高了形状重构的准确性。技术研发人员：王康,何彦霖,祝连庆,魏聚群,杨溢,黄宇辰,邓思珩,韩飞受保护的技术使用者：北京信息科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16