一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法及装置与流程

本发明涉及一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法及装置。

背景技术：

1、超声机器人在进行腹部肝脏扫查时，往往由于肋骨遮挡，导致无法获得完整、清晰的超声图像。因此，需要对肋骨间隙区域进行搜索。现有方法借助ct图像，构建人体解剖结构三维模型，并与超声图像进行配准，得到肋骨间隙区域。

技术实现思路

1、为了实现肋骨间隙区域的自动搜索，本发明提出一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法及装置，本发明提出的技术方案如下：

2、第一方面，本发明提供一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，包括：

3、评估超声探头扫描肋上区域得到的超声图像，若超声图像质量不满足第一预设条件，则基于预先规划的位移向量进行椭圆路径搜索；

4、若在所述椭圆路径搜索过程中超声图像质量均不满足所述第一预设条件，则获取超声探头的接触力数据；

5、基于所述接触力数据确定第一平移向量，控制超声探头按照所述第一平移向量和预先规划的第一姿态角度向量进行摆动搜索；

6、在所述摆动搜索过程中若超声图像质量满足第二预设条件，则基于预先规划的扫查方法进行再次搜索，确定所述再次搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域。

7、在一个或一些实施例中，所述超声图像质量通过下述方式确定：

8、采用预先构建的深度学习分割网络分割所述超声图像中的肝脏轮廓；

9、计算所述超声图像中肝脏轮廓的面积和肝脏轮廓内像素的总和；

10、基于所述肝脏轮廓的面积和肝脏轮廓内像素的总和，采用下式计算初始图像质量：

11、qi＝∝ai+βpi

12、式中，qi表示初始图像质量；ai表示肝脏轮廓的面积；pi表示肝脏轮廓内像素的总和；∝表示肝脏轮廓面积的加权值；β表示肝脏轮廓内像素的加权值；

13、基于下式对所述初始图像质量进行滤波，得到超声图像质量：

14、

15、式中，表示当前滤波后的超声图像质量；表示上一次滤波之后的超声图像质量；ρ表示加权值。

16、在一个或一些实施例中，所述基于预先规划的位移向量进行椭圆路径搜索，包括：

17、基于如下式的位移向量平移移动，进行椭圆路径搜索：

18、p11＝(δpxtcpi，δpytcpi，δpztcpi)

19、式中，p11表示位移向量；δpxtcpi表示下一时刻超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt的位移量；δpytcpi表示下一时刻超声探头沿机械臂末端工具坐标系yt轴的位移量；δpztcpi表示下一时刻超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的位移量；其中，

20、δpxtcpi＝dxi*pxstep

21、δpytcpi＝dyi*pxstep*μ

22、式中，pxstep表示移动的步长；dxi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的运动方向；dyi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系yt轴的运动方向；μ表示第一比例系数。

23、在一个或一些实施例中，所述接触力数据包括超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的力数据和超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的力数据；

24、所述基于所述接触力数据确定第一平移向量，包括：

25、基于超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的力数据通过下式确定超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的位移量；

26、

27、式中，δpfxtcpi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的位移量；fx0表示力阈值；fxi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的力数据；ε表示第二比例系数；

28、基于超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的力数据通过力控算法确定超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的位移量；

29、根据所述超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的位移量和所述超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的位移量，得到如下式的第一平移向量：

30、p12＝(δpfxtcpi，0，δpztcpi)

31、式中，p12表示第一平移向量；δpztcpi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的位移量。

32、在一个或一些实施例中，所述控制超声探头按照所述第一平移向量和预先规划的第一姿态角度向量进行摆动搜索，包括：

33、控制超声探头按照所述第一平移向量和如下式的第一姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系yt轴进行摆动搜索：

34、r12＝(0，δryi，0)

35、式中，r12表示第一姿态角度向量；δryi表示下一时刻超声探头需要绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动的角度；其中，

36、δryi＝dryi*rystep

37、式中，rystep表示绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动的角度步长；dryi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系yt轴摆动的方向。

38、在一个或一些实施例中，所述基于预先规划的扫查方法进行再次搜索，确定所述再次搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域，包括：

39、控制超声探头按照预先规划的第二平移向量沿机械臂末端工具坐标系xt轴进行平移运动，获取平移运动过程中超声图像质量最大值对应的第一运动位置；

40、控制超声探头返回到所述第一运动位置，并按照预先规划的第二姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系zt轴进行变旋转轴摆动搜索，获取变旋转轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的第二运动姿态；

41、控制超声探头返回所述第二运动姿态，并按照预先规划的第三姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索，获取绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域。

42、在一个或一些实施例中，所述控制超声探头返回到所述第一运动位置，并按照预先规划的第二姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系zt轴进行变旋转轴摆动搜索，获取变旋转轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的第二运动姿态，包括；

43、对超声图像进行分块，根据各个分块的图像像素加和确定新的旋转轴的位置；

44、控制超声探头返回到所述第一运动位置，并按照如下式的第二姿态角度向量和新的旋转轴的位置进行变旋转轴摆动搜索：

45、r22＝(0，0，δrzi)

46、pztcp＝(0,δpyoffset,0)

47、式中，r22表示第二姿态角度向量；δrzi表示下一时刻超声探头需要绕机械臂末端工具坐标系zt轴摆动的角度，pztcp表示新的旋转轴的位置；δpyoffset表示新的旋转轴在机械臂末端工具坐标系yt轴方向的位置；

48、获取变旋转轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的第二运动姿态。

49、在一个或一些实施例中，所述控制超声探头返回所述第二运动姿态，并按照预先规划的第三姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索，获取绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域，包括：

50、控制超声探头按照所述第二运动姿态和如下式的第三姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索：

51、r23＝(0，δryi，δrfzi)

52、式中，r23表示第三姿态角度向量；δryi表示下一时刻超声探头需要绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动的角度；δrfzi表示下一时刻超声探头需要绕机械臂末端工具坐标系zt轴摆动的角度；

53、其中，

54、δryi＝dryi*rystep

55、式中，rystep表示绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动的角度步长；dryi表示超声探头沿机械臂末端工具坐标系yt轴摆动的方向；

56、

57、式中，tzi表示绕机械臂末端工具坐标系zt轴的力矩；tz0表示力矩阈值；τ表示力矩比例系数；

58、获取绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域。

59、第二方面，本发明提供一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索装置，包括：

60、椭圆路径搜索模块，用于评估超声探头扫描肋上区域得到的超声图像，若超声图像质量不满足第一预设条件，则基于预先规划的位移向量进行椭圆路径搜索；

61、力数据获取模块，用于若在所述椭圆路径搜索过程中超声图像质量均不满足所述第一预设条件，则获取超声探头的接触力数据；

62、摆动搜索模块，用于基于所述接触力数据确定第一平移向量，控制超声探头按照所述第一平移向量和预先规划的第一姿态角度向量进行摆动搜索；

63、最优搜索姿态确定模块，用于在所述摆动搜索过程中若超声图像质量满足第二预设条件，则基于预先规划的扫查方法进行再次搜索，确定所述再次搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域。

64、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

65、存储器，用于存放计算机程序；

66、处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如第一方面所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法的步骤。

67、基于上述技术方案，本发明较现有技术而言的有益效果为：

68、本发明提供的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，若在椭圆路径搜索过程中超声图像质量均不满足第一预设条件，则根据获取的超声探头的接触力数据确定第一平移向量。并控制超声探头按照第一平移向量和预先规划的第一姿态角度向量进行摆动搜索，通过利用接触力数据能够采用侧向零力顺从方法，使机械臂能够根据超声探头侧向受力情况自动移动超声探头，使超声探头自动顺入肋间隙，提高了搜索到肋间隙的成功率。在摆动搜索过程中若存在超声图像质量满足第二预设条件的超声图像，则说明搜索到肝脏，但是超声图像的质量还未达到要求，则基于预先规划的扫查路径进行再次搜索，进行肝脏最优超声图像搜索。确定再次搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，即最优超声图像对应的最优搜索姿态，以基于最优搜索姿态进行搜索得到肋骨间隙区域，从而得到最优超声图像。本发明融合超声图像与接触力数据，有效提高了肋间隙搜索的效率，基于搜索的肋间隙能够得到最优超声图像，提高了超声图像质量。

69、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

70、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述超声图像质量通过下述方式确定：

3.根据权利要求1所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述基于预先规划的位移向量进行椭圆路径搜索，包括：

4.根据权利要求1所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述接触力数据包括超声探头沿机械臂末端工具坐标系xt轴的力数据和超声探头沿机械臂末端工具坐标系zt轴的力数据；

5.根据权利要求4所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述控制超声探头按照所述第一平移向量和预先规划的第一姿态角度向量进行摆动搜索，包括：

6.根据权利要求1所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述基于预先规划的扫查方法进行再次搜索，确定所述再次搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域，包括：

7.根据权利要求6所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述控制超声探头返回到所述第一运动位置，并按照预先规划的第二姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系zt轴进行变旋转轴摆动搜索，获取变旋转轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的第二运动姿态，包括；

8.根据权利要求7所述的超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法，其特征在于，所述控制超声探头返回所述第二运动姿态，并按照预先规划的第三姿态角度向量绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索，获取绕机械臂末端工具坐标系yt轴摆动搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于所述最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域，包括：

9.一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口和存储器通过通信总线完成相互间的通信；

技术总结
本发明涉及一种超声机器人扫查腹部肋间隙的自主搜索方法及装置，该方法包括：评估超声探头扫描肋上区域得到的超声图像，若超声图像质量不满足第一预设条件，则基于预先规划的位移向量进行椭圆路径搜索；若在椭圆路径搜索过程中超声图像质量均不满足第一预设条件，则基于获取的接触力数据确定第一平移向量，控制超声探头按照第一平移向量和预先规划的第一姿态角度向量进行摆动搜索；在摆动搜索过程中若超声图像质量满足第二预设条件，则基于预先规划的扫查方法进行再次搜索，确定再次搜索过程中超声图像质量最大值对应的最优搜索姿态，以基于最优搜索姿态搜索得到肋骨间隙区域。本发明融合超声图像与接触力数据，有效提高了肋间隙搜索的效率。

技术研发人员：闫琳,韩冬,张少华,张武,张宁,王能
受保护的技术使用者：武汉库柏特科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23