[發明專利]基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法

在審

• 申請號: 202011163139.X
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112535519A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 滕皋軍;陸建;溫鐵祥;王澄;朱海東;張毅
• 申請（專利權）人: 珠海橫樂醫學科技有限公司
• 主分類號: A61B17/34
• 分類號: A61B17/34;A61B34/20;A61B34/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

1.基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、分別獲取穿刺目標在超聲平面內和在超聲平面外的運動方向和位移；

步驟二、使用模型預測控制方法，控制穿刺機器人末端按照穿刺目標在超聲平面內和在超聲平面外的運動方向和位移進行相應的操作。

2.根據權利要求1所述的基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，

獲取穿刺目標在超聲平面內的運動方向和位移的具體步驟如下：

步驟二一、采集當前跟蹤的穿刺目標的超聲圖像，根據超聲圖像特征確定當前跟蹤目標模板大小；

步驟二二、計算并得到當前跟蹤目標模板與在先跟蹤目標模板的匹配值，并根據匹配值生成模板匹配概率圖；

以及通過光流法和穿刺目標的超聲圖像得到跟蹤的穿刺目標的新坐標，并根據該新坐標生成光流法概率圖；

步驟二三、將模板匹配概率圖和光流法概率圖疊加，得到疊加概率圖，將疊加概率圖中概率最大的點作為當前跟蹤結果；

步驟二四、將當前跟蹤結果與在先多個歷史跟蹤結果的均值比較得到誤差，

若誤差在設定閾值范圍內，則將該當前跟蹤結果作為最終的跟蹤結果，否則，將步驟二二中的得到的新坐標作為最終的跟蹤結果，所述最終的跟蹤結果即為當前穿刺目標在超聲平面內的運動方向和位移。

3.根據權利要求2所述的基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，步驟二一中確定當前跟蹤目標模板大小的方法如下：

截取一個以初始坐標為中心70像素*70像素的矩形區域，計算該矩形區域像素亮度的平均值與標準差，并將矩形區域第35行與第35列的像素亮度與平均值比較，分別找到四個方向上第一個像素亮度與平均值之差大于標準差的像素點，通過四個所述像素點下標確定跟蹤目標模板大小。

4.根據權利要求3所述的基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，

步驟二二中是采用歸一化互相關法計算并得到匹配值。

5.根據權利要求2、3或4所述的基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，

步驟二四中之前多個歷史跟蹤結果的數量為200個以下。

6.根據權利要求2、3或4所述的基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，步驟二四中，若誤差小于等于跟蹤目標模板大小的一半，則將當前跟蹤結果作為最終的跟蹤結果。

7.根據權利要求1、2、3或4所述的基于實時超聲圖像的穿刺機器人控制方法，其特征在于，

獲取穿刺目標在超聲平面外的運動方向和位移的具體步驟如下：

步驟七一、移動超聲探頭，使穿刺目標出現在超聲平面上；

步驟七二、控制穿刺機器人末端垂直于所述超聲平面移動，且每隔一定的間隔采集當前超聲探頭掃描的超聲圖像和空間位置信息，直到掃描的區域覆蓋穿刺目標的超聲平面外運動范圍；掃描完成后超聲探頭回到掃描前的初始位置；

步驟七三、對于步驟七二中采集到的每一幀超聲圖像，計算所述每一幀超聲圖像與在先采集的每一幀超聲圖像之間的灰度差平方和；

步驟七四、選擇步驟七三中灰度差平方和最小時對應的在先采集的一幀超聲圖像，通過該在先采集的一幀超聲圖像對應的空間位置信息可以求得穿刺目標在超聲平面外運動的距離，獲得穿刺目標在超聲平面外的運動方向和位移。