CN113288204A - 一种机器人半自主b超检测*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人半自主B超检测***，包括远程遥操作主端子***，机器人操作从端子***，自主规划学习子***。其中所述远程遥操作主端***可由医生通过观察监控屏幕上的信息，实时地利用遥操作装置向机器人从端操作***传送指令，控制机器人运动。机器人从端操作***通过控制机械臂运动使探头与人体皮肤贴合进行B超检测，通过探头拍摄得到的B超图像可实时传输到远程遥操作主端子***；本发明，利用自主规划学习子***通过网络训练，能够自动移动B超探头对患者进行检测，能够自主完成待***位的扫查，减少医生的工作量，使得医生可以在远程便捷地对病人进行检查，各个***配合度高，能够高效完成B超检测。

Description

一种机器人半自主B超检测***
技术领域
本发明涉及医疗器械装置技术领域，尤其涉及一种机器人半自主B超检测***。
背景技术
B超,是临床上应用最广泛和简便的一种超声诊断仪。通过B超可获得人体内脏各器官的各种切面图形比较清晰,B超比较适用于肝、胆肾、膀腕、子宫、卵巢等多种脏器疾病的诊断。平时说的“B超”就是向人体发射超声波,同时接受体内脏器的反射波,将所携信息反映在屏幕上。
超声诊断主要应用超声的良好指向性和与光相似的反射、散射、衰减及多普勒(Doppler)效应等物理特性,利用其不同的物理参数,使用不同类型的超声诊断仪器,采用各种扫查方法,将超声发射到人体内,并在组织中传播,当正常组织或病理组织的声阻抗有一定差异时,它们组成的界面就会发生反射和散射,再将此回声信号接收,加以检波等处理后,显示为波形、曲线或图像等。由于各种组织的界面形态、组织器官的运动状况和对超声的吸收程度等不同,其回声有一定的共性和某些特性,结合生理、病理解剖知识与临床医学,观察、分析、总结这些不同的规律,可对患病的部位、性质或功能障碍程度作出概括性以至肯定性的判断。
超声诊断由于仪器的不断更新换代,方法简便,报告迅速,其诊断准确率逐年提高，在具备优质医疗资源的医院,通常会存在更多的求医者，为了保证医疗的质量,往往需要花费更多的时间去检测，大量的求医者使医生工作量大为增加同时长时间的检测会使求医者花费更多的时间排队等待不能及时检测。
发明内容
为此，本发明提供一种机器人半自主B超检测***，以减轻医生的工作量同时快速准确的完成检测。
一种机器人半自主B超检测***，所述的检测***包含有远程遥操作主端子***，机器人操作从端子***，自主规划学习子***。其中所述的远程遥操作主端***可由医生通过佩戴VR设备，实时地观察B超图像以及现场情况，并利用遥操作装置向机器人从端操作***传送指令，控制机器人运动。机器人从端操作***包含有机械臂，探头以及摄像头，其中探头固定在机械臂末端，可通过控制机械臂运动来使探头与人体皮肤贴合并进行B超检测，通过探头拍摄得到的B超图像可实时传输到远程遥操作主端子***；通过摄像头可拍摄得到现场操作情况，并实时传输到远程遥操作主端子***。自主规划学习子***可以通过利用采集的数据进行策略的学习，能够以B超图像作为感知信息，指导机械臂规划以进行B超检测。在对病人进行B超检测时，可先由医生通过遥操作控制机械臂将探头与人体接触，然后通过自主学习规划子***控制机械臂将探头保持在人体表面运动，进行B超检测。
进一步地，所述的远程遥操作主端子***主要包括VR显示模块与遥操作装置。其VR显示模块包含有头戴VR设备，通过该设备可观察实时的B超图像以及现场图像。
进一步地，所述检测***，其遥操作装置由振动棒，操作板子以及四轴力传感器组成。医生可手持振动棒，并按压操作板子，来对机器人进行遥操控。
进一步地，所述的遥操作装置，振动棒可通过振动反馈压力的大小，压力越大，振动频率越大
进一步地，操作板子下方的四个角分别安装有四轴力传感器，当板子受到按压时，根据四个传感器的受力情况，计算出受力位置以及受力大小。
进一步地，当遥操控装置检测到有受到按压，则会根据按压位置以及压力大小，控制机器人通过B超探头用相应的力按压到病人的相应位置。
进一步地，所述的机器人操作从端子***，其包含有机械臂以及B超探头，并且在机械臂末端与B超探头间装有力传感器，在探头与人体接触时通过力传感器可计算出相应的接触力。在机器人操作空间上方装有摄像头，可拍摄现场图像。
进一步地，从端子***，在遥操控过程中，以遥操作装置的压力大小为期望力，并通过机械臂末端的力反馈信息作关于力的控制。
进一步地，所述自主规划学习子***，其由神经网络所构成，该网络输入是B超图像，输出是探头姿态以及探头与皮肤接触力；输出向量共7维，前4维为姿态四元数，后3维为x,y,z三个方向上的力。
进一步地，所述的神经网络，其训练过程步骤如下：
S1、通过医生对远程遥操作主端子***进行操作，控制机械臂运动，收集在运动过程中得到的B超图像，探头姿态以及探头与皮肤的接触力作为训练数据；
S2、根据B超图像的质量给数据打上标签，若图像中器官清晰可见，则标签为1，否则标签为0，挑选出轨迹动作标签由0过渡到1的数据组成轨迹良好的数据集；
S3、基于轨迹良好的数据集，通过有监督学习对神经网络进行回归拟合训练。
S4、基于深度确定性成对延迟策略的强化学习算法，以上述经过监督学习的神经网络作为动作网络，并且新建用于评价状态-动作对的评价网络，设置奖励函数如下：
Figure BDA0003030443480000031
其中lt是当前时刻数据中的标签，lt+1是下一时刻数据中的标签。
S5、先基于所有数据对评价网络进行评价策略训练，然后基于轨迹良好的数据集对动作网络进行动作策略训练。
S6、在动作网络训练完成后，可用来决定探头下一步的运动，传输控制命令到机器人操作从端子***以进行自主检测。
对病人进行检测时，先由医生通过遥操控装置控制机器人将探头在被检测部位处与人体皮肤接触，随后通过自主规划学习子***的神经网络控制机器人进行自主扫描。
本发明，利用自主规划学习子***通过网络训练，能够自动移动B超探头对患者进行检测，能够自主完成待***位的扫查，减少医生的工作量，使得医生可以在远程便捷地对病人进行检查，各个***配合度高，能够高效完成B超检测。
附图说明
图1为本发明所述的机器人半自主B超检测***结构示意图；
图2为远程遥操作主端子***示意图；
图3为从端操作***示意图；
图4为自主规划学习子***结构示意图，
附图中各部件的标记如下：VR设备1、振动棒2、操作板子3、四轴力传感器4、机械臂5、B超探头6、摄像头7。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合实施例和附图对本发明做出进一步的解释和说明。
***使用时，病人由医护人员直达躺至指定位置，医生通过佩戴VR设备1，实时地观察B超图像以及现场情况，并利用遥操作装置上的振动棒2和操作板子3向机器人从端操作***传送指令，调整力度控制机械臂5运动来使B超探头6与人体皮肤贴合，自主学习规划子***控制机械臂5将B超探头6保持在人体表面运动，进行B超检测。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述的检测***包含有远程遥操作主端子***，机器人操作从端子***，自主规划学习子***。其中所述的远程遥操作主端***可由医生通过佩戴VR设备，实时地观察B超图像以及现场情况，并利用遥操作装置向机器人从端操作***传送指令，控制机器人运动。机器人从端操作***包含有机械臂，B超探头以及摄像头，其中探头固定在机械臂末端，可通过控制机械臂运动来使探头与人体皮肤贴合并进行B超检测，通过探头拍摄得到的B超图像可实时传输到远程遥操作主端子***；通过摄像头可拍摄得到现场操作情况，并实时传输到远程遥操作主端子***。自主规划学习子***可以通过利用采集的数据进行策略的学习，能够以B超图像作为感知信息，指导机械臂规划以进行B超检测。在对病人进行B超检测时，可先由医生通过遥操作控制机械臂将探头与人体接触，然后通过自主学习规划子***控制机械臂将探头保持在人体表面运动，进行B超检测。
2.根据权利要求1所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述的远程遥操作主端子***主要包括VR显示模块与遥操作装置。其VR显示模块包含有头戴VR设备，通过该设备可观察实时的B超图像以及现场图像。
3.根据权利要求1所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述遥操作装置由振动棒、操作板子以及四轴力传感器组成。医生可手持振动棒，并按压操作板子，来对机器人进行遥操控。
4.根据权利要求3所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述振动棒可通过振动反馈压力的大小，压力越大，振动频率越大。
5.根据权利要求3所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述操作板子下方的四个角分别安装有四轴力传感器，当板子受到按压时，根据四个传感器的受力情况，计算出受力位置以及受力大小。
6.根据权利要求3至5所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，当遥操控装置检测到有受到按压，则会根据按压位置以及压力大小，控制机器人通过B超探头用相应的力按压到病人的相应位置。
7.根据权利要求1所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述的机器人操作从端子***，其包含有机械臂以及B超探头，并且在机械臂末端与B超探头间装有力传感器，在探头与人体接触时通过力传感器可计算出相应的接触力。在机器人操作空间上方装有摄像头，可拍摄现场图像。
8.根据权利要求7所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述从端子***，在遥操控过程中，以遥操作装置的压力大小为期望力，并通过机械臂末端的力反馈信息作关于力的控制。
9.根据权利要求1所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述自主规划学习子***，其由神经网络所构成，该网络输入是B超图像，输出是探头姿态以及探头与皮肤接触力；输出向量共7维，前4维为姿态四元数，后3维为x,y,z三个方向上的力。
10.根据权利要求9所述的机器人半自主B超检测***，其特征在于，所述的神经网络，其训练过程步骤如下：
S1、通过医生对远程遥操作主端子***进行操作，控制机械臂运动，收集在运动过程中得到的B超图像，探头姿态以及探头与皮肤的接触力作为训练数据；
S2、根据B超图像的质量给数据打上标签，若图像中器官清晰可见，则标签为1，否则标签为0，挑选出轨迹动作标签由0过渡到1的数据组成轨迹良好的数据集；
S3、基于轨迹良好的数据集，通过有监督学习对神经网络进行回归拟合训练。
S4、基于深度确定性成对延迟策略的强化学习算法，以上述经过监督学习的神经网络作为动作网络，并且新建用于评价状态-动作对的评价网络，设置奖励函数如下：
Figure FDA0003030443470000021
其中lt是当前时刻数据中的标签，lt+1是下一时刻数据中的标签。
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对病人进行检测时，先由医生通过遥操控装置控制机器人将探头在被检测部位处与人体皮肤接触，随后通过自主规划学习子***的神经网络控制机器人进行自主扫描。
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