远程控制超声扫描的远端操纵系统

针对远程超声扫描,研制了一种远端操纵系统,并实现了超声探头的人机协作控制。探头控制中利用远端操纵系统网传信号实时复现远端操作员的扫描动作,并在此基础上利用阻抗控制方式自动控制探头对皮肤的压力。实验结果表明:近端超声探头的位置误差和姿态误差分别保持在±2.0 mm和±1.5°以内,能较好地复现操作员的扫描动作;探头压力跟踪误差稳定在±0.5 N的范围内,不但能将操作员的扫描手感真实地施加到皮肤上来提升其临场感,而且为进一步提高超声图像的质量,增强超声扫描的安全性提供了参考。     

模糊先验引导的高效强化学习移动机器人导航

针对移动机器人仅使用 RGB-D 相机在室内场景下执行坐标点主动视觉导航任务,提出了一种基于模糊先验引导的高效强化学习控制算法,设计了一种先验与强化学习的融合控制方式.结果表明,所提出的融合控制方法能够在确保较好的导航准确率基础上,避免训练中无意义的探索并缩短强化学习训练时长,实现强化学习策略的高效学习.     

MRI兼容的乳腺穿刺介入辅助机器人设计与路径规划研究

针对核磁共振成像环境( MRI )下的乳腺穿刺手术定位问题,研制了一种直角坐标构型的５自由度穿刺手术辅助机器人,设计了基于多视角拼接图像信息的路径规划方案.结果表明,所研制的穿刺机器人具备在磁共振环境下工作的材料与结构的兼容性能,且具备空间定位与轨迹规划能力.     

血管介入机器人无线力检测模块设计

力觉信息是血管介入手术中不可或缺的重要因素，极大地影响了手术的精准程度与安全性。针对血管介入机器人设计了一种力检测模块，对导管导丝驱动过程中推进阻力与旋捻扭矩进行测量。通过有限元仿真对设计的弹性体进行静力学分析并确定合适的结构尺寸；将电压信号放大滤波后进行采集，通过蓝牙实现远程无线传输；最后，对力检测模块进行静态标定实验，采用卡尔曼滤波算法对采集信号进行滤波处理。实验结果表明，该力检测模块具有良好的线性度。     

面向 甲状腺结节良恶分类的cRes-GAN算法

针对甲状腺结节良恶性分类问题，设计建立了条件限制残差生成对抗网络（ｃＲｅｓ- ＧＡＮ）算法。利用 ＤＩＣＯＭ 格式的１５０１份甲状腺结节数据建立了数据集，并且在该数据集上进行测试得到算法分类正确率为９２．２％。将ｃＲｅｓ- ＧＡＮ 与 Ｈｏｇ＋随机森林、ＲｅｓＮｅｔ１８，Ｒｅｓ１８ＧＡＮ，ＡＣＧＡＮ 等其他４种算法相比，其分类正确率分别提升了２４．８％，１０．０％，１２．６％和２５．３％，分类效果得到了显著提升。所设计的算法可为医生的甲状腺结节良恶性诊断提供有效的辅助建议。     

血管介入操作力觉标定模块设计

设计了一种应用于血管介入操作的力觉标定模块,该模块能够检测导丝导管所受到的轴向阻力和周向扭矩。 首先,通过机械结构将轴向阻力和周向扭矩作用于模块中的压力传感器;其次,通过检测电路对压力传感器产生的力觉信号进行采集,并使用卡尔曼滤波等法进行信号处理;最后,通过设计搭建的实验平台进行标定实验。 结果表明,该力觉标定模块能够很好地检测力觉信息。     

基于点云三维重建技术的甲状腺超声穿刺三维导航研究

设计了一种基于超声自动扫描机器人的甲状腺点云三维重建系统,并与甲状腺超声截面穿刺机器人系统相融合,实现并验证了一套甲状腺超声穿刺三维导航的软硬件方案.通过甲状腺自动超声扫查机器人获得了１组带有准确空间位姿信息的甲状腺超声图像,并且通过传统图像算法和深度学习方法分割出甲状腺组织的区域.此后通过点云重建和空间重建方案获得了甲状腺模型,并将超声模型与CT扫查模型及机械臂模型进行空间配准和数据融合,依此在软件界面为医生提供了穿刺手术的多视角三维空间信息,在减轻手术医师负担的同时提升了穿刺手术的精准度和成功率.通过实验分析了扫描控制算法和三维重建算法的可行性和稳定性,并验证了该三维导航系统的导航空间精度和响应速度.     

基于改进阻抗控制的自适应曲面乳腺超声扫描方法

针对机器人辅助超声扫描中皮肤曲面贴合的问题,分析了扫描过程中超声探头和皮肤表面的相互作用,并根据其力学规律建立了一种基于改进阻抗控制的扫描算法,以保证探头和皮肤表面之间的法向接触力基本恒定,进而使得扫描过程中超声探头和皮肤表面始终保持法向垂直;根据超声探头的历史轨迹数据,提出了改进阻抗控制的扫描算法来加强曲面贴合的效果;通过乳腺体模和实际人体的测试实验,来验证所提控制算法在曲面自适应贴合问题上的表现性能以及自动扫描方法的完整性。实验结果表明：改进阻抗控制的扫描算法可以取得较佳的恒力控制效果,法向接触力偏差低于±0.2 N,且显著提高了探头转角的跟踪效果,平均转角跟踪误差从4.9°下降到2.2°。乳腺体模和人体活体实验佐证了所提控制算法的有效性和超声扫描的完整性。