一种提高B超探头定位精度的控制算法

一种提高B超探头定位精度的控制算法

本发明属于医疗设备，具体涉及一种提高B超探头定位精度的控制算法。

背景技术

在医学影像领域，尤其是器官超声检查中，B超探头的定位和移动对于获取高质量的图像至关重要。传统的手动操作方式依赖于操作者的经验和技能，可能存在操作时间长、定位不准确等问题。为了实现B超探头的精确控制，需要使用电机驱动的机械结构，如机械臂或连接臂，来模拟医生的操作，这些机械结构通常由多个关节组成，每个关节可能由一个电机控制，以实现复杂的空间运动。电机控制的精度和响应速度直接影响到探头的定位效果，结合了医学影像、机电一体化、图像处理、路径规划和控制系统等多个领域的技术和方法，旨在通过自动化或半自动化的方式提高器官B超扫描的速度和质量，为此我们提出一种提高B超探头定位精度的控制算法来解决上述提出的问题。

技术实现思路

本发明的目的在于提供一种提高B超探头定位精度的控制算法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高B超探头定位精度的探头控制设备，包括底座和控制单元，所述底座的上端固定连接有第一电机，所述第一电机的输出轴固定连接有转盘，所述转盘转动连接于底座的顶端，所述转盘的侧端安装有第二电机，所述第二电机的输出轴固定连接有连接臂，所述连接臂侧端转动连接有连接板，所述连接板的侧端安装有第三电机，所述第三电机的输出轴固定连接于连接臂，所述连接板的侧端安装有第四电机，所述第四电机的输出轴固定连接有夹持座，所述夹持座的侧端固定连接有摄像头，所述摄像头与控制单元信号连接。

优选的，所述B超探头卡接于摄像头的内壁中，所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均由控制单元控制。

优选的，一种提高B超探头定位精度的控制算法，包括以下步骤：

a.定位目标区域

将获取的医用超声影像图片进行信息数字化处理后通过串口通信输出给下位机读出需观测器官的空间坐标值，应用图像处理技术(如边缘检测、形态学操作等)来识别需要检测的具体区域，假设目标区域的中心点为P(x,y，z)，其中x、y、z分别为该点在器官坐标系中的坐标值，将目标区域中心点P的坐标转换为电机控制所需的坐标，设电机控制的坐标系为M(x,y，z)，则需要通过空间变换矩阵T进行转换：其中，变换矩阵T包含了旋转和平移的信息，用于将器官坐标系中的点转换到电机控制坐标系中。

b.规划路径

根据目标区域的大小和形状，规划B超探头的扫描路径，可以使用路径规划算法，如RRT(快速探索随机树)算法，路径规划的目标函数可能考虑最短时间或最少移动。

c.控制电机运动

根据转换后的坐标(x,y，z)，计算出每个电机需要转动的角度或位移量，设四个电机分别控制末端B超探头在x、y、z方向上的平移和绕z轴的旋转，电机的控制信号可以表示为：

motor1＝f1(x)

motor2＝f2(y)

motor3＝f3(z)

motor4＝f4(rotation around z)

其中，f1，f2，f3，f4是根据机械结构和电机特性定义的函数，用于将目标位置转换为电机的控制信号

d.执行扫描：

控制单元发送信号给电机，使电机带动连接臂移动B超探头至指定位置，B超探头到达指定位置后，开始进行扫描操作。

e.反馈调整：

根据扫描结果和患者反馈，必要时对目标区域的位置进行调整。

重复步骤b至d，直到完成所有预定区域的扫描。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

提高扫描速度：通过自动化控制B超探头的运动，大大减少了传统手动操作的时间消耗。特别是在进行大范围或多区域的器官扫描时，能够迅速定位到下一个扫描区域，缩短了患者在检查台上的时间，提高了整体检查流程的效率。

增强扫描精度：利用高精度的电气控制系统，可以实现对B超探头位置的精确控制，避免了因操作者手抖或定位不准确而造成的重复扫描。此外，结合图像处理技术，能够确保每次扫描都能获取到高质量的图像数据，为医生提供更准确的诊断依据。

减少操作难度和工作强度：传统的B超操作依赖于技师的经验和技能，长时间的操作不仅增加了技师的工作强度，还可能因疲劳导致操作失误。本技术的应用，降低了对操作者技能的依赖，减轻了其工作负担，同时保持了扫描的高质量标准，使更多的患者受益于高效准确的医疗服务。

改善患者体验：自动化的探头控制减少了因手动调整探头而可能引起的不适感，使患者在整个检查过程中更加舒适。同时，由于检查时间的缩短，患者的等待和检查时间减少，提升了患者的整体就医体验。

促进资源优化配置：高效的检查流程意味着在同等的时间内可以服务更多的患者，这对于医疗资源的紧张状况是一种有效的缓解。医院和诊所可以将节省下来的时间、人力用于其他更需要的地方，如提高服务质量、增加诊疗项目等，从而提升整体医疗服务水平。

技术特征

1.一种提高B超探头定位精度的探头控制设备，其特征在于，包括底座(1)和控制单元，所述底座(1)的上端固定连接有第一电机(2)，所述第一电机(2)的输出轴固定连接有转盘(3)，所述转盘(3)转动连接于底座(1)的顶端，所述转盘(3)的侧端安装有第二电机(4)，所述第二电机(4)的输出轴固定连接有连接臂(5)，所述连接臂(5)侧端转动连接有连接板(7)，所述连接板(7)的侧端安装有第三电机(6)，所述第三电机(6)的输出轴固定连接于连接臂(5)，所述连接板(7)的侧端安装有第四电机(8)，所述第四电机(8)的输出轴固定连接有夹持座(9)，所述夹持座(9)的侧端固定连接有摄像头(10)，所述摄像头(10)与控制单元信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种提高B超探头定位精度的探头控制设备，其特征在于：所述B超探头卡接于摄像头(10)的内壁中，所述第一电机(2)、第二电机(4)、第三电机(6)和第四电机(8)均由控制单元控制。

3.根据权利要求1-2所述的一种提高B超探头定位精度的控制算法，包括以下步骤：

技术总结

本发明公开了一种提高B超探头定位精度的控制算法，属于医疗设备技术领域，该发明通过自动路径规划算法控制B超探头运动大幅减少了传统手动操作时间，特别在大范围或多区域器官扫描中，迅速定位下一个扫描区域，缩短了患者检查时间，提升整体效率，高精度电机控制系统精确控制B超探头位置，避免重复扫描，结合图像处理技术，确保高质量图像数据，为诊断提供准确依据，降低操作者技能依赖，减轻工作负担，保持高质量扫描标准，让更多患者享受高效医疗服务，自动化探头控制减少不适感，检查时间缩短提升患者体验，高效流程节省的时间、人力资源可优化配置，缓解医疗资源紧张，提升医疗服务水平。

技术研发信息

技术研发人员：刘星悦,崔博

受保护的技术使用者：华北理工大学

技术研发日：

技术公布日：2024/11/11