[发明专利]基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法

权利要求书

1.基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、分别获取穿刺目标在超声平面内和在超声平面外的运动方向和位移；

步骤二、使用模型预测控制方法，控制穿刺机器人末端按照穿刺目标在超声平面内和在超声平面外的运动方向和位移进行相应的操作。

2.根据权利要求1所述的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，

获取穿刺目标在超声平面内的运动方向和位移的具体步骤如下：

步骤二一、采集当前跟踪的穿刺目标的超声图像，根据超声图像特征确定当前跟踪目标模板大小；

步骤二二、计算并得到当前跟踪目标模板与在先跟踪目标模板的匹配值，并根据匹配值生成模板匹配概率图；

以及通过光流法和穿刺目标的超声图像得到跟踪的穿刺目标的新坐标，并根据该新坐标生成光流法概率图；

步骤二三、将模板匹配概率图和光流法概率图叠加，得到叠加概率图，将叠加概率图中概率最大的点作为当前跟踪结果；

步骤二四、将当前跟踪结果与在先多个历史跟踪结果的均值比较得到误差，

若误差在设定阈值范围内，则将该当前跟踪结果作为最终的跟踪结果，否则，将步骤二二中的得到的新坐标作为最终的跟踪结果，所述最终的跟踪结果即为当前穿刺目标在超声平面内的运动方向和位移。

3.根据权利要求2所述的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，步骤二一中确定当前跟踪目标模板大小的方法如下：

截取一个以初始坐标为中心70像素*70像素的矩形区域，计算该矩形区域像素亮度的平均值与标准差，并将矩形区域第35行与第35列的像素亮度与平均值比较，分别找到四个方向上第一个像素亮度与平均值之差大于标准差的像素点，通过四个所述像素点下标确定跟踪目标模板大小。

4.根据权利要求3所述的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，

步骤二二中是采用归一化互相关法计算并得到匹配值。

5.根据权利要求2、3或4所述的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，

步骤二四中之前多个历史跟踪结果的数量为200个以下。

6.根据权利要求2、3或4所述的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，步骤二四中，若误差小于等于跟踪目标模板大小的一半，则将当前跟踪结果作为最终的跟踪结果。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的基于实时超声图像的穿刺机器人控制方法，其特征在于，

获取穿刺目标在超声平面外的运动方向和位移的具体步骤如下：

步骤七一、移动超声探头，使穿刺目标出现在超声平面上；

步骤七二、控制穿刺机器人末端垂直于所述超声平面移动，且每隔一定的间隔采集当前超声探头扫描的超声图像和空间位置信息，直到扫描的区域覆盖穿刺目标的超声平面外运动范围；扫描完成后超声探头回到扫描前的初始位置；

步骤七三、对于步骤七二中采集到的每一帧超声图像，计算所述每一帧超声图像与在先采集的每一帧超声图像之间的灰度差平方和；

步骤七四、选择步骤七三中灰度差平方和最小时对应的在先采集的一帧超声图像，通过该在先采集的一帧超声图像对应的空间位置信息可以求得穿刺目标在超声平面外运动的距离，获得穿刺目标在超声平面外的运动方向和位移。