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远程控制机器人辅助超声扫描成像系统研究

远程控制机器人辅助超声扫描成像系统研究

作者：耿川上海交通大学

学位级别：硕士

现代医学影像检查中,超声扫描由于具有检查成本低、无危害性、成像效率高等优点,而被广泛应用于人体器官的疾病诊断。超声成像质量在很大程度上取决于医生的专业技能,在偏远贫困地区,经验丰富的超声技师较少,超声的应用会非常受限;此外... 详细信息

现代医学影像检查中,超声扫描由于具有检查成本低、无危害性、成像效率高等优点,而被广泛应用于人体器官的疾病诊断。超声成像质量在很大程度上取决于医生的专业技能,在偏远贫困地区,经验丰富的超声技师较少,超声的应用会非常受限;此外,超声检查过程中超声技师往往需要保持长期不舒服的姿势,也会造成技师们重复性的肌肉损伤。因此,主从式遥操作机器人辅助超声成像技术研究工作对于解决这问题具有重要的现实意义。本文针对主从异构机器人辅助超声成像系统,搭建了相应的实验平台,开展了运动控制、力觉反馈和系统中随机误差传递等关键性技术的研究,主要内容如下:首先,根据超声扫描任务需求选择了建立主从式控制系统,调研了主从式系统的控制策略的研究现状以及系统稳定性和透明性的分析方法并选定了位置—力双边控制策略,并且对主从映射算法进行了总结。其次,搭建了主从式机器人辅助超声成像系统,并介绍了总体系统框架和主手子系统、从手子系统的具体组成部分。描述了系统软件层次上需要实现的功能,以及功能实现中的开发平台、语言和使用到的函数库,确定了从手与主端电脑通信时的通信端口、通讯方式的选择。第三,提出了超声机器人扫描系统中的双边控制策略。关于运动控制,首先通过D-H法对连杆机构建立了模型,推导了在齐次变换下的运动方程,然后分析了机器人学中的姿态表示方法,通过对主、从手建模,推导了主手的正运动学方程和从手正、逆运动学方程,继而分析了主从手的工作空间,针对超声扫描任务需求提出了位姿分离式的主从速度控制方法。关于力反馈的实现,详细阐述了主手的二次开发中HDAPI的使用,给出了力渲染程序开发的工作流程。第四,介绍了机器人中的误差的来源与性质,针对系统的随机误差,推导了单次旋转操作中误差的协方差矩阵在不同参考系下的转化,继而推导了误差在串联链传递下的协方差矩阵关系。针对超声机器人系统的主从位姿分离式速度控制策略,提出了位姿误差协方差矩阵传递表达式。最后,为验证主从式机器人辅助超声成像系统的可行性和系统策略的有效性,分别对系统的运动控制、力反馈效果和误差传递性进行了实验分析。实验表明,在不考虑机器人固有噪声时,系统的主从跟随良好;力反馈策略有助于帮助医生判断探头位置且能给医生提供临场感。模拟实验验证了误差传递算法的有效性。

关键词：超声扫描主从式机器人双边控制速度映射误差传递

超声扫描在IGBT模块焊层缺陷检测中的应用

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电子工艺技术 2019年第1期40卷 29-34页

作者：王刚明李聪成牛利刚王玉林滕鹤松南京电子器件研究所江苏南京210016 扬州国扬电子有限公司江苏扬州225100

超声扫描是一种常用的检测IGBT模块焊层缺陷的无损检测方法。介绍了IGBT模块结构及超声扫描检测原理,指出了现有的检测方法存在的局限性。用有限元模拟及实际结温测试的方法研究了超声扫描无法检测和分辨的焊层缺陷对模块散热性能的影... 详细信息

超声扫描是一种常用的检测IGBT模块焊层缺陷的无损检测方法。介绍了IGBT模块结构及超声扫描检测原理,指出了现有的检测方法存在的局限性。用有限元模拟及实际结温测试的方法研究了超声扫描无法检测和分辨的焊层缺陷对模块散热性能的影响。研究表明:由于DBC-底板焊层缺陷的遮挡,芯片-DBC焊层中无法被检测到的缺陷会造成模块最大结温偏差30℃以上;同一焊层检测时,芯片-DBC焊层中无法被准确分辨和定位的缺陷,会造成模块最大结温偏差5℃以上。在实际生产或应用中,可采用热阻测试、三维X-RAY检测、超声A-扫描或超声B-扫描等检测手段,作为超声C-扫描的辅助检测手段。

关键词： IGBT模块焊层缺陷超声扫描有限元模拟散热性能

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超声扫描检测的离线分析方法

电子工业专用设备 2017年第3期46卷 31-33,50页

作者：连军莉中国电子科技集团公司第四十五研究所北京100176

介绍了一种超声扫描检测的离线分析方法。首先,扫描器件,构建清晰图像;确认后,存储参数及原始数据;需要分析时,上载数据文件,读取参数和波形数据,可以重现各点波形,进行模拟扫描,构建内部图像。这种方法在被测器件拿走的情况下,仍然可... 详细信息

介绍了一种超声扫描检测的离线分析方法。首先,扫描器件,构建清晰图像;确认后,存储参数及原始数据;需要分析时,上载数据文件,读取参数和波形数据,可以重现各点波形,进行模拟扫描,构建内部图像。这种方法在被测器件拿走的情况下,仍然可以准确地分析器件的内部特征,方便快捷。

关键词：超声扫描保存数据离线分析

基于超声扫描的股骨头弹性模量与密度关系的确定

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基于超声扫描的股骨头弹性模量与密度关系的确定

作者：岳月北京理工大学

学位级别：硕士

研究目的:当今社会,由于人们在日常生活中摄入大量激素与酒精等物质,然而这些物质会在人们体内逐渐的汇集凝聚,而当这些物质随着血液流动作用到骨头上时,这些物质会随着人类的逐渐长大发生变化,从而导致股骨头的材料属性会发生变化,并且... 详细信息

研究目的:当今社会,由于人们在日常生活中摄入大量激素与酒精等物质,然而这些物质会在人们体内逐渐的汇集凝聚,而当这些物质随着血液流动作用到骨头上时,这些物质会随着人类的逐渐长大发生变化,从而导致股骨头的材料属性会发生变化,并且,骨骼之中钙等物质会发生流失。这时就会使得人们的股骨头发生坏死甚至塌陷等症状,严重者甚至会导致瘫痪。在我们对于股骨头进行生物力学特性分析时,我们发现针对于股骨头的材料属性,这一数值的大小对于后续的力学分析结果产生了一定程度上的影响。研究方法:本次试验我们采用超声扫描技术与CT断层扫描技术来获取标本的弹性模量与密度值。同时,利用MATLAB软件,对两种仪器所得到的图片信息进行操作,得到所相互对应的密度与弹性模量之间的对应关系公式。在图片处理过程中,应用到图像插值算法,这里使用的插值算法是双线性插值算法。研究结果:通过实验,我们可以发现在坏死区域的硬化带区域的生物力学特性明显区别于坏死普通区域的生物力学特性,并且,通过实验观察我们发现中国人的股骨头材料属性明显不同于其他国家的研究实验所得出的结果。结论:本次试验采用超声扫描与CT断层扫描的方法相结合,虽然这两种仪器的精确度存在数量级上的差异,使得实验结果出现一定的误差。但是,为了能够使得实验结果可以更好地与现实生活紧密结合,采取了CT断层扫描来获取图像密度信息。

关键词：股骨头超声扫描材料属性

基于压电微机械超声换能器的扫描式手势识别传感器

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微纳电子技术 2023年第11期60卷 1808-1816页

作者：张士钦胡益民苗斌王光华李加东中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所江苏苏州215123 中国科学院多功能材料与轻巧系统重点实验室江苏苏州215123 长春理工大学机电工程学院长春130022

超声手势识别是实现非接触交互的重要方式之一。基于压电微机械超声换能器(PMUT)的手势识别传感器具有功耗低、体积小、不受环境光影响等优点,当前主要是基于PMUT阵列的方式实现,提出了一种基于单振元PMUT的扫描式手势识别传感器。该传... 详细信息

超声手势识别是实现非接触交互的重要方式之一。基于压电微机械超声换能器(PMUT)的手势识别传感器具有功耗低、体积小、不受环境光影响等优点,当前主要是基于PMUT阵列的方式实现,提出了一种基于单振元PMUT的扫描式手势识别传感器。该传感器由PMUT及电磁驱动单元组成,设计并制备了1.6 mm×1.6 mm的单振元PMUT,振膜半径为500μm,谐振频率为108 kHz,完成了PMUT与电磁驱动单元集成,电磁驱动单元驱动PMUT实现手势扫描,利用多层感知机(MLP)模型完成了手势识别测试。实验结果表明:该扫描式手势识别传感器可实现检测距离为150~600 mm、角度为180°范围内的6种手势识别,平均识别准确率最高为85.66%。

关键词：压电微机械超声换能器(PMUT) 手势识别传感器电磁驱动超声扫描多层感知机(MLP)

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超声扫描在IGBT模块质量分析中的应用

大功率变流技术 2016年第2期 30-34页

作者：李寒曾雄徐凝华贺新强冯会雨李亮星株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412001

文章从超声扫描检测技术的原理出发,详细叙述了不同模式的超声扫描对IGBT模块的无损检测功能。超声扫描检测技术不仅可发现IGBT模块中的空洞、脱附等界面潜在缺陷,还可以采用表面平整度分析、模块内部构造模拟、厚度测量等方法发现IGBT... 详细信息

文章从超声扫描检测技术的原理出发,详细叙述了不同模式的超声扫描对IGBT模块的无损检测功能。超声扫描检测技术不仅可发现IGBT模块中的空洞、脱附等界面潜在缺陷,还可以采用表面平整度分析、模块内部构造模拟、厚度测量等方法发现IGBT模块的结构缺陷,这些缺陷的表征对评估IGBT模块质量具有重要意义。

关键词：超声扫描 IGBT模块缺陷检测封装

基于Kinect的机器人辅助超声扫描系统研究

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计算机工程与科学 2016年第3期38卷 494-500页

作者：孟勃曹蕾东北电力大学信息工程学院吉林吉林132012 中国科学院沈阳自动化研究所机器人国家重点实验室辽宁沈阳110179

提出一种采用Kinect传感器作为视觉伺服的机器人辅助超声扫描系统,来规划引导机器人的扫描路线,以实现机器人辅助的超声扫描操作。系统由Kinect传感器、机器人和超声探头组成。采用Kinect实时获取超声探头的RGB图像和深度图像,并计算探... 详细信息

提出一种采用Kinect传感器作为视觉伺服的机器人辅助超声扫描系统,来规划引导机器人的扫描路线,以实现机器人辅助的超声扫描操作。系统由Kinect传感器、机器人和超声探头组成。采用Kinect实时获取超声探头的RGB图像和深度图像,并计算探头当前位姿,结合坐标系配准结果,得到机器人的位姿信息,再根据术前的机器人轨迹规划,引导机器人的超声扫描路径。开展腿部模型实验验证本系统的可行性,通过对Kinect传感器的相机标定实验,计算得到了RGB相机和深度相机的内外参数,通过对探头上标识物的定位,进而计算出探头当前位姿,结合Kinect与机器人坐标系的配准结果,得到了两者的转换矩阵,并对机器人的位置给出指令,引导机械臂夹持探头到达指定扫描位置。在机器人夹持超声探头扫描过程中,实时计算探头与腿部之间的距离,以保证所采集超声图像的质量及扫描操作的安全性。实验结果表明,在Kinect视觉系统的导航引导下,机器人可以夹持超声探头实现自主超声扫描,以减少超声医师的扫描时间,降低医师的劳动强度。

关键词： Kinect 机器人超声扫描坐标配准

超声扫描脑血管治疗系统配合经颅磁脑病康复治疗仪对不同年龄段智力低下患儿干预的影响

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中国药物与临床 2018年第6期18卷 981-982页

作者：刘俊梅山西省儿童医院康复科太原030013

智力低下是在发育时期的智力残疾,主要表现为感知、记忆、语言、思维方面的障碍。在幼儿时期主要表现为大运动、语言、精细动作的全面落后。由于在幼儿生长发育期大脑的可塑性非常强,中枢神经系统发育最迅速^（[1]）,采用科学、合理的... 详细信息

智力低下是在发育时期的智力残疾,主要表现为感知、记忆、语言、思维方面的障碍。在幼儿时期主要表现为大运动、语言、精细动作的全面落后。由于在幼儿生长发育期大脑的可塑性非常强,中枢神经系统发育最迅速^（[1]）,采用科学、合理的康复手段早期干预,可以改善儿童智力低下的发育结局,尤其是早期干预轻度智力低下的患儿可使他们尽早回归社会。

关键词：中枢神经系统发育智力低下早期干预康复治疗仪超声扫描患儿脑血管年龄

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机器人伺服超声扫描系统的研究

机器人伺服超声扫描系统的研究

作者：吴诗尧深圳大学

学位级别：硕士

超声扫查因其价格低廉、实时监测、非侵入以及无辐射等优点,已成为临床中最为普及的常规检查成像方法之一。大量的超声扫查需求导致超声科医师临床扫查任务繁重,极易遭受重复性劳力损失。因此,增加超声扫查效率,缓解超声医生扫描压力已... 详细信息

超声扫查因其价格低廉、实时监测、非侵入以及无辐射等优点,已成为临床中最为普及的常规检查成像方法之一。大量的超声扫查需求导致超声科医师临床扫查任务繁重,极易遭受重复性劳力损失。因此,增加超声扫查效率,缓解超声医生扫描压力已经成为一种十分迫切的需求。本课题提出一种基于机械臂的超声伺服扫描系统,旨在辅助超声医生实施超声扫描工作,降低对操作者的依赖,减轻超声医生的劳动强度,标准化扫查流程,提高扫描操作的准确度和效率。本论文主要内容包括伺服超声扫描系统的设计、传感器数据获取与分析、机械臂伺服控制以及系统实验分析4个部分。本系统主要由视觉伺服、超声图像伺服、压力伺服三个闭环控制模块和一个数据综合分析处理模块组成。在系统设计时要考虑到各个模块之间的关系,比如任务优先级问题,在实际超声扫描时要保证病人的安全,因此把保证病人安全性的压力伺服模块优先级放在第一位,当安全任务与其他任务同时对系统发出请求时,系统会优先执行安全性任务。对于其他任务,同样要根据任务应用场景来设置不同的优先级标签。在设计系统时还需要考虑整个系统的性能,比如系统的实时性不能太低,较低的实时性会导致系统反应速度变慢、突发情况处理能力减弱、超声图像的质量变差、机械臂运动控制不顺滑等各种问题。为了增加系统的实时性,我们使用行为树来优化系统,利用行为树的结构特点,减少任务冗余问题,提高响应速度。本课题设计了仿体三维重建实验和腹部超声扫描实验来验证本系统的可行性、实时性和稳定性,实验结果表明,在Kinect、超声图像、压力传感器三个传感器反馈数据的调控下,机械臂可以安全、快速、稳定的根据目标路径,实现自主超声图像采集。

关键词： ROS 机械臂超声扫描 Kinect 点云