[发明专利]一种用于临床治疗与检测的视觉跟随装置及其方法

说明书

本发明公开了一种用于临床治疗与检测的视觉跟随装置及其方法，其属于计算机视觉和医疗器械技术领域。所述视觉跟随装置包括图像采集模块、手眼标定模块、中央处理器模块、执行模块、头部运动部分；该视觉跟随装置是采用单目摄像机拍摄贴于头部侧面的AprilTag标签，通过AprilTag标签算法，结合手眼标定在ros机器人操作系统上得出头部扫描部分相对于串联多关节协作机械手基座的位姿变换矩阵。最后利用逆运动学规划控制串联多关节协作机械手运动到头部扫描部分，进而使扫描仪跟随头部运动。本发明可以应用于临床医疗领域，有助于改善医疗仪器的人机交互能力。

技术领域

本发明属于计算机视觉和医疗器械技术领域，具体涉及一种用于临床治疗与检测的视觉跟随装置及其方法。

背景技术

随着临床应用复杂程度的增加，以及影像技术、计算机图形学技术、虚拟现实技术、机器人技术的发展，医用扫描仪集成的功能越来越多，自动化程度也在不断提升，进而产生了一批新式医用扫描仪。不同于传统的医疗器械，新式医用扫描仪可以在无人干预的情况下，借助机器视觉计算出病人头部运动的变化，然后控制搭载有扫描仪的机械手同步跟随头部运动。

当前已有的用于医疗器械视觉跟随的方法有：

1、基于通信电路的方法。李劲生等的发明专利CN102599925A公开了一种悬吊式X射线机的自动跟随控制装置，包括被跟随方(胸片夹机构)的运动控制装置和跟随方(球管)的运动控制装置。自动跟随两方中的电机控制电路相互独立，并通过通信电路连接，两方的电机控制电路独立控制自身的电机运转，并经由通信电路实时交换信息，由电机控制电路中的软件处理后，做出跟随动作。但是自动跟随只能发生在上升和下降两个运动方向上。

2、基于运动传感器的方法。李劲生等的发明专利CN104287752A公开了一种用于移动式X射线机的运动控制方法和装置。以现有的磁敏霍尔传感器和配套电路作为传感器单元，以单片机为核心作为数据处理单元，以DSP为控制核心的双向可逆直流电机驱动技术作为电机驱动单元组成一种移动式X射线机的电动控制装置，可满足各种临床应用要求。但是磁敏传感器在医疗环境下磁场干扰大，且双电机的运动控制同样存在运动局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于临床治疗与检测的视觉跟随装置及其方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供了一种利用AprilTag算法，结合单目摄像头和AprilTag标签来检测头部运动，然后控制串联多关节协作机械手(以下简称机械手)跟随运动，进而控制扫描仪的运动，从而达到跟随头部扫描的效果。

具体地，本发明提供的用于临床治疗与检测的视觉跟随装置采用单目摄像机拍摄贴于受试者头部侧面的AprilTag标签，AprilTag标签随头部一起运动，进而通过AprilTag算法得出AprilTag标签相对于单目摄相机的变换矩阵P1。然后通过手眼标定的方式得出获得单目摄相机相对于机械手基座的变换矩阵T1，通过ros机器人操作系统上的关节树，获得机械手基座到其末端扫描仪的变换矩阵P2。通过ros机器人操作系统上的扫描程序设定AprilTag标签相对于扫描仪的变换矩阵T2。其中，由于单目摄像机和机械手基座位置固定不变，T1为固定矩阵。通过扫描程序控制扫描仪到AprilTag标签相对位置不变，T2为固定矩阵。通过矩阵变换关系得到，T2＝P1*T1*P2。当头部运动时，引起P1变化，由于T1，T2不变，当扫描仪检测到这种变化后，发送至处理终端，经过ros机器人操作系统得出新的P2，然后通过ros机器人操作系统上的逆运动学规划控制机械运动，带动机械手末端的扫描仪运动，如此反复，达到视觉跟随的效果。

本发明的技术方案是：

一种用于临床治疗与检测的视觉跟随装置，所述的用于临床治疗与检测的视觉跟随装置包括图像采集模块、手眼标定模块、中央处理器模块、执行模块、头部运动部分；其中：