基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法、系统、终端及介质与流程

本技术涉及传感器，特别是涉及基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法、系统、终端及介质。

背景技术：

1、动态触诊是一种在患者身体某部位进行有目的的触摸和按压的技术，旨在评估该部位的解剖结构、功能状态以及可能存在的异常情况。这种方法通常用于医学诊断和治疗过程中，特别是在骨科和物理治疗领域。动态触诊可以帮助医生或治疗师了解患者的肌肉、韧带、关节和其他软组织的张力和功能，以及骨骼排列和活动范围。

2、gubenko等人开发了一种组织硬度硬度传感器，通过测量中央镜子的垂直位移和用相机记录接触区域半径来测量硬度。这些测量结果与有限元模型进行比较，以测量两个样本的组织硬度，其弹性约为2300kpa和200kpa。这些硬度是通过误差“高于10％”和“接近5％”来计算的。这种传感器是软尖的。nguyen等人开发了一种传感芯片，该芯片使用三个压阻式悬臂梁来测量组织硬度。一个悬臂梁放置在芯片的中心，而其他两个悬臂梁则位于边缘。然后，这些悬臂梁被一个弹性垫覆盖。较软的软组织会更加贴合传感器，使得边缘悬臂梁相对于中心悬臂梁承受更大的力。这种差异可以从悬臂梁的电阻中测量出来。该传感器被压在六个弹性从57kpa到3.2gpa不等的样本上。当绘制电阻比图时，每个样本都产生了独特的曲线。这两种传感器都没有在动态触诊或剪切力下进行测试。

3、yuan等人也利用组织形变属性，使gelsight传感器能够感知硬度。当传感器被推入不同硬度的样本时，记录传感器表面的运动。将变形输入到神经网络中，经过几帧后，可以找到样本的硬度。虽然硬度经常与硬度一起被感知，但值得注意的是，在软材料中，这两个属性并不总是相关联的。使用的样本硬度范围在00-8到00-87之间。这些样本由弹性体制成，其弹性范围从约55kpa到约827kpa。形状经过训练但硬度未经训练的样本的测量结果的均方根误差(rmse)为00-5.18，占范围的5.95％。gelsight传感器还被证明能够在与刚性物体相互作用时测量力，并检测静态保持在对样本的压力下时的嵌入结节。然而，尚未证明这种传感器是否能够在动态触诊中用于定位硬度的变化和在软材料中定位嵌入的物体。

4、位移的共振频率的偏移也被用来测量组织硬度。omata等人指出，在设定压痕压力下，传感器共振频率的偏移与杨氏模量和弹簧常数有关。弹性范围在10kpa至100gpa之间的样本进行了测试。zhang等人测试了一种共振传感器，该传感器可以在高达45度的角度下工作，以对不同硬度的样本进行分类。硬度逐渐增加的样本从9.3％到87.5％被正确分类，准确率为92％。

5、比较不同硬度的压痕器的变形被用于感知硬度。faragasso等人使用相机测量了不同刚度弹簧上的两对压痕器的位移。该传感器在四个硅样本上进行了测试，每个样本测试一次。这些样本的弹簧刚度在0.0856n/m和2.2373n/m之间，计算误差在样本弹簧刚度的1％到5％之间。样本弹簧刚度的平均误差为3.5％。这种传感器被改装以适应内窥镜。它使用了四根梁，其中三根具有高柔韧性，一根其低顺应性可以通过使用微型螺旋线追踪其末端在单体模型上测试了该装置，误差为5.386％。这两个传感器使用刚性驱动器进行交互在组织病理学检查中，部分样本因含有血液成分而未进行动态触诊。faragasso等人将其传感器改造为可用于动态触诊。该传感器使用三个高顺应性低刚度弹簧周围排列着弹簧压头。结果表明，弹簧刚度为0.29n/mm并且可以在高达20°的角度下测量0.62n/mm的样品20度，最大误差为样本硬度的6.4％。这台该设备可以在手持设备和笔记本电脑上创建组织硬度图机器人动态触诊。传感器使用坚硬的压头来与样品相互作用。

6、nagatom和miki发明了一种传感器，可以测量通过比较材料上的应力来测量样品硬度剪切力期间不同的顺应性。四个应变仪表布置在接触针周围，两个嵌入式较低顺从性的pdms和两个嵌入较高顺从性的pdms符合pdms标准。当传感器在剪切载荷下加载时测得探针的硬度约为40gpa。传感器未使用人类软组织大小的样本进行测试或与代表体内液体的润滑剂接触触诊。传感器使用由硬质和柔性材料制成的混合尖端柔软材料。传感器未经过动态触诊测试硬度变化且可能无法检测到的任务由于仅测量弹性而嵌入物体与组织表面水平相互作用。

7、总结来说，上述罗列的硬度传感器还没有被用于动态触诊来发现物体中组织变化的位置。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法、系统、终端及介质，用于解决目前柔性尖端压头的传感器尚不能被用于动态触诊来发现物体中组织变化的位置的技术问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本技术的第一方面提供一种基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法，应用于计算机设备；所述动态触诊方法包括：通过在组织表面移动的调制光学跟踪硬度传感器，获取移动过程中产生的力反馈信号；基于所述力反馈信号获取当前接触点的组织硬度，并通过力反馈信号的连续变化情况生成对应的动态触诊结果；所述动态触诊结果包括组织硬度分布图、硬度变化的边界及可能存在异常的组织结构；所述调制光学跟踪硬度传感器的结构包括：传感器外壳；所述传感器外壳的一端设有弹性膜，所述弹性膜的内表面设有若干个视觉跟踪点；所述传感器外壳的另一端插入有图像采集设备和气动管道；所述气动管道连通至压力调节器和传感器内部；所述压力调节器控制传感器的内部压力，以通过调整传感器的顺应性确定传感器对应于各个组织接触点上的组织硬度。

3、于本技术的第一方面的一些实施例中，所述组织硬度分布图的生成方式包括：记录所述调制光学跟踪硬度传感器在组织表面移动过程中的力反馈信号的变化过程；根据各组织接触点的力反馈信号与组织硬度之间的映射关系，构建所述调制光学跟踪硬度传感器在组织表面移动过程中的组织硬度分布图。

4、于本技术的第一方面的一些实施例中，所述硬度变化的边界的确定方式包括：记录所述调制光学跟踪硬度传感器在组织表面移动过程中的力反馈信号的变化过程；提取其中幅值高于预设阈值的突变信号，以所述突变信号所对应的组织区域作为硬度变化的边界。

5、于本技术的第一方面的一些实施例中，所述传感器的顺应性随着内部压力的增加而增加；所述顺应性的增加表现为：内部气体质量随内部压力的增加而增加，进而使传感器的内部硬度增加；弹性膜的应力随内部压力的增加而增加，进而使弹性膜内表面的视觉跟踪点产生位移。

6、于本技术的第一方面的一些实施例中，所述通过调整传感器的顺应性确定待测组织的硬度的过程包括：通过所述压力调节器控制传感器的内部压力，以获取内部硬度数据、视觉跟踪点的位移数据，其获取方式包括：测量连续两个内部压力下的内部硬度数据、视觉跟踪点的位移数据，并重复此过程以收集多组数据，计算所述多组数据的特征值，从而获得最终的内部硬度数据、视觉跟踪点的位移数据；基于内部硬度数据、视觉跟踪点的位移数据，以及传感器对应在待测组织上的嵌入深度数据之差，计算生成所述待测组织的硬度。

7、于本技术的第一方面的一些实施例中，所述待测组织的硬度的计算方式包括：

8、其中，kt表示待测组织的硬度；ks1表示第一弹簧刚度，是指传感器在第一个内部压力下的内部硬度；ks2表示第二弹簧刚度，是指传感器在第二个内部压力下的内部硬度；δxs1表示第一弹簧变形量，是指视觉跟踪点在第一个内部压力下产生的位移数据；δxs2表示第二弹簧变形量，是指视觉跟踪点在第二个内部压力下产生的位移数据。

9、为实现上述目的及其他相关目的，本技术的第二方面提供一种基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊系统，包括：调制光学跟踪硬度传感器；计算机设备；所述计算机设备与所述调制光学跟踪硬度传感器电性连接，用于执行所述基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法。

10、于本技术的第二方面的一些实施例中，所述调制光学跟踪硬度传感器的弹性膜的内表面设置的若干个视觉跟踪点，其中一个视觉跟踪点位于内表面中心，其余视觉跟踪点均匀排布于围绕所述内表面中心的圆周上。

11、于本技术的第二方面的一些实施例中，所述调制光学跟踪硬度传感器的图像采集设备包括usb内窥镜相机。

12、于本技术的第二方面的一些实施例中，所述调制光学跟踪硬度传感器的弹性膜由铂催化的硅橡胶ecoflex 00-50材料制成。

13、为实现上述目的及其他相关目的，本技术的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法。

14、为实现上述目的及其他相关目的，本技术的第四方面提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法。

15、如上所述，本技术的基于调制光学跟踪硬度传感器的动态触诊方法、系统、终端及介质，具有以下有益效果：本技术利用基于调制光学跟踪硬度传感器在组织上缓慢移动得到对应的力反馈信号，根据力的连续变化情况，感测动态触诊期间组织硬度的变化。