"怀长期主义，聊医工科技"
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| 今天的文章中，超哥为大家介绍了为机器人平台设计的超声探头适配器，以提高在紧急医疗场景中的超声成像效率。该研究评估了四种不同的探头适配器，包括齿轮设计、模块化设计、双端设计和商用Robotiq夹持器。通过一系列实验，验证了各设计在探头交换时间、图像捕捉稳定性和力重复性方面的表现。结果表明，齿轮设计和双端设计在探头切换速度和图像捕捉稳定性方面表现最佳，特别是双端设计具有较高的成像重复性。研究表明，这些探头适配器能够帮助机器人实现高效的超声图像捕捉，并为未来结合人工智能的自动化超声成像系统奠定基础。 |
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在紧急医疗中，超声成像是一种快速有效的分诊工具，尤其是在资源有限的情况下，如军事医学或偏远地区急救。在这些环境中，超声图像捕捉可以帮助快速识别患者腹腔和胸腔中的游离液体，判断是否需要立即手术干预。尽管超声成像在急救中的应用非常广泛，但高质量的超声图像捕捉依赖于熟练的操作技术，而在伤员发生的地点，可能缺乏足够的专业技术人员。因此，机器人与计算机视觉技术被提出用于简化超声图像获取，特别是在受伤现场或医疗资源紧缺的环境中。本文重点探讨了开发用于机器人平台的超声探头适配器原型，并评估其在多个评分标准下的性能表现。
机器人超声平台设计
本文的设计目标是开发多种适配器原型，用于将超声探头与机器人平台结合，使其能够在多个解剖位置上重复精确地捕捉超声图像。研究评估了四种超声探头适配器的设计，比较了它们在不同类型的超声换能器（线性探头和曲线探头）下的表现。测试结果显示，部分适配器的性能优于传统的机器人夹持器和手动图像捕捉方式，特别是一个紧凑的旋转设计最适合用于伤员现场的无线成像技术。
图1展示了**“机器人手臂超声成像设置示意图，UR5e手臂固定在桌面上，定位在仿真人体模型上，搭载了终端适配器以进行超声图像捕捉。”**
适配器的设计与评估
研究开发了四种适配器设计，它们需要满足几个关键设计要求，包括在超声探头与受试者之间确保稳定的接触、适应机器人手臂的运动范围以及提供快速探头切换的功能。每种适配器设计都进行了广泛测试，以确定其在不同场景下的适应性、稳定性和性能。
齿轮设计：该设计旨在实现探头的无缝切换，利用三层齿轮和双齿轮系统，可以在切换探头时使一个探头抬起的同时另一个探头收回。这种设计的优点在于其探头交换速度快，适用于快速响应的急救环境。
模块化设计：模块化设计通过快速对接和移除探头模块来实现探头切换。每个探头模块都可以快速安装在一个接收模块中，设计上考虑了快速切换探头以应对不同的成像需求。然而该设计的缺点是更换探头时间相对较长。
双端设计：此设计使用无线双端探头，可以通过旋转适配器来实现探头两端的切换。探头的无线功能减少了有线探头在操作中的运动限制，因此在更复杂的成像环境中具有较大的灵活性。
Robotiq夹持器：作为商用夹持器，它通过调整夹持宽度来固定超声探头。虽然其设计通用性较高，但在某些特定应用场景下，其图像稳定性和探头切换速度不如其他定制设计。
图2展示了**“比较了每种探头适配器设计与探头交换机制。显示了三种不同的设计：齿轮设计（第1行），模块化设计（第2行），双端设计（第3行）。”**
测试与结果
为了验证不同适配器的性能，本文进行了两个主要测试：
eFAST测试：使用胸部仿真模型，通过力传感器检测机器人探头在每个扫描点上的接触稳定性。结果表明，除了模块化设计外，其他设计的接触力都具有较高的重复性，表明探头适配器在多次使用中的稳定性良好。
超声图像捕捉测试：为了评估不同探头适配器的图像捕捉能力，使用了符合超声要求的腿部仿真模型，探头在不同角度下捕捉超声图像。测试结果表明，双端设计的图像捕捉稳定性最高，其X方向和Y方向的标准差均显著低于其他设计。
图6展示了**“不同探头设计下图像重复性的比较，双端设计表现最佳。”**
此外，探头切换时间也是评估的一个重要指标。齿轮设计在探头切换上表现出明显优势，仅需1.1秒即可完成探头的切换，而模块化设计耗时最长，平均为6.6秒。
图5显示了**“不同探头适配器的切换时间比较，星号标记表示统计学上的显著差异。”**
总结与未来发展
通过本研究，证明了机器人平台可以通过适当设计的探头适配器实现高效的自动超声图像捕捉，尤其是在紧急医疗场景下。齿轮设计和双端设计在多项测试中表现最佳，展示了其在未来自动化超声成像中的潜力。未来的研究将继续优化这些适配器设计，特别是结合人工智能（AI）技术以实现全自动化的图像获取和诊断系统。这将显著降低在紧急情况下进行超声检查的技术门槛，为偏远地区或战地伤员提供更及时的医疗干预。
图7显示了**“使用双端探头适配器时，不同超声系统（VScan和Terason系统）的图像标准差比较，进一步强调了双端设计的图像稳定性。”**
参考文献
Amezcua, Krysta-Lynn, James Collier, Michael Lopez, Sofia I. Hernandez Torres, Austin Ruiz, Rachel Gathright, and Eric J. Snider. "Design and testing of ultrasound probe adapters for a robotic imaging platform." Scientific Reports 14, no. 1 (2024): 5102.
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我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...
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