用于亚表面和表面物体表征的移动平台压缩诱导成像制造技术

移动平台成像设备使用目标区域的压缩来生成物体的图像。触觉传感器具有包含挠性、透明的第一层的光波导。光被引导到波导中。当第一层变形时，光从第一层散射出来。第一层通过将触觉传感器压在物体上而变形。力传感器检测将触觉传感器压在物体上的力，并输出相应的力信息。第一通信单元从力传感器接收力信息。接受器保持具有第二通信单元和成像器的移动设备，该成像器可以使用从第一层散射出的光来生成图像信息。第一通信单元与第二通信单元通信，并且移动设备与外部网络通信。

Moving platform compression induced imaging for characterization of subsurface and surface objects

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于亚表面和表面物体表征的移动平台压缩诱导成像相关申请的交叉引用本申请涉及于2011年7月7日提交并于2012年1月12日作为出版物No.WO2012/006431出版的题为“ApparatusandMethodforSurfaceandSubsurfaceTactileSensationImaging”的共同专利技术和转让的国际专利申请No.PCT/US2011/043203和于2017年5月16日发布的相应的美国专利No.9,652,696，并且进一步发展了它们的教导。如同在此明确阐述一样，该申请和专利的全部内容通过引用整体并入本文。本申请还涉及并要求于2017年7月28日提交的美国临时申请No.62/538,032的优先权，其公开内容也通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及亚表面物体和表面物体的压缩诱导的成像和表征，尤其涉及一种用于确定较软固体介质的表面下方的固体目标的尺寸和刚度的基于移动平台的设备和相关方法。该设备和方法可用于非侵入性地表征人或动物体内的肿瘤。
技术介绍
弹性是用于识别恶性肿瘤的特性之一。不健康的组织往往比相应的健康组织更硬(Itoh等人2006年，Dargahi2004年，Rivaz2008年，Krouskop1998年，Regini2010年)。因此，量化组织弹性将极大地帮助医生对不健康的组织进行分类和识别。据一位研究人员报告，使用超声弹性成像技术得出的弹性评分可检测出120例中的116例恶性肿瘤(Regini2010年)。即使超声弹性成像显示出良好的效果，也存在局限性。弹性成像的主要局限性在于组织压缩影响弹性评分，这可能导致误诊(Itoh等人2006年)。此外，弹性成像需要在医院设置经训练的操作器，这意味着它不便携，并且昂贵且操作复杂。上述早先申请No.WO2012/006431的触觉成像系统(TIS)具有相机、探头和力传感器，并且可以连接到笔记本计算机。但是，该系统的实际实施例多少有点笨重、相对昂贵和复杂。因此，仍有改进的空间。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种使用目标区域的压缩来生成物体的图像的移动平台成像设备，包括：包括至少包含挠性且透明的第一层的光波导的触觉传感器，以及至少一个被配置为将光引导到光波导中的光源。光波导被配置为使得当第一层变形时，引导到光波导中的光中的至少一些被散射出第一层，并且其中第一层通过将触觉传感器压在物体上而变形；优选地是保持波导的刚性框架，或者可以形成具有充足刚性的波导，以在使用中支撑波导。检测被施加为将触觉传感器压在物体上的力并输出相应的力信息的力传感器。第一通信单元被连接成从力传感器接收力信息。提供用于保持具有第二通信单元和成像器的移动设备的接受器，该成像器被定位成使得成像器可以使用从第一层散射出的光中的至少一些来生成图像信息；其中，第一通信单元能够与第二通信单元通信，并且移动设备能够与外部网络通信。移动平台成像设备可以与移动电话组合作为移动设备。然后，移动电话可以被编程为使用从第一层散射出的光中的至少一些来生成图像信息(即，包括成像器)、接收力信息、将图像信息与力信息同步、并将相关联的信息传输到外部设备。然后，所传输的信息还可以包括所选择的诸如当前日期、当前时间、移动设备的当前用户的用户ID以及物体的目标ID的信息。图像信息可以选自包括单个图像、多个图像和视频图像的组。可以将移动平台成像设备编程为与外部设备交换多个消息、从多个消息的内容生成散列、并且使用从散列确定的加密密钥对图像和/或力信息进行加密。力传感器可以在触觉传感器和用于保持移动设备的接受器之间。移动平台成像设备还可以包括壳体，并且力传感器然后可以在壳体和用于保持移动设备的接受器之间。根据另一方面，提供了一种使用上述移动平台成像设备确定物体的表面或亚表面尺寸的方法，包括：在多个施加的力下获得图像信息和相应的力信息；以及使用3D插值估计物体的尺寸。获得步骤可以包括在改变力的同时获得时间段内的一系列图像，以及选择来自该时间段中的一部分的图像，在该部分内，相比于在该时间段的其它部分期间，力随时间变化得更平滑和/或更线性。根据另一方面，提供一种用于对准上述移动平台成像设备的光源的方法，包括：用预选的力将触觉传感器施加到已知物体上，处理图像信息以识别散射光的非对称性，以及调节光源或至少一个光源以减少非对称性。一个或多个光源照射光波导；光的波长可以因不同的应用而变化，或者可以在单个实施例中使用多个波长的光并且对其进行控制以提供变化的图像响应。光波导是透明且挠性的，其中光波导和相机被配置为具有视线以捕获偏转的光。光源可以具有扩散器以生成均匀的光和/或可以添加滤光器以控制进入或离开波导的光发射。扩散器可以是中空的管，其中光源放置在该管的内部，扩散器也可以是放置在光源和波导之间的白色塑料/纸制扩散器材料。波导可以由刚性框架保持在适当位置，其中清晰透明层可以是框架的一部分，使得当将波导压在感兴趣的区域上时，面对该感兴趣区域的波导的前部或部分将会变形，而波导将具有充足的刚度来维持波导和相机之间的视线，以允许偏转光的检测以及所施加的力的计算。刚度可以由波导本身(即，被成形/被配置为提供刚度的波导)、波导后面的玻璃或塑料板、或相机透镜本身提供。在一个实施例中，示出了具有清晰的刚性背衬的矩形波导。如果将波导弯曲以提供如图3A所示的充足的刚度，那么将不需要刚性的清晰背衬层。根据另一方面，提供了一种用于检测移动平台成像设备的波导的切割或损坏的方法，包括用预选的力将触觉传感器施加到已知物体上，处理图像信息以识别散射光的非对称性，以及当非对称性超过阈值时，表示波导的切割或损坏。根据另一方面，提供了一种确定移动平台成像设备的目标的柔软度的方法，包括：根据图像信息确定接触面积，根据触觉传感器的接触面积和力信息确定应力，根据图像信息和确定的应力确定挠性波导的应变；以及根据挠性波导的应变、接触面积和应力确定内含物的应变。确定挠性波导的应变的步骤可以使用散射光的像素的强度的总和与散射光的最大强度像素的强度中的至少一个。根据另一方面，提供了一种使用压缩诱导成像系统(CIS)信息来确定目标的绝对弹性的方法，包括使用有限元方法的正向建模方法，之后是具有深层简洁网络的逆向(inverse)建模方法。根据另一方面，一种获得物体的肿瘤风险指数的方法，包括以下中的至少一项：将肿瘤风险指数计算为物体的尺寸和刚性的加权总和；以及使用卷积神经网络确定风险指数的机器学习方法。根据另一方面，提供了一种通信的方法，包括：由第一设备与第二设备交换多个消息，从多个消息的内容生成散列，以及以下中的至少一项：使用从散列确定的加密密钥对信息进行加密，并将加密后的信息发送给第二设备；以及从第二设备接收信息，并尝试使用从散列确定的加密密钥来解密信息。智能电话平台移除了对笔记本电脑和专用相机的需求，并使更紧凑且更便携的设备成为可能。仅通过弹性体探头、光源和框架即可制作智能电话附件。通过利用当今社会无处不在的智能电话，移动平台上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用目标区域的压缩来生成物体的图像的移动平台成像设备，包括：/n触觉传感器，所述触觉传感器包括至少包含挠性且透明的第一层的光波导，所述触觉传感器还包括被配置为将光引导到所述光波导中的至少一个光源，其中，所述光波导被配置为使得当所述第一层变形时，引导到所述光波导中的光中的至少一些被散射出所述第一层，并且其中，所述第一层通过所述触觉传感器被压在所述物体上而变形；/n支撑结构，所述支撑结构用于当力被施加到所述光波导时将所述光波导维持在适当位置；/n力传感器，所述力传感器检测被施加为将所述触觉传感器压在所述物体上的力，并输出相应的力信息；/n第一通信单元，所述第一通信单元被连接为从所述力传感器接收力信息；以及/n接受器，所述接受器用于保持具有第二通信单元和成像器的移动设备，被定位为使得所述成像器能够使用从所述第一层散射出的光中的至少一些来生成图像信息；其中，所述第一通信单元能够与所述第二通信单元通信，并且所述移动设备能够与外部网络通信。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170728 US 62/538,0321.一种使用目标区域的压缩来生成物体的图像的移动平台成像设备，包括：
触觉传感器，所述触觉传感器包括至少包含挠性且透明的第一层的光波导，所述触觉传感器还包括被配置为将光引导到所述光波导中的至少一个光源，其中，所述光波导被配置为使得当所述第一层变形时，引导到所述光波导中的光中的至少一些被散射出所述第一层，并且其中，所述第一层通过所述触觉传感器被压在所述物体上而变形；
支撑结构，所述支撑结构用于当力被施加到所述光波导时将所述光波导维持在适当位置；
力传感器，所述力传感器检测被施加为将所述触觉传感器压在所述物体上的力，并输出相应的力信息；
第一通信单元，所述第一通信单元被连接为从所述力传感器接收力信息；以及
接受器，所述接受器用于保持具有第二通信单元和成像器的移动设备，被定位为使得所述成像器能够使用从所述第一层散射出的光中的至少一些来生成图像信息；其中，所述第一通信单元能够与所述第二通信单元通信，并且所述移动设备能够与外部网络通信。


2.如权利要求1所述的移动平台成像设备，所述移动平台成像设备与所述移动设备组合，其中，所述移动设备是移动电话。


3.如权利要求2所述的移动平台成像设备，其中，所述移动电话被编程为根据从所述第一层散射出的光中的至少一些来生成图像信息，接收力信息，将图像信息与力信息同步，并将相关联的信息传输到外部设备。


4.如权利要求3所述的移动平台成像设备，其中，所述相关联的信息还包括选自当前日期、当前时间、所述移动设备的当前用户的用户ID以及所述物体的目标ID的信息。


5.如权利要求1所述的移动平台成像设备，其中，所述图像信息选自包括单个图像、多个图像和视频图像的组。


6.如权利要求1所述的移动平台成像设备，其中，所述移动设备被编程为与外部设备交换多个消息，从所述多个消息的内容生成散列，并且使用从所述散列确定的加密密钥对同步的信息进行加密。


7.如权利要求1所述的移动平台成像设备，其中，所述接受器被配置作为框架，所述框架限定用于选择性可移除地接收所述移动设备的托架，使得所述移动设备的成像单元被定位为与所述光波导相对并沿着与所述光波导的视线。


8.如权利要求7所述的移动平台成像设备，其中，所述框架包括具有切口的保持器，所述切口用于在其中安装所述光波导。


9.如权利要求8所述的移动平台成像设备，其中，至少一个孔围绕所述保持器间隔地形成以用于安装所述至少一个光源，从而提供所述光波导的选择性侧面照明。


10.如权利要求8所述的移动平台成像设备，其中，在所述切口内基本居中地形成开口，以在所述成像单元和所述光波导之间提供视线。


11.如权利要求7所述的移动平台成像设备，其中，所述托架包括用于与所述移动设备接合的凸起的侧面。


12.如权利要求1所述的移动平台成像设备，其中，所述力传感器在所述触觉传感器和用于保持所述移动设备的所述接受器之间。


13.如权利要求1所述的移动平台成像设备，还包括手柄，其中，所述力传感器在所述手柄和用于保持所述移动设备的所述接受器之间。


14.如权利要求13所述的移动平台成像设备，其中，所述手柄由所述接受器的框架限定。


15.如权利要求13所述的移动平台成像设备，其中，所述手柄由可操作地安装在框架上的壳体限定。


16.如权利要求15所述的移动平台成像设备，还包括电机，所述电机可操作地安装在所述壳体上，用于控制由所述力传感器感测到的力通过所述接受器到所述触觉传感器的施加。


17.如权利要求1所述的移动平台成像设备，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：CH·万，
申请(专利权)人：坦普尔大学，
类型：发明
国别省市：美国;US