【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导尿管软镜，特别涉及智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法及装置。
技术介绍
1、现代生活中因多种原因，如外伤、先天性疾病、肿瘤等，造成脊髓神经损伤，引起下肢活动障碍、截瘫等，同时会出现大小便障碍，特别是小便障碍，这种神经损害因素导致的小便障碍，通称为神经源性膀胱。
2、现实中对残障人士生活质量影响巨大的神经源性膀胱，病人需要携带尿器、尿不湿，导尿管等多种工具，严重影响病人的生活和社交，而且个人处理不当会造成肾积水、肾功能衰竭等恶变，这些不便捷和非专业因素成为影响他们生命的重要原因。
3、相当一部分残障人士需携带尿管或者自己间歇导尿，但因“排尿”障碍，有一定的“隐私”情节，得不到社会重视且病人认为带尿管不雅观、自己反复导尿麻烦、不便，任由病变发展。因缺乏社会的关心和支持以及病人自身的羞耻心，病人的病情得不到好转且更加严重。
4、针对这种情况，西安交通大学医学院第一附属医院提出了一种磁耦合式男性智能导尿机器人系统(公开号：cn111467117a)，该系统通过一定的结构设计全程避免护士直接接触男性患者生殖器区域，且能实现无菌稳定导尿，可有效缓解女护士的心理困惑。但是，该装置需要专业人员操作，无影像辅助判断功能，操作较为复杂，而且其都是由固定装置构成，使患者的导尿部位会被严格固定，无法移动，这可能会给患者带来一定的心理压力，舒适度也下降。
技术实现思路
1、为了实现本专利技术的上述目的和其他优点，本专利技术的第一目的是提供智能导尿机
2、获取患者导尿组织前端图像数据；
3、对所述图像数据中待识别的导尿组织前端区域进行标注；
4、通过glm-yolo目标分割网络实时检测识别导尿组织前端区域，反馈识别出的区域信息；
5、根据glm-yolo目标分割网络实时反馈的尿道口分割信息，找到尿道口分割区域的质心，将尿道口分割区域的质心与内镜图像中心点进行比较来判断该质心的位置，通过导尿管软镜三轴控制系统将导尿管软镜与该质心的位置进行配准；
6、通过力反馈传感器实时检测尿道壁对导尿管软镜的压力，通过检测到的压力来判断导尿管软镜在行进的过程中对尿道壁施加的力是否安全；
7、根据判断结果规划出最佳的导尿管路径；
8、存储不同用户对应的数据，同时记录用户每次导尿的路径信息，通过多次数据对比，生成自动导尿配置参数。
9、进一步地，在所述对所述图像数据中的导尿组织前端轮廓和导尿口进行标注步骤之后，还包括以下步骤：
10、对标注好的用户数据通过高斯模糊、旋转、明亮度、对比度、饱和度、色调处理进行增强。
11、进一步地，所述通过glm-yolo目标分割网络实时检测识别导尿组织前端区域步骤包括以下步骤：
12、对来自三个高分辨率的空间分支的输出特征图进行特征提取；
13、将来自三个不同分辨率的特征图在通道维度上进行合并，并通过轴向注意力机制以获取更全面的信息；
14、通过glm-yolo目标分割网络处理来自上下文分支的输出特征图，然后通过双线性插值上采样到高分辨率水平，以生成语义权重；
15、通过glm-yolo目标分割网络将来自上下文分支的语义权重与来自空间分支的高分辨率特征进行逐元素相乘，使低级的空间特征能够获得更丰富的高级语义信息。
16、进一步地，所述轴向注意力机制表示为：
17、
18、其中，z→()表示对张量z的维度进行给定的排列，表示一个所有元素都等于1的向量，位置嵌入q、k、v为x的线性投影，q＝wqx，k＝wkx，v＝wvx，为输入特征图，并且为学习权重，h、w、c分别为特征图的高、宽和通道数。
19、进一步地，所述导尿管软镜三轴控制系统包括x轴电机、y轴电机、z轴电机、控制单元；其中，
20、x轴电机，用于控制导尿管在水平方向的运动；
21、y轴电机，用于控制导尿管在垂直方向的运动；
22、z轴电机，用于控制导尿管在前进和后退方向的运动；
23、控制单元，用于接收系统传输的运动指令，协调和控制x轴电机、y轴电机和z轴电机驱动。
24、进一步地，所述导尿管软镜的前端配置有高分辨率的摄像头和照明系统，所述导尿管软镜用于对患者的尿道和膀胱内部进行清晰成像；
25、所述通过导尿管软镜三轴控制系统将导尿管软镜与该质心的位置进行配准包括以下步骤：
26、通过glm-yolo分割算法对所述导尿管软镜采集到的图像进行检测，得到尿道口分割结果；
27、若当前帧存在尿道口分割结果，则计算该尿道口分割结果的轮廓，计算该尿道口分割结果的质心，判断该质心所处的位置。
28、进一步地，所述通过导尿管软镜三轴控制系统将导尿管软镜与该质心的位置进行配准包括以下步骤：
29、以图像中心点坐标o(xo,yo)为原点建立直角坐标系，直角坐标系将画面分为四个区间，从左上角开始按照顺时针方向依次为第一区间、第二区间、第三区间、第四区间；其中，xo＝w/2，yo＝h/2，h为图像高度，w为图像宽度；
30、以内镜图像中心点坐标o(xo,yo)为原点建立直角坐标系，计算质心m(xm,ym)到横轴、纵轴及原点的距离：δx＝xm-xo，δy＝ym-yo，
31、判断质心m(xm,ym)所处的位置，具体判断规则为同时规定导尿管软镜三轴电机分别驱动导尿管软镜以横向运动x、纵向运动y及深度运动z；其中，横向运动x包含x向左、x向右两个动作，纵向运动y包含y向上、y向下两个动作，深度运动z包含z向前、z向后两个动作，根据质心m(xm,ym)所处的位置三轴电机的具体驱动方式为
32、
33、其中，横向运动x和纵向运动y位移大小为δx和δy，δ是人工设置的阈值，当质心m(xm,ym)与图像中心点坐标o(xo,yo)之间的距离小于阈值δ时，认为此时已经完成了靶心位置自动配准，接下来驱动导尿管软镜前进进入尿道。
34、进一步地，所述力反馈传感器采用环形力反馈传感器，所述环形力反馈传感器位于导尿管的前端，所述环形力反馈传感器用于实时监测导尿管前端所受力的情况，包括大小和方向；
35、所述通过检测到的压力来判断导尿管软镜在行进的过程中对尿道壁施加的力是否安全步骤包括以下步骤：
36、当环形力反馈传感器输出的信号达到或者超过安全阈值时，调整导尿管软镜的位置，减小导尿管前端对受压部位的施压力度。
37、进一步地，所述根据判断结果规划出最佳的导尿管路径步骤包括以下步骤：
38、通过靶心位置自动配准后，当导尿管软镜前进到尿道口位置时，标记当前位置为起始位置；
39、通过调节导尿管软镜的前端方位，在保持导尿管软镜前端受力大小在安全阈值内，控制导尿管软镜前进；
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1.智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：在所述对所述图像数据中的导尿组织前端轮廓和导尿口进行标注步骤之后，还包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述通过GLM-YOLO目标分割网络实时检测识别导尿组织前端区域步骤包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述轴向注意力机制表示为：
5.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述导尿管软镜三轴控制系统包括X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、控制单元；其中，
6.如权利要求5所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述导尿管软镜的前端配置有高分辨率的摄像头和照明系统，所述导尿管软镜用于对患者的尿道和膀胱内部进行清晰成像；
7.如权利要求6所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征
8.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述力反馈传感器采用环形力反馈传感器，所述环形力反馈传感器位于导尿管的前端，所述环形力反馈传感器用于实时监测导尿管前端所受力的情况，包括大小和方向；
9.如权利要求8所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述根据判断结果规划出最佳的导尿管路径步骤包括以下步骤：
10.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述存储不同用户对应的数据，同时记录用户每次导尿的路径信息，通过多次数据对比，生成自动导尿配置参数包括以下步骤：
11.如权利要求10所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述启动自动导尿步骤包括以下步骤：
12.智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划装置，实现如权利要求1～11任一项所述的方法，其特征在于：包括图像获取模块、图像处理模块、GLM-YOLO目标分割网络模块、导尿管软镜三轴控制系统、靶心位置自动配准模块、力反馈控制系统、自适应寻路算法模块、数据库管理及自动导尿模块；其中，
...【技术特征摘要】
1.智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：在所述对所述图像数据中的导尿组织前端轮廓和导尿口进行标注步骤之后，还包括以下步骤：
3.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述通过glm-yolo目标分割网络实时检测识别导尿组织前端区域步骤包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述轴向注意力机制表示为：
5.如权利要求1所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述导尿管软镜三轴控制系统包括x轴电机、y轴电机、z轴电机、控制单元；其中，
6.如权利要求5所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述导尿管软镜的前端配置有高分辨率的摄像头和照明系统，所述导尿管软镜用于对患者的尿道和膀胱内部进行清晰成像；
7.如权利要求6所述的智能导尿机器人自动配准及自适应路径规划方法，其特征在于：所述通过导尿管软镜三轴控制系统将导尿管软镜与该质心...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕晶，李敏，王艳，王卫国，周镇乔，贾宏博，刘勤颖，王斯博，陈月岩，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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