Un système robotique basé sur la vision pour l’imagerie par ultrasons 3D

Un système robotique basé sur la vision pour l'imagerie par ultrasons 3D

Flux de travail du système. (a) Trois types d’entrées de la caméra de profondeur (b) le module d’extraction de trajectoire de balayage (c) le module de mouvement robotique suivant une trajectoire planifiée (d) le module de surveillance de mouvement d’objet. Crédit : Jiang et al.

Les techniques d’imagerie par ultrasons se sont avérées être des outils très précieux pour diagnostiquer une variété de problèmes de santé, y compris la maladie artérielle périphérique (MAP). La MAP, l’une des maladies les plus courantes chez les personnes âgées, entraîne le blocage ou le rétrécissement des vaisseaux sanguins périphériques, ce qui limite l’apport de sang à des zones spécifiques du corps.

Les méthodes d’imagerie par ultrasons sont parmi les moyens les plus populaires de diagnostiquer la MAP, en raison de leurs nombreuses caractéristiques avantageuses. En fait, contrairement à d’autres méthodes d’imagerie, telles que l’angiographie par tomodensitométrie et l’angiographie par résonance magnétique, l’imagerie par ultrasons est non invasive, peu coûteuse et sans rayonnement.

La plupart des techniques d’imagerie ultrasonore existantes sont conçues pour capturer des images bidimensionnelles en temps réel. Bien que cela puisse être utile dans certains cas, leur incapacité à collecter des informations tridimensionnelles réduit la fiabilité des données qu’ils recueillent, augmentant leur sensibilité aux variations dans la façon dont les médecins individuels ont utilisé une technique donnée.

Des chercheurs de l’Université technique de Munich, de l’Université du Zhejiang et de l’Université Johns Hopkins ont récemment développé un nouveau système robotique capable de capturer des images échographiques 3D de bonne qualité. Ce système robotique, présenté dans un article prépublié sur arXiv, pourrait permettre aux médecins et aux prestataires de soins de recueillir des données anatomiques plus fiables grâce à la technologie des ultrasons.

La grande majorité des systèmes d’imagerie par ultrasons 3D développés jusqu’à présent ne permettent pas aux utilisateurs de capturer l’intégralité de l’arbre artériel de membres humains individuels, car les objets examinés ne peuvent pas être ajustés pendant la collecte des données. Si un objet ou un membre bouge pendant le processus de collecte de données, en effet, la qualité des images 3D collectées par ces systèmes a tendance à diminuer considérablement.

« Pour relever ce défi, nous proposons un système d’échographie robotique basé sur la vision qui peut surveiller le mouvement d’un objet et mettre à jour automatiquement la trajectoire de balayage pour fournir des images composées en 3D de l’anatomie cible de manière transparente », ont écrit Zhongliang Jiang et ses collègues dans leur article.

Leur système robotique est basé sur la vision par ordinateur. En effet, il utilise dans un premier temps une caméra de profondeur pour extraire la trajectoire de balayage planifiée manuellement de l’objet en cours d’examen. Cette trajectoire de balayage est ensuite utilisée pour estimer la direction normale de l’objet.

« Par la suite, pour surveiller le mouvement et compenser davantage ce mouvement pour suivre avec précision la trajectoire, la position des marqueurs passifs fermement attachés est suivie en temps réel », ont expliqué les chercheurs dans leur article. « Enfin, une composition par étapes est effectuée. »

En plus d’une caméra de profondeur RVB-D, le système robotique créé par Jiang et ses collègues se compose d’un manipulateur robotique, d’une sonde linéaire CPLA12875 et d’une interface à ultrasonsB. Les mouvements du manipulateur robotique peuvent être contrôlés via un système créé par l’équipe, qui est basé sur le système d’exploitation du robot (ROS), un cadre pour l’écriture de logiciels robotiques.

Le logiciel sur lequel le système s’exécute comporte trois composants principaux, à savoir une technique d’extraction de trajectoire de balayage basée sur la vision, un balayage automatique par ultrasons robotique et une méthode de composition d’ultrasons 3D, ainsi qu’un système de surveillance des mouvements. Ce dernier est conçu pour mettre à jour la trajectoire extraite par le système et corriger la composition 3D.

Pour évaluer les performances du système qu’ils ont créé, Jiang et ses collègues ont réalisé une série d’expériences en utilisant un fantôme vasculaire conçu sur mesure et à base de gel. Leurs découvertes étaient très prometteuses, car leur système était capable de capturer des images 3D complètes et de bonne qualité des vaisseaux sanguins cibles, même lorsque l’objet qu’il examinait était en mouvement.

« La validation préliminaire sur un fantôme de gel démontre que l’approche proposée peut fournir une géométrie 3D prometteuse, même lorsque l’objet numérisé est déplacé », ont écrit les chercheurs dans leur article. « Bien que l’application vasculaire ait été utilisée pour démontrer la méthode proposée, la méthode peut également être utilisée pour d’autres applications, telles que la visualisation osseuse par ultrasons. »


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Plus d’information:
Échographie 3D robotique sensible au mouvement. arXiv:2107.05998 [cs.RO]. arxiv.org/abs/2107.05998

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Citation: Un système robotique basé sur la vision pour l’imagerie par ultrasons 3D (2021, 23 août) récupéré le 23 août 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-08-vision-based-robotic-3d-ultrasound-imaging.html

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