本發明涉及醫療設備，更具體的說是涉及一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統。

背景技術：

1、上消化道疾病是全球范圍內廣泛存在的健康挑戰，尤其胃癌在全球癌癥發病率和死亡率中分別排名第五和第三。胃鏡檢查被視為診斷和篩查多種胃病的金標準。

2、做胃鏡檢查時，常常需要術者一手持胃鏡插入部，一手持胃鏡操作部，并保持胃鏡在消化道內的位置與鏡頭角度長時間固定不變，長時間的握持/保持不舒服的姿勢容易引起術者疲勞，從而影響檢查的準確性，導致漏診和誤診。同時在常規診療中，醫生主要依賴于視覺這項單一反饋，特別是在內鏡治療的情景下，術者因經驗缺乏導致判斷失誤，因手抖和移位導致定位錯誤，極易造成患者的醫源性損傷。因此，替代醫生雙手操作胃鏡和基于人工智能的高精定位識別就變得尤為重要。已有相關專利提出了胃鏡支架，從一定程度上解放了醫生的雙手，但市面上的支架仍存在缺陷，比如仍需要醫生直接握持胃鏡的操作部以調整胃鏡位置和角度，操作繁瑣，效率低下。

3、因此，如何替代醫生雙手操作胃鏡識別并對圖像進行定位識別是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，以解決上述背景技術存在的問題。

2、為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，包括：胃鏡控制系統、識別定位模塊、積分計算模塊，所述胃鏡控制系統控制采集胃鏡圖像數據，所述識別定位模塊接收所述胃鏡圖像數據，對所述胃鏡圖像數據進行感興趣區域定位；所述積分計算模塊對所述感興趣區域進行分子光譜測量獲取胃部組織的光譜數據，基于所述光譜數據進行積分能量比值計算。

4、優選的，所述胃鏡控制系統包括：胃鏡、機械臂、微小型力覺傳感器、轉子操作器與主機，所述胃鏡設置于機械臂末端并與主機線性連接，收集胃鏡圖像數據；所述機械臂與所述主機線性連接，通過主機內預設算法控制機械臂運動；所述微小型力覺傳感器設置于所述胃鏡末端，當胃鏡末端接觸并擠壓胃腸道內壁時，生成力覺信號發送至所述主機；所述轉子操作器控制胃鏡圖像角度。

5、優選的，所述胃鏡包括：胃鏡操作部、胃鏡插入部、光導鏡頭、物鏡、圖像傳感器，胃鏡插入部為裝有光導纖維的管狀結構，所述胃鏡操作部與胃鏡插入部固定連接，所述胃鏡操作部與胃鏡插入部連接處設置有器材入口，所述胃鏡操作部另一端設置有大轉子和小轉子，所述大轉子和小轉子同軸設置，大轉子和小轉子與所述胃鏡插入部的導絲連接；所述胃鏡插入部接近末端處設置有彎曲部，所述胃鏡插入部內部設置有導絲，通過所述大轉子和小轉子扭轉導絲驅動胃鏡插入部末端的彎曲部，所述光導鏡頭、器材出口、物鏡與圖像傳感器設置于所述胃鏡插入部末端，所述光導鏡頭傳導光源發出的光亮，所述物鏡接受經胃腸道壁反射的光信號并進行成像，所述胃鏡圖像數據通過圖像傳感器傳輸至主機；內鏡治療器械由器材入口進入，從器材出口伸出。

6、優選的，所述機械臂包括：位置傳感器、力傳感器、電機、基座、兩個連桿、三個關節、夾持器和主機連接口，所述基座固定有關節，連桿與關節間隔設置，所述夾持器設置于距離基座最遠的關節末端處；各所述關節處設置有電機、位置傳感器與力傳感器，所述電機控制關節扭轉，所述位置傳感器實時獲取電機旋轉角度，所述力傳感器實時獲取電機扭矩；所述主機連接口通過線路與主機連接。

7、優選的，所述主機包括：光源、顯示屏、操作平臺、圖像處理器、力覺處理器、視觸覺融合系統和胃鏡運動控制系統，所述光源傳導光信號到所述光導鏡頭；所述顯示屏顯示圖像處理器輸出的圖像信號；所述圖像處理器接收所述圖像傳感器收集的胃鏡圖像數據；所述操作平臺發送信號到所述胃鏡運動控制系統；所述力覺處理器接受微小型力覺傳感器采集的力覺信號，根據預設的觸覺數據庫建立安全與空間模型；所述視觸覺融合系統融合胃鏡圖像數據與力覺信號，實時跟蹤內窺鏡在胃內的位置和姿態，并判斷所述物鏡對胃腸壁的壓力，胃鏡運動控制系統通過接收所述操作平臺信號，將信號通過預設控制算法轉化為運動指令發送到所述轉子操作器與機械臂。

8、優選的，所述轉子操作器內部設置有匹配大轉子和小轉子的凹陷，包括：外轉盤、內轉盤、第一伺服電機、第二伺服電機、中軸和外殼，所述外殼、外轉盤與內轉盤均同軸設置，所述中軸固定于外殼內部；所述外轉盤內部設置有第一伺服電機，所述內轉盤內部設置有第二伺服電機；所述第一伺服電機、第二伺服電機均與中軸齒輪嚙合，進行同軸轉動；所述外轉盤帶動大轉子轉動，所述內轉盤帶動小轉子轉動。

9、優選的，所述轉子操作器為圓柱狀。

10、經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明公開提供了一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，系統能夠實現高效率的內窺鏡運動控制，減少操作者的負擔；自動完成一些繁瑣的操作，節省醫生的時間和精力；采用先進的傳感器和執行機構，具有較高的可靠性和穩定性；為實現下一步的遠程腔鏡操作鋪墊了道路，可根據網絡遠程指令實現運動控制。

技術特征：

1.一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，包括：胃鏡控制系統、識別定位模塊、積分計算模塊，所述胃鏡控制系統控制采集胃鏡圖像數據，所述識別定位模塊接收所述胃鏡圖像數據，對所述胃鏡圖像數據進行感興趣區域定位；所述積分計算模塊對所述感興趣區域進行分子光譜測量獲取胃部組織的光譜數據，基于所述光譜數據進行積分能量比值計算。

2.根據權利要求1所述的一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，所述胃鏡控制系統包括：胃鏡、機械臂、微小型力覺傳感器、轉子操作器與主機，所述胃鏡設置于機械臂末端并與主機線性連接，收集胃鏡圖像數據；所述機械臂與所述主機線性連接，通過主機內預設算法控制機械臂運動；所述微小型力覺傳感器設置于所述胃鏡末端，當胃鏡末端接觸并擠壓胃腸道內壁時，生成力覺信號發送至所述主機；所述轉子操作器控制胃鏡圖像角度。

3.根據權利要求2所述的一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，所述胃鏡包括：胃鏡操作部、胃鏡插入部、光導鏡頭、物鏡、圖像傳感器，胃鏡插入部為裝有光導纖維的管狀結構，所述胃鏡操作部與胃鏡插入部固定連接，所述胃鏡操作部與胃鏡插入部連接處設置有器材入口，所述胃鏡操作部另一端設置有大轉子和小轉子，所述大轉子和小轉子同軸設置，大轉子和小轉子與所述胃鏡插入部的導絲連接；所述胃鏡插入部接近末端處設置有彎曲部，所述胃鏡插入部內部設置有導絲，通過所述大轉子和小轉子扭轉導絲驅動胃鏡插入部末端的彎曲部，所述光導鏡頭、器材出口、物鏡與圖像傳感器設置于所述胃鏡插入部末端，所述光導鏡頭傳導光源發出的光亮，所述物鏡接受經胃腸道壁反射的光信號并進行成像，所述胃鏡圖像數據通過圖像傳感器傳輸至主機；內鏡治療器械由器材入口進入，從器材出口伸出。

4.根據權利要求3所述的一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，所述機械臂包括：位置傳感器、力傳感器、電機、基座、兩個連桿、三個關節、夾持器和主機連接口，所述基座固定有關節，連桿與關節間隔設置，所述夾持器設置于距離基座最遠的關節末端處；各所述關節處設置有電機、位置傳感器與力傳感器，所述電機控制關節扭轉，所述位置傳感器實時獲取電機旋轉角度，所述力傳感器實時獲取電機扭矩；所述主機連接口通過線路與主機連接。

5.根據權利要求4所述的一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，所述主機包括：光源、顯示屏、操作平臺、圖像處理器、力覺處理器、視觸覺融合系統和胃鏡運動控制系統，所述光源傳導光信號到所述光導鏡頭；所述顯示屏顯示圖像處理器輸出的圖像信號；所述圖像處理器接收所述圖像傳感器收集的胃鏡圖像數據；所述操作平臺發送信號到所述胃鏡運動控制系統；所述力覺處理器接受微小型力覺傳感器采集的力覺信號，根據預設的觸覺數據庫建立安全與空間模型；所述視觸覺融合系統融合胃鏡圖像數據與力覺信號，實時跟蹤內窺鏡在胃內的位置和姿態，判斷所述物鏡對胃腸壁的壓力，胃鏡運動控制系統通過接收所述操作平臺信號，將信號通過預設控制算法轉化為運動指令發送到所述轉子操作器與機械臂。

6.根據權利要求3所述的一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，所述轉子操作器內部設置有匹配大轉子和小轉子的凹陷，包括：外轉盤、內轉盤、第一伺服電機、第二伺服電機、中軸和外殼，所述外殼、外轉盤與內轉盤均同軸設置，所述中軸固定于外殼內部；所述外轉盤內部設置有第一伺服電機，所述內轉盤內部設置有第二伺服電機；所述第一伺服電機、第二伺服電機均與中軸齒輪嚙合，進行同軸轉動；所述外轉盤帶動大轉子轉動，所述內轉盤帶動小轉子轉動。

7.根據權利要求6所述的一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，其特征在于，所述轉子操作器為圓柱狀。

技術總結
本發明公開了一種基于視觸融合與光學學習的胃鏡機器人系統，涉及醫療設備技術領域，包括：胃鏡控制系統、識別定位模塊、積分計算模塊，胃鏡控制系統控制采集胃鏡圖像數據，識別定位模塊接收胃鏡圖像數據，對胃鏡圖像數據進行感興趣區域定位；積分計算模塊對感興趣區域進行分子光譜測量獲取胃部組織的光譜數據，基于所述光譜數據進行積分能量比值計算。本發明能夠實現高效率的內窺鏡運動控制，減少操作者的負擔，采用先進的傳感器和執行機構，具有較高的可靠性和穩定性。

技術研發人員：虞洪,俞欣,呂紅媛,艾知超,徐紅霞,馬小龍,孫秀影
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28