通过基于 2D LiDAR 的 3D 重建在遥操作机器人超声心动图中寻找初始探头位姿
机器人学
2025-09-30 v1
摘要
超声心动图是用于心脏评估的关键成像模态，但高度依赖于操作者，且在服务不足的地区缺乏训练有素的超声技师。遥操作机器人超声心动图被提出作为一种解决方案；然而，临床研究报告其检查时间比手动操作更长，增加了诊断延迟与操作员工作量。将非专家任务自动化，例如自动将探头移动到理想的起始位姿，提供了一种减轻此负担的途径。先前用于估计初始探头位姿的基于视觉与深度的方法对光照、纹理和解剖结构变异性敏感。我们提出了一种基于安装在机器人上的 2D LiDAR 的方法，该方法对胸部表面进行 3D 重建并自动估计初始探头位姿。据我们所知，这是首次将安装在机器人上的 2D LiDAR 用于人体表面 3D 重建的演示。通过基于平面的外参标定，LiDAR 与机器人基坐标系之间的变换估计总体均方根（RMS）残差为 1.8 mm，旋转不确定性低于 0.2 度。由两次线性 LiDAR 扫描重建的胸前表面与非刚性模板对齐，以识别初始探头位姿。一项基于人体模型的研究评估了重建精度，显示平均表面误差为 2.78 +/- 0.21 mm。评估该方法的人体试验（N=5）发现，探头初始点通常距离临床定义的初始点 20-30 mm，而在同一受试者上重复试验的变异小于 4 mm。
引用
@article{arxiv.2509.24867,
title = {Finding an Initial Probe Pose in Teleoperated Robotic Echocardiography via 2D LiDAR-Based 3D Reconstruction},
author = {Mariadas Capsran Roshan and Edgar M Hidalgo and Mats Isaksson and Michelle Dunn and Jagannatha Charjee Pyaraka},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.24867},
year = {2025}
}
备注
This work has been submitted to the IEEE for possible publication