1. Confidence-Driven Control of an Ultrasound Probe
- Author
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Pierre Chatelain, Alexandre Krupa, Nassir Navab, Computer Aided Medical Procedures & Augmented Reality (CAMPAR), Technische Universität Munchen - Université Technique de Munich [Munich, Allemagne] (TUM), Visual servoing in robotics, computer vision, and augmented reality (Lagadic), Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5), Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
- Subjects
0209 industrial biotechnology ,Engineering ,Image quality ,medical robotics ,Field of view ,02 engineering and technology ,Visual servoing ,030218 nuclear medicine & medical imaging ,03 medical and health sciences ,020901 industrial engineering & automation ,0302 clinical medicine ,Robustness (computer science) ,Medical imaging ,[INFO.INFO-RB]Computer Science [cs]/Robotics [cs.RO] ,Computer vision ,Electrical and Electronic Engineering ,Simulation ,robot control ,visual servoing ,business.industry ,ultrasonography ,Computer Science Applications ,Robot control ,Control and Systems Engineering ,Teleoperation ,Robot ,Artificial intelligence ,business - Abstract
International audience; We present a control framework for optimizing the image quality during robotic ultrasound acquisitions. The quality of the ultrasound signal across the field of view is represented by a confidence map that is computed online from the B-mode frames, following a model of sound propagation. Moments extracted from this confidence map are used to design a control law for optimizing imaging quality, based on the task function approach. The proposed confidence control is combined with force and position control to build two illustrative applications. First, we use force control and confidence control in order to maintain a correct pressure and a good orientation of the probe during teleoperation. Thus, control is shared between a human operator and the robot. Then, we add an automatic positioning task, so that the quality is optimized while maintaining a target in the image center. We show experimentally that confidence-driven control can effectively optimize the acoustic window in real-time. In addition, we show that it can improve the tracking robustness, by preventing the target from being shadowed. Finally, we present the results of experiments performed on a human volunteer.
- Published
- 2017