Ultrasound (US) imaging is widely employed for diagnosis and staging of peripheral vascular diseases (PVD), mainly due to its high availability and the fact it does not emit radiation. However, high inter-operator variability and a lack of repeatability of US image acquisition hinder the implementation of extensive screening programs. To address this challenge, we propose an end-to-end workflow for automatic robotic US screening of tubular structures using only the real-time US imaging feedback. We first train a U-Net for real-time segmentation of the vascular structure from cross-sectional US images. Then, we represent the detected vascular structure as a 3D point cloud and use it to estimate the longitudinal axis of the target tubular structure and its mean radius by solving a constrained non-linear optimization problem. Iterating the previous processes, the US probe is automatically aligned to the orientation normal to the target tubular tissue and adjusted online to center the tracked tissue based on the spatial calibration. The real-time segmentation result is evaluated both on a phantom and in-vivo on brachial arteries of volunteers. In addition, the whole process is validated both in simulation and physical phantoms. The mean absolute radius error and orientation error ($\pm$ SD) in the simulation are $1.16\pm0.1~mm$ and $2.7\pm3.3^{\circ}$, respectively. On a gel phantom, these errors are $1.95\pm2.02~mm$ and $3.3\pm2.4^{\circ}$. This shows that the method is able to automatically screen tubular tissues with an optimal probe orientation (i.e. normal to the vessel) and at the same to accurately estimate the mean radius, both in real-time.


翻译:超声波成像(US)被广泛用于诊断和治疗外围血管疾病(PVD),这主要是因为其可获得性高,而且它不会释放辐射。然而,高操作器之间的变异性以及美国图像获取缺乏重复性阻碍了广泛筛选程序的实施。为了应对这一挑战,我们提议仅使用美国实时成像反馈,对管状结构进行自动自动机器人筛查,我们首先培训一个用于跨区图像血管结构实时分割的U-Net。然后,我们将检测到的血管结构作为3D点云值自动估算,并用它来估算目标管状结构及其平均半径的长轴,解决了受限制的非线性优化问题。为了应对这一挑战,我们提议建立一个端对端对端流程进行自动自动自动自动自动检查,并根据空间校准对跟踪组织进行在线调整。实时分解结果是用光图和正振动图来评估,正态正态的正态直方向是正态和正态的正态方向。此外,正态的正态和正态直方正态方向是SD的正态。

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