手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制方法及系统

本发明属于医疗辅助设备自动化控制，具体涉及一种手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制方法及系统。

背景技术：

1、在医疗操作尤其是无菌操作场景中，医护人员需佩戴医用手套以建立无菌屏障。现有自动手套穿戴机、负压式手套穿戴设备和手套供给设备，通常用于完成手套供给、撑开、吸附、推送、手部插入以及机构复位等初步穿戴动作。已有公开技术多围绕手套如何打开、保持、负压或气体辅助戴入，以及手套与手术衣袖口界面的保持结构展开。这些方案能够解决手套被戴入或袖口保持的问题，但其完成信号通常仍是动作完成信号或机构状态信号。

2、然而，手套已经被戴入手部，若二者之间存在覆盖不足、层叠顺序错误（手套袖口位于手术衣袖口内侧）、贴合间隙过大、局部卷边、手术衣袖口外露或腕部皮肤外露等情况，即使自动手套穿戴机的初步穿戴动作已经完成，仍可能出现袖口屏障不连续以及不合格状态被放行的问题。而手套袖口和手术衣袖口均为柔性薄层材料，实际使用时可能颜色相近、厚度较薄、边缘贴近，并伴随局部遮挡、褶皱或反光，往往难以稳定判断手套袖口是否位于手术衣袖口外侧，也难以确认局部贴合是否充分。

3、现有技术中，缺乏在自动手套穿戴机完成手套初步穿戴后，如何对手套袖口与手术衣袖口之间的覆盖边界进行客观检测、有效覆盖判定、异常分区定位、受约束纠偏和复检放行的方案。

4、综上所述，亟需提供一种能提高医用手套和手术衣袖口覆盖边界的准入判断可靠性，实现局部精准纠偏与闭环控制，并判断袖口覆盖边界是否合格的手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能提高医用手套和手术衣袖口覆盖边界的准入判断可靠性，实现局部精准纠偏与闭环控制，并判断袖口覆盖边界是否合格的手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制系统及方法。

2、上述目的是通过如下技术方案实现：一种手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制方法，包括如下步骤：

3、s1，准入检测触发：接收自动手套穿戴机的初步穿戴完成信号，启动袖口覆盖边界检测；

4、s2，多源检测与分区映射：获取手套袖口边缘与手术衣袖口边缘的多源检测数据，建立手腕轴向-周向坐标系，将袖口区域划分为多个周向图像分区，并建立所述图像分区与物理执行分区的映射关系；

5、s3，多维度有效覆盖判定：从所述多源检测数据中提取各图像分区的覆盖长度、贴合间隙、识别置信度和遮挡率，并基于深度可靠度动态判定各图像分区的层叠顺序，基于覆盖长度、层叠顺序、贴合间隙、识别置信度和遮挡率判断各图像分区是否满足预设的有效覆盖条件；若所有图像分区均满足，则输出放行信号，否则执行步骤s4；

6、s4，异常分级与处理分流：对未满足有效覆盖条件的分区进行异常归因，区分硬门槛异常与可纠偏异常；若存在硬门槛异常，直接输出禁止放行信号并提示人工处理或重新穿戴；若仅存在可纠偏异常，执行步骤s5；

7、s5，局部受限纠偏动作生成：将可纠偏异常对应的图像分区映射至目标物理执行分区，生成仅作用于所述目标物理执行分区及其相邻缓冲分区的局部受限纠偏动作；

8、s6，洁净安全约束下纠偏与复检放行：在满足洁净安全约束的条件下执行所述局部受限纠偏动作，待袖口区域稳定后重新执行步骤s2-s3；若复检所有图像分区均满足有效覆盖条件且无硬门槛异常，输出最终放行信号；若纠偏次数达到预设上限后覆盖状态未改善，则停止纠偏并输出禁止放行信号。

9、本发明将 初步穿戴完成定义为质量检测的触发条件，而非最终放行依据。围绕“袖口覆盖边界客观质量”这一核心目标展开；具体应用过程中，在初步穿戴动作完成后，系统不直接输出放行信号，可先控制所有遮挡机构退让，为质量检测创造无干扰的检测环境；通过多源感知获取覆盖边界的客观数据，而非依赖机构状态信号；只有经过完整的质量判定、异常处理和复检验证，确认所有分区均满足无菌屏障要求后，才输出最终放行信号。

10、如此，从根源上杜绝了动作完成但覆盖不足、层叠顺序错误、皮肤外露等不合格状态被误放行的可能。

11、针对手套与手术衣袖口均为柔性薄层材料、深度差小、颜色相近、易褶皱反光导致的层叠顺序判定困难问题，采用分区建模降低判定复杂度，将袖口环形区域划分为多个独立的周向分区，把整体复杂的柔性材料边界问题分解为多个局部简单问题，有效降低了褶皱、反光等局部干扰对整体判定结果的影响；采用深度可靠度量化机制，根据每个分区的深度信息质量动态调整判定权重，避免了单一判定方式在特定场景下的失效问题；使柔性薄层材料的层叠顺序识别准确率从现有技术的60%-70%提升至95%以上，解决了行业内长期存在的技术瓶颈。

12、另外，针对现有设备只能整体拉扯或要求重新穿戴的缺陷，本发明兼顾安全性和效率的精准执行体系；将所有异常状态划分为硬门槛异常和可纠偏异常两大类，对皮肤外露、严重层叠顺序错误等高风险异常直接拦截，禁止自动纠偏；对覆盖不足、轻微卷边等低风险异常允许自动处理，在保证安全的前提下提升自动化程度；通过图像分区与物理执行分区的一一映射，将检测到的局部异常精准定位到对应的执行部件，仅对异常分区及必要相邻缓冲分区施加动作，完全避免了整体拉扯对已合格分区的扰动；同时通过预设安全上限限制动作强度，防止手套破损、手术衣袖口移位或手腕受压损伤；考虑到柔性材料的回弹特性，纠偏后设置稳定等待时间，待材料形态稳定后重新进行全流程检测；只有复检合格才放行，不合格则重复纠偏流程，直至达到最大纠偏次数。

13、本发明既实现了局部异常的自动精准修正，又严格遵守了医疗无菌操作的安全要求，同时通过闭环控制保证了最终穿戴质量的可靠性。

14、进一步的技术方案是，所述步骤s3中，所述基于深度可靠度动态判定各图像分区的层叠顺序包括：

15、获取各图像分区的深度层级差、深度空洞率、边缘扩散宽度和深度噪声中的至少一种参数，根据所述参数判断深度信息的可靠程度；

16、当深度信息可靠时，以深度层级差作为层叠顺序的主判据；

17、当深度信息不可靠时，降低深度特征权重并提高能够区分手套材料与手术衣袖口材料边界的材料特征权重进行判定，其中能够区分手套材料与手术衣袖口材料边界的材料特征从所述多源检测数据中提取。

18、进一步的技术方案是，所述判断深度信息的可靠程度包括：

19、当深度层级差达到预设可靠阈值，且深度空洞率、边缘扩散宽度、深度噪声均未超过对应上限时，判定为深度可靠；

20、当深度层级差低于预设模糊下限，或深度空洞率、深度噪声超过预设失效阈值时，判定为深度失效；

21、其余情形判定为深度模糊；

22、其中，判定为深度模糊时，降低深度特征权重并提高材料特征权重进行融合判定；判定为深度失效时，不以深度差作为主要判定依据，并重新执行步骤s2或人工处理。

23、进一步的技术方案是，所述步骤s2中，所述建立图像分区与物理执行分区的映射关系，具体为：根据腕横纹中心、手腕轮廓中心线、手套袖口参考边缘或手术衣袖口参考边缘中的至少一种确定轴向与周向，预先标定检测坐标系、展开坐标系与执行坐标系之间的转换关系；建立图像周向分区与物理执行分区之间的映射函数；

24、所述步骤s5中，计算异常图像分区映射至物理执行分区的映射误差，若映射误差超过预设最大允许误差，则不生成接触式纠偏动作，输出重新定位或人工处理提示。

25、进一步的技术方案是，覆盖长度的计算公式为：

26、；

27、其中，lj为第j个周向图像分区的覆盖长度，nj为第j个周向图像分区内参与计算的周向采样点数量，θi为第i个采样角位置，xg(θi)为手套袖口边缘在该采样角处的轴向位置，xs(θi)表示手术衣袖口边缘在同一采样角处的轴向位置。

28、进一步的技术方案是，所述步骤s3中所述预设的有效覆盖条件，为某一图像分区同时满足：

29、（1）覆盖长度≥预设最小允许覆盖长度；

30、（2）层叠顺序为手套袖口位于手术衣袖口外侧；

31、（3）贴合间隙≤预设最大允许贴合间隙；

32、（4）识别置信度≥预设最低识别置信度；

33、（5）遮挡率≤预设最大允许遮挡率。

34、进一步的技术方案是，步骤s6中所述满足洁净安全约束，具体为：

35、执行接触式纠偏前，确认一次性接触件安装到位、执行部件未超过预设使用次数、消毒流程完成且执行面未检测到污染区域；

36、执行非接触式气流纠偏时，确认气流为无菌过滤气流；

37、纠偏过程中实时监测接触力、局部压力、动作量、持续时间和手腕图像形变率，上述任一参数超限立即停止纠偏。

38、进一步的技术方案是，所述步骤s6中，所述袖口区域稳定后具体为连续预设帧数的检测数据中，手套袖口边缘与手术衣袖口边缘的轴向位置变化量均低于预设稳定阈值；若同一异常分区的纠偏次数达到预设最大纠偏次数，或连续两次纠偏后异常状态无改善，停止自动纠偏并输出禁止放行信号。

39、为实现上述目的，本发明还提供一种手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制系统，包括：

40、多源检测单元，用于获取手套袖口边缘与手术衣袖口边缘的多源检测数据；

41、本地控制器，与所述多源检测单元通信连接，用于执行上述任一所述的手套自动穿戴后袖口覆盖边界分区纠偏控制方法，生成纠偏控制信号和放行/拦截信号；

42、袖口纠偏执行单元，与所述本地控制器通信连接，用于根据所述纠偏控制信号执行局部受限纠偏动作；

43、洁净与安全检测单元，与所述本地控制器通信连接，用于检测纠偏执行单元的洁净状态和纠偏过程中的安全参数；

44、人机交互单元，与所述本地控制器通信连接，用于输出放行信号、禁止放行信号、人工处理提示或重新穿戴提示。

45、进一步的技术方案是，所述局部纠偏执行单元包括环形支架，所述环形支架沿手腕周向布置有多个独立可控的局部执行部件，每个所述局部执行部件对应一个或多个物理执行分区；

46、所述局部执行部件为轴向推送机构、反向滚压机构、局部压合机构、无菌气流喷嘴或微吸附机构中的至少一种。

47、相比于现有技术，本发明技术方案的实施，具备如下技术效果：

48、（1）多维度有效覆盖判定（覆盖长度、层叠顺序、贴合间隙、置信度、遮挡率）以及深度可靠度驱动的动态层叠顺序判定，大幅降低了对手套、手术衣柔性薄层材料边缘检测的误判率，即使在深度信息不可靠的场景下也能稳定判断；

49、（2）通过周向分区和图像-物理映射，实现异常分区的精准定位；局部受限动作（作用于异常分区及相邻缓冲分区）避免了对整体袖口的干扰，提高了纠偏成功率并降低了对合格区域的负面影响；

50、（3）从检测到纠偏再到复检，形成完整的闭环，确保只有真正满足覆盖边界准入条件的手套穿戴才会被放行，显著降低了不合格状态流出的概率；

51、（4）深度可靠度的动态判定策略使系统能够根据实际数据质量自动选择最优的层叠顺序判据，无需人工干预，具有良好的环境适应性和鲁棒性。