【技术实现步骤摘要】
本申请涉及声操控，特别是涉及一种微粒的在体声操控方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
1、基于物理场(光、磁、声场)的微纳操作和微纳机器人以其体积小、可控性强、集群作用、穿透性强等突出特点，在医学、环境、工程、能源等领域受到越来越多的关注，因此它们逐渐成为微纳制造和体内检测的重要研究热点。由于微纳米尺度下的现象往往与宏观尺度的有着显著差异，对微型机器人的策略、算法、运行及其运动和软硬件控制都有很大的影响。另外，细胞和生物分子都可以在微纳米尺度下与场相互作用，使得后者可以为疾病检测和治疗提供新的科学见解和新工具。在亚微米尺度下，重力和惯性力的影响将最小化。反之，由于表面积与体积之比的增大，表面张力和粘性阻力将在操控中起决定性作用。因此在体内的环境中考虑更多的是其生命活动如血流产生的拽力。而且由于体内环境介质的不均匀，操控往往需要强捕获力、高穿透性以及生物兼容性。
2、目前的在体操控技术主要有光镊(ot)、磁镊(mt)，声镊(at)以及电镊(光电镊，oet)。而近年来，光镊已被应用于捕获和操控小动物模型中的颗粒和细胞，例如斑马鱼胚胎的脉管系统以及小鼠耳朵的血管。另外，光镊也被应用于操控斑马鱼幼体的耳石以控制其前庭行为。光镊可以通过高度聚焦的激光束对微粒进行操控，具有较高的灵巧性和空间分辨率，但其一般受限于样品的透明度。而且光镊的设备较为复杂以及功率较大，因此激光导致的加热和生物材料的能量吸收会造成样品的生理损伤。还值得注意的是，光镊的穿透深度有限，只有毫米级，不足以完成大型动物的操控任务。光镊虽然可以灵活操纵单个粒子，
3、相对于光镊，磁镊可以对不透明的样品进行操控同时具有更大的穿透深度。例如，将磁性微粒注射到斑马鱼或小鼠胚胎中实现三维(3d)旋转操作；将磁铁流体微滴应用于量化小鼠胚胎中的各向异性应力；在小鼠体内通过磁性微粒和纳米颗粒实现药物递送。此外，磁性微型机器人也成功在小鼠体内导航。然而，磁性镊子只能够操控磁性颗粒或者说需要标记磁珠等磁性材料，而这些磁珠需要通过铁代谢才能被清除，这可能需要从给药时间开始的数月时间内，这进而影响目标本身的性质如细胞活力。
4、与以上方法相比，声操控(声镊)可以一定程度上克服这些问题。声操控利用声波本身携带的动量和能量，通过其形成的声场对处于声场中的物体产生力的作用。声场中的物体可以通过对声波的吸收与散射，发生能量的转移，从而使物体受到超声辐射力(acoustic radiation force，arf)。声镊不需要标记，而且在相同功率下能产生更强的辐射力(通常在μn与nn量级)从而减少样品因热效应造成的损伤。最重要的是，其灵活性、高穿透性与无需透明介质的特性使得声学操控较为适用于生物体内的操控。但是，现有的声控技术在操控体内的微粒时，不能灵活通过可编程的方式进行实时的改变，当环境较为复杂时，难以精确地完成对微粒的操控。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请提供一种微粒的在体声操控方法、装置、设备及存储介质，以解决现有声控技术难以实时操控体内微粒、不适用于复杂环境的问题。
2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种微粒的在体声操控方法，其包括：采集微粒当前所处环境的环境图像，并获取微粒在环境图像中的当前坐标；获取用户输入的目标坐标；将当前坐标、环境图像和目标坐标输入至预先训练好的声操控模型，声操控模型根据当前坐标、环境图像和目标坐标进行路径规划，并根据路径规划结果生成换能器阵列的激励信号；将激励信号输入至换能器阵列生成相应的声场以操控微粒移动。
3、作为本申请的进一步改进，声操控模型包括cnn编码器、线性层、嵌入层、路径规划网络和声场构建网络；将当前坐标、环境图像和目标坐标输入至预先训练好的声操控模型，声操控模型根据当前坐标、环境图像和目标坐标进行路径规划，并根据路径规划结果生成换能器阵列的激励信号，包括：将环境图像输入至cnn编码器进行编码，得到图像特征，并将当前坐标和目标坐标输入至线性层，得到坐标数据特征；将图像特征和坐标数据特征输入至嵌入层，得到融合特征向量；将融合特征向量输入至路径规划网络进行路径规划，得到理想位移坐标；将理想位移坐标输入至声场构建网络，生成换能器阵列中各个换能器的激励信号并输出；在微粒移动完成后获取新的当前坐标，并重复执行上述步骤，直至微粒移动至目标坐标时为止。
4、作为本申请的进一步改进，在微粒移动完成后获取新的当前坐标之后，还包括：计算新的当前坐标与理想位移坐标之间的误差；当误差超过预设阈值时，由声场构建网络基于新的当前坐标和理想位移坐标生成新的激励信号，并由换能器阵列根据新的激励信号生成新的声场以操控微粒向理想位移坐标移动。
5、作为本申请的进一步改进，在微粒移动完成后获取新的当前坐标，具体包括：在环境图像中以理想位移坐标为中心构建一个预设大小的范围区域；对微粒的坐标位置进行高速采样，获得多个初始坐标，并确认在范围区域内的所有目标初始坐标；对所有目标初始坐标进行聚类，得到聚类簇中心的坐标，并以聚类簇中心的坐标作为新的当前坐标。
6、作为本申请的进一步改进，获取用户输入的目标坐标，包括：将微粒所在的环境图像在触控终端的显示屏上输出显示；获取用户基于人机交互的方式通过触控终端输入的目标坐标。
7、作为本申请的进一步改进，环境图像基于预先配置好的光声成像系统采集得到。
8、作为本申请的进一步改进，声操控模型基于a3c模型构建。
9、为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种微粒的在体声操控装置，其包括：采集模块，用于采集微粒当前所处环境的环境图像，并获取微粒在环境图像中的当前坐标；获取模块，用于获取用户输入的目标坐标；生成模块，用于将当前坐标、环境图像和目标坐标输入至预先训练好的声操控模型，声操控模型根据当前坐标、环境图像和目标坐标进行路径规划，并根据路径规划结果生成换能器阵列的激励信号；操控模块，用于将激励信号输入至换能器阵列生成相应的声场以操控微粒移动。
10、为解决上述技术问题，本申请采用的再一个技术方案是：提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述任一项的微粒的在体声操控方法的步骤。
11、为解决上述技术问题，本申请采用的再一个技术方案是：提供一种存储介质，存储有能够实现上述任一项的微粒的在体声操控方法的程序指令。
12、本申请的有益效果是：本申请的微粒的在体声操控方法通过在用户输入目标坐标后，利用训练好的声操控模型根据用户输入的目标坐标、微粒所处环境的环境图像和微粒的当前坐标本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微粒的在体声操控方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述声操控模型包括CNN编码器、线性层、嵌入层、路径规划网络和声场构建网络；
3.根据权利要求2所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述在所述微粒移动完成后获取新的当前坐标之后，还包括：
4.根据权利要求2所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述在所述微粒移动完成后获取新的当前坐标，具体包括：
5.根据权利要求1所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述获取用户输入的目标坐标，包括：
6.根据权利要求1所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述环境图像基于预先配置好的光声成像系统采集得到。
7.根据权利要求1所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述声操控模型基于A3C模型构建。
8.一种微粒的在体声操控装置，其特征在于，其包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述程序指令被所述处理
10.一种存储介质，其特征在于，存储有能够实现如权利要求1-7中任一项所述的微粒的在体声操控方法的程序指令。
...【技术特征摘要】
1.一种微粒的在体声操控方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述声操控模型包括cnn编码器、线性层、嵌入层、路径规划网络和声场构建网络；
3.根据权利要求2所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述在所述微粒移动完成后获取新的当前坐标之后，还包括：
4.根据权利要求2所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述在所述微粒移动完成后获取新的当前坐标，具体包括：
5.根据权利要求1所述的微粒的在体声操控方法，其特征在于，所述获取用户输入的目标坐标，包括：
6.根据权利要求1所述的微粒的在体声操...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫兴，郑海荣，孟龙，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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