一种用于病房数据采集的机器人系统的制作方法与工艺

一种用于病房数据采集的机器人系统本发明是申请号为201510036027.0、申请日为2015年1月24日、发明名称为“一种用于病房数据采集方法”的专利的分案申请。技术领域本发明涉及医院监护领域，尤其涉及一种用于病房数据采集方法。

背景技术：
对于具有住院部的医院来说，对住院部收留住院的病人的日常监护是最为繁琐的工作之一。这项工作要求医生和护士定期前往各个病人的病床前进行病人身体状况的检查和询问，并查看安装在病人身旁的各种监护仪器的读数情况，以在病人出现异常状况或监护仪器读数超出预定范围时，积极采取救护措施，帮助病人脱离危险。然而，现有技术中的这种人工数据监控模式存在以下弊端：(1)耗费了医院大量的人力资源，医院的医生和护士人数相对病人数量来说相对有限，如果在住院部门使用大量的医护人员，在其他部门例如门诊部门的人员就会较少，影响医院的正常就诊秩序；(2)即时是使用大量的医护人员，也做不到24小时无间断数据采集和监护，在一些时间段，例如凌晨，大部分病人仍会处于无人监护的困境。因此，需要一种用于病房数据采集方法，能够24小时无间断对病人身体状况和监护仪器读数进行数据采集，在出现异常时及时进行报警，解决医院人手不足的问题的同时，提高病人监护的效率。

技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于病房数据采集方法，将监护仪器读数采集设备和病人身体状况检测设备移植到可灵活移动且能够 做到全时段监护的机器人结构上，而且在出现异常状况进行本地报警的同时，通过无线通信技术实现远程报警。根据本发明的一方面，提供了一种用于病房数据采集方法，该方法包括下列步骤：1)提供一种用于病房数据采集的机器人系统，所述机器人系统包括定位设备、电机驱动设备、数据采集设备、数据处理设备和主控制器，所述数据采集设备采集病房内各个医疗仪器的仪器图像和各个病人的人员图像，所述数据处理设备与所述数据采集设备连接，基于所述仪器图像确定对应仪器的读数，根据所述人员图像确定对应病人的身体状况，所述主控制器与所述定位设备、所述电机驱动设备和所述数据处理设备分别连接，根据预存的多个数据采集点位置和所述定位设备确定的所述机器人的当前位置，确定所述机器人系统前往所述多个数据采集点的数据采集路径，根据所述数据采集路径向所述电机驱动设备发送电机驱动信号，还用于分别根据所述对应仪器的读数和所述病人的身体状况确定是否发出相应报警信号；以及2)使用所述机器人来进行数据采集。更具体地，在所述用于病房数据采集的机器人系统中，还包括：静态存储器，用于预先存储了各种医疗仪器的图像模板、各种医疗仪器的指针阈值和病人的各种医疗特征阈值，还用于预先存储仪器上限灰度阈值、仪器下限灰度阈值、人员上限灰度阈值和人员下限灰度阈值，所述各种医疗特征阈值包括肤色阈值和姿态不规范度阈值，所述仪器上限灰度阈值和所述仪器下限灰度阈值用于将图像中的仪器和背景分离，所述人员上限灰度阈值和所述人员下限灰度阈值用于将图像中的人员和背景分离；电力供应设备，用于为所述机器人系统提供除了电力供应设备以外的各个用电设备的电力供应；无线通信设备，用于与远端的护士监控平台建立双向通信链路连接，以接收所述护士监控平台发送的控制指令；控制电机，为直流电机，与所述电机驱动设备连接，基于所述电机驱动信号调整自身的运行数据；所述定位设备通过检测病房内预设在地面上的巡视线，确定所述机器人系统的当前位置；所述数据采集设备为CCD云台高清摄像机，镜头转角为0-240度，采集的图像分辨率为1920×1080；所述数据处理设备包括图像先期处理单元、仪器读数分析单元和病人状况分析单元，所述图像先期处理单元、所述仪器读数分析单元和所述病人状况分析单元分别采用独 立的FPGA芯片来实现，所述图像先期处理单元与所述数据采集设备连接，对所述仪器图像或所述人员图像依次执行边缘增强处理、小波滤波处理和灰度化处理，以生成仪器灰度图像或人员灰度图像，所述仪器读数分析单元与所述静态存储器和所述图像先期处理单元分别连接，将所述仪器灰度图像中灰度值在所述仪器上限灰度阈值和所述仪器下限灰度阈值之间的像素识别并组成仪器子图像，将所述仪器子图像与所述各种医疗仪器的图像模板逐一匹配以获得所述仪器子图像对应的图像模板和对应的种类，基于所述仪器子图像和所述对应的图像模板的比较结果，获得所述仪器子图像中指针位置所对应的读数，所述病人状况分析单元与所述静态存储器和所述图像先期处理单元分别连接，将所述人员灰度图像中灰度值在所述人员上限灰度阈值和所述人员下限灰度阈值之间的像素识别并组成人员子图像，识别所述人员子图像中的人员的各种医疗特征；所述主控制器与所述静态存储器、所述仪器读数分析单元和所述病人状况分析单元分别连接，将所述仪器子图像中指针位置所对应的读数与所述仪器子图像对应的种类的指针阈值比较，在超出所述仪器子图像对应的种类的指针阈值时，输出仪器子图像对应的种类并输出仪器读数报警信号，将所述人员子图像中的人员的各种医疗特征与所述病人的各种医疗特征阈值按种类逐一对比，当存在病人的一种医疗特征，其对应的所述人员子图像中的人员的医疗特征超出其对应的医疗特征阈值时，输出病人的医疗特征种类并输出身体状况异常报警信号；其中，所述无线通信设备还与所述主控制器连接，用于将所述主控制器输出的仪器子图像对应的种类和仪器读数报警信号无线发送给所述护士监控平台，用于将所述主控制器输出的病人的医疗特征种类和身体状况异常报警信号无线发送给所述护士监控平台。更具体地，在所述用于病房数据采集的机器人系统中，所述机器人系统还包括：显示设备，与所述主控制器连接，用于实时显示与所述主控制器输出的仪器子图像对应的种类和仪器读数报警信号分别对应的提示文字信息，还用于实时显示与所述主控制器输出的病人的医疗特征种类和身体状况异常报警信号分别对应的提示文字信息。更具体地，在所述用于病房数据采集的机器人系统中，所述机器人系统还包括：语音播放设备，与所述主控制器连接，用于实时播放与所述主 控制器输出的仪器子图像对应的种类和仪器读数报警信号分别对应的语音提示文件，还用于实时播放与所述主控制器输出的病人的医疗特征种类和身体状况异常报警信号分别对应的语音提示文件。更具体地，在所述用于病房数据采集的机器人系统中，将所述数据采集设备和所述数据处理设备集成在一块电路板上。更具体地，在所述用于病房数据采集的机器人系统中，所述显示设备为液晶显示器。更具体地，在所述用于病房数据采集的机器人系统中，所述语音播放设备为双声道扬声器。附图说明以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：图1为根据本发明实施方案示出的用于病房数据采集的机器人系统的结构方框图。图2为根据本发明实施方案示出的用于病房数据采集的机器人系统的数据处理设备的结构方框图。具体实施方式下面将参照附图对本发明的用于病房数据采集的机器人系统的实施方案进行详细说明。需要到病房被护理的病人一般病情较重，他们的身体状况需要被实时监控，例如肤色变化情况和身体姿态情况，同时，需要安装一些监护仪器对病人的生理指数进行采集。医院为了完成病人身体状况检查和监护仪器数据读取两项任务，通常是采取护士长期巡视、主治医生定期查看的方法，然而主治医生都会被安排出诊任务，护士也不能做到24小时无间断监护，因此，仍没有实现全时段的病人监护，病人还是会在某些时段陷入无人照应的尴尬局面，这一问题，即时医院投入再多人力，也是无法得到实际解决的。为了脱离这一困境，一些医院从设备上下功夫，例如建设更多的病人护士交互的硬件平台，用于在病人感觉身体不适时，及时呼叫护士前来护 理，这种方式虽然起到一定的积极作用，然而，对于重病患者，由于无法自理，还是无法执行与护士交互的动作。针对上述不足，本发明搭建了一种用于病房数据采集的机器人系统，采用高精度的图像采集和识别技术完成病人身体状况检查和监护仪器数据读取这两项任务，采用无线通信技术以保证机器人系统与护士监护平台的双向通信，采用巡视线技术确保机器人系统准确移动到病房内的各个采集数据点处，从而以机器人设备自动监护的方式，减轻医护人员的任务量，提高病人的监护质量和效率。图1为根据本发明实施方案示出的用于病房数据采集的机器人系统的结构方框图，所述机器人系统包括：定位设备1、电机驱动设备2、数据采集设备4、数据处理设备5和主控制器3，所述主控制器3与所述定位设备1、所述电机驱动设备2、所述数据采集设备4和所述数据处理设备5分别连接，所述数据采集设备4和所述数据处理设备5连接。其中，所述数据采集设备4用于采集病房内各个医疗仪器的仪器图像和各个病人的人员图像，所述数据处理设备5基于所述仪器图像确定对应仪器的读数，根据所述人员图像确定对应病人的身体状况，所述主控制器3根据预存的多个数据采集点位置和所述定位设备确定的所述机器人的当前位置，确定所述机器人系统前往所述多个数据采集点的数据采集路径，根据所述数据采集路径向所述电机驱动设备2发送电机驱动信号，还用于分别根据所述对应仪器的读数和所述病人的身体状况确定是否发出相应报警信号。接着，继续对本发明的用于病房数据采集的机器人系统的具体结构进行进一步的说明。所述机器人系统还包括：静态存储器，用于预先存储了各种医疗仪器的图像模板、各种医疗仪器的指针阈值和病人的各种医疗特征阈值，还用于预先存储仪器上限灰度阈值、仪器下限灰度阈值、人员上限灰度阈值和人员下限灰度阈值，所述各种医疗特征阈值包括肤色阈值和姿态不规范度阈值，所述仪器上限灰度阈值和所述仪器下限灰度阈值用于将图像中的仪器和背景分离，所述人员上限灰度阈值和所述人员下限灰度阈值用于将图像中的人员和背景分离。所述机器人系统还包括：电力供应设备，用于为所述机器人系统提供除了电力供应设备以外的各个用电设备的电力供应。所述机器人系统还包括：无线通信设备，用于与远端的护士监控平台建立双向通信链路连接，以接收所述护士监控平台发送的控制指令。所述机器人系统还包括：控制电机，为直流电机，与所述电机驱动设备2连接，基于所述电机驱动信号调整自身的运行数据。所述定位设备1通过检测病房内预设在地面上的巡视线，确定所述机器人系统的当前位置。所述数据采集设备4为CCD云台高清摄像机，镜头转角为0-240度，采集的图像分辨率为1920×1080。如图2所示，所述数据处理设备5包括图像先期处理单元51、仪器读数分析单元52和病人状况分析单元53，所述图像先期处理单元51、所述仪器读数分析单元52和所述病人状况分析单元53分别采用独立的FPGA芯片来实现。所述图像先期处理单元51与所述数据采集设备4连接，对所述仪器图像或所述人员图像依次执行边缘增强处理、小波滤波处理和灰度化处理，以生成仪器灰度图像或人员灰度图像，所述仪器读数分析单元52与所述静态存储器和所述图像先期处理单元51分别连接，将所述仪器灰度图像中灰度值在所述仪器上限灰度阈值和所述仪器下限灰度阈值之间的像素识别并组成仪器子图像，将所述仪器子图像与所述各种医疗仪器的图像模板逐一匹配以获得所述仪器子图像对应的图像模板和对应的种类，基于所述仪器子图像和所述对应的图像模板的比较结果，获得所述仪器子图像中指针位置所对应的读数。所述病人状况分析单元53与所述静态存储器和所述图像先期处理单元51分别连接，将所述人员灰度图像中灰度值在所述人员上限灰度阈值和所述人员下限灰度阈值之间的像素识别并组成人员子图像，识别所述人员子图像中的人员的各种医疗特征。所述主控制器3与所述静态存储器、所述仪器读数分析单元52和所述病人状况分析单元53分别连接，将所述仪器子图像中指针位置所对应的读数与所述仪器子图像对应的种类的指针阈值比较，在超出所述仪器子 图像对应的种类的指针阈值时，输出仪器子图像对应的种类并输出仪器读数报警信号，将所述人员子图像中的人员的各种医疗特征与所述病人的各种医疗特征阈值按种类逐一对比，当存在病人的一种医疗特征，其对应的所述人员子图像中的人员的医疗特征超出其对应的医疗特征阈值时，输出病人的医疗特征种类并输出身体状况异常报警信号。其中，所述无线通信设备还与所述主控制器3连接，用于将所述主控制器3输出的仪器子图像对应的种类和仪器读数报警信号无线发送给所述护士监控平台，用于将所述主控制器3输出的病人的医疗特征种类和身体状况异常报警信号无线发送给所述护士监控平台。其中，所述机器人系统还可以包括：显示设备，与所述主控制,3连接，用于实时显示与所述主控制器3输出的仪器子图像对应的种类和仪器读数报警信号分别对应的提示文字信息，还用于实时显示与所述主控制器3输出的病人的医疗特征种类和身体状况异常报警信号分别对应的提示文字信息；所述机器人系统还可以包括：语音播放设备，与所述主控制器3连接，用于实时播放与所述主控制器3输出的仪器子图像对应的种类和仪器读数报警信号分别对应的语音提示文件，还用于实时播放与所述主控制器3输出的病人的医疗特征种类和身体状况异常报警信号分别对应的语音提示文件；可以选择将所述数据采集设备4和所述数据处理设备5集成在一块电路板上，所述显示设备可选为液晶显示器，所述语音播放设备可选为双声道扬声器。另外，病房是医院为患病情况较为严重的病人提供护理和治疗的场所，一般设置在医院门诊部门附近，其中更严重的病重患者还会安排到重症监护室内以加强监控和护理，保障对病人的治疗质量和效果。重症监护室，又称作为加护病房，简称ICU。危重病的监护与治疗是近年来兴起的一门临床学科，宗旨是为危及生命的急性重症病人提供技术和高质量的医疗服务，即对危急重症的病人进行生理机能的监测、生命支持、防治并发症，促进和加快病人的康复过程，这是续复苏后的一种更高层次的医疗服务，是社会现代化和医学科学发展的必然趋势。近年来，随着高新科技的不断进步，多种检测和支持设备广泛应用于临床，ICU病房的普及与规范，人们对生命生理机能的了解也逐渐完善，因此，提高了对 衰竭器官的支持和保护能力，使危急重病的抢救成功率明显提高，许多危急重症的病人在严密监护与精心治疗下，度过了生命中最困难的时刻，而逐渐走向康复。同时，也带动和促进了其他临床学科的进步和发展。另外，图像识别，是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对像的技术。一般工业使用中，采用工业相机拍摄图片，然后再利用软件根据图片灰阶差做进一步识别处理。图像识别可能是以图像的主要特征为基础的。每个图像都有它的特征,如字母A有个尖，P有个圈、而Y的中心有个锐角等。对图像识别时眼动的研究表明，视线总是集中在图像的主要特征上，也就是集中在图像轮廓曲度最大或轮廓方向突然改变的地方，这些地方的信息量最大。而且眼睛的扫描路线也总是依次从一个特征转到另一个特征上。由此可见，在图像识别过程中，知觉机制必须排除输入的多余信息，抽出关键的信息。在人类图像识别系统中，对复杂图像的识别往往要通过不同层次的信息加工才能实现。对于熟悉的图形，由于掌握了它的主要特征，就会把他当作一个单元来识别，而不再注意他的细节了。这种由孤立的单元材料组成的整体单位叫做组块，每一个组块是同时被感知的。在文字材料的识别中，人们不仅可以把一个汉字的笔划或偏旁等单元组成一个组块，而且能把经常在一起出现的字或词组成组块单位来加以识别。采用本发明的用于病房数据采集的机器人系统，针对现有病房护理模式覆盖时段范围窄、需要大量人工劳作的技术问题，引入有针对性的图像采集和图像识别技术对病房的病人和仪器的相关数据进行采集和精确特征识别，并在数据异常时提供报警机制，以机器监控模式替代传统的人工监控模式，提高了病房护理的智能化水平。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。