一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统及控制方法

摘要

本发明涉及临床应用领域，具体为一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统，包括：S1、基于ROS操作系统，以树莓派为控制节点，使用当前最流行的面向服务(SDA)的软件技术，通过网络协议将节点数据通信解耦，集成不同语言，不同功能代码；S2、根据ROS的原理和结构确定整体设计方案，系统结构设计，S3、构建监测系统硬件元件与软件，S4、构建监测系统光谱分析元件，S5、模拟验证和数据测试，本发明。

说明书

技术领域

本发明涉及临床应用技术领域，具体为一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统及控制方法。

背景技术

中药煎剂是在中医辨证论治基础上根据药物的四气、五味、归经、升降沉浮的不同，单味药或通过组方、药物的配伍及剂量随证加减等配伍的生药，加水、放入煎药锅内煎煮一段时间后，去渣，取浓缩药汁所制成液体药剂。《针灸甲乙经·序》中即有“汤液始于伊尹”的记载，这说明早在商朝，煎剂即已创用。

中药煎剂是中医临床普遍使用的剂型之一，其组方灵活，能适应辨证施治、随症加减的用药需要，一直沿用至今。但汤剂不宜久置，必须随煎随服，这为其应用带来诸多不便。为克服这一缺点，很多医疗机构开展了自动煎药机代煎、并自动灌装成软包装的服务，极大方便了患者服用、携带和储存。但与具有严谨质量标准和保质期的西药比较，代煎中药的存放条件、保质期限等诸多问题并没有统一明确的研究结论。梁学政、陈惠红、唐勇堔等对补血汤、珍珠汤等5类中药代煎煎剂进行了微生物限度测定，认为在3种不同的存储条件下，储存8周时间，5类中药煎剂的微生物限定测定均符合要求；曾惠芬等对川芎茶调散代煎煎剂也进行了微生物限度测定，显示在2种储存温度下，21天的煎剂内微生物限度测定符合药典要求；吴绍康、万晓青、毛根祥等对3首中药代煎煎剂的稳定性进行了研究，认为存储第4周开始，3首中药煎剂的化学指标开始出现了波动。查阅国内外文献，中药煎剂存储质量的研究手段及方法均较局限，大部分仍停留在成分指标测定等理化研究阶段。而中药煎剂的存储质量直接关系到患者用药的安全性和有效性。因此，找到科学、快捷、精准的代煎中药煎剂质控检测手段及技术具有重要的临床意义；

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统，包括：

S1、基于ROS操作系统，以树莓派为控制节点，使用当前最流行的面向服务(SDA)的软件技术，通过网络协议将节点数据通信解耦，集成不同语言，不同功能代码；

S2、根据ROS的原理和结构确定整体设计方案，系统结构设计，其中包括ROS主控、树莓派终端设计以及动态光谱分析的设计选型；

S3、构建监测系统硬件元件与软件，其中系统硬件元件包括主控制ROS选型、无线网络系统构建，树莓派终端电路、动态光谱控制电路、串口通讯接口电路、显示控制电路设计、数据采集电路，系统软件主要包括基于ROS系统主程序、无线信号组网构建程序、动态光谱数据采集程序、显示控制程序和树莓派终端控制算法程序等；

S4、构建监测系统光谱分析元件，树莓派强大的软硬件及灵活高可靠的无线网络通讯功能与ROS系统结合，将实时数据传输至网络数据库为人工智能处理，光谱分析系统中药煎剂质量检测模块；

S5、模拟验证和数据测试：使用中药煎剂质量监控系统，对中药煎剂进行实验测试、通过实验结果观察，分析数据时间稳定性，验证将全闭环系统应用到中药煎剂质量监测中的优越性，并进行结果分析。

优选的：所述步骤S2中所描述的ROS主控采用微型电脑树莓派(Raspberry Pi)。

优选的：所述步骤S4中光谱分析元件采用膀胱自动冲洗系统，并将光谱分析系统的控制核心由ARM Cortex-F4改为树莓派。

优选的：所述步骤S4中光谱分析系统中药煎剂质量检测模块由光/频率传感器和光源组成。

优选的，一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统的控制方法，其包括以下步骤：

1)一个全光谱白色LED发出一组白光，照射在比色皿上，此时光/频传感器得到的是随煎剂质量变化的RGB(红绿蓝)数字量；

2)此数字量的输出经树莓派的GPIO口耦合至树莓派的中央处理器，树莓派根据煎剂质量的数字量变化得出煎剂质量状况并通过无线网络传输至ROS主控元件；

3)随后ROS主控元件将数据传递至监测系统光谱分析元件中进行分析，确定中药煎剂质量变化，管控中药煎剂的质量。

优选的：所述ROS主控元件采用的是数字化的可编程彩色光/频率转换器，其内部集成了可配置的硅光电二极管阵列和一个电流/频率转换器，输出为占空比50％的方波，且输出频率与光强度成线性关系，

优选的：所述该转换器对光响应范围为250000～1，典型输出频率范围为2Hz～500KHz，可通过两个可编程引脚来选择100％、20％或2％的输出比例因子，所述转换器的输入输出引脚可直接与微处理器或其他逻辑电路连接。

优选的，所述转换器的输入输出引脚通过输出使能端OE将输出置于高阻状态可使多个器件共享一条微处理器输入线，可编程彩色光/频率转换器将红、绿和蓝滤波器集成在单芯片上，片内含一个交叉连接的8×8光电二极管阵列，其中每16个二极管提供一种色彩类型，共有红、蓝、绿和清除全部光信息四种类型，所有同颜色的16个光电二极管都是并联连接。当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统，应用现代光谱技术对中药煎剂进行实时监控，将煎剂存储质量数字化，这个数字化的煎剂存储质量参数结合人工智能建立煎剂存储质量人工智能标准库；

2、本发明一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统，通过人工智能和大数据技术的新型支持系统与动态光谱分析相结合，将ROS引入中药煎剂质量控制中，用工业机器人的控制系统设计质量控制的控制层，形成一种科学、精准、快速、直观的代煎中药煎剂的保质检测技术，促进人工智能自动化在未来代煎中药煎剂质控领域的应用奠定理论和技术基础。

附图说明

图1为本发明一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统及控制方法整体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1，图示中的：一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统，包括：

S1、基于ROS操作系统，以树莓派为控制节点，使用当前最流行的面向服务(SDA)的软件技术，通过网络协议将节点数据通信解耦，集成不同语言，不同功能代码；S2、根据ROS的原理和结构确定整体设计方案，系统结构设计，其中包括ROS主控、树莓派终端设计以及动态光谱分析的设计选型；S3、构建监测系统硬件元件与软件，其中系统硬件元件包括主控制ROS选型、无线网络系统构建，树莓派终端电路、动态光谱控制电路、串口通讯接口电路、显示控制电路设计、数据采集电路，系统软件主要包括基于ROS系统主程序、无线信号组网构建程序、动态光谱数据采集程序、显示控制程序和树莓派终端控制算法程序等；S4、构建监测系统光谱分析元件，树莓派强大的软硬件及灵活高可靠的无线网络通讯功能与ROS系统结合，将实时数据传输至网络数据库为人工智能处理，光谱分析系统中药煎剂质量检测模块；S5、模拟验证和数据测试：使用中药煎剂质量监控系统，对中药煎剂进行实验测试、通过实验结果观察，分析数据时间稳定性，验证将全闭环系统应用到中药煎剂质量监测中的优越性，并进行结果分析；所述步骤S2中所描述的ROS主控采用微型电脑树莓派(RaspberryPi)，所述步骤S4中光谱分析元件采用膀胱自动冲洗系统，并将光谱分析系统的控制核心由ARM Cortex-F4改为树莓派，所述步骤S4中光谱分析系统中药煎剂质量检测模块由光/频率传感器和光源组成；利用树莓派强大的软硬件及灵活高可靠的无线网络通讯功能与ROS系统结合，可以十分轻松地完成煎剂的光谱分析数据采集处理工作，依靠ROS系统和树莓派强大的网络功能，将实时数据传输至网络数据库为人工智能处理奠定基础。光谱分析系统中药煎剂质量检测模块。

一种可实时监控的中药煎剂存储人工智能质量监测系统的控制方法，其包括以下步骤：煎剂质量检测模块由光/频率传感器和光源组成，一个全光谱白色LED发出一组白光，照射在比色皿上，此时光/频传感器得到的是随煎剂质量变化的RGB(红绿蓝)数字量，此数字量的输出经树莓派的GPIO口耦合至树莓派的中央处理器，树莓派根据煎剂质量的数字量变化得出煎剂质量状况并通过无线网络传输至ROS主控元件，本系统采用的是数字化的可编程彩色光/频率转换器，它内部集成了可配置的硅光电二极管阵列和一个电流/频率转换器，输出为占空比50％的方波，且输出频率与光强度成线性关系，该转换器对光响应范围为250000～1，典型输出频率范围为2Hz～500KHz，可通过两个可编程引脚来选择100％、20％或2％的输出比例因子，其输入输出引脚可直接与微处理器或其他逻辑电路连接，通过输出使能端OE将输出置于高阻状态可使多个器件共享一条微处理器输入线，可编程彩色光/频率转换器将红、绿和蓝滤波器集成在单芯片上，因此无需ADC就可实现每彩色信道10位以上的分辨率，片内含一个交叉连接的8×8光电二极管阵列，其中每16个二极管提供一种色彩类型，共有红、蓝、绿和清除全部光信息四种类型，可最大限度地降低入射光幅射的不均匀性，所有同颜色的16个光电二极管都是并联连接，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过，例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强，通过这三个值，就可以分析投射到传感器上的光的颜色，这里得到的红，绿，蓝数字量就是煎剂质量的变化率，而这个变化率就是我们质量控制系统分析的基础。

其中：采用树莓派作为主控系统，可以无成本地将此监控系统移植到移动设备，并且可以在移动设备上联接多个视频采集设备，实现全景图像采集。树莓派自带无线网卡，可通过wifi直接联网，节省布线成本。另外，树莓派也带有RJ45标准以太网接口，根据需要也可进行有线网络连接。

系统软件采用ROS系统。ROS系统本质上是一个开源机器人软件平台，在系统层之上，封装了多种不同功能的软件包，比如导航、定位、绘图、感知等。由于系统是开源的，所有软件包都是共享使用的，所以可以利用已有的开发包快速实现所需功能。使用ROS系统，一方面方便调用ROS已开发的开源模块，能够最大限度减少研发成本；另一方面，根据需求可以将已有的监控模块直接移植到机器人最小移动平台上，实现移动监控功能。

以上内容是结合具体实施方式对本发做进一步步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可作出出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。