一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统

摘要

本发明公开了一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，包括独立设置的反馈垫和主机；所述反馈垫上设置有参照标识，用于放置在病人胸骨下端位置承载和传递施救者的双手按压；所述主机包括：视频拍摄模块，用于连续拍摄施救者双手按压时反馈垫的视频图像；控制模块，用于根据所述视频图像判断按压深度，根据按压深度输出提示信号；以及提示模块，用于根据所述提示信号输出提示信息。本发明的基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，包括独立设置的反馈垫和主机，彻底克服连接电缆使用不便的缺陷，利用机器视觉测量按压深度，在急救现场不会因电缆缠绕干扰CPR急救，也不会因慌乱不慎扯断电缆造成急救中断。

说明书

技术领域

本发明涉及心肺复苏辅助设备技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统。

背景技术

心肺复苏术(简称CPR)是在心脏骤停患者胸部及时实施外力按压，促使心脏恢复正常泵血功能的操作方法以及相应配套的仪器设备。

现有大多数实际CPR仪器没有按压深度反馈功能，只是语音提示施救者按一定频率进行胸部按压，无法知道按压是否到位，按压太浅起不到复苏作用，按压太深容易造成骨折事故。

有些CPR仪器具有CPR按压深度反馈功能，但都是用电缆连接CPR反馈垫和CPR主机，电缆在实际救护现场非常不便。在病人心脏骤停突发现场，最佳救治时间是发病后分钟内实施心肺复苏救治，在如此紧张慌乱情景下，一条连接传感器和主机的电缆很可能会缠绕施救者的手臂影响正常按压，或者不小心碰到电缆从而拖动主机造成设备损坏，一条电缆很可能引发救治无效，贻误最佳抢救时机。

并且，带有电缆的CPR反馈垫内部是带有加速度传感器等电子元件的精密电路，按压时在外力作用下有可能损坏内部电路造成抢救中断。带有电缆的CPR反馈垫在使用时必须水平放置，在抢救病人时很难保证水平，内部的加速度传感器输出信号不准确，会误导抢救。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，用于克服连接电缆使用不便的缺陷，解决背景技术中所提出的技术问题。

一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，包括独立设置的反馈垫和主机；

所述反馈垫上设置有参照标识，用于放置在病人胸骨下端位置承载和传递施救者的双手按压；

所述主机包括：

视频拍摄模块，用于连续拍摄施救者双手按压时反馈垫的视频图像；

控制模块，用于根据所述视频图像判断按压深度，根据按压深度输出提示信号；以及

提示模块，用于根据所述提示信号输出提示信息。

进一步，所述视频拍摄模块包括调整装置、摄像头和视频数据处理器；

所述调整装置安装在所述主机的壳体内；

所述摄像头安装在所述调整装置上，所述调整装置和控制模块信号连接，用于调整所述摄像头的拍摄角度；

所述摄像头与所述视频数据处理器信号连接，所述视频数据处理器与所述控制模块信号连接；

其中，所述摄像头用于连续拍摄施救者双手按压时反馈垫的视频图像并将所述视频图像转换为视频数字信号；

所述视频数据处理器用于对所述视频数字信号进行处理。

进一步，所述调整装置包括控制器、旋转机构和安装在所述旋转机构上的云台；

所述旋转机构包括旋转电机和一端与所述旋转电机的传动轴传动连接的旋转杆，所述云台安装在所述旋转杆的另一端上；

所述旋转电机和云台均与所述控制器信号连接；

所述控制器与所述控制模块信号连接。

进一步，所述主机的壳体上设置有安装座，所述安装座呈U型，所述旋转杆的一端通过转轴转动安装在所述安装座内，所述转轴与所述旋转杆垂直设置，所述转轴的一端通过齿轮组与所述旋转电机传动连接。

进一步，所述反馈垫呈圆饼状。

进一步，所述参照标识包括多个设置在所述反馈垫上下表面上用于定位的二维码和多条纵向设置在所述反馈垫侧壁上的标尺。

进一步，多个所述二维码呈圆周阵列均匀分布在所述反馈垫上下表面上；

多条所述标尺沿所述反馈垫外侧壁均匀分布。

进一步，所述主机还包括电源模块、定位模块、语音采集模块和无线通信模块，所述电源模块、定位模块、语音采集模块和无线通信模块均与所述控制模块信号连接。

进一步，所述控制模块为DSP处理器。

进一步，所述提示模块包括显示屏和扬声器；

所述显示屏通过显示驱动电路与所述控制模块信号连接；

所述扬声器通过音频功放电路与所述控制模块信号连接。

本发明的有益效果体现在：

(1)本发明的基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，包括独立设置的反馈垫和主机，彻底克服连接电缆使用不便的缺陷，利用机器视觉测量按压深度，在急救现场不会因电缆缠绕干扰CPR急救，也不会因慌乱不慎扯断电缆造成急救中断。

(2)本发明的反馈垫不需要必须水平放置在病人胸骨下方，主机能够自动校准反馈数据，对施救者手臂按压方向没有严格要求。

(3)本发明的调整装置能够自动调整摄像头拍摄角度，自动捕捉反馈垫位置和施救者手臂位置，方便快捷，提高抢救成功率。

(4)本发明的反馈垫是辅助按压的无源部件，内部没有电子元器件和电路，不会因按压造成元件损坏而中断CPR操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统使用示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统的主机的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统的反馈垫的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统的电气结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统的摄像头倾角与按压深度的关系结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1-图4所示，本发明实施例提供的一种基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，包括独立设置的反馈垫1和主机2。反馈垫1上设置有参照标识，救治心脏骤停病人时，将反馈垫1放置在病人胸骨下端位置，主机2放置在施救者对面病人旁边的地面上。施救者双手手掌按在反馈垫1的中心部位用力快速按压，反馈垫1承载和传递施救者的双手按压，按压病人胸腔。

反馈垫1呈圆饼状，包括由金属板或硬质塑料制作的硬质内盘和包裹在硬质内盘外的硅胶层，硬质内盘具有一定刚度，使按压时胸部受力均匀整体下压，不至于用力过大造成局部损伤。硅胶层起防滑和缓冲作用，防止刮伤胸部皮肤，也能改善按压手感不至于过于生硬。

参照标识包括多个设置在反馈垫1上下表面上用于定位的二维码12和多条纵向设置在反馈垫1侧壁上的标尺13，标尺13包括多道水平延伸、纵向间隔分布的刻度线。多个二维码12呈圆周阵列均匀分布在反馈垫1上下表面上。多条标尺13沿反馈垫1外侧壁均匀分布。

主机2包括壳体8和安装在壳体8内的视频拍摄模块、控制模块和提示模块。视频拍摄模块用于连续拍摄施救者双手按压时反馈垫1的视频图像。控制模块用于根据视频图像判断按压深度，根据按压深度输出提示信号。提示模块用于根据提示信号输出提示信息。

具体的，视频拍摄模块包括调整装置、摄像头3和视频数据处理器。调整装置安装在主机2的壳体8内，摄像头3安装在调整装置上，调整装置和控制模块信号连接，用于调整摄像头3的拍摄角度。摄像头3与视频数据处理器信号连接，视频数据处理器与控制模块信号连接。摄像头3用于连续拍摄施救者双手按压时反馈垫1的视频图像并将视频图像转换为视频数字信号，标尺13与硅胶层的颜色对比鲜明，并带有荧光，使摄像头3在任意角度拍摄的图像都能读取刻度，控制模块根据标尺12之间的像素数可计算出像素的尺寸比例系数。

视频数据处理器用于对视频数字信号进行处理，例如删除掉视频数字信号中不清楚的图像信号或者拍摄角度不准确的图像信号等无效数据。

本实施例中，调整装置包括控制器4、旋转机构和安装在旋转机构上的云台5。旋转机构包括旋转电机6和一端与旋转电机6的传动轴传动连接的旋转杆7，云台5安装在旋转杆7的另一端上。旋转电机6和云台5均与控制器4信号连接，控制器4与控制模块信号连接。

控制器4可以采用微控制器，旋转电机6采用伺服电机，云台5采用全向云台，能够通过水平舵机进行360°旋转，通过倾角舵机在垂直方向做90°范围内的上下倾角调整。微控制器接收控制模块的控制指令，从而控制旋转电机6和云台5动作，调整摄像头3的拍摄角度。云台5上设置有倾角传感器，倾角传感器与微控制器信号连接，及时向控制模块反馈摄像头3拍摄时的倾角角度数据β。摄像头3在全向云台的控制下自动捕捉反馈垫1上的二维码12进行定位，拍摄反馈垫1周围的标尺13用来校准图像尺寸。反馈垫1两面分别分布多个二维码12，便于摄像头3在任意角度都能快速找到反馈垫1并准确定位。

主机2的壳体8上设置有安装座9，安装座9呈U型，旋转杆7的一端通过转轴10转动安装在安装座9内，转轴10与旋转杆7垂直设置，转轴10的一端通过齿轮组与旋转电机6传动连接。壳体8上设置有用于收纳旋转杆7和云台5的收纳槽，在不使用时，旋转杆7和云台5收纳在收纳槽中，使主机2结构紧凑。使用时，旋转电机6通过齿轮组带动转轴10旋转，转轴10两端通过轴承转动安装在安装座9内，从而使旋转杆7向上抬起，使摄像头3伸出。

进一步，主机2还包括电源模块、定位模块、语音采集模块和无线通信模块，所述电源模块、定位模块、语音采集模块和无线通信模块均与所述控制模块信号连接。

本实施例中，电源模块包括锂电池和供电电路，锂电池通过供电电路对视频拍摄模块、控制模块和提示模块供电。

定位模块可以采用GPS模块或北斗模块，用于获取主机2的地理位置数据。语音采集模块采用麦克风，用于将语音信号转换为电信号。无线通信模块可以采用4G模块、5G模块和/或WiFi模块，通过无线通信模块与120急救中心以及救护车联络，进行地理位置数据、语音和视频传输，急救中心可以远程指导现场进行更有效的抢救。

具体的，控制模块为DSP处理器。DSP处理器利用机器视觉测量按压深度，其基本原理如下：

深度尺寸标定：采集含有标尺13的静态图像进行自相关运算处理，可得出相邻刻度线之间的像素数n，相邻刻度线之间的实际距离Δ已知，因此可计算出像素和实际尺寸的比例系数：

测量按压深度：连续采集按压手掌的上下往复运动图像，通过模式识别算法找出手掌的运动图像，对二维图像进行单值化处理，对含有手掌运动轨迹的多组图片进行垂直方向的互相关等多种运算，找出手掌在垂直方向的运动深度像素值m，用比例系数标定即可得出按压深度。

设有两个关于随时间变化的图片数据的两个函数v(t)和h(t)，则两个函数的互相关函数z(t)反映了函数v(t)和h(t)在不同相对位置上互相匹配的程度，可表示为：

做离散化处理为N个点的离散函数为：

求互相关函数的极值点，假如t＝mT时z(kT)达到最大极值，说明两个不同位置图片之间相差m个像素的距离，像素值m为实际按压深度d在图片上的像素投影，如图5所示。

由摄像头倾角β、按压深度d和像素位移m的三角函数关系，以及像素标定系数k的标定，可得出实际按压深度数据d，其中：

上式中的d就是实际的CPR按压深度反馈数据，m是计算出的像素深度，Δ是标尺相邻刻度线之间的实际距离，n是标尺相邻刻度线之间的像素数，β是摄像头的倾角角度。

本实施例中，提示模块包括显示屏14和扬声器15。显示屏14通过显示驱动电路与控制模块信号连接。扬声器15通过音频功放电路与控制模块信号连接。

控制模块计算出实际按压深度数据d后，可以将实际按压深度数据d通过显示驱动电路控制显示屏14进行可视化显示。根据实际按压深度数据d的实时变化，可以计算出按压频率f，判断按压深度d和按压频率f是否达标，语音提示如何调整用力大小和快慢。例如，实际按压深度数据d小于5cm，语音提示用力过小；实际按压深度数据d大于6cm，语音提示用力过大。按压频率小于100次/分钟，语音提示按压太慢；按压频率大于120次/分钟，语音提示按压太快；若实际按压深度数据d大于等于5cm、小于等于6cm，按压频率大于等于100次/分钟、小于等于120次/分钟，则语音提示操作正常。如此往复进行，直至施救成功，或者交接给专业救援人员。

综上所述，本发明的基于机器视觉的心肺复苏按压深度反馈系统，包括独立设置的反馈垫和主机，彻底克服连接电缆使用不便的缺陷，利用机器视觉测量按压深度，在急救现场不会因电缆缠绕干扰CPR急救，也不会因慌乱不慎扯断电缆造成急救中断。

本发明的反馈垫不需要必须水平放置在病人胸骨下方，主机能够自动校准反馈数据，对施救者手臂按压方向没有严格要求。

本发明的调整装置能够自动调整摄像头拍摄角度，自动捕捉反馈垫位置和施救者手臂位置，方便快捷，提高抢救成功率。

本发明的反馈垫是辅助按压的无源部件，内部没有电子元器件和电路，不会因按压造成元件损坏而中断CPR操作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。