CN107457786B - 一种可操作pet/ct机的机器人护士系统 - Google Patents

一种可操作pet/ct机的机器人护士系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可操作PET/CT机的机器人护士系统，属于医疗机技术领域。该系统包括：PET/CT机器人护士本体、机器人远程遥控平台和患者体位远程监视系统；PET/CT机器人护士本体用于对PET/CT室内PET/CT机进行操作，包括机器手单元、电路控制单元和机器人外形体；机器人远程遥控平台用于医务人员控制PET/CT机器人护士本体对PET/CT机操作，包括机器人远程遥控中心和机器人远程遥控人机交互界面；患者体位远程监视系统用于拍摄患者躺在检查床上的体位实时图像，由设置在PET/CT机床体的头部位置的三个监控摄像头组成。本发明利用机电装置不受辐射环境因素影响的特性，利用可操作PET/CT机的机器人护士系统替代传统的医务人员操纵PET/CT室中PET/CT机，将医务人员从有辐射伤害的PET/CT室中解放出来。

Description

一种可操作PET/CT机的机器人护士系统
所属技术领域
本发明属于医疗机技术领域，具体涉及一种可操作PET/CT机的机器人护士系统。
背景技术
PET/CT、PET、CT机的应用越来越广泛，为患者的疾病诊治提供了极大的方便，但是在PET/CT机的使用过程中，医务人员需要进入带有辐射的房间、通过操作PET/CT机来对注射了放射性药物的患者体位进行移动和固定，这就使得操作医务人员的健康受到了辐射的严重伤害。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种可操作PET/CT机的机器人护士系统。
本发明所采用的技术方案是这样实现的：
一种可操作PET/CT机的机器人护士系统，所述PET/CT机的操作面板上有八个按键，该系统包括：PET/CT机器人护士本体、机器人远程遥控平台和患者体位远程监视系统；
所述PET/CT机器人护士本体，用于根据机器人远程遥控平台的指令，代替医务人员对PET/CT室内PET/CT机进行操作，其包括：
机器手单元，由与所述八个按键逐一对应的八个机械手臂构成，其中每个机械手臂均由直流电机、联轴器、丝杠和与丝杠滑块固定连接的推杆构成；所述直流电机通过联轴器带动丝杠转动，进而使丝杠上的推杆发生前后纵向移动，实现按下与松开PET/CT机操作面板上相应按键的功能；
电路控制单元，由单片机，电机驱动芯片和无线串口模块构成；所述单片机通过无线串口模块实现与机器人远程遥控中心的串口通讯，接收来自机器人远程遥控中心的指令；单片机根据从机器人远程遥控中心接收的指令，通过电机驱动芯片控制所述每个机械手臂中直流电机的正反转；
机器人外形体，用于将机器手单元和电路控制单元封装在内的具有一定外观设计的包装体；
所述机器人远程遥控平台，用于PET/CT室外的医务人员向PET/CT室内的PET/CT机器人护士本体发出控制指令，控制PET/CT机器人护士本体对PET/CT机操作面板上八个按键的按下或松开，实现对PET/CT机的实时操作；所述机器人远程遥控平台，包括机器人远程遥控中心和机器人远程遥控人机交互界面；所述机器人远程遥控中心进一步包括：
图像采集模块，用于从患者体位远程监视系统接收PET/CT室内患者在PET/CT检查床上的体位实时图像并显示在机器人远程遥控人机交互界面上，以便PET/CT室外的医务人员实时了解PET/CT室内患者在检查床上的位置状态，同时还将所述实时图像传送至位置校准模块及按照患者图像保存路径对所述实时图像进行实时保存；所述PET/CT室内患者在检查床上的体位实时图像，包括患者头部上面、左面、右面三个方位的实时图像；
参数设置模块，用于通过机器人远程遥控人机交互界面对所述机器人远程遥控中心与所述单片机进行串口通讯的串口通道，所述机器人远程遥控中心与所述单片机进行串口通讯的波特率以及患者图像保存路径进行设置；
位置校准模块，用于根据从图像采集模块接收的患者在PET/CT室内检查床上的体位实时图像及预设的PET/CT室内患者在检查床上的理想体位，计算患者体位偏差并将患者体位偏差值实时显示在机器人远程遥控交互人机界面上；
PET/CT机操作控制模块，用于根据机器人远程遥控交互界面上实时显示的患者体位偏差值，PET/CT室外医务人员通过对机器人远程遥控交互界面上设置的与PET/CT机操作面板上八个按键相对应一致的八个按键的操作，向PET/CT室内的PET/CT机器人护士本体发出控制指令，控制PET/CT机器人护士本体按照远程医务人员的指令实现对PET/CT机的实时操作，包括PET/CT机的照明、PET/CT机检查床体的定位、出床、进床、上移、下移、加速和结束；
所述患者体位远程监视系统，由设置在PET/CT机床体的头部位置的三个监控摄像头组成，用于拍摄患者躺在检查床上后其头部上面、左面、右面三个方位的实时图像，并将所拍摄的图像传送至所述图像采集模块。
本发明的有益效果是：本发明利用机电装置不受辐射环境因素影响的特性，利用可操作PET/CT机的机器人护士系统替代传统的医务人员操纵PET/CT室中PET/CT机，将医务人员从有辐射伤害的PET/CT室中解放出来，具有遥控、安全可靠和适用性强的特点，可用于医院PET/CT、PET、CT的医疗检测中。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的可操作PET/CT机的机器人护士系统结构示意图；
图2本发明一种实施方式的四角支撑架示意图；
图3(a)为本发明一种实施方式机器手单元的左视图；
图3(b)为本发明一种实施方式机器手单元的主视图；
图4为本发明一种实施方式的MP2307降压芯片及其外围电路原理图；
图5为本发明一种实施方式的AMS1086CD-3.3V降压芯片及其外围电路原理图；
图6为本发明一种实施方式的STC15W104AS单片机与8个L9110电机驱动芯片的连接电路原理图。
图7为本发明一种实施方式的机器人远程遥控人机交互界面图；
图8为本发明一种实施方式的患者体位远程监视系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本实施方式的可操作PET/CT机的机器人护士系统，如图1所示，包括：PET/CT机器人护士本体、机器人远程遥控平台和患者体位远程监视系统。本实施方式的可操作PET/CT机的机器人护士系统针对的PET/CT机的操作面板上有八个按键，分别为照明、定位、出床、进床、上移、下移、加速和结束按键，其中加速按键为选择按键，可与其它7个按键同时按下，其它7个按键均可单独按下。
本实施方式的PET/CT机器人护士本体，可根据机器人远程遥控平台的指令，代替医务人员对PET/CT室内PET/CT机进行操作，其包括四角支撑架1、机器手单元2、电路控制单元和机器人外形体。
本实施方式的四角支撑架1，如图2示，放置在地面上，用于支撑置于其上的机器手单元2，此支撑架可根据不同PET/CT机型号进行高度调节，以实现其上机器手单元对PET/CT机作面板上按键的操作。四角支撑架可根据不同PET/CT机高度进行调节，大大的增加了实用性。
本实施方式的机器手单元2，如图3(a)和图3(b)所示，由外框架201、置于外框架底部的滑道207和与本实施方式PET/CT机操作面板上的八个按键逐一对应的八个机械手臂构成。本实施方式中机器手单元2通过其底部的滑道207固定在四角支撑架1上，以实现通过滑道207调节机器手单元2与PET/CT机之间的距离。八个机械手臂中的每个机械手臂均由直流电机202、联轴器203、丝杠204和与丝杠滑块205固定连接的推杆206构成；直流电机202固定在外框架201上，并通过联轴器203与丝杠204连接。丝杠滑块205通过螺栓与推杆206固定在一起。推杆可以在外框架201的导向槽内滑动。直流电机202通过联轴器203带动丝杠204转动，进而使丝杠204上的推杆206发生前后纵向移动，实现按下与松开PET/CT机操作面板上相应按键的功能。推杆206的形状优选正六边形或八边形等多边形，这样一方面可以避免类似于三角形或者四边形所造成的阻力过大使得推杆定位不精确，另一方面避免圆形所造成的无阻力而不能滑动，综合考虑上述因素，进一步优选八边形推杆。此外，由于推杆在进行前后纵向移动时，其前端将与按键接触，为防止推杆的刚性对操作面板产生损害，将推杆前端套上橡胶垫加以防护。本实施方式中丝杠优选直径为3mm。使用时，根据所使用的PET/CT机型号，预先将四角支撑架的高度调至固定的高度，使得四角支撑架上机器手单元上的推杆能正好与PET/CT机上的按键对齐，通过机器手单元底部的滑道将外框架与PET/CT机之间的距离调至两厘米，这样既可以使丝杠有足够的推力推动推杆按下按键，又不至于由于移动速度慢而降低效率。机器手单元中八个相同的机械手臂分别控制PET/CT机上的八个按键，每个机械手臂控制一个按键，定位更加精确，避免一个机械臂控制所有按键时，在移动过程中所造成的位置误差。
本实施方式的电路控制单元，由单片机，电机驱动芯片和无线串口模块构成；本实施方式的单片机采用的是型号为STC15W104AS的单片机。本实施方式的电机驱动芯片采用的是型号为L9110的电机驱动芯片。本实施方式的无线串口模块采用的是2.4G zigbee远距离无线串口模块。本实施方式的STC15W104AS单片机通过2.4G zigbee远距离无线串口模块实现与机器人远程遥控中心的串口通讯，接收来自机器人远程遥控中心的指令，其最大传输距离可达1000米。STC15W104AS单片机根据从机器人远程遥控中心接收的指令，通过L9110电机驱动芯片控制所述每个机械手臂中直流电机的正反转，进而实现控制机器手单元2对PET/CT机控制面板上按键的相应操作。本实施方式中直流电机由7.4V的锂电池供电。如图4所示，本实施方式中采用MP2307降压芯片代替以前常用的LM117直插降压芯片将7.4V锂电池提供的7.4V电压降为5V电压供STC15W104AS单片机使用。如图5所示，采用AMS1086CD-3.3V芯片继续将前述5V电压降为3.3V供2.4G无线模块使用。采用MP2307芯片，一方面可以减小体积，另一方面解决了LM117长时间工作带来的发热状况。如图6所示，STC15W104AS单片机有16个IO口和2个串口，每两个IO口可以利用高低电压控制一个L9110电机驱动芯片来实现电机的正反转，进而实现推杆滑块的前进及后退。两个串口用于向2.4G无线模块发送指令，实现与远程遥控操作平台之间的通讯。
本实施方式的机器人外形体，为用于将四角支撑架、机器手单元和电路控制单元封装在内的具有一定外观设计的包装体。如图1所示，本实施方式中机器人外形体的外观设计为一熊猫，其象征着友好且能使患者消除恐惧心理。熊猫形状机器人外形体通过螺栓固定在四角支撑架上。
本实施方式的机器人远程遥控平台，用于PET/CT室外的医务人员向PET/CT室内的PET/CT机器人护士本体发出控制指令，控制PET/CT机器人护士本体对PET/CT机操作面板上八个按键的按下或松开，实现对PET/CT机的实时操作。本实施方式的机器人远程遥控平台，包括机器人远程遥控中心和图7所示的机器人远程遥控人机交互界面；所述机器人远程遥控中心，如图1所示，进一步包括：
图像采集模块，用于从患者体位远程监视系统接收PET/CT室内患者在PET/CT检查床上的体位实时图像并显示在机器人远程遥控人机交互界面上，以便PET/CT室外的医务人员实时了解PET/CT室内患者在检查床上的位置状态，同时还将所述实时图像传送至位置校准模块及按照患者图像保存路径对所述实时图像进行实时保存；所述PET/CT室内患者在检查床上的体位实时图像，包括患者头部上面、左面、右面三个方位的实时图像；
参数设置模块，用于通过机器人远程遥控人机交互界面对所述机器人远程遥控中心与所述单片机进行串口通讯的串口通道，所述机器人远程遥控中心与所述单片机进行串口通讯的波特率以及患者图像保存路径进行设置；
位置校准模块，用于根据从图像采集模块接收的患者在PET/CT室内检查床上的体位实时图像及预设的PET/CT室内患者在检查床上的理想体位，计算患者体位偏差并将患者体位偏差值实时显示在机器人远程遥控交互人机界面上；
PET/CT机操作控制模块，用于根据机器人远程遥控交互界面上实时显示的患者体位偏差值，PET/CT室外医务人员通过对机器人远程遥控交互界面上设置的与PET/CT机操作面板上八个按键相对应一致的八个按键的操作，向PET/CT室内的PET/CT机器人护士本体发出控制指令，控制PET/CT机器人护士本体按照远程医务人员的指令实现对PET/CT机的实时操作，包括PET/CT机的照明、PET/CT机床体的定位、出床、进床、上移、下移、加速运动和结束运动；
辅助功能模块，用于PET/CT室外医务人员通过机器人远程遥控交互界面执行操作时间显示、帮助、打印、搜索等功能，辅助PET/CT室外的医务人员完成相关工作任务。
如图7所示的机器人远程遥控人机交互界面，由与机器人远程监控中心中各模块对应的PET/CT室内患者在PET/CT检查床上的体位实时图像显示区域部分、参数设置区域部分、位置校准显示区域部分、PET/CT机操作控制区域部分和辅助功能区域部分构成。
本实施方式的患者体位远程监视系统，紧靠在PET/CT机床体的头部位置，如图8所示，由门框式支架和安装在该门框式支架上部、左边框、右边框的三个监控摄像头302、301、303构成。本实施方式中门框式支架的材质为铝合金。本实施方式中三个监控摄像头每45毫秒对患者的位姿进行测量，其中，门框式支架左边框上的摄像头301负责采集患者头部右侧的位姿图像，门框式支架右边框上的摄像头303负责采集患者头部左侧的位姿图像，门框式支架上部的摄像头302负责采集患者面部位置图像，并将所拍摄的图像传送至所述图像采集模块。监控摄像头内含无线发射器的HUB及路由，通过HUB及路由与机器人远程遥控中心进行WIFI连接通信，其传输频率为2.4GHz，将视频信号传到机器人远程遥控人机交互界面上。PET/CT室外的医务人员通过机器人远程遥控人机交互界面观察患者的情况，通过机器人远程遥控平台向PET/CT机器人护士本体发出指令，PET/CT机器人护士本体根据指令控制PET/CT机床体的位置。无线摄像头信号为130万数字高清信号，可以清楚地看见患者的姿态与位置。直线无障碍传输距离为300米，完全可以满足医用隔离墙的穿透。无线信号使用降码流处理技术，当传输信号受到阻隔干扰时，能够通过自动降低码流的方式，以降低画面清晰度的方式保证信号传输不受到影响。当干扰消失之后，画面清晰度恢复原始清晰度。使用wifi加载技术，保证信号传输稳定流畅。电源线进行加长，方便布线。摄像头固定在铝合金架上，稳固耐用。
本实施方式中PET/CT室外的医务人员远程遥操作PET/CT机器人护士本体工作的过程为：在PET/CT室外的机器人远程遥控平台上，打开机器人远程遥控中心和机器人远程遥控人机交互界面后，首先连接串口，点击COM口，调至与单片机通讯的COM口相一致，本发明中用COM4口，设定波特率为9600，通过鼠标点击机器人远程遥控人机交互界面上的相应按钮向远程PET/CT机器人护士本体发出控制指令，PET/CT机器人护士本体根据指令实现对PET/CT机的控制操作，实现了机器人代替医务人员控制PET/CT机的工作。PET/CT机器人护士本体在接收到机器人远程遥控平台的指令后控制患者进入到PET/CT机床体或者从PET/CT机床体出来、以及调整床体向左、向右移动。同时，通过患者体位远程监视系统的三个摄像头将患者位置图像实时传送到PET/CT室外的机器人远程遥控平台上，远程操作医务人员根据图像信息，向PET/CT机器人护士本体发出指令，PET/CT机器人护士本体根据指令调整PET/CT机床的位置，当患者位置合乎要求的时候，PET/CT室外的医务人员远程通知PET/CT机器人护士本体操作达到要求，开始PET/CT机扫描患者检测部位。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的熟练的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种可操作PET/CT机的机器人护士系统，所述PET/CT机的操作面板上有八个按键；其特征在于：该系统包括：PET/CT机器人护士本体、机器人远程遥控平台和患者体位远程监视系统；
所述PET/CT机器人护士本体，用于根据机器人远程遥控平台的指令，代替医务人员对PET/CT室内PET/CT机进行操作，其包括：
机器手单元，由与所述八个按键逐一对应的八个机械手臂构成，其中每个机械手臂均由直流电机、联轴器、丝杠和与丝杠滑块固定连接的推杆构成；所述直流电机通过联轴器带动丝杠转动，进而使丝杠上的推杆发生前后纵向移动，实现按下与松开PET/CT机操作面板上相应按键的功能；
电路控制单元，由单片机，电机驱动芯片和无线串口模块构成；所述单片机通过无线串口模块实现与机器人远程遥控中心的串口通讯，接收来自机器人远程遥控中心的指令；单片机根据从机器人远程遥控中心接收的指令，通过电机驱动芯片控制所述每个机械手臂中直流电机的正反转；
机器人外形体，为用于将机器手单元和电路控制单元封装在内的具有一定外观设计的包装体；
所述机器人远程遥控平台，用于PET/CT室外的医务人员向PET/CT室内的PET/CT机器人护士本体发出控制指令，控制PET/CT机器人护士本体对PET/CT机操作面板上八个按键的按下或松开，实现对PET/CT机的实时操作；所述机器人远程遥控平台，包括机器人远程遥控中心和机器人远程遥控人机交互界面；所述机器人远程遥控中心进一步包括：
图像采集模块，用于从患者体位远程监视系统接收PET/CT室内患者在PET/CT检查床上的体位实时图像并显示在机器人远程遥控人机交互界面上，以便PET/CT室外的医务人员实时了解PET/CT室内患者在检查床上的位置状态，同时还将所述实时图像传送至位置校准模块及按照患者图像保存路径对所述实时图像进行实时保存；所述PET/CT室内患者在检查床上的体位实时图像，包括患者头部上面、左面、右面三个方位的实时图像；
参数设置模块，用于通过机器人远程遥控人机交互界面对所述机器人远程遥控中心与所述单片机进行串口通讯的串口通道、所述机器人远程遥控中心与所述单片机进行串口通讯的波特率以及患者图像保存路径进行设置；
位置校准模块，用于根据从图像采集模块接收的患者在PET/CT室内检查床上的体位实时图像及预设的PET/CT室内患者在检查床上的理想体位，计算患者体位偏差并将患者体位偏差值实时显示在机器人远程遥控交互人机界面上；
PET/CT机操作控制模块，用于根据机器人远程遥控交互界面上实时显示的患者体位偏差值，PET/CT室外医务人员通过对机器人远程遥控交互界面上设置的与PET/CT机操作面板上八个按键相对应一致的八个按键的操作，向PET/CT室内的PET/CT机器人护士本体发出控制指令，控制PET/CT机器人护士本体按照远程医务人员的指令实现对PET/CT机的实时操作，包括PET/CT机的照明，PET/CT机检查床体的定位、出床、进床、上移、下移、加速运动和结束运动；
所述患者体位远程监视系统，由设置在PET/CT机床体的头部位置的三个监控摄像头组成，用于拍摄患者躺在检查床上后其头部上面、左面、右面三个方位的实时图像，并将所拍摄的图像传送至所述图像采集模块。
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