CN108542651A - 可视化氧舱运行系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可视化氧舱运行系统及其方法，所述系统包括氧舱舱体，操作台、宽屏显示器和智能可视化服务机，氧舱舱体内设置有舱内执行器和舱内传感器，舱内传感器通过一信号处理机与智能可视化服务机相连，舱内执行器通过一执行控制机与智能可视化服务机相连；在保留氧舱纯手动操作的基础上，利用虚拟现实技术，通过重新构建面向氧舱智能化的运行信息可视化操控系统，以等比例虚拟氧舱模型，实现对原有操作台中各类自动化仪表、指示灯、显示器的有机整合，将各类监控信息直观、完整、便捷的进行融合显示，并结合历史曲线、趋势图等方式展示历史及未来预计的工作情况，为氧舱的智能化运行奠定基础，同时提高了氧舱整体运行管理水平。

Description

可视化氧舱运行系统及其方法

技术领域

本发明涉及氧舱运行监控领域,具体涉及一种可视化氧舱运行系统及其方法。

背景技术

医用高压氧舱是当今医院重要的医疗设备，拥有广泛的使用领域。目前绝大多数的医用氧舱均是由舱体与氧舱控制台两部分构成，其中舱体为高压氧容器，患者在内进行吸氧治疗，舱体内部有各类执行机构以及各类传感机构，舱体外部通常会设置一个控制台，通过计算机或仪表盘等设定各类参数，登记患者信息，记录治疗过程，并最终输出治疗报告等。

随着医院规模的扩大以及医用氧舱的广泛使用，氧舱的功能也越来越复杂，在氧舱运行的过程中，所有的监控信息均通过控制台上预设的显示器、指示灯、仪表等装置展示给操作人员，在氧舱功能日渐丰富、监控指标越来越繁杂的情况下，这种原始的信息操控方式已不能满足当前的发展要求，操作人员难以直观、可靠的监视所有指标变化，主要存在以下缺陷：

(1)信息展示不直观：因为控制台中展示的是各类监控数据的并列显示，所有的仪表、显示器等均需要标注名字用以说明该数据的意义，并不能直观的想象出其对应于氧舱的哪个部分，部分相近指标易混淆；

(2)难以展示数据趋势：现有数据的监控是瞬时数据，并没有保留过去一段时间(如自本次开机以来)的数据变化情况，难以应对需要研判数据变化趋势的情况；同时，对于某些需要进行设定的指标，现有方式不能将设定值、当前值、未来变化曲线等信息同时展现出来，对氧舱未来的工作状态不易估计；

(3)系统告警不够直观：由于控制台主要通过警示灯的方式来实现紧急告警，警告信息往往不够明确，不能直观的告诉操作人员氧舱的哪个部分、哪个指标出现问题，在紧急状态下不够直观。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有氧舱运行过程中信息展示不直观、不清晰、不完整等问题，提供一种可视化氧舱运行系统及其方法，在保留氧舱纯手动操作的基础上，通过重新构建面向氧舱智能化的运行信息可视化操控系统，通过等比例虚拟氧舱模型，为操作人员提供直观、便捷、智能、人性化的氧舱运行操作平台，从而实现对原有操作台中各类自动化仪表、指示灯、显示器的有机整合，提高氧舱整体运行管理水平。

本发明提出一种可视化氧舱运行系统，包括氧舱舱体，操作台、宽屏显示器和智能可视化服务机，氧舱舱体内设置有舱内执行器和舱内传感器，舱内传感器通过一信号处理机与智能可视化服务机相连，舱内执行器通过一执行控制机与智能可视化服务机相连；

所述操作台与传统的氧舱操作台类似，除手动操作部分之外，原有其他部件由一台宽屏显示器(宽屏触摸显示器)来替代，由此可大幅减小操作台体积，并使台面更加整洁与现代化，所有的信息采集与获取均通过该宽屏显示器执行；宽屏显示器用以等比例显示氧舱三维模型，其由多个触摸显示器拼接而成，通过将氧舱模型等比例展示出来，为后续信息采集和信息处理提供操作基础；所述舱内传感器是根据不同要求配置的采集装置，包括气压传感器、吸氧量传感器和生命体征传感器等，用于在固定周期内反复采集氧舱各类运行参数，并传递给信号处理机；所述舱内执行器是根据不同要求配置的执行装置，包括气压调节阀、供氧调节阀、照明开关和空调控制开关等，用于将电信号转换为机械动作，实现对各类参数的调节，舱内传感器和舱内执行器具体可根据氧舱型号、容量进行灵活配置；

所述信号处理机接收舱内传感器的传感信号后，将接收的各类模拟传感信号转换为统一的网络报文格式传递给智能可视化服务机，所述网络报文格式可根据要求自定义，所述智能可视化服务机接收信号处理机发来的网络报文后，解析得到氧舱特定运行信息，并通过等比例构建仿真的氧舱3D模型、对氧舱3D模型实现实时运算与渲染，将氧舱相应部件的相关信息实时匹配在氧舱3D模型的对应位置上，由宽屏显示器进行显示；智能可视化服务机根据操作人员设置的相关执行参数，比如通过鼠标、键盘、触控等方式操作或设置的氧舱参数，智能可视化服务机将其生成控制网络报文，以网络报文格式发送给执行控制机，执行控制机根据特定舱内执行器的配置，将网络报文转换成舱内执行器所需的模拟量信号，从而实现操作人员对氧舱的可视化操作与控制。

进一步的，所述智能可视化服务机包括前端模型渲染模块和人机智能交互模块，所述信号处理机和执行控制机还包括后端信息处理模块；

所述前端模型渲染模块包括模型层、展示层和控制层，所述模型层用于存储各类氧舱模型、运行动作模型及人员模型；所述控制层用于接收后端信息处理模块所提供的数据，并将其转换为氧舱模型、运行动作模型及人员模型对应形态的变化，输出至展示层进行渲染展示；

所述人机智能交互模块包括控件层、渲染交互层和数据交换层，所述控件层以Unity3D控件、.Net控件为基础，构建用于人员点击、输入、提交的控件集合，该控件层与展示层渲染的模型叠加展示，以渲染模型为背景，控件在其上层实现展示数据、接收输入等功能；所述渲染交互层为控件层对应的逻辑控制代码，将每一个控件层后方对应的逻辑动作提交到数据交换层；所述数据交换层接收到对应的逻辑动作数据后，转换成控制数据发送给后端信息处理模块，如果部分数据需要立即在宽屏显示器界面上进行显示，则同时也会发给前端模型渲染模块中的模型渲染控制层；

所述后端信息处理模块用以实现软件与硬件的数据衔接，包括数据处理层和硬件驱动层，所述数据处理层接收人机智能交互模块发来的操作数据，并将其预处理，发送给硬件驱动层，同时，监听硬件驱动层对氧舱的控制结果，并将该结果返回人机智能交互模块；所述硬件驱动层包括舱内执行器和舱内传感器的驱动程序，实现软件与硬件的数据互通。

本发明另外还提出一种基于上述可视化氧舱运行系统的运行方法，包括以下步骤：所述可视化氧舱运行系统的运行模式为智能/自动氧疗模式，但仍然保留原有手动模式机械检测方式，以作为冗余配置及应急保障，系统运行后，在宽屏显示器中等比例显示虚拟氧舱；

(1)、系统开机渲染模型，实时监控与数据更新：

系统开机后，由智能可视化服务机载入氧舱模型数据，对氧舱进行3D建模，由智能可视化服务机基于3D渲染的方法在宽屏显示器上展示真实的氧舱设备，所述模型数据由Unity3D和OpenGL相关模型组成；

模型数据载入完成后，读取各个舱内传感器检测信息，在刚开机的情况下各个传感器为默认值，对氧舱内至少一个检查节点的多个值进行监测，并在氧舱3D模型的相应位置进行显示，所述检测节点为氧舱舱体内的各个运行部件，包括空调开关、照明开关、各类舱内传感器及舱内执行器，监测值以0.5-2秒为周期进行更新，检测节点更新数据在宽屏显示器中同步显示，通过实时采集和显示氧舱运行数据，为操作员展示具有真实感的氧舱运行状态；

(2)、设定运行参数并跟踪参数变化：

操作人员输入检测节点设定值，并将该检测节点设定值形成网络报文发给执行控制机；

执行控制机解析接收的网络报文，将新的设定值传递给设定值参数对应的舱内执行器(如调整压力电磁阀、开空调、开照明灯等)；

执行器动作后，舱内传感器检测到对应设定值参数的变化，并实时的反馈到宽屏显示器界面中；

其中，对于设置的检测节点，在宽屏显示器显示的氧舱3D模型中直接点击，响应点击后出现设置界面以进行运行参数数据的设定，数据输入后动态跟踪并显示当前检测节点的检测值及其与设定值之间的差值；

(3)历史数据回顾及未来运行趋势展示：

随着氧舱的运行，各个检测节点积累历史数据，点击氧舱3D模型中各个运行部件的相应位置，以在检测节点下方显示历史变化曲线，方便进行数据回顾；若该检测节点有设定值，则计算当前值与设定值之间的差值，并根据以往的变化趋势计算当前值向设定值变化的过程，以展示未来趋势；

当用户选择氧舱3D模型中的某一个检测节点时，在宽屏显示器上提供与所选择的状态相关的详细信息，使用本发明系统及其运行方法，可以通过网络访问某一个氧舱的可视化系统，实现对氧舱运行信息直观巡查。

进一步的，所述步骤(1)中，在监控及更新数据时：

由信号处理机每隔1秒监控所有舱内传感器状态，并将其暂时存储；

在所有传感器均采集完毕后，形成报文发送给智能可视化服务机；

智能可视化服务机实时准备接收报文，将报文解析后，将所有数据存储，并判断其中所有的传感器数据与界面显示的数据相比较是否有变化；有则更新界面，否则丢弃；

枚举所有参数是否超过安全设定值，若某检测节点的采集值超过系统设置的安全阈值，则在氧舱3D模型上模拟声光报警，并在其对应的位置进行亮灯闪烁，使操作人员能够快速定位问题。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明提出的可视化氧舱运行系统及其方法，以氧舱3D模型为基础，利用虚拟现实技术将各类监控信息直观、完整、便捷的进行融合显示，并结合历史曲线、趋势图等方式展示历史及未来预计的工作情况，方便进行历史数据回顾及分析未来变化曲线，通过历史吸氧治疗数据分析，为探索和分析治疗模式与治疗效果之间的关系、优化治疗方案提供基础；

利用模型部件闪烁提示报警信息更加醒目，实现了氧舱信息展示的直观可视化、人性化设计，结合信号处理机、执行控制机及智能可视化服务机的模块化结构设计，通过触控方式操作氧舱3D模型设置相关运行参数，实现参数设定到舱内执行器动作的全过程智能控制，有效提高操作人员对氧舱运行状态的把控。

附图说明

图1为本发明实施例1所述可视化氧舱运行系统硬件的结构示意图；

图2为本发明实施例1可视化氧舱运行系统软件原理框图；

其中，1、操作台；2、宽屏显示器；3、舱内传感器；4、舱内执行器；5、信号处理机；6、执行控制机；7、智能可视化服务机。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

实施例1，一种可视化氧舱运行系统，参考图1，包括氧舱舱体，操作台1、宽屏显示器2和智能可视化服务机7，氧舱舱体内设置有舱内执行器4和舱内传感器3，舱内传感器3通过一信号处理机5与智能可视化服务机7相连，舱内执行器4通过一执行控制机6与智能可视化服务机7相连；其中，所述操作台1与传统的氧舱操作台类似，除手动操作部分之外，原有其他部件由一台宽屏显示器2(宽屏触摸显示器)来替代，由此可大幅减小操作台体积，并使台面更加整洁与现代化，所有的信息采集与获取均通过该宽屏显示器执行；宽屏显示器用以等比例显示氧舱三维模型，其由多个触摸显示器拼接而成，通过将氧舱模型等比例展示出来，为后续信息采集和信息处理提供操作基础。

另外，所述舱内传感器3是根据不同要求配置的采集装置，包括气压传感器、吸氧量传感器和生命体征传感器等，用于在固定周期内反复采集氧舱各类运行参数，并传递给信号处理机；舱内执行器4是根据不同要求配置的执行装置，包括气压调节阀、供氧调节阀、照明开关和空调控制开关等，用于将电信号转换为机械动作，实现对各类参数的调节，舱内传感器3和舱内执行器4具体可根据氧舱型号、容量进行灵活配置。

所述信号处理机5接收舱内传感器3的传感信号后，将接收的各类模拟传感信号转换为统一的网络报文格式传递给智能可视化服务机7，所述网络报文格式可根据要求自定义，所述智能可视化服务机7接收信号处理机5发来的网络报文后，解析得到氧舱特定运行信息，并通过等比例构建仿真的氧舱3D模型、对氧舱3D模型实现实时运算与渲染，将氧舱相应部件的相关信息实时匹配在氧舱3D模型的对应位置上，由宽屏显示器2进行显示；智能可视化服务机7根据操作人员设置的相关执行参数，比如通过鼠标、键盘、触控等方式操作或设置的氧舱参数，智能可视化服务机将其生成控制网络报文，以网络报文格式发送给执行控制机6，执行控制机6根据特定舱内执行器4的配置，将网络报文转换成舱内执行器所需的模拟量信号，从而实现操作人员对氧舱的可视化操作与控制。

为详细说明各部分之间的软件设计关系，所述智能可视化服务机7包括前端模型渲染模块和人机智能交互模块，所述信号处理机5和执行控制机6还包括后端信息处理模块；前端模型渲染模块、人机智能交互模块及后端信息处理模块的交互关系如图2所示，具体的：

所述前端模型渲染模块包括模型层、展示层和控制层，所述模型层用于存储各类氧舱模型、运行动作模型及人员模型；所述控制层用于接收后端信息处理模块所提供的数据，并将其转换为氧舱模型、运行动作模型及人员模型对应形态的变化，输出至展示层进行渲染展示；

所述人机智能交互模块包括控件层、渲染交互层和数据交换层，所述控件层以Unity3D控件、.Net控件为基础，构建用于人员点击、输入、提交的控件集合，该控件层与展示层渲染的模型叠加展示，以渲染模型为背景，控件在其上层实现展示数据、接收输入等功能；所述渲染交互层为控件层对应的逻辑控制代码，将每一个控件层后方对应的逻辑动作提交到数据交换层；所述数据交换层接收到对应的逻辑动作数据后，转换成控制数据发送给后端信息处理模块，如果部分数据需要立即在宽屏显示器界面上进行显示，则同时也会发给前端模型渲染模块中的模型渲染控制层；

所述后端信息处理模块用以实现软件与硬件的数据衔接，包括数据处理层和硬件驱动层，所述数据处理层接收人机智能交互模块发来的操作数据，并将其预处理，发送给硬件驱动层，同时，监听硬件驱动层对氧舱的控制结果，并将该结果返回人机智能交互模块；所述硬件驱动层包括舱内执行器和舱内传感器的驱动程序，实现软件与硬件的数据互通。

实施例2，基于实施例1提出的可视化氧舱运行系统，本实施例提出一种其可视化运行方法，所述可视化氧舱运行系统的运行模式为智能/自动氧疗模式，但仍然保留原有手动模式机械检测方式，以作为冗余配置及应急保障，系统运行后，在宽屏显示器中等比例显示虚拟氧舱，具体包括以下步骤：

(1)、系统开机渲染模型，实时监控与数据更新：

系统开机后，由智能可视化服务机载入氧舱模型数据，对氧舱进行3D建模，由智能可视化服务机基于3D渲染的方法在宽屏显示器上展示真实的氧舱设备，所述模型数据由Unity3D和OpenGL相关模型组成；

模型数据载入完成后，读取各个舱内传感器检测信息，在刚开机的情况下各个传感器为默认值，对氧舱内至少一个检查节点的多个值进行监测，并在氧舱3D模型的相应位置进行显示，所述检测节点为氧舱舱体内的各个运行部件，包括空调开关、照明开关、各类舱内传感器及舱内执行器，监测值以0.5-2秒为周期进行更新，检测节点更新数据在宽屏显示器中同步显示，通过实时采集和显示氧舱运行数据，为操作员展示具有真实感的氧舱运行状态；

本实施例中，优选信号处理机每隔1秒监控所有舱内传感器状态，并将其暂时存储；在所有传感器均采集完毕后，形成报文发送给智能可视化服务机；智能可视化服务机实时准备接收报文，将报文解析后，将所有数据存储，并判断其中所有的传感器数据与界面显示的数据相比较是否有变化；有则更新界面，否则丢弃；枚举所有参数是否超过安全设定值，若某检测节点的采集值超过系统设置的安全阈值，则在氧舱3D模型上模拟声光报警，并在其对应的位置进行亮灯闪烁，使操作人员能够快速定位问题。

(2)、设定运行参数并跟踪参数变化：

操作人员输入检测节点设定值，并将该检测节点设定值形成网络报文发给执行控制机；执行控制机解析接收的网络报文，将新的设定值传递给设定值参数对应的舱内执行器(如调整压力电磁阀、开空调、开照明灯等)；执行器动作后，舱内传感器检测到对应设定值参数的变化，并实时的反馈到宽屏显示器界面中；

其中，对于设置的检测节点，在宽屏显示器显示的氧舱3D模型中直接点击，响应点击后出现设置界面以进行运行参数数据的设定，数据输入后动态跟踪并显示当前检测节点的检测值及其与设定值之间的差值；

(3)历史数据回顾及未来运行趋势展示：

随着氧舱的运行，各个检测节点积累历史数据，点击氧舱3D模型中各个运行部件的相应位置，以在检测节点下方显示历史变化曲线，方便进行数据回顾；若该检测节点有设定值，则计算当前值与设定值之间的差值，并根据以往的变化趋势计算当前值向设定值变化的过程，以展示未来趋势；

当用户选择氧舱3D模型中的某一个检测节点时，在宽屏显示器上提供与所选择的状态相关的详细信息，使用本发明系统及其运行方法，可以通过网络访问某一个氧舱的可视化系统，实现对氧舱运行信息直观巡查。

本实施例：(1)实现了氧舱直观的信息可视化：通过实施该发明，替代原有各类数值显示器、指示灯等装置，将氧舱的运行信息直观、明了的统一展示，更加人性化；(2)实现了氧舱设定与运行变化的可视化监控：将设定值、当前值、运行趋势等信息统一的展示，提高操作人员对氧舱运行状态的把控；(3)支持历史数据分析：通过历史吸氧治疗数据分析，可以探索和分析治疗模式与治疗效果之间的关系，优化治疗方案，具有广泛的推广及经济价值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.可视化氧舱运行系统，其特征在于，包括氧舱舱体，操作台、宽屏显示器和智能可视化服务机，氧舱舱体内设置有舱内执行器和舱内传感器，舱内传感器通过一信号处理机与智能可视化服务机相连，舱内执行器通过一执行控制机与智能可视化服务机相连；

所述舱内传感器包括气压传感器、吸氧量传感器和生命体征传感器，用于在固定周期内反复采集氧舱各类运行参数，并传递给信号处理机；所述舱内执行器包括气压调节阀、供氧调节阀、照明开关和空调控制开关，用于将电信号转换为机械动作，实现对各类参数的调节；

所述信号处理机接收舱内传感器的传感信号后，将接收的各类模拟传感信号转换为统一的网络报文格式传递给智能可视化服务机，所述智能可视化服务机接收信号处理机发来的网络报文后，解析得到氧舱特定运行信息，并通过等比例构建仿真的氧舱3D模型、对氧舱3D模型实现实时运算与渲染，将氧舱相应的各个运行部件的相关信息实时匹配在氧舱3D模型的对应位置上，由宽屏显示器进行显示；智能可视化服务机根据操作人员设置的相关执行参数，以网络报文格式发送给执行控制机，执行控制机根据特定舱内执行器的配置，将网络报文转换成舱内执行器所需的模拟量信号，从而实现操作人员对氧舱的可视化操作与控制。

2.根据权利要求1所述的可视化氧舱运行系统，其特征在于：所述智能可视化服务机包括前端模型渲染模块和人机智能交互模块，所述信号处理机和执行控制机还包括后端信息处理模块；

所述前端模型渲染模块包括模型层、展示层和控制层，所述模型层用于存储各类氧舱模型、运行动作模型及人员模型；所述控制层用于接收后端信息处理模块所提供的数据，并将其转换为氧舱模型、运行动作模型及人员模型对应形态的变化，输出至展示层进行渲染展示；

所述人机智能交互模块包括控件层、渲染交互层和数据交换层，所述控件层以Unity3D控件、.Net控件为基础，构建用于人员点击、输入、提交的控件集合；所述渲染交互层为控件层对应的逻辑控制代码，以将每一个控件层后方对应的逻辑动作提交到数据交换层；所述数据交换层接收到对应的逻辑动作数据后，转换成控制数据发送给后端信息处理模块；

所述后端信息处理模块包括数据处理层和硬件驱动层，所述数据处理层接收人机智能交互模块发来的操作数据，并将其预处理，发送给硬件驱动层，同时，监听硬件驱动层对氧舱的控制结果，并将该结果返回人机智能交互模块；所述硬件驱动层包括舱内执行器和舱内传感器的驱动程序，实现软件与硬件的数据互通。

3.基于权利要求1-2任一项所述的可视化氧舱运行系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、系统开机渲染模型，实时监控与数据更新：

系统开机后，由智能可视化服务机载入氧舱模型数据，对氧舱进行3D建模，由智能可视化服务机基于3D渲染的方法在宽屏显示器上展示真实的氧舱设备，所述模型数据由Unity3D和OpenGL相关模型组成；

模型数据载入完成后，读取各个舱内传感器检测信息，对氧舱内至少一个检查节点的多个值进行监测，并在氧舱3D模型的相应位置进行显示，所述检测节点为氧舱舱体内的各个运行部件，包括空调开关、照明开关、各类舱内传感器及舱内执行器，监测值以0.5-2秒为周期进行更新，检测节点更新数据在宽屏显示器中同步显示；

(2)、设定运行参数并跟踪参数变化：

操作人员输入检测节点设定值，并将该检测节点设定值形成网络报文发给执行控制机；

执行控制机解析接收的网络报文，将新的设定值传递给设定值参数对应的舱内执行器；

执行器动作后，舱内传感器检测到对应设定值参数的变化，并实时的反馈到宽屏显示器界面中；

其中，对于设置的检测节点，在宽屏显示器显示的氧舱3D模型中直接点击，响应点击后出现设置界面以进行运行参数数据的设定，数据输入后动态跟踪并显示当前检测节点的检测值及其与设定值之间的差值；

(3)历史数据回顾及未来运行趋势展示：

随着氧舱的运行，各个检测节点积累历史数据，点击氧舱3D模型中各个运行部件的相应位置，以在检测节点下方显示历史变化曲线，若该检测节点有设定值，则计算当前值与设定值之间的差值，并根据以往的变化趋势计算当前值向设定值变化的过程，以展示未来趋势。

4.根据权利要求3所述的可视化氧舱运行方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在监控及更新数据时：

由信号处理机每隔1秒监控所有舱内传感器状态，并将其暂时存储；

在所有传感器均采集完毕后，形成报文发送给智能可视化服务机；

智能可视化服务机实时准备接收报文，将报文解析后，将所有数据存储，并判断其中所有的传感器数据与界面显示的数据相比较是否有变化；有则更新界面，否则丢弃；

枚举所有参数是否超过安全设定值，若某检测节点的采集值超过系统设置的安全阈值，则在氧舱3D模型上模拟声光报警，并在其对应的位置进行亮灯闪烁。