CN111584024B - 一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请所请求保护的一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统，分为传感层、通信层和应用层。传感层的主要由布置在被监测物体上的传感器骨骼或者是RFID标签,对监测物体实现感知。感知骨骼都附带有通信装置能够与网络层进行沟通,将监测指令或者是骨骼所附带的信息传递出去。物联网的通信层,核心是在监测骨骼上布置的节点,组成多跳型自组织网络。应用层是布置在数据中心,整理分析感知层采集到的信息,实现人机交互能够让检测人员查询信息。算法对感知到的数据分析,判断骨骼现在的健康状况,如果需要保养,能够为检测人员制定保养计划。

Description

一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统

技术领域

本申请属于信息技术检测领域，具体的，涉及一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统。

背景技术

物联网技术的发展被看作是新一轮的产业革命,但是目前相关技术并没有达成一个统一的标准。世界各个发达国家都在积极发展,部署相关战略,以便在发展中占住先机。我国的物联网建设已经被提升到国家战略层面,相关产业进入了飞速发展的时期。

物联网(TheInternetofthings)是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感骨骼与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，且按约定的协议，将任何物品与互联网连接起来进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，实现人与物，物与物的信息传递和交换，并最终实现智能化的决策和管理。但是，针对医疗行业中，所使用的物联网系统，大多没有直观的实物，故未广泛应用于企业中，不能真正发挥物联网的效用和价值；相应地，国内的物联网检测控制系统无法对客户情况进行自动检测控制和报警，还都停留在视频监控的简单模式；而国外的产品由于环境、成本问题又不适合我国企业的需要，针对骨密度检测，现有技术中尤其缺少一种物联网形式的检测方案，便于病患之间对于身体骨骼质量的实时监控。

检测骨密度的方法有很多,原理也不尽相同,大体分为射线方法与超声方法为了更有效地获取患者的骨密度信息,通常医生会根据患者的不同状况选择不同的方法进行骨密度检测。因此,研究出一种便宜便携的骨密度检测骨骼对骨质疏松的防治來说是十分必耍而且意义深远的。

发明内容

针对上述医疗骨密度检测领域中缺少信息化集成检测的问题，本申请请求保护一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统，其由传感层、通信层和应用层组成，其特征在于：

所述传感层包括超声传感器、标签识别器、指令转换处理器、数据预处理器，连接于待检测骨密度的骨骼节点；

所述通信层，以通信网络作为骨干网络,辅助以自主组网、公共网络作为补充实现传感层信息的传送；

所述应用层采取激光模式识别对传感层采集的信息进行综合分析处理，帮助检测人员做出智能化分析结果。

本申请所请求保护的一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统，分为传感层、通信层和应用层。传感层的主要由布置在被监测物体上的传感器骨骼或者是RFID标签,对监测物体实现感知。感知骨骼都附带有通信装置能够与网络层进行沟通,将监测指令或者是骨骼所附带的信息传递出去。物联网的通信层,核心是在监测骨骼上布置的节点,组成多跳型自组织网络。应用层是布置在数据中心,整理分析感知层采集到的信息,实现人机交互能够让检测人员查询信息。算法对感知到的数据分析,判断骨骼现在的健康状况,如果需要保养,为检测人员制定保养计划。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本发明的一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统的结构模块图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1示出了根据本发明的一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统的结构模块图；

本发明请求保护一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统，其由传感层、通信层和应用层组成，其特征在于：

所述传感层包括超声传感器、标签识别器、指令转换处理器、数据预处理器，连接于待检测骨密度的骨骼节点；

所述通信层，以通信网络作为骨干网络,辅助以自主组网、公共网络作为补充实现传感层信息的传送；

所述应用层采取激光模式识别对传感层采集的信息进行综合分析处理，帮助检测人员做出智能化分析结果。

优选的，所述传感层包括超声传感器、指令转换电路，连接于待检测骨密度的骨骼节点，具体包括：

所述超声传感器由两个电源驱动的超声波感测头与基于CPLD的指令传感电路组成,在所述待检测骨密度的骨骼节点的左右两侧分别放置一个超声波发射感测头和超声波接收感测头,并保证两个超声换能器均在骨骼节点被测部位外侧的中垂线上,分别位于激发电路与接收电路的前口,分别与发射、接收感测头相连接，仿真器调试接口,用于CPLD程序的调试与烧写，用于电源控制的接口插座,与电源和限位开关相连接,数据线接口插座,用于建立与通信层间的数据传输；

所述标签识别器由RFID标签和阅读器构成，通过阅读器发出一个特定频率的无线电波,RFID标签通过耦合线圈感应出来的能量发送芯片中的信息或是RFID标签主动发送信息,阅读器解码后读取信息，阅读器将受到的信息传送给通信层,通信层进而发送给应用层根据需要对信息进行分析和处理；

所述指令转换处理器现通过对数字指令的分析处理得到真实指令的相关信息，其包括模拟指令输入口、数据转换时钟输入口、断电模式选择、输出能量选择、多态数据输出引脚、共模电压输入口、参考电压输入口、内部基准源输出口；

所述数据预处理器用于对所述指令转换处理器转换后的数据进行处理操作，具体包括指令噪音处理频率波段分析、准确性优化和指标计算。

其中，指令噪音处理过程中在采用DNR去噪的基础上,对去噪过的信号进巧四点三次算法去噪；频率波段分析为系统采集到超声波信号后,需要对其进行傅里叶变换，对降噪过的截取信号选择不同的仿真函数；所述准确性优化为采用多次测量取均值；所述指标计算为利用最小二乘法对在0.2～0.6MHz之间的超声衰减进行线性拟合,从而得出超声衰减BUA。

所述指令转换处理器的模拟指令输入口，采用差分输入时,引脚IN+和IN-分别接到输入指令的两侧；采用单口输入时,IN+接输入指令,IN-连接到COM引脚。系统使用差分输入方式,滤除指令中的直流成分。

所述指令转换处理器的数据转换时钟输入口，输入时钟对于转换结果的准确性非常重要,应该确保时钟的稳定性。系统使用CPLD输出频率100MHZ、占空比50％的脉冲作为采样的CLK。

所述指令转换处理器的断电模式选择，接到高电平上设置为断电模克低电平则为正常模式。系统将该引脚直接接地,使之一直骨骼运动在正常模式。输出能量选择。接高电平输出不使能,接低电平则输出使能。该引脚也通过CPLD控制。参考电压输入口。该输入电压决定态片转换的满量程大小。

所述指令转换处理器的芯片内部基准源2.048V输出口；可通过一个电阻连接到VCOM作为芯片参者电压。

优选的，所述通信层，以通信网络作为骨干网络,辅助以自主组网、公共网络作为补充实现传感层信息的传送，具体包括：

电源模块、处理器和存储模块、通信模块；

所述处理器负责控制所有骨骼节点的控制操作,其他模块的骨骼运动都要通过同处理器模块进行联系来完成任务；

存储模块的功能是对采集到的数据信息进行暂时保存,也可以保存其他骨骼节点传送过来的数据，根据骨骼节点的采集数据的需要来确定采用处理器和存储器的类型；

CPLD通过接收到处理器发起的命令后,进行对应的数据解析,然后做出相对应的操作，如果是电源控制命令时,则控制电源转动到指定位置,然后向处理器发送数据反馈感测头位置己经就绪；如果是增益调节命令时,则通过改变寄存器的值进而改变输出电压,实现增益控制；如果是数据采集命令时,首先产生高压控制脉冲,然后进行数据采集,控SRAM将缓冲的数据存储,然后再读出SRAM中的数据并经过同步后再发送给处理器；

电源模块的功能是为处理器模块和通信模块提供能量,电源模块通过处理器对其进行控制,通常采用感应供电或者是电池进行供电；

通信模块的功能是负责与其他传感器节点之间进行短距离无线通信,主要是用来发送采集到的数据和处理器下达的控制命令。

优选的，所述应用层采取激光模式识别对传感层采集的信息进行综合分析处理，帮助检测人员做出智能化分析结果，具体包括：

应用层接收到网络层传输过来的感知层的数据后,通过后台的软件完成数据的接收、入库及可视化显示等内容,并对数据进行深层次的挖掘,然后通过专家模型来来实现系统对监测内容的智能分析、预警报警等功能；

软件还可以与其他平台相联接,实现系统数据间的共享和互联互通，应用层实现的功能包括：骨骼状态监测、数据查询、预警分析、可视化信息展示、骨骼识别、待检测现场状态查看；

其中，骨骼状态监测时，对温度敏感的骨骼通过安装在骨骼上的温度传感器,实现运行骨骼的温度监测；对位置重要的部位安装部位压力传感器,实时监控部位压力状况,在部位压力超过预警值时,实现自动报警；安装综合监测节点,监测骨骼运动生物脉冲、骨骼肌含量等情况,实现对骨骼运动状态情况的掌握。

数据查询时，能够通过计算机对骨骼信息进行查询,能查到监测骨骼的实时状态信息；能对骨骼历史数据进行查询可以以数据列表、日曲线、月曲线、年曲线等形式展示历史数据,并支持excel表格输出。

预警分析时，监测骨骼运行参数,跟踪趋势变化,发现骨科疾病隐患,及时发出预警信号,提示检测人员适时保养,避免事故进一步扩大。

可视化信息展示时，实现数据的实时可视化显示；骨骼可视化:内嵌二维、三维地图/平面图,可叠加显示骨骼位置、传感器布置位置。

骨骼识别时，通过在配网现场骨骼上安装RFID标识,当检测人员靠近骨骼附近时,就可通过手持终端,识别该骨骼，包括骨骼类型、骨骼肌类型、骨骼部位。

待检测现场状态查看时，通过手持终端扫描RFID标识,确认可能患有骨科疾病的骨骼,通过移动终端连接数据中心,可以实现查看该骨骼的运行状态信息、运动环境信息、历史保养记录、骨骼骨科疾病信息的功能。将现场离线测试的信息通过移动终端上传至数据中心；利用数据中心骨骼实现对骨科疾病的分析诊断；现场保养完成后,对保养过程,试验数据进行记录,生成保养报告,储存在数据库中以便保养查阅,并且能够为数据中心提供样本,不断充实数据,为以后更准确判断骨骼骨科疾病类型提供依据。

应用层骨骼状态监测时使用激光模式识别的方式进行骨质监测，具体的，使用交叉光源发射激光束，将所述交叉光源发出的激光束分成对照光和实验光并沿不同的路径传输，使所述实验光和对照光合并，然后使所述对照光和所述实验光发生衍射，记录所述对照光和所述实验光经过所述成像系统后产生的衍射条纹的光强信息，根据所述记录的光强信息，计算得到未采集骨骼时对应的所述对照光和放置所述骨骼样品时对应的所述对照光的相位信息差异，并根据所述相位信息差异，计算得到所述骨骼样品的折射率差异，根据所述折射率差异得到所述骨骼样品的各类骨质含量；

应用层对状态监测的数据进行分析,利用建立的状态评估系统对监测到的数据进行评价,如果骨骼处于正常状态,则继续进行监测,如果骨骼处于非正常检测状态,就要考虑对骨骼进行保养,通过对骨骼状态的评估来决定是对骨骼进行临时性保养还是进行长时保养,然后结合保养时间的安排,最终制定出一份保养计划提供给检测人员进行参考。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种基于物联网技术的智能骨密度检测系统，由传感层、通信层和应用层组成，其特征在于：

所述传感层包括超声传感器、标签识别器、指令转换处理器、数据预处理器，连接于待检测骨密度的骨骼节点；

所述通信层，以通信网络作为骨干网络,辅助以自主组网、公共网络作为补充实现传感层信息的传送；

所述应用层采取激光模式识别对传感层采集的信息进行综合分析处理，帮助检测人员做出智能化分析结果；

所述传感层包括超声传感器、指令转换电路，连接于待检测骨密度的骨骼节点，具体包括：

所述超声传感器由两个电源驱动的超声波感测头与基于CPLD的指令传感电路组成,在所述待检测骨密度的骨骼节点的左右两侧分别放置一个超声波发射感测头和超声波接收感测头,并保证两个超声换能器均在骨骼节点被测部位外侧的中垂线上,分别位于激发电路与接收电路的前口,分别与发射、接收感测头相连接，仿真器调试接口,用于CPLD程序的调试与烧写，用于电源控制的接口插座,与电源和限位开关相连接, 数据线接口插座,用于建立与通信层间的数据传输；

所述标签识别器由RFID标签和阅读器构成，通过阅读器发出一个特定频率的无线电波, RFID标签通过耦合线圈感应出来的能量发送芯片中的信息或是RFID标签主动发送信息,阅读器解码后读取信息，阅读器将收到的信息传送给通信层, 通信层进而发送给应用层根据需要对信息进行分析和处理；所述指令转换处理器现通过对数字指令的分析处理得到真实指令的相关信息，其包括模拟指令输入口、数据转换时钟输入口、断电模式选择、输出能量选择、多态数据输出引脚、共模电压输入口、参考电压输入口、内部基准源输出口；

所述数据预处理器用于对所述指令转换处理器转换后的数据进行处理操作，具体包括指令噪音处理、频率波段分析、准确性优化和指标计算；

所述通信层，以通信网络作为骨干网络,辅助以自主组网、公共网络作为补充实现传感层信息的传送，具体包括：

电源模块、处理器和存储模块、通信模块；

所述处理器负责控制所有骨骼节点的控制操作,其他模块的骨骼运动都要通过同处理器模块进行联系来完成任务；

存储模块的功能是对采集到的数据信息进行暂时保存,也可以保存其他骨骼节点传送过来的数据，根据骨骼节点的采集数据的需要来确定采用处理器和存储器的类型；

CPLD通过接收到处理器发起的命令后,进行对应的数据解析,然后做出相对应的操作，如果是电源控制命令时,则控制电源转动到指定位置,然后向处理器发送数据反馈感测头位置己经就绪；如果是增益调节命令时,则通过改变寄存器的值进而改变输出电压,实现增益控制；如果是数据采集命令时,首先产生高压控制脉冲,然后进行数据采集,控SRAM将缓冲的数据存储,然后再读出SRAM中的数据并经过同步后再发送给处理器；

电源模块的功能是为处理器模块和通信模块提供能量,电源模块通过处理器对其进行控制,通常采用感应供电或者是电池进行供电；

通信模块的功能是负责与其他传感器节点之间进行短距离无线通信,主要是用来发送采集到的数据和处理器下达的控制命令；

所述应用层采取激光模式识别对传感层采集的信息进行综合分析处理，帮助检测人员做出智能化分析结果，具体包括：

应用层接收到网络层传输过来的感知层的数据后,通过后台的软件完成数据的接收、入库及可视化显示内容,并对数据进行深层次的挖掘,然后通过专家模型来实现系统对监测内容的智能分析、预警报警功能；

软件还可以与其他平台相连接,实现系统数据间的共享和互联互通，应用层实现的功能包括：骨骼状态监测、数据查询、预警分析、可视化信息展示、待检测现场状态查看；

应用层骨骼状态监测时使用激光模式识别的方式进行骨质监测，具体的，使用交叉光源发射激光束，将所述交叉光源发出的激光束分成对照光和实验光并沿不同的路径传输，使所述实验光和对照光合并，然后使所述对照光和所述实验光发生衍射，记录所述对照光和所述实验光经过成像系统后产生的衍射条纹的光强信息，根据所述记录的光强信息，计算得到未采集骨骼时对应的所述对照光和放置所述骨骼样品时对应的所述对照光的相位信息差异，并根据所述相位信息差异，计算得到所述骨骼样品的折射率差异，根据所述折射率差异得到所述骨骼样品的各类骨质含量；

应用层对状态监测的数据进行分析,利用建立的状态评估系统对监测到的数据进行评价,如果骨骼处于正常状态,则继续进行监测,如果骨骼处于非正常检测状态,就要考虑对骨骼进行保养,通过对骨骼状态的评估来决定是对骨骼进行临时性保养还是进行长时保养,然后结合保养时间的安排,最终制定出一份保养计划提供给检测人员进行参考。

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