CN111914794A - 一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法。包括硬件部分和软件部分，硬件部分包括摄像头、PC机、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器，软件部分包括功能模块和驱动程序，功能模块还包括选择模块、理疗模块、图像采集模块、表情识别模块、信息传输模块、信息记录模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括热疗模块、电疗模块、负压模块。本发明解决了目前电子式理疗仪智能化程度低，理疗参数调节不及时等显著缺陷，并通过面部表情信息的采集、识别，建立起一种无需人工调节的智能化设备，实现一种智能一体化的康复理疗系统。

Description

一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法。
背景技术
理疗保健是人们日常生活中不可或缺的关键部分，目前市场上的智能理疗仪大都需要手动调节理疗参数，不仅给服务人员带来了很多不便性、调节参数不及时性等问题，而且还给理疗者带来了不舒适性的理疗感受，为了提高理疗仪的智能化技术，兰红娟（中国专利 2018-02-09 CN107670179A自动控温红外光理疗仪）提出了一种自动控温红外光理疗仪。由于该技术只是在温度理疗过程中，利用红外测温装置来监测温度，当温度升高或者降低时，利用超声波测距的方式来控制理疗区域的温度恒定，但未能根据理疗者的感受进行实时调节，产生了理疗的不及时性以及理疗者的不舒适性。潘春燕（中国专利 2018-11-20CN108836781A 一种医疗膝盖关节炎自动理疗仪及其康复理疗方法）公开了一种医疗膝盖关节炎自动理疗仪及其康复理疗方法。由于该技术只是采用抬升板和提升按摩装置，利用按摩支撑架、提升推杆、提升滑动板、提升滑动架、夹持架、伸缩机构、按摩机构、缓冲机构、定位支链、提升推杆和提升推架来进行对膝盖的位置自动调节，自动按摩等功能，但仍然无法实时调节理疗时的理疗参数强度。近期，李周碧等人（中国专利 2019-02-12CN109316664A 温控自适应理疗仪）公开了一种温控自适应理疗仪,该发明只是通过设定预设温度,根据体温贴提供的体温采集数据,实时动态调整红外灯头的输出功率,让病人理疗部位保持在一个恒定的温度,智能化程度低，不能检测理疗者的理疗感受来进行自适应调节参数进行理疗。
综上所述，现有的理疗仪虽然实现了简单的自动控制医疗参数，但仍然存在着局限性，不能根据理疗者的理疗情绪进行快速自动调节，其智能化程度仍然很低，无法自行满足理疗服务。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法。
本发明技术方案如下所述：
一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法。包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括摄像头、PC机、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器，所述软件部分包括驱动程序，所述软件部分还包括功能模块，所述功能模块包括选择模块、图像采集模块、表情识别模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块。
所述选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，模式间通过触摸按钮进行切换。
所述图像采集模块是所述摄像头将采集回的面部表情图片传输给所述PC机上通过所述表情识别系统进行表情识别。
所述信息传输模块，是所述表情识别模块通过串口将识别后的数据传输给所述STM32F103ZET6处理器，还是所述STM32F103ZET6处理器将理疗参数进行无线传输给理疗者的移动端。
所述理疗模块包括，热疗模块、电疗模块、负压模块，通过对超声波，低频脉冲，负压控制，来进行对理疗者理疗。
所述信息记录模块，是所述STM32F103ZET6处理器通过将理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（频率的高低、脉冲电流的幅值、负压的数值）信息上传到服务器端在数据库中进行记录。
所述的面部表情识别模块与所述理疗模块进行数据交互；
所述数据交互是通过所述面部表情识别模块对理疗者进行面部表情识别，将识别后的结果通过串口传输给所述STM32F103ZET6处理器，来控制所述热疗探头、电疗探头和负压探头的理疗参数；理疗者可随时通过移动端查看自己的理疗记录。
根据上述方法的本发明，其有益效果在于：
本发明根据人脸面部表情可自动寻找最优理疗参数，进行理疗。
本发明结合热疗、电疗、负压为一体，功能多样，易于操作，为人们日常理疗带来极大便利。
本发明可自动保存理疗数据，记录理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（频率的高低、脉冲电流的幅值、负压的数值）信息，便于理疗后清楚地分析了解自己的健康状况。
附图说明
下面结合附图和实例方式对本发明进行进一步描述；
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明事件处理流程示意图；
图3为本发明执行流程结构示意图；
图4为本发明热疗探头原理示意图；
图5为本发明电疗探头原理示意图；
图6为本发明负压探头原理示意图；
图7为本发明调节器内部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图1所示，本发明提供了一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法。由硬件设计和软件设计两部分组成。硬件部分包括USB摄像头、PC机、热疗探头（超声波原理）、电疗探头（低频脉冲原理）、负压探头（拔罐原理）以及STM32F103ZET6处理器。软件部分包括驱动代码和功能模块，功能模块包括选择模块、图像采集模块、表情识别模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块，选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，理疗模块还包括，热疗模块、电疗模块、负压模块。
本发明实现的功能包括：热疗功能、电疗功能、负压功能、图像采集、面部表情识别、数据交互、理疗仪参数调节和参数信息记录。
如图2所示，PC机通过摄像头检测到人脸信息时，进行人脸图像采集，将人脸图像采集定义为一次处理事件，一次事件处理后进行表情识别，将表情识别定义为一次触发事件，通过实时不断的传输来的一次触发事件结果在单一模式（例如：电疗模式）下进行理疗参数调节，同时将理疗模式（电疗模式）和实时调节的理疗参数进行采样记录，并将实时调节的理疗参数和实时记录的理疗参数和理疗模式定义为二次处理事件。
1、选择模块
模块采用触摸按键的形式实现热疗模式、电疗模式、负压模式之间的切换。例如，按键按一下是热疗模式，按键连续按两下是电疗模式，按键连续按三下是负压模式；模式选择后，通过按键按一下选择手动模式和按键按两下选择自动模式。
2、图像采集模块
模块通过PC机上的表情识别模块调用USB摄像头实时地捕捉摄像覆盖范围内理疗人员的图像信息。
3、表情识别模块
在PC机上表情识别模块由图像处理子系统和表情预测子系统组成，图像处理子系统将图像采集模块采集回来的图像信息，在PC机上进行预处理，表情预测子系统通过采用训练好的表情识别模型进行对图像中的人脸进行面部表情识别。
4、信息传输模块
如图3所示，表情识别模块与理疗模块之间的信息传输基于串行协议。当理疗仪上电后，表情识别模块通过采集回摄像头探照范围内的图像信息，进行人脸检测，当检测到人脸图像时，表情识别模块将采集回的图像进行预处理，来实现面部表情的识别，将识别后的结果（开心、惊讶、正常、愤怒、厌恶、悲伤、生气）分成三类（例：1开心、惊讶；2正常；3愤怒、厌恶、悲伤、生气），将其中两类（正常和愤怒、厌恶、悲伤、生气）通过串行数据线进行传输给STM32F103ZET6处理器，处理器进行数据处理转换成特定的指令。理疗仪上电时，显示器提示我们进行模式选择，模式选择好以后，STM32F103ZET6处理器根据表情转换的特定指令进行理疗参数的调节（例：理疗参数加1），同时STM32F103ZET6处理器对理疗参数进行实时采样，将采集的理疗参数信息经过GSM数据传输模块上传到服务器终端，在数据库中进行保存，理疗人员可随时通过移动端来查看自己的理疗记录。
5、理疗模块
理疗模块分为：热疗模块、电疗模块、负压模块。通过理疗者开心、惊讶表情保持当前的理疗参数（脉冲电压幅值、频率的高低、负压的数值），通过理疗者正常的面部表情升高当前的理疗参数，通过理疗者愤怒、厌恶、悲伤、生气表情降低当前的理疗参数。
热疗模块，采用超声波加热的方式通过热疗探头进行热疗。如图4所示，热疗探头内部原理图，热疗探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出的电压，超声波发生器将电压转换成与超声波换能器相匹配的高频电信号，驱动超声波换能器工作，进而输出0.8MHZ至3.3MHZ范围内的超声波频率，由金属片将超声波传送至热疗部位，从而使超声波覆盖范围内的大量分子无规则运动的剧烈程度增加，温度升高，从而实现热疗的效果。例如：在0.8MHZ至3.3MHZ超声波频率使用范围内，手动模式下是人通过调节器调节电压的大小，实现超声波频率的调节；自动模式下是根据据理疗者的表情信息来调节超声波频率的高低（自动模式下调节器不工作）。
电疗模块，采用低频脉冲的方式通过电疗探头进行理疗。如图5所示，电疗探头内部原理图，电疗探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出1000HZ以下的低频脉冲电流，经导线传导给电疗探头上的电极片，使电极片与人体电疗部位相接触，实现电疗效果。例如：在1000HZ以下低频脉冲使用范围内，手动模式下是人通过调节器调节低频脉冲电流的幅值以达到理疗者的需求，自动模式下是根据理疗者的表情信息来调节低频脉冲电流的幅值（自动模式下调节器不工作）。
负压模块，采用吸力的方式通过负压探头进行理疗，如图6所示负压探头内部原理图。负压探头是通过STM32F103ZET6处理器控制放大器输出12V的电压到负压探头上的负压真空泵使其产生-10kPa到-40kPa范围内的压力。例如，在负压大小-10kPa到-40kPa范围内，手动模式下是人通过调节器调节电压的大小，进而实现负压的数值的改变；自动模式下是根据理疗者的表情信息来自动调节负力的数值（自动模式下调节器不工作）。
如图7所示为调节器内部结构示意图，分为手动调节档和自动调节档。当人把开关打到手动调节档时，即手动调节；当人把开关打到自动调节档时，即自动调节。
6、信息记录模块
无论手动模式下还是自动模式下，理疗系统实时记录用户使用理疗仪时的理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）和理疗参数信息（频率的高低、脉冲电流的幅值、负压的数值），通过GSM上传到服务器终端，在数据库中进行保存，便于理疗者通过移动端随时查看自己的理疗记录。

Claims (3)

1.一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法，包括硬件部分和软件部分，所述硬件部分包括摄像头、PC机、热疗探头、电疗探头、负压探头以及STM32F103ZET6处理器；所述软件部分包括驱动程序，其特征在于，所述软件部分还包括功能模块，所述功能模块包括选择模块、图像采集模块、表情识别模块、信息传输模块、理疗模块、信息记录模块；
所述选择模块包括，热疗模式、电疗模式、负压模式，模式间通过触摸按钮进行切换；
所述图像采集模块是所述摄像头将采集回的面部表情图片信息传输给所述PC机上的所述表情识别模块进行表情识别；
所述信息传输模块，是所述表情识别模块通过串口将识别后的数据传输给所述STM32F103ZET6处理器，由所述STM32F103ZET6处理器将理疗参数进行无线传输给理疗者的移动端；
所述理疗模块包括，热疗模块、电疗模块、负压模块，通过对超声波，低频脉冲，负压的控制，从而实现对理疗者的智能理疗；
所述信息记录模块，是所述STM32F103ZET6处理器通过将理疗者使用理疗仪时理疗模式（热疗模式、电疗模式、负压模式）、理疗参数（频率的高低、脉冲电流的幅值、负压的数值）信息上传到服务器端在数据库中进行存储、记录。
2.根据权利要求1所述的一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法，其特征在于，所述的面部表情识别模块与所述理疗模块进行数据交互；
所述数据交互是通过所述面部表情识别模块对理疗者进行面部表情识别，将识别后的结果通过串口传输给所述STM32F103ZET6处理器，来控制所述热疗探头、电疗探头和负压探头的理疗参数。
3.根据权利要求1所述的一种新型的基于深度学习的理疗仪系统设计方法，其特征在于，理疗者可随时通过移动端查看自己的理疗记录。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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Application publication date: 20201110

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