CN112102941A - 一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，包括：用于自动对使用者眼睛各部位进行拍照并上传的眼病筛查机器人，眼病筛查机器人包括：用于对使用者眼睛各部位高清拍照的拍摄单元，用于起支撑和控制机器人运行且与拍摄单元底部连接的支撑底座，用于通过深度学习DenseNet算法对眼病筛查机器人拍摄照片进行分析诊断的筛查系统，筛查系统包括：用于接收摄像头拍摄照片的照片接口、基于DenseNet分析算法提取图片特征后进行诊断的分析单元、用于将分析结果发送至眼病筛查机器人的发布接口，本发明解决了目前基于人工智能系统对病人眼疾筛查的机器仍需要专业人员进行操作，且只能筛查单一种类眼疾的问题。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体是涉及一种搭载基于眼底照片筛查系 统的眼病筛查机器人。
背景技术
目前国内外研究报道，眼科医生的数量已经远远不能满足眼病人群的需要。 因此，目前迫切需要利用深度学习算法构建一个可比拟眼科人类专家水平的人工 智能眼病筛查诊疗系统，安装在眼科机器人中，使其蜕变为智能眼科专家机器人， 在缺乏眼科医生的地区替代眼科医生行驶眼病的诊疗任务，在病患量较多的大医 院协助眼科专家进行眼病的诊治，提高诊疗效率，以降低眼病给人群带来伤害。
目前，针对眼病的筛查，主要还是依靠医生进行人工检查，以明确患者是 否有眼表、眼前段、或眼后段的疾病。此外，目前研发的人工智能眼病筛查系 统往往只能单一的筛查眼底病变或者单一筛查某些眼表疾病，换句话说，这类 系统不能从前到后智能的筛查全眼球的疾病。更重要的是，这种人工智能系统 基于的设备仍需要专业人员去进行操作。
发明内容
本发明解决的技术问题是目前基于人工智能系统对病人眼疾筛查的机器仍 需要专业人员进行操作，且只能筛查单一种类眼疾的问题。
本发明的技术方案是：一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人， 包括：
用于自动对使用者眼睛各部位进行拍照并上传的眼病筛查机器人，眼病筛 查机器人包括：用于对使用者眼睛各部位高清拍照的拍摄单元，用于起支撑和 控制机器人运行且与拍摄单元底部连接的支撑底座，
拍摄单元外表面底部连接有用于给使用者头部提供稳定支撑力的下巴支撑 垫，下巴支撑垫内设有用于感知使用者下巴压下的压力传感器，拍摄单元外表 面上部的中心位置设有眼部拍摄区，眼部拍摄区内设有用于发出光线使眼部清 晰显示的灯带，眼部拍摄区内表面两侧分别设有电机，电机的输出端横向连接 有在电机带动下转动的丝杆，丝杆上固定有用于对使用者眼部进行拍摄且位于 眼部拍摄区外表面的摄像头，摄像头在丝杆的带动下发生位移，拍摄单元内底 部设有用于调整眼部拍摄区高度且顶部与眼部拍摄区连接的电动伸缩杆，
支撑底座外表面底部设有用于取出使用者诊断结果的打印出口，支撑底座 内包括：用于控制机器人工作的PLC控制器，与PLC控制器电性连接的无线联 网模块和打印机，打印机与打印出口连接，PLC控制器还与电机、摄像头、压 力传感器电性连接，
筛查系统搭载在眼病筛查机器人内且用于通过深度学习DenseNet算法对其 所拍摄照片进行分析诊断，筛查系统包括：用于接收摄像头拍摄照片的照片接 口、基于DenseNet分析算法提取图片特征后进行诊断的分析单元、用于将分析 结果发送至眼病筛查机器人的发布接口，分析单元由数个将图片特征进行提取 并继承前面每一层获取特征的稠密块串联而成，稠密块包括根据图片像素内容 获取的数个特征图，稠密块之间设有用于对稠密块内特征图进行处理的过渡层。
进一步地，过渡层包括用于提取图片特征的卷积层和用于防止过拟合的池 化层，其中，卷积层可以将照片中用于判断病人病征的像素进行提取分析，池 化层的作用是将压缩卷积层产生的数据和参数的数量，减小过拟合，同时提高 了容错性。
更进一步地，支撑底座外表面还包括：用于开关眼病筛查机器人的开关按 钮，用于显示筛查系统诊断进度的显示屏，用于识别使用者就诊信息并通过无 线联网模块传送至筛查系统的就诊卡识别器，开关按钮、显示屏、就诊卡识别 器与PLC控制器电性连接，其中就诊卡识别器帮助眼病筛查机器人获取使用者 的就诊信息并将其传入筛查系统，帮助筛查系统将使用者的诊断与其个人信息 匹配。
优选地，PLC控制器内设有用于帮助摄像头对准眼睛正确部位的校准单元， 校准单元通过摄像头所观察到的图像先控制电机调整摄像头所在高度，再通过 丝杆调整摄像头的横向位置，使得摄像头能够准确对准使用者的左右眼，这样 的设计使得眼病筛查机器人能够根据程序控制自动对准使用者的眼部。
优选地，拍摄单元外表面中部的中心位置设有用于通过吸入口鼻呼出水分 和气体来防止摄像头雾化的口鼻呼吸换气组件，口鼻呼吸换气组件内部设有换 气扇，换气扇依次连接换气管和设置在拍摄单元背部外表面的换气口，口鼻呼 吸换气组件入口内设有可更换的过滤替芯，过滤替芯处理过的气体通过换气口 排入空气，口鼻呼吸换气组件与PLC控制器电性连接，有效地改善了摄像头的 拍摄效果。
优选地，所述过滤替芯分为用于防止飞沫的吸水层和阻隔颗粒物的过滤层， 所述吸水层的材质为生物基亲水绵，所述过滤层的材质为熔喷无纺布，有效防 止了病菌的交叉感染。
进一步优选地，所述拍摄单元外表面上包裹有与使用者脸部接触的可更换 杀菌面巾，所述杀菌面巾用于隔绝每个使用者面部携带的细菌，为柔软的生物 基亲水绵材质，生物基亲水绵材质添加天然材料作为分子泡孔结构的一部分， 抑制了细菌和螨虫的生长，有效防止病人脸部病菌的交叉感染。
本发明的有益效果是：本发明基于无需专业人员操作、即可进行自动验光 和角膜曲率检测的眼科机器人，利用深度学习算法构建了一个可比拟眼科专家 的人工智能眼病筛查诊疗系统并植入到此机器人中，使其在缺乏眼科医生的地 区替代眼科医生行驶眼病的诊疗任务，以早期发现眼病并进行给予及时的指导 和转诊，在病患量较多的大医院协助眼科专家进行眼病的诊治，提高诊疗效率。
附图说明
图1是本发明正面结构示意图；
图2是本发明正面内部结构示意图；
图3是本发明背面内部结构图；
图4是本发明侧面内部结构图；
图5是本发明过滤替芯内部结构图；
图6是本发明口鼻呼吸换气组件入口内部结构图；
图7是本发明分析单元结构及流程图；
其中，1-拍摄单元、2-下巴支撑垫、3-支撑底座、4-打印出口、5-灯带、 6-眼部拍摄区、7-丝杆、8-摄像头、9-打印机、10-PLC控制器、11-无线联网 模块、12-电动伸缩杆、13-电机、14-显示屏、15-就诊卡识别器、16-开关按钮、 17-杀菌面巾、18-吸水层、19-过滤层、20-压力传感器、21-口鼻呼吸换气组件、 22-过滤替芯、23-换气口、24-换气扇、25-换气管。
具体实施方式
如图1所示，一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，包括：
用来自动对使用者眼睛各部位进行拍照并上传的眼病筛查机器人，眼病筛 查机器人包括：用于对使用者眼睛各部位高清拍照的拍摄单元1，用于起支撑 和控制机器人运行且与拍摄单元1底部连接的支撑底座3。
拍摄单元1外表面底部连接有用于给使用者头部提供稳定支撑力的下巴支 撑垫2，下巴支撑垫2内设有用于感知使用者下巴压下的压力传感器20，拍摄 单元1外表面上部的中心位置设有眼部拍摄区6，眼部拍摄区6内设有用于发 出光线通过补光使眼部清晰显示的灯带5，如图3所示，眼部拍摄区6内表面 两侧分别设有电机13，电机13的输出端横向连接有在电机13带动下转动的丝 杆7，丝杆7上固定有用于对使用者眼部进行拍摄且位于眼部拍摄区6外表面 的摄像头8，摄像头8在丝杆7的带动下发生位移，拍摄单元1内底部设有用 于调整眼部拍摄区6高度且顶部与眼部拍摄区6连接的电动伸缩杆12，拍摄单 元1外表面中部的中心位置设有用于通过吸入口鼻呼出水分和气体来防止摄像 头8雾化的口鼻呼吸换气组件21，如图6所示，口鼻呼吸换气组件21内部设 有换气扇24，如图4所示，换气扇24依次连接换气管25和设置在拍摄单元1 背部外表面的换气口23，口鼻呼吸换气组件21入口内设有可更换的过滤替芯 22，过滤替芯22处理过的气体通过换气口23排入空气，口鼻呼吸换气组件21 与PLC控制器10电性连接，有效地改善了摄像头8的拍摄效果，如图5所示， 过滤替芯22分为用于防止飞沫的吸水层18和阻隔颗粒物的过滤层19，吸水层 18的材质为生物基亲水绵，过滤层19的材质为熔喷无纺布，有效防止了病菌 的交叉感染，拍摄单元1外表面上包裹有与使用者脸部接触的可更换杀菌面巾 17，杀菌面巾17用于隔绝每个使用者面部携带的细菌，为柔软的生物基亲水绵 材质，有效防止病人脸部病菌的交叉感染。
如图1所示，支撑底座3外表面底部设有用于取出使用者诊断结果的打印 出口4，如图2所示，支撑底座3内包括：用于控制机器人工作的PLC控制器 10，与PLC控制器10电性连接的无线联网模块11和打印机9，打印机9与打 印出口4连接，PLC控制器10还与电机13、摄像头8、压力传感器20电性连 接，PLC控制器10内设有用于帮助摄像头8对准眼睛正确部位的校准单元，校 准单元通过摄像头8所观察到的图像先控制电机13调整摄像头8所在高度，再 通过丝杆7调整摄像头8的横向位置，使得摄像头8能够准确对准使用者的左 右眼，这样的设计使得眼病筛查机器人能够根据程序控制自动对准使用者的眼 部。
如图1所示，支撑底座3外表面还包括：用于开关眼病筛查机器人的开关 按钮16，用于显示筛查系统诊断进度的显示屏14，用于识别使用者就诊信息并 通过无线联网模块11传送至筛查系统的就诊卡识别器15，开关按钮16、显示 屏14、就诊卡识别器15与PLC控制器10电性连接，其中就诊卡识别器15帮 助眼病筛查机器人获取使用者的就诊信息并将其传入筛查系统，帮助筛查系统 将使用者的诊断与其个人信息匹配。
如图1所示，还包括：所述筛查系统搭载在所述眼病筛查机器人内且用于 通过深度学习DenseNet算法对其所拍摄照片进行分析诊断，筛查系统包括：用 于接收摄像头8拍摄照片的照片接口、基于DenseNet分析算法提取图片特征后 进行诊断的分析单元、用于将分析结果发送至眼病筛查机器人的发布接口，如 图5所示，分析单元由数个将图片特征进行提取并继承前面每一层获取特征的 稠密块串联而成，稠密块包括根据图片像素内容获取的数个特征图，稠密块之 间设有用于对稠密块内特征图进行处理的过渡层，所述过渡层包括用于提取图 片特征的卷积层和用于防止过拟合的池化层，其中，卷积层可以将照片中用于 判断病人病征的像素进行提取分析，池化层的作用是将压缩卷积层产生的数据 和参数的数量，减小过拟合，同时提高了容错性，所述分析单元在通过对大量 眼部照片进行分析训练后，对眼部多种疾病的诊断准确率大于93％，较高的诊 断准确率提高了筛查系统的可信度。
其中，压力传感器20、摄像头8、电机、PLC控制器、无线联网模块11、 打印机9、显示屏14、就诊识别卡15、换气扇24为市售。
本发明的工作过程为：
1、使用者按下支撑底座3上的开关按钮16，开启眼病筛查机器人，将就 诊卡靠近支撑底座3上的就诊卡识别器15，就诊卡内容识别后，PLC控制器10 通过无线联网模块11将就诊信息上传至筛查系统，筛查系统返回传入成功后， 支撑底座3上的显示屏14即显示可以开始机器人诊断；
2、使用者将下巴架在下巴支撑垫2上，PLC控制器10通过下巴支撑垫2 内的压力传感器20感知到使用者下巴压下后，PLC控制器10控制口鼻呼吸换 气组件21开启，通过吸入口鼻呼出水分和气体来防止摄像头8雾化，同时校准 单元内程序通过摄像头8所观察到的图像先控制电机13调整摄像头8所在高度， 再通过丝杆7调整摄像头8的横向位置，使得摄像头8能够准确对准使用者的 左右眼，通过灯带5的灯光对摄像头8进行补光，使得眼部细节得到清楚显示，PLC控制器10控制摄像头8对使用者整个眼表、眼前部、眼中部、眼后部分别 拍摄5张照片后，PLC控制器10再通过无线联网模块11连接筛查系统照片接 口，将照片上传至筛查系统，筛查系统返回传入成功后，PLC控制器10控制灯 带5熄灭，口鼻呼吸换气组件21停止工作，显示屏14提醒使用者将头部离开 机器人，等待结果；
3、如图7所示，筛查系统将获取的照片作为输入进入分析单元，分析单元 通过对照片中的像素点逐个进行卷积和池化，并提取特征点进行比照，最后将 诊断结构作为输出；
4、筛查系统通过发布接口将诊断结果传入眼病筛查机器人，PLC控制器10 再通过打印机9将结果打印出来，通过打印出口4从筛查机器人传出，使用者 通过打印出来的纸张获取诊断结果。
Claims (6)
1.一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，其特征在于，包括：
用于自动对使用者眼睛各部位进行拍照并上传的眼病筛查机器人，所述眼病筛查机器人包括：用于对使用者眼睛各部位高清拍照的拍摄单元(1)，用于起支撑和控制机器人运行且与所述拍摄单元(1)底部连接的支撑底座(3)，
所述拍摄单元(1)外表面底部连接有用于给使用者头部提供稳定支撑力的下巴支撑垫(2)，所述下巴支撑垫(2)内设有用于感知使用者下巴压下的压力传感器(20)，拍摄单元(1)外表面上部的中心位置设有眼部拍摄区(6)，所述眼部拍摄区(6)内设有用于发出光线使眼部清晰显示的灯带(5)，眼部拍摄区(6)内表面两侧分别设有电机(13)，所述电机(13)的输出端横向连接有在电机(13)带动下转动的丝杆(7)，所述丝杆(7)上固定有用于对使用者眼部进行拍摄且位于眼部拍摄区(6)外表面的摄像头(8)，所述摄像头(8)在丝杆(7)的带动下发生位移，拍摄单元(1)内底部设有用于调整眼部拍摄区(6)高度且顶部与眼部拍摄区(6)连接的电动伸缩杆(12)，
所述支撑底座(3)外表面底部设有用于取出使用者诊断结果的打印出口(4)，支撑底座(3)内包括：用于控制机器人工作的PLC控制器(10)，与所述PLC控制器(10)电性连接的无线联网模块(11)和打印机(9)，所述打印机(9)与所述打印出口(4)连接，所述PLC控制器(10)还与所述电机(13)、所述摄像头(8)、所述压力传感器(20)电性连接，
所述筛查系统搭载在所述眼病筛查机器人内且用于通过深度学习DenseNet算法对其所拍摄照片进行分析诊断，所述筛查系统包括：用于接收所述摄像头(8)拍摄照片的照片接口、基于DenseNet分析算法提取图片特征后进行诊断的分析单元、用于将分析结果发送至眼病筛查机器人的发布接口，所述分析单元由数个将图片特征进行提取并继承前面每一层获取特征的稠密块串联而成，所述稠密块包括根据图片像素内容获取的数个特征图，所述稠密块之间设有用于对稠密块内特征图进行处理的过渡层。
2.如权利要求1所述的一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，其特征在于，所述过渡层包括用于提取图片特征的卷积层和用于防止过拟合的池化层。
3.如权利要求1所述的一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，其特征在于，所述支撑底座(3)外表面还包括：用于开关眼病筛查机器人的开关按钮(16)，用于显示所述筛查系统诊断进度的显示屏(14)，用于识别使用者就诊信息并通过所述无线联网模块(11)传送至筛查系统的就诊卡识别器(15)，所述开关按钮(16)、所述显示屏(14)、所述就诊卡识别器(15)与所述PLC控制器(10)电性连接。
4.如权利要求1所述的一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，其特征在于，所述PLC控制器(10)内设有用于帮助所述摄像头(8)对准眼睛正确部位的校准单元，所述校准单元通过摄像头(8)所观察到的图像先控制所述电机(13)调整摄像头(8)所在高度，再通过所述丝杆(7)调整摄像头(8)的横向位置，使得摄像头(8)能够准确对准使用者的左右眼。
5.如权利要求1所述的一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，其特征在于，所述拍摄单元(1)外表面中部的中心位置设有用于通过吸入口鼻呼出水分和气体来防止所述摄像头(8)雾化的口鼻呼吸换气组件(21)，所述口鼻呼吸换气组件(21)内部设有换气扇(24)，所述换气扇(24)依次连接换气管(25)和设置在拍摄单元(1)背部外表面的换气口(23)，口鼻呼吸换气组件(21)入口内设有可更换的过滤替芯(22)，所述过滤替芯(22)处理过的气体通过换气口(23)排入空气，口鼻呼吸换气组件(21)与所述PLC控制器(10)电性连接。
6.如权利要求1所述的一种搭载基于眼底照片筛查系统的眼病筛查机器人，其特征在于，所述拍摄单元(1)外表面上包裹有与使用者脸部接触的可更换杀菌面巾(17)，所述杀菌面巾(17)用于隔绝每个使用者面部携带的细菌，为柔软的生物基亲水绵材质。
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