CN212699532U

CN212699532U - 一种基于hmm模型的多功能智能语音医疗床

Info

Publication number: CN212699532U
Application number: CN202020541241.8U
Authority: CN
Inventors: 郭雨欣; 宋雨佳
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2030-04-14

Abstract

本实用新型涉及医疗器械技术，具体涉及一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，包括医疗床本体、语音识别单元、控制单元、监测单元、报警单元和通信单元，控制单元分别连接语音识别单元、监测单元、报警单元和通信单元。该医疗床能够通过语音控制医疗床背部床板及餐板的活动。便于患者使用能够通过语音对医疗床进行调节，方便患者使用。除此之外，能够实时监测使用者的心脏状况、呼吸状况及心率情况，在心脏出现异常状态时能够通过报警系统进行发声报警，并通过通信系统传递给医院或使用者家属。

Description

一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，

背景技术

首先，当今社会,经济和科技的高速发展带动了生命科学和医疗卫生事业的进步,人们对医疗保健日益重视，对疾病的防治和康复需求越来越多。对医疗器械的种类、功能等要求也越来越高。然而医疗床作为医疗硬件中很重要的一部分尚不能满足现代人的需求，现有医疗床存在着一些问题比如功能不完善或不合理、安全性能低、病人操作不方便等等,给病人就诊、医护人员治疗及病人家属护理都带来一定的困难。这些问题亟待得到相应的改善。因此，将基于HMM 的语音识别运用到医疗床的设计中，以完善提升医疗床的智能性，来满足现今社会对医疗床的要求。

其次，现在医疗床仅对心跳进行检测，缺乏对病人心脏功能进行检测，尤其是睡眠时心脏状态的实时监控。而心震信号(SCG)的监测正好可以满足这一需求，并且其可行性已经被最近的实验所证明。

除此之外，本医疗床实现了对患者睡眠时体温测量、检测是否失禁等功能，实现了智能化及多功能化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可靠有效的、实时监控患者状态的多功能智能语音医疗床。

为实现上述目的，实用新型采用的技术方案是：一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，包括医疗床本体、语音识别单元、控制单元、监测单元、报警单元和通信单元，控制单元分别连接语音识别单元、监测单元、报警单元和通信单元。

在上述的基于HMM模型的多功能智能语音医疗床中，语音识别单元采用 ASRBoard核心板，其语音识别模型采用HMM模型进行训练及识别；控制单元采用Arduino单片机；监测单元包括分别与控制单元连接的心震检测模块、心电检测模块与体重检测模块；报警单元包括发声模块与LED模块；通信单元包括蓝牙模块。

在上述的基于HMM模型的多功能智能语音医疗床中，Arduino单片机选用 ArduinoPro Mini改进版开发板；心电检测模块采用非接触型心电传感器，体重检测模块采用压力传感器HX711；非接触型心电传感器、压力传感器HX711均与Arduino单片机连接；心震检测模块采用六轴加速器MPU6050，六轴加速器 MPU6050与Arduino单片机SPI接口连接；发声模块采用无源蜂鸣器，LED模块采用LED警示灯，无源蜂鸣器和LED灯均与Arduino单片机连接。

在上述的基于HMM模型的多功能智能语音医疗床中，医疗床本体包括床架、床垫、可转动床板、用餐板、护栏及支架、驱动装置及供电装置；可转动床板包括固定床板和活动床板，活动床板包括背部床板，固定床板包括臀部床板及腿部床板；背部床板、臀部床板及腿部床板上均设置有床垫；床垫包括包裹层，包裹层内自上而下依次是柔性检测层、填充层，所述各层之间通过缝纫或其他方式连接，柔性检测层中设置有非接触型心电传感器和压力传感器 HX711；支架连接床架及背部床面，用于撑起背部床面，护栏设置于床板两侧，用餐板设置于床板左侧；驱动装置与活动床板、护栏及用餐板连接，驱动装置分别与语音识别单元和供电装置连接；通信单元和驱动装置设置于床架上。

本实用新型的有益效果：能够通过语音控制医疗床背部床板及餐板的活动。便于患者使用能够通过语音对医疗床进行调节，方便患者使用。除此之外，能够实时监测使用者的心脏状况、呼吸状况及心率情况，在心脏出现异常状态时能够通过报警系统进行发声报警，并通过通信系统传递给医院或使用者家属。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的一个实施例的控制模块电路图；

图3为本实用新型一个实施例心震检测模块电路图；

图4为本实用新型的一个医疗床结构示意图；

其中，1-语音识别单元、2-控制单元、3-监测单元、4-报警单元、5-通信单元、6-医疗床本体、7-可转动床板、8-床垫、9-用餐板、10-支架；31-心震检测模块、32-心电检测模块、33-体重检测模块、41-发声模块、42-LED模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，包括医疗床本体、语音识别单元、控制单元、监测单元、报警单元、通信单元。语音识别单元采用ASR Board核心板，其语音识别模型采用 HMM模型进行训练及识别；控制单元采用Arduino单片机；监测单元包括分别与控制单元连接的心震检测模块、心电检测模块与体重检测模块；报警单元包括发声模块与LED模块；通信单元包括蓝牙模块。医疗床本体可驱动电动床的背部床面、臀部床面及腿部床面，使患者能够躺平及坐起。

而且，心电检测模块采用非接触型心电传感器，体重检测模块采用压力传感器HX711；非接触型心电传感器、压力传感器HX711均与Arduino单片机连接。心震检测模块采用六轴加速器MPU6050，六轴加速器MPU6050与Arduino 单片机SPI接口连接。通过驱动装置调节电动床的背部床板、臀部床板及腿部床板，使患者能够躺平及坐起。其医疗床本体包括可转动床板、床架、用餐板、支架、驱动装置及供电装置。床板由固定床板及活动床板构成，活动床板包括背部床板及用餐板，固定床板包括臀部床板及腿部床板。背部床板与臀部床板及腿部床板一次连接，用餐板置于床体左侧。驱动装置通过驱动各个活动床板，实现所述活动床板的转动。驱动装置受语音识别单元控制。床垫包括包裹层，柔性检测层及填充层，包裹层内自上而下依次为柔性检测层、填充层，上述各层之间通过缝纫或其他方式连接，柔性检测层中设置有非接触型心电传感器和压力传感器HX711。发声模块采用无源蜂鸣器，LED单元采用LED警示灯，无源蜂鸣器和LED灯均与Arduino单片机连接。Arduino单片机选用Arduino Pro Mini改进版开发板。

具体实施时，如图1所示，一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，包括语音识别单元1、控制单元2、监测单元3、报警单元4、通信单元5。

其中，语音识别单元包括ASR Board；控制单元2包括Arduino单片机；监测单元3包括心震检测模块31、心电检测模块32、体重检测模块33；报警单元4包括发声模块41和LED模块42；通信单元5包括蓝牙模块。

控制单元1用来接收各个传感器所采集的信息，并向发声模块41传输信息。心震检测模块31用来提取心震信号，心电检测模块32用于检测使用者心电信号，同心震信号共同分析心脏状况，体重检测模块33不仅用于检测体重，还来检测使用者是否正在使用语音医疗床，若指标有异常则通过蓝牙模块联系其紧急联系人。医疗床垫8包括可驱动电动床的背部床板、臀部床板及腿部床板，能够帮助使用患者躺平及坐起。使用时，控制单元可驱动电动床，实现电动床的背部床面进行折起与放平，以及用餐板的升起与落下。语音识别单元1采用 ASR Board核心板，其语音识别模型采用HMM模型进行训练及识别，其输出端接控制单元，通过识别不同指令，对控制单元发送信号以控制电动床。

如图2所示，控制模块1采用Arduino Pro Mini改进版开发板。Arduino Pro Mini改进版开发板以ATmega168为处理核心，具有体积小，容量大，低功耗的优势。同时有SPI接口与六轴加速器MPU6050连接对信号进行初步处理，TTL 接口与远程输出模块WH-BLE103进行数据传输。可以很方便迅速的进行数据预处理。

如图3所示，本实施例中监测单元3的心震检测模块31采用六轴加速器 MPU6050，可以测量出由于心脏产生的六个前胸震动矢量，包含X、Y、Z轴三个方向的加速度以及对应的三个轴的运动角速度。该加速度计返回相关数值经过滤波及放大后给Arduino单片机，通过处理后可得到心脏状况信息、心率及呼吸频率信息。

六轴加速器MPU6050，其构成为一个三轴加速传感器和一个三轴陀螺仪，同时包含一个数字运动处理器。该硬件可以测量出由于心脏产生的六个前胸震动矢量，包含X、Y、Z轴三个方向的加速度以及对应的三个轴的运动角速度。相比于目前使用的三轴加速传感器，六轴加速度传感器的陀螺仪部分弥补了三轴加速度计对扰动敏感的缺陷，同时因为三轴加速器长期数据可信，故不会出现过段时间就需要校准的情况。且本设备可通过心震信号处理出使用者的呼吸频率及心率，可从多方位监测使用者的心脏情况。

如图4所示，医疗床本体6主要由床垫8，可转动床板7，用餐板9及支架 10，监测单元4，控制单元5构成。其中，床垫8包括背部床垫、臀部床垫及腿部床垫。可转动床板7包括活动床板和固定床板，活动床板包括背部床板，固定床板包括臀部床板及腿部床板；背部床板可实现翻折，床垫本体包括包裹层，柔性检测层及填充层，包裹层内自上而下依次为柔性检测层、填充层，上述各层之间通过缝纫或其他方式连接，柔性检测层中设置有非接触型心电传感器和压力传感器HX711，以测量使用者的心电信号及体重。

床板上还设置有可升降护栏，通过控制单元进行控制；床板左侧设有用餐板，可根据指令进行放置与撤回。床板设有支架，支架连接床架及背部床板，用于撑起背部床板，使其根据控制单元的指令进行转动。

本实施例通过识别语音指令，对医疗床进行控制，实现患者能够通过语音控制医疗床升降及用餐板的收放，极大地提高了使用者的便利。同时，对使用者进行心震信号、心电信号及体重信号进行检测，在出现发病征兆时及时异性医护人员及家属，及时挽回病人生命健康。因此，该医疗床具有以下优点：结构简单，功能丰富，实时监测，语音调节，方便快捷。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，其特征是，包括医疗床本体、语音识别单元、控制单元、监测单元、报警单元和通信单元，控制单元分别连接语音识别单元、监测单元、报警单元和通信单元；医疗床本体包括床架、床垫、可转动床板、用餐板、护栏及支架、驱动装置及供电装置；可转动床板包括固定床板和活动床板，活动床板包括背部床板，固定床板包括臀部床板及腿部床板；背部床板、臀部床板及腿部床板上均设置有床垫；床垫包括包裹层，包裹层内自上而下依次是柔性检测层、填充层，柔性检测层、填充层之间通过缝纫或其他方式连接；支架连接床架及背部床面，用于撑起背部床面，护栏设置于床板两侧，用餐板设置于床板左侧；驱动装置与活动床板、护栏及用餐板连接，驱动装置分别与语音识别单元和供电装置连接；通信单元和驱动装置设置于床架上。

2.如权利要求1所述的基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，其特征是，语音识别单元采用ASR Board核心板，其语音识别模型采用HMM模型进行训练及识别；控制单元采用Arduino单片机；监测单元包括分别与控制单元连接的心震检测模块、心电检测模块与体重检测模块；报警单元包括发声模块与LED模块；通信单元包括蓝牙模块。

3.如权利要求2所述的基于HMM模型的多功能智能语音医疗床，其特征是，Arduino单片机选用Arduino Pro Mini改进版开发板；心电检测模块采用非接触型心电传感器，体重检测模块采用压力传感器HX711；非接触型心电传感器、压力传感器HX711均与Arduino单片机连接；心震检测模块采用六轴加速器MPU6050，六轴加速器MPU6050与Arduino单片机SPI接口连接；发声模块采用无源蜂鸣器，LED模块采用LED警示灯，无源蜂鸣器和LED灯均与Arduino单片机连接；非接触型心电传感器和压力传感器HX711设置于柔性检测层中。