电动手术台编辑基于语音识别技术的监护仪操控系统研究

发布日期：2018-09-20 阅读380

自新型冠状病毒肺炎暴发以来，患病人数不断增多，电动手术床编辑分析医护工作量不断增大[-21。而与患病人数激增的严峻形势相比，却是医护资源比较匮乏的现状，医护资源的配置不足严重影响着病人的基础生命支持(3]。在患者护理和诊疗工作中，监护仪又作为实时监测病人生命体征的重要医疗设备，对诊断和治疗疾病有着极其重要的意义[46),，被广泛应用于监护病房和急救转运车内。然而，电动手术床编辑分析在当前监护系统的操控方式下，采集测量患者生命体征数据时，需要医护人员采用手工操作方式实现数据采集的启动和关闭、报警设置等;但医护人员在日常工作中眼睛和手常被其它操作占用，再去操控监护仪有诸多不便，不仅耗费时间，而且存在接触感染的风险，特别是在传染病隔离病房和转运车内。电动手术床编辑分析为充分合理的发挥医护资源效用，避免接触感染、保障医护工作者健康安全，有必要利用智能化技术来优化监护仪操控方式，尽量减轻医务人员在监护工作中用于参数采集的工作量，将释放出的工作量投人其他的医疗服务中。语音识别控制技术作为智能控制研究领域的一一个重要分支，能够为智能医疗仪器提供了更为直接、方便的人机接口。基于语音控制技术的医疗设备，通过非接触式语音操控方式，具有便利性、手术床编辑实用性和人性化的特点，存在广阔的应用价值18101。本研究结合语音控制技术的优点以及当前临床监护系统人机交互存在的问题，将该技术应用于临床监护控制中，作为医护人员“手”的扩展，具有以下优点:①非接触式操控监护仪，医护人员无需手工操作机器，在特殊环境下尽可能避免接触感染;②手术床操控方式更加便捷、高效，医护工作者仅需说出语音命令即可完成参数采集与设置工作，而不必放下当前手中工作去监护仪旁操控机器。1语音控制系统设计1.1系统总体设计思路智能语音控制系统作为医护人员“手”的扩展，它需具备语音识别与操作控制功能。文中设计的语音控制系统总体结构框图，主要由语音输入模块、识别模块、手术床编辑主控制器模块和控制模块几部分组成。与传统51单片机相比，运行速度快，抗 (3。系统晶振选用2.1184 MHz,工作的主控芯片STCIoL 08XE通过并行总线(01.-07)对语音芯片读写操作，获取识别结果并通过P.0-P.31在系统工作时，医护人员说出监护仪语音操控指令，并由语音输人模块采集该操控语音将其传给语音识别模块;电动手术台分析控制模块接收主控制器发来的控制指令，控制对应继语音识别模块对采集信息进行分析识别，并将识别结果传电器的开、关，实现对监护仪不同的操作控制。模块选用给主控模块;此时主控模块通过分析识别结果后，利用控常见的SRD-05VDC-SL-C继电器，并通过USB接口为其制模块控制监护系统执行相关操作。电动手术台分析其中上位机可通过主提供5v驱动电压，工作时利用主控制器发出的控制信号控制器对识别模块内的关键词列表进行更新维护，将医护与开关三极管SS8050对继电器两端电压进行控制，实现继人员习惯用语添加到识别模块内部。电器通断功能，电路原理图见图3。本文系统选用四路相同的继电器控制电路，电动手术台分析实现监护仪不同操作的控制。语音识别模块是本系统的核心模块，为了使系统能够识别医护人员发出的语音控制指令，本文选用ICRoute公司设计生产的语音识别专用芯片LD3320进行语音识别。该芯片集成了语音识别处理器和一-些外部电路，包括AD/DA转换器、语音输人输出接口等，手术台编辑能够方便进行应用开发(112。系统电路参考ICRoute发布的LD3320数据手册和开发手册，采用并行方式与外部主控制器连接通讯，包含八根数据线(PO-P7)、 四个控制信号以及一个中断返回信号INTB;并通过语音输人接口( MICN-P引脚)与麦克风电路连接获取外界语音控制指令;同时为满足3.3 V供电需求，采用AMI117稳压器将5 v电源转该模块主要用于采集医护人员发出的操作指令，并传递给语音识别模块。手术台编辑文中采用驻极体麦克风(咪头)完成语音信息采集，其具有体积小、结构简单，价格低、电声性能好等优势，应用时只需添加部分外围电路即可实现语1.3系统主要软件设计文中设计的监护仪语音控制系统，主要实现语音信号的自动识别以及智能控制功能，系统软件整体工作框图如图4所示，其中语音识别程序和继电器驱动程序为软件核工作时系统通过并行接口初始化语音识别芯片LD3320,使语音识别芯片进人循环识别模式，手术台编辑系统处理器反复启动语音识别程序，持续监测语音信号;当麦克风监测到语音信号且被判断为有效识别结果时，即为正确语音操控指令时，则调用与识别结果对应的继电器驱动程序，发出控制信号驱动不同控制电路操控监护仪工作;若为无主控制器电路能够实现与上位机以及语音芯片的交互效识别结果，即语音信号不属于有效操作指令时，则进入通讯，并通过接收分析语音识别模快放专输过来的识别结果，下一次识别过程;在每一次语音识别控制流程结束后，手术台厂家编辑分析系将与识别结果相对应的控制指令发送给控制模块，操控控统将自动进入下一次识别过程。文中选用STCIOL08XEB单片机作为系统主控1.3.1语音识别功能设计制器，供电电压同样为33V HD内部Flash程序存储器为8k,系统为实现对多条不同语音操控指令进行正确识别，首先需运行语音芯片初始化程序，调用关键词列表更新函数，手术台厂家编辑分析并将应用中实际所需多条关键词语存到 片中，此时芯片启动一次内部ASR (Automatic Speeh Recognition) 语音识别流程; ASR流程启动成功后，持续等待中断响应。一旦检测到外界语音信号时，进入中断处理函数，并读取BA寄存器的值分析识别情况，产生对应的识别状态(成功1失败)返给主程序，完成一次识别，后续由主控制程序根据识别状态作出不同处理，见图5。其中LD3320芯片可支持自由编辑50条关键词条，在同一时刻，最多在50条关键词语中进行识别41。另外，考虑到系统复杂的运行环境，济宁华诺医疗编辑为兼顾启动识别灵敏度和对远处干扰语音不能太敏感，在医院人员嘈杂的情况下麦克风增 益寄存器(0X55)设定值为43H[15]。为实现智能控制功能，驱动不同继电器根据医护人员的不同操控指令动作，主程序在获取到语音识别成功的状态后，立即从C5寄存器内提取识别结果;同时根据识别结果选择对应的控制引脚进行高低电平控制，实现多路继电器的操控。其中，考虑到监护仪按键多为点触控制，在 对控制引脚电平控制时，- -般会设置0.5 s的延时，即将控 制引脚先设置为高电平，延时0.5 s后再重置为低电平，而对于关机操作延时会设置为5S。

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