基于视觉的重症患者卧床压力分布动态监测研究

作     者：谭炜键 

作者单位：东莞理工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：曾达幸;祁行行

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

主      题：压力性损伤 动态监测 压力分布 机器视觉 

摘      要：由数据统计,我国65岁及以上人口数量逐年增长,老龄化问题间接地引起住院患者数量持续增加,部分人群因疾病需长期卧床配合治疗和静待恢复。因长时间保持同一位姿,缺少必要的活动,局部组织持续受压引起缺血缺氧,进而诱发压力性损伤。目前,针对压力性损伤的防护主要是依赖护理人员定期翻身辅助患者改变体位,缓解局部组织持续受压情况,缺乏智能化、可视化的压力性损伤监测手段。因此,本文主要关注压力性损伤发生的直接成因,提出基于视觉的卧床压力分布动态监测方案,并依此设计和搭建压力分布智能监测垫,在受力监测的维度、传感器数量和布置等方面做出了优化提升,满足低实时场景、低成本下的使用需求。 首先,通过超弹性体非线性本构理论分析床垫受载的力学性能,搭建床垫受力单元力学分析模型,根据分析所得应力应变特性建立床垫受力与形变量的转换关系,并综合实验、仿真分析数据验证了所建立转换关系的正确性,同时确定了最小受力单元的尺寸与分布间距。 其次,根据采集所得床垫形变原始图像的特性,优化视觉识别算法和排布,对图像进行预处理,削弱干扰项后进行形变特征的识别与提取,分析得到因受载而发生的纵向和横向位移,并通过成像模型构建基于单目视觉的图像特征与床垫受力单元形变量映射转换关系,结合力学转换模型实现以视觉为策略的受力监测。 再次,对压力分布智能监测垫进行需求分析,并根据监测系统的所需功能完成整体软硬件系统设计与搭建。硬件系统包括机械结构设计与搭建、图像采集模块和内部补光电路的设计与连接;软件系统主要为电脑控制采集上位机,满足图像采集、反馈、压力分布可视化等功能,并搭建姿态识别模型实现基于压力分布云图的姿态识别。 最后,完成样机搭建并开展实验,采集平躺、左右侧卧等主要姿态的图像并绘制相应的压力分布云图,实现以更少的传感器进行压力分布监测并具有较好的效果,通过Res Net-34网络搭建的姿态识别模型达到94%的识别准确率,表明本文基于视觉的压力分布动态监测方案的可行性。