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基于语音识别的智能麻醉药品注射泵研究

基于语音识别的智能麻醉药品注射泵研究

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作者：查军长安大学

学位级别：硕士

麻醉药品是麻醉室、手术室和重症监护室的基本治疗需求品。麻醉药品的给药量和给药方式决定了麻醉药品的药效,以及治疗过程中患者是否会出现“早醒”或者“深醉”等问题。医疗机构多数采用麻醉药品注射泵,通过静脉给药方式对患者进行麻... 详细信息

麻醉药品是麻醉室、手术室和重症监护室的基本治疗需求品。麻醉药品的给药量和给药方式决定了麻醉药品的药效,以及治疗过程中患者是否会出现“早醒”或者“深醉”等问题。医疗机构多数采用麻醉药品注射泵,通过静脉给药方式对患者进行麻醉治疗,而麻醉药品的给药量则由医护人员通过麻醉药品注射泵的操作面板手工录入注射信息决定。当医护人员操作传统麻醉药品注射泵面板手工录入注射信息时,存在录入操作复杂、误触难触率高以及操作效率低等问题。此外,医护人员对麻醉药品注射泵的操作方式有着人性化、智能化、高效化和无接触治疗方面的需求。针对传统麻醉药品注射泵手工录入方式存在的局限性以及医护人员的操作需求,基于现代语音识别技术的便捷性、高效性以及稳定性,提出了基于语音识别的智能麻醉药品注射泵系统设计方案。基于语音识别的智能麻醉药品注射泵系统主要由语音输入模块、语音唤醒模块、语音识别模块、中央控制模块和麻醉药品注射泵模块组成。语音输入模块设计了数字麦克风硬件设备,用于实现医学信息语音信号的采集功能。语音唤醒模块设计训练了唤醒模型和唤醒热词,用于实现系统的唤醒与激活功能。语音识别模块设计了特征提取单元,以及搭建训练了声学单元和语言单元,用于实现医学信息语音信号的特征提取和识别功能。中央控制模块设计了微控制器硬件设备,用于实现医学信息参数提取和注射控制信号的收发功能。麻醉药品注射泵模块设计了驱动器、电机、传感器、机械部件等硬件设备,以及设计了闭环注射控制方式,用于实现执行麻醉药品的注射任务和注射速度反馈调节功能。语音识别模块的核心设计为声学单元,其采用CNN(Convolutional Neural Network)提取医学信息语音信号的精细特征,结合CTC(Connectionist Temporal Classification)优化数据标注与对齐,降低模型计算的复杂度。实验结果表明,优化后的声学单元Res＿CNN＿CTC网络模型对比于声学单元Base＿CNN＿CTC基线网络模型在词错误率上降低了15.24%。语音识别模块的重要设计为语言单元,其采用SelfAttention机制对医学信息内的词分配不同关注度,增强语言单元的语言表达能力。实验结果表明,语言单元的识别准确率达到了91.62%。通过麻醉药品注射速度实验,验证了基于语音识别的智能麻醉药品注射泵系统用于实现麻醉注射任务的可行性。通过麻醉药品注射速度误差实验,验证了基于语音识别的智能麻醉药品注射泵系统对比于传统麻醉药品注射泵,注射速度误差降低了约1%。通过麻醉药品治疗信息录入方式的操作效率实验,验证了基于语音识别的智能麻醉药品注射泵系统语音录入医学信息,相比于传统麻醉药品注射泵手工录入注射信息,操作效率提升了约32%～46%。

关键词：麻醉药品注射泵语音识别操作效率无接触治疗

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