一种急救无人机辅助心肺复苏的系统及方法

1.本发明涉及医疗保健信息学技术领域，特别是涉及一种急救无人机辅助心肺复苏的系统及方法。


背景技术：

2.在急救医疗场景中，需要现场的操作者对病患进行及时的应急救治措施以及体征信息监测，这些操作对现场人员有较高的要求，但是一般人员对急救操作并不熟悉；所以在救护车到达现场之前，实时指导就近人员对患者进行紧急急救是十分重要的。
3.而救护车出车后会面临交通的不确定性和路况的复杂性等问题，即使交通情况良好，救护车以最理想的状况赶到急救现场，那么从出车到现场这固有的时间成本会延误心脏骤停患者的最佳抢救时间。
4.自动体外除颤器（aed）是一种便携式、易于操作且专为现场急救设计的急救医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。
5.不过，虽然aed简单实用，但是非专业人员还是不了解aed的使用，如果心跳骤停患者周边没有专业人员的话，同样很容易错过最佳抢救时间。其次，并不是所有的街区均配备aed，大多是在繁荣街区配备aed，所以aed的投放还需要一定的时间成本。另外，关于按压式心肺复苏，非专业人员也不了解专业的按压力度和按压频率，实施不规范的操作动作不易于抢救。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本发明提出了一种急救无人机辅助心肺复苏的系统及方法，利用无人机远程投放自动体外除颤器等急救医疗设备，通过视频和声音的远程交互，远程对现场操作者进行动作指导，实时指导现场操作者操作aed和实施心肺复苏。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：第一方面，本发明提供一种急救无人机辅助心肺复苏的系统，包括：无人机与远程终端，所述无人机上搭载处理系统、急救医疗设备、声视模块和远程传输模块；所述无人机根据预设路线到达急救现场，并接收远程终端发送的悬停方案和投放方案，以使无人机投放急救医疗设备和声视模块；所述急救医疗设备至少包括力矩手套和自动体外除颤器；所述力矩手套用于获取操作者实施心肺复苏时施加的按压压力；所述声视模块用于获取操作者实施心肺复苏时的动作视频和操作自动体外除颤器的操作视频；所述处理系统获取动作视频，用于根据动作视频跟踪移动的力矩手套，以得到力矩手套运动轨迹的连续帧图像，根据连续帧图像得到力矩手套在垂直方向上由最高点到最低点的运动深度像素值，根据运动深度像素值和声视模块的倾斜角度得到按压深度；所述远程传输模块将按压压力、按压深度、动作视频和操作视频反馈至远程终端，
以使远程终端根据当前心肺复苏状态与急救现场进行语音和视频的交互，实现远程指导操作者的动作。
8.作为可选择的实施方式，所述无人机包括无人机主体和承重装置；所述承重装置设于无人机主体的底端，包括缓冲架和伸缩绳，伸缩绳用于悬吊装有急救医疗设备的设备箱；缓冲架包括斜杆和矩形框，在矩形框的顶端四角上通过斜杆连接无人机主体，设备箱通过伸缩绳悬吊在无人机主体下方，且位于矩形框内，以通过矩形框限制设备箱的位移；声视模块通过伸缩绳悬吊在无人机主体下方，且位于设备箱的上方。
9.作为可选择的实施方式，所述设备箱包括箱体，在箱体内设有缓冲减震层。
10.作为可选择的实施方式，所述无人机根据预设路线到达急救现场后，降落到指定高度，若急救现场为开阔场地时，无人机仅投放急救医疗设备，且悬停在患者侧面斜上方四十五度的指定位置处，并对准操作者。
11.作为可选择的实施方式，当无人机的当前位置相对于指定位置的高度升高或降低时，通过调节无人机电机的功率以进行反方向的运动补偿；若无人机的当前位置相对于指定位置的水平位置产生偏移时，启动侧飞模式进行抵消。
12.作为可选择的实施方式，所述无人机根据预设路线到达急救现场后，降落到指定高度，若急救现场为封闭空间时，无人机投放急救医疗设备和声视模块，由操作者进行摆放，其中声视模块正对操作者的急救方位，且在患者侧面的正前方。
13.作为可选择的实施方式，所述力矩手套上设有压力传感器，以获取操作者实施心肺复苏时施加的按压压力。
14.作为可选择的实施方式，采用预先放置的规则物体参照物，获取声视模块对规则物体参照物的拍摄图像，根据拍摄图像中规则物体参照物相邻边缘之间的像素值以及实际长度得到比例系数；根据比例系数，结合运动深度像素值和声视模块的倾斜角度得到按压深度。
15.作为可选择的实施方式，将按压深度反馈至远程终端以进行可视化显示，从而根据按压深度的变化得到按压频率。
16.第二方面，本发明提供一种急救无人机辅助心肺复苏的方法，包括：由搭载了处理系统、急救医疗设备、声视模块和远程传输模块的无人机根据预设路线到达急救现场，并根据接收的悬停方案和投放方案，投放急救医疗设备和声视模块；其中，急救医疗设备至少包括力矩手套和自动体外除颤器；获取操作者实施心肺复苏时施加的按压压力；获取操作者实施心肺复苏时的动作视频和操作自动体外除颤器的操作视频；根据动作视频跟踪移动的力矩手套，以得到力矩手套运动轨迹的连续帧图像，根据连续帧图像得到力矩手套在垂直方向上由最高点到最低点的运动深度像素值，根据运动深度像素值和声视模块的倾斜角度得到按压深度；将按压压力、按压深度、动作视频和操作视频反馈至远程终端，以使远程终端根据当前心肺复苏状态与急救现场进行语音和视频的交互，实现远程指导操作者的动作。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提出了一种急救无人机辅助心肺复苏的系统及方法，利用无人机远程投放自动体外除颤器等急救医疗设备，通过识别心脏复苏的按压深度、按压频率、按压压力等数
据，并通过视频和声音的远程交互，实现医疗人员远程对现场操作者进行动作指导，实时指导现场操作者操作aed和实施心肺复苏，远程对患者进行紧急救治及监测。
18.本发明提出了一种急救无人机辅助心肺复苏的系统及方法，利用无人机，不受交通影响，提高远程医疗急救的成功率，缩短急救等待时间。
19.本发明提出了一种急救无人机辅助心肺复苏的系统及方法，通过远程终端与急救现场的语音和视频的交互，可以实时远程指导操作者调整按压深度和按压压力，提高急救质量。
20.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
22.图1为本发明实施例1提供的急救无人机辅助心肺复苏的系统示意图；图2为本发明实施例1提供的无人机悬停位置示意图；图3为本发明实施例1提供的声视模块摆放位置示意图；图4为本发明实施例1提供的急救流程图。
具体实施方式
23.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
24.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.实施例1本实施例提出一种急救无人机辅助心肺复苏的系统，包括：无人机与远程终端，所述无人机上搭载处理系统、急救医疗设备、声视模块和远程传输模块；所述无人机根据预设路线到达急救现场，并接收远程终端发送的悬停方案和投放方案，以使无人机投放急救医疗设备和声视模块；所述急救医疗设备至少包括力矩手套和自动体外除颤器；所述力矩手套用于获取操作者实施心肺复苏时施加的按压压力；所述声视模块用于获取操作者实施心肺复苏时的动作视频和操作自动体外除颤器的操作视频；所述处理系统获取动作视频，用于根据动作视频跟踪移动的力矩手套，以得到力
矩手套运动轨迹的连续帧图像，根据连续帧图像得到力矩手套在垂直方向上由最高点到最低点的运动深度像素值，根据运动深度像素值和声视模块的倾斜角度得到按压深度；所述远程传输模块将按压压力、按压深度、动作视频和操作视频反馈至远程终端，以使远程终端根据当前心肺复苏状态与急救现场进行语音和视频的交互，实现远程指导操作者的动作。
28.如图1所示，在心肺复苏的操作过程中，经力矩手套和声视模块进行动作捕捉，并传输至处理系统，经处理系统进行背景消除和深度检测的过程，将结果反馈至远程终端，实现在远程终端的数字显示、专家反馈和远程语音播报，以远程指导操作者的动作。
29.在本实施例中，所述无人机搭载声视模块，使其具备急救现场的全景影像摄像语音功能，同时搭载携带急救医疗设备和远程传输模块；所述无人机包括：无人机主体、承重装置和声视模块；所述承重装置设于无人机主体的底端，包括缓冲架和伸缩绳，伸缩绳用于悬吊设备箱，伸缩绳的一端设于无人机主体上，另一端连接设备箱，设备箱内放置有急救医疗设备。
30.所述缓冲架包括斜杆和矩形框，在矩形框的顶端四角上通过斜杆连接无人机主体，所述矩形框的尺寸与设备箱的尺寸匹配，设备箱通过伸缩绳悬吊在无人机主体下方，通过缓冲架限制设备箱的位移，以避免无人机在飞行过程中设备箱的晃动。
31.所述声视模块通过伸缩绳悬吊在无人机主体下方，且位于设备箱的上方。
32.所述无人机还包括设于无人机主体上的飞控系统，所述飞控系统内设有远程传输模块。
33.作为可选择的一种实施方式，所述设备箱包括箱体，所述箱体内设有缓冲减震层，避免在投放设备箱时，造成对急救医疗设备的损坏；更进一步地，在箱体的底端设有缓冲减震层，或者在箱体内部的四周均设有缓冲减震层，然后将急救医疗设备置于设备箱内。
34.在本实施例中，在投放急救医疗设备和声视模块时，通过伸缩绳将急救医疗设备和/或声视模块移动至地面上。
35.在本实施例中，所述预设路线由远程控制终端发送至无人机，具体为：获取急救现场的位置，并根据急救现场的位置调取距离最近的无人机，根据无人机当前位置与急救现场的位置确定飞行路线。
36.在本实施例中，在无人机到达急救现场后降落到指定高度，同时考虑到环境对急救的影响，为了确保远程终端对急救现场的实时监控，所述悬停方案和投放方案则根据急救现场的需求，由远程终端进行选择并发送控制指令至无人机。
37.一种情况，若急救现场为开阔场地时，如广场、街道、天台、操场等，无人机仅投放装有急救医疗设备的设备箱，无需投放声视模块，无人机悬停在患者侧面斜上方四十五度的位置处，且对准操作者，如图2所示；以通过声视模块实时准确的获取操作者进行心肺复苏的动作视频和操作视频等数据，并反馈至远程终端，以使得实时对操作者进行远程指导。
38.为保证准确获取动作视频数据，无人机需要稳定的悬停在指定位置处；所以，当无人机的当前位置相对于指定位置的高度升高或降低时，由飞控系统调节电机的功率以进行反方向的运动补偿；
若无人机的当前位置相对于指定位置的水平位置产生偏移时，由飞控系统启动侧飞模式与之抵消；比如，无人机向左偏移，则控制无人机向右移动，无人机向右偏移，则控制无人机向左移动。
39.在本实施例中，所述无人机上设有gps定位模块，通过gps定位模块获取无人机的当前位置，具体地：gps定位模块接收已知位置的4个发射器的信号，根据4个发射器的位置、信号传输时间和信号传输速度确定无人机的当前位置。
40.更进一步地，发射器在发射信号时携带时间戳，gps定位模块根据接收到信号的时刻，得到信号传输时间，根据信号传输时间和信号传输速度得到gps定位模块与发射器的距离，继而根据4个发射器的位置确定无人机当前位置。
41.更进一步地，本实施例采用4个发射器来定位，目的是，gps定位模块与发射器的距离是通过信号传输时间乘以信号传输速度得到的，信号传输速度接近于光速，量值非常大，因此需要对信号传输时间进行非常准确的测定，如果稍有偏差，gps定位模块与发射器的距离就会产生很大误差；又因为，信号传输时间是通过将信号发射时间与信号接收时间求差得到的，而发射器的时钟稳定度高，但是gps定位模块接收的时刻会存在误差，所以将这种误差作为一个待定参数，这样，对于地面点位置实际上需要求解4个待定参数，因此至少需要观测4个发射器至gps定位模块的距离数据。
42.或者，在无人机上设置惯性测量单元imu，根据无人机内部的imu识别当前的飞行姿态，以进行自动平衡补偿，实现高度和水平位置的锁定，保证无人机稳定的悬停在指定位置处。
43.另一种情况，若急救现场为封闭空间，如办公室、地下室等封闭狭小的场地时，无人机投放装有急救医疗设备的设备箱和声视模块；然后由现场人员进行摆放，其中声视模块需正对操作者的急救方位，且在患者侧面的正前方，如图3所示；此时通过声视模块实时观测操作者做心脏复苏时的按压深度，远程专家结合观察和经验实时对操作者做出指导。
44.作为可选择的一种实施方式，指定高度根据伸缩绳的最大伸缩量确定，以使得急救医疗设备和声视模块降落到地面为准。
45.作为可选择的一种实施方式，所述设备箱中的急救医疗设备除了力矩手套和自动体外除颤器外，还可携带其他不同的小型医疗设备，可根据实际患者的需求由医护人员自主选择。
46.在本实施例中，所述系统还包括5g救护车，5g救护车携带急诊医师、助理医师、护士、驾驶员、担架员等；根据急救报警提供的急救现场的位置信息和患者的基本情况，远程终端提供行驶路线和所需装备，减少急救团队前往急救地点耗费的时间。
47.在本实施例中，在急救时，操作者双手按压患者胸腔以进行心肺复苏，所以为了准确获取按压压力，在手套本体上设有压力传感器，构成力矩手套，通过力矩手套获取操作者按压时施加的按压压力。
48.其次，通过声视模块可以清晰的捕捉到力矩手套的动作视频，以此获取移动距离，也就是操作者按压时的按压深度。
49.在本实施例中，通过声视模块实现动作的捕捉，处理系统获取动作视频后，采用背景消除方法对动作视频进行预处理，以过滤动态背景，消除背景像素对识别准确率的干扰，
在背景消除后，对预处理后的动作视频采用时间差分方法进行按压深度的提取。
50.所述时间差分方法充分利用视频图像的特征，从连续得到的视频流中提取所需目标的动态信息；一般的视频图像大部分背景像素均保持不变，只有在前景移动时，目标部分相邻帧的像素差异比较大，但是由于心肺复苏急救时的视频图片没有几乎前景移动，因此本实施例采用时间差分方法。
51.时间差分方法对动态环境具有较强的自适应性，但一般不能完全提取出所有相关的特征像素点，在运动实体内部容易产生空洞现象，只能检测到目标的边缘，而且当运动目标停止运动时，一半时间差分方法便失效。但这对于心肺复苏检测来说是优势，第一，按压深度的计算只需要检测到目标的边缘，然后计算像素差即可。第二，心肺复苏要求操作者按相应的频率和力度进行有规律的按压运动，即运动目标不会停止运动。
52.在本实施例中，识别操作者的手部位置，并跟踪移动的力矩手套，得到力矩手套运动轨迹的连续帧图像，对连续帧图像进行垂直方向的互相关运算，得到力矩手套在垂直方向上，由最高点到最低点的运动深度像素值m，根据计算的比例系数k和声视模块的倾斜角度得到按压深度d；具体为：。
53.更进一步地，比例系数k为，采用预先放置的规则物体参照物，如长方体，根据对规则物体参照物的拍摄，获取图像中规则物体参照物相邻边缘之间的像素值，根据实际长度与像素值的比值得到比例系数；如长方体的宽除以长方体的宽在图像中的像素值。
54.在本实施例中，得到按压深度后，将按压深度反馈至远程终端以进行可视化显示，从而也可以根据按压深度的变化，计算按压频率，通过对按压深度和按压频率是否达标进行判断，以提示现场操作者调整用力大小和快慢。
55.在本实施例中，通过远程传输模块将按压压力、按压频率、按压深度、动作视频和操作视频等数据均反馈至远程终端，以使远程终端根据当前心肺复苏状态与急救现场进行语音和视频的交互，实现远程指导操作者的动作。
56.作为可选择的一种实施方式，还可通过数字化显示和远程语音播报的形式输出当前的心肺复苏状态。
57.在本实施例中，由120急救调度中心接收急救电话，并确定患者是否是心脏骤停，具体为询问患者大体年龄性别、有无心脏病史、是否有剧烈运动等具有致使心脏骤停的活动；确定后致电就近医院的院前急救组，出动救护车，院前急救组致电急诊科，组织专家视频会诊。
58.与此同时，调取距离急救现场最近的无人机，无人机携带急救医疗设备、声视模块等，根据预设路线飞行至急救现场。至此，急救线路分为两条主线和一条枝干线，三线同时进行，具体流程如图4所示。
59.具体地，一条枝干线为5g救护车，根据急救报警提供的急救现场的位置信息和患者的基本情况，远程终端提供5g救护车的行驶路线和所需装备，5g救护车在智能交通系统的支持下赶往急救现场，减少急救团队前往急救地点耗费的时间。
60.一条主线为就近医院的专家会诊，院内专家接到急诊任务后，迅速组织急诊专家召开急救会议，确定患者姓名，调阅患者病例，商讨急救预案等；同时实时跟踪无人机的动态，确保视频和语音的可靠性，在无人机到达急救现场后，与急救现场进行语音和视频的交
互，确保远程急救专家能准确指导远程急救。
61.一条主线为无人机，无人机不受交通因素的影响，以最快速度在远程终端的操控下，依托智能导航设备，以高度为一百米左右的最快速度赶到急救现场；到达急救现场后下降至指定高度，在患者侧前方开启悬停模式，投放急救医疗设备，开启远程视频和语音功能，通过声视频模块将急救现场的实时影像发送至远程终端，以使得急救专家远程指导操作者进行心肺复苏的急救。如果5g救护车顺利赶到急救现场，则急救过程由5g救护车上的医护人员负责。
62.实施例2本实施例提供一种急救无人机辅助心肺复苏的方法，包括：由搭载了处理系统、急救医疗设备、声视模块和远程传输模块的无人机根据预设路线到达急救现场，并根据接收的悬停方案和投放方案，投放急救医疗设备和声视模块；其中，急救医疗设备至少包括力矩手套和自动体外除颤器；获取操作者实施心肺复苏时施加的按压压力；获取操作者实施心肺复苏时的动作视频和操作自动体外除颤器的操作视频；根据动作视频跟踪移动的力矩手套，以得到力矩手套运动轨迹的连续帧图像，根据连续帧图像得到力矩手套在垂直方向上由最高点到最低点的运动深度像素值，根据运动深度像素值和声视模块的倾斜角度得到按压深度；将按压压力、按压深度、动作视频和操作视频反馈至远程终端，以使远程终端根据当前心肺复苏状态与急救现场进行语音和视频的交互，实现远程指导操作者的动作。
63.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。