[發(fā)明專利]一種針對(duì)外科手術(shù)過程中醫(yī)生姿態(tài)評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910326108.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-23
• 公開（公告）號(hào): CN110047591B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉鵬;薛一鳴;張起勛;王坤;趙安然;王磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G16H50/30
• 分類號(hào): G16H50/30;G16H50/20;G06V40/20;G06V10/82;G06N3/047;G06N3/048;A61B5/11
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 崔斌

1.一種針對(duì)外科手術(shù)過程中醫(yī)生姿態(tài)評(píng)估方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將Kinect V2設(shè)備放置正前方，開啟近距離模式，攝像頭面向醫(yī)生，高度1.5米，距離醫(yī)生0.8～2.5米；通過Kinect V2設(shè)備捕捉人體25個(gè)部位骨骼點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，坐標(biāo)原點(diǎn)為攝像頭；

步驟二、將25個(gè)骨骼點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即ANN，計(jì)算得到當(dāng)前姿勢(shì)的基礎(chǔ)AC等級(jí)；

步驟三、判斷當(dāng)前動(dòng)作為動(dòng)態(tài)過程還是靜態(tài)過程；

步驟四、根據(jù)當(dāng)前動(dòng)作過程計(jì)算此動(dòng)作帶來的與頻率或持續(xù)時(shí)間相關(guān)的附加特征；

步驟五、在基礎(chǔ)AC等級(jí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)附加特征帶來的額外危險(xiǎn)因素計(jì)算得到最終的AC等級(jí)；

步驟六、根據(jù)最終的AC等級(jí)判定姿勢(shì)危害并做相應(yīng)的處理方案；

所述的步驟二中的基礎(chǔ)AC等級(jí)由基礎(chǔ)特征所決定，基礎(chǔ)特征指人的頸部、腰部、上肢、下肢姿勢(shì)四種編碼元素組合構(gòu)成，步驟二的具體方法如下：

21)通過四種編碼元素所構(gòu)成的不同組合分別形成手術(shù)過程中醫(yī)生的基礎(chǔ)AC等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)AC等級(jí)分為AC1、AC2、AC3；具體如下表所示：

組合方式如下表2所示：

22)對(duì)Kinect V2采集的75維人體骨骼點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化的預(yù)處理，處理之后選擇人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來對(duì)基礎(chǔ)AC等級(jí)進(jìn)行分類；對(duì)三種基礎(chǔ)AC等級(jí)采用獨(dú)熱編碼[1,0,0]，[0,1,0]和[0,0,1]，分別代表AC1、AC2、AC3；

23)搭建一個(gè)多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸入層共75個(gè)神經(jīng)元，共含有5個(gè)隱藏層，每個(gè)隱藏層由39個(gè)神經(jīng)元組成，輸出層共3個(gè)神經(jīng)元；隱藏層選擇線性整流函數(shù)即ReLU為激活函數(shù)，隱藏層最后一層使用dropout隨機(jī)失活；輸出層的激活函數(shù)為softmax，使用隨機(jī)梯度下降對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；訓(xùn)練集從預(yù)先采集的人體基礎(chǔ)動(dòng)作數(shù)據(jù)庫(kù)中選取；

24)在識(shí)別過程中，將每一幀采集的人體骨骼數(shù)據(jù)輸入到這個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類器，得到當(dāng)前幀姿勢(shì)的基礎(chǔ)AC等級(jí)；

所述的步驟三的具體方法如下：

在確定了基礎(chǔ)AC等級(jí)之后，記錄當(dāng)前的第一次基礎(chǔ)AC等級(jí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器1；在基礎(chǔ)AC等級(jí)發(fā)生變化時(shí)，記錄當(dāng)前的第二次基礎(chǔ)AC等級(jí)，計(jì)時(shí)器1重新計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)器2開啟計(jì)時(shí)；在下一次基礎(chǔ)AC等級(jí)變化時(shí)，計(jì)時(shí)器1重新計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間戳t1，記錄當(dāng)前的第三次AC等級(jí)同時(shí)檢查新的第三次基礎(chǔ)AC等級(jí)是否與第一次基礎(chǔ)AC等級(jí)相同，若第三次基礎(chǔ)AC等級(jí)與第一次基礎(chǔ)AC等級(jí)相同，計(jì)時(shí)器2繼續(xù)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)器1重新計(jì)時(shí)；若第三次基礎(chǔ)AC等級(jí)與第一次基礎(chǔ)AC等級(jí)不相同，計(jì)時(shí)器1與計(jì)時(shí)器2同時(shí)重新計(jì)時(shí)；其中計(jì)時(shí)器1用于記錄靜態(tài)過程持續(xù)時(shí)間；計(jì)時(shí)器2用于記錄動(dòng)態(tài)過程持續(xù)時(shí)間以計(jì)算頻率；當(dāng)計(jì)時(shí)器2記錄時(shí)間達(dá)到整數(shù)分鐘時(shí)，計(jì)算一次這個(gè)時(shí)間段內(nèi)基礎(chǔ)本AC等級(jí)改變的頻率；

所述的步驟四的具體方法如下：

41)若當(dāng)前動(dòng)作為動(dòng)態(tài)過程，具體方法如下：

在動(dòng)態(tài)過程中，豎脊肌為最敏感的軀干肌肉，美國(guó)NIOSH提出了提舉重量推薦限值RWL，RWL被定義為在不引起與提舉相關(guān)的肌肉骨骼疾病時(shí)，所有健康人能夠提舉的負(fù)荷重量；在RWL的基礎(chǔ)上，通過提舉方程計(jì)算出動(dòng)態(tài)過程中標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作頻率的閾值；在高頻重復(fù)動(dòng)作中，如果動(dòng)作頻率超過7次/分鐘，AC等級(jí)在基礎(chǔ)AC等級(jí)上增加；

NIOSH提舉方程通過在0和1之間變化的六個(gè)任務(wù)相關(guān)乘數(shù)調(diào)制權(quán)重常數(shù)即23kg來估計(jì)RWL；RWL計(jì)算如下：

RWL＝23kg×HM×VM×DM×AM×FM×CM

其中H，V，D，A，F(xiàn)和C分別為：H＝物體相對(duì)于物體的水平位置，V＝物體相對(duì)于地面的垂直位置，VM＝1-0.003|V-75|，D＝物體垂直移動(dòng)的距離，A＝不對(duì)稱角度或扭曲要求，即偏離矢狀面的角度，AM＝1-0.0032×A，F(xiàn)＝頻率或提升活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，C工人抓住物體的耦合或質(zhì)量，CM可由NIOSH提舉方程查表得，此處預(yù)設(shè)CM＝0.95，當(dāng)計(jì)算RNLE乘數(shù)時(shí)，需要考慮三個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)：生理即限制最大能量消耗至2.2-4.7千卡/分鐘，心理物理即將重量大小限制為可接受的值為75％和生物力學(xué)即將L5-S1壓縮力限制在3400N；

LI被定義為提舉重物的重量與該任務(wù)計(jì)算所得的RWL的比值，即LI＝weight/RWL，如果LI1.0，則該任務(wù)可能構(gòu)成對(duì)作業(yè)人群的危害；如果LI2.0甚至3.0以上時(shí)，則危險(xiǎn)度會(huì)明顯增加；設(shè)定LI＝1.0為閾值，通過數(shù)據(jù)平均值確定平均參數(shù)，計(jì)算得到當(dāng)頻率F超過7時(shí)，LI值大于1.0；

因此當(dāng)動(dòng)作頻率大于或等于7鐘時(shí)，行動(dòng)等級(jí)在基礎(chǔ)AC等級(jí)上增加一級(jí)，當(dāng)動(dòng)作頻率小于7分鐘時(shí)，行動(dòng)等級(jí)等于基礎(chǔ)AC等級(jí)；

42)若當(dāng)前動(dòng)作為靜態(tài)過程，具體方法如下：

靜態(tài)過程是一種和動(dòng)態(tài)過程相反手術(shù)過程，兩者是相斥的；將靜態(tài)過程與低頻重復(fù)即頻率2次/分鐘相結(jié)合；OWAS本是一種評(píng)估靜態(tài)物理負(fù)載的手動(dòng)處理方法，但是沒有對(duì)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的明確定義，過長(zhǎng)時(shí)間保持相同姿勢(shì)的負(fù)載也會(huì)造成肌肉勞損；ULRA即upper limbsrisk assessment將低頻靜態(tài)負(fù)載過程持續(xù)時(shí)間分成三類：(1)持續(xù)一小時(shí)以下間斷性操作；(2)持續(xù)時(shí)間大于一小時(shí)并小于兩小時(shí)；(3)持續(xù)時(shí)間大于等于兩小時(shí)，這三類對(duì)于肌肉骨骼疾病的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)遞增；

在靜態(tài)與低頻重復(fù)動(dòng)作中，基礎(chǔ)行動(dòng)等級(jí)為AC1的動(dòng)作在持續(xù)時(shí)間大于等于1小時(shí)而小于2小時(shí)時(shí)，行動(dòng)等級(jí)增加為AC2；在持續(xù)時(shí)間大于等于2小時(shí)時(shí)，行動(dòng)等級(jí)增加為AC3；基礎(chǔ)行動(dòng)等級(jí)為AC2的動(dòng)作，在持續(xù)時(shí)間大于等于5min，小于15min時(shí)，行動(dòng)等級(jí)增加為AC3；在持續(xù)時(shí)間大于等于15min時(shí)，行動(dòng)等級(jí)增加為AC4。基礎(chǔ)行動(dòng)等級(jí)為AC3的動(dòng)作，在持續(xù)時(shí)間大于等于5min時(shí)，行動(dòng)等級(jí)增加為AC4；

所述的步驟五的具體方法如下：

由動(dòng)態(tài)高頻動(dòng)作對(duì)于基礎(chǔ)AC等級(jí)影響流程圖與靜態(tài)過程對(duì)于基礎(chǔ)AC等級(jí)影響流程圖，首先利用Kinect V2偵測(cè)的人體25個(gè)骨骼點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸入擬合好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到基礎(chǔ)AC等級(jí)；若基礎(chǔ)AC等級(jí)為AC1且一段時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)生變化，若持續(xù)時(shí)間大于1小時(shí)二小于2小時(shí)，行動(dòng)等級(jí)判斷為AC2，若持續(xù)時(shí)間大于2小時(shí)，行動(dòng)等級(jí)判斷為AC3；若基礎(chǔ)AC等級(jí)為AC2，持續(xù)時(shí)間大于等于5min，小于15min，判斷行動(dòng)冬季為AC3，持續(xù)時(shí)間大于15min，判斷行動(dòng)等級(jí)為AC4；若基礎(chǔ)AC等級(jí)為AC3，持續(xù)時(shí)間大于等于5min，判斷行動(dòng)等級(jí)為AC4；若基礎(chǔ)AC等級(jí)發(fā)生變化，檢查變化頻率若小于7次/min，行動(dòng)等級(jí)等于基礎(chǔ)AC等級(jí)，若變化頻率大于等于7次/min，行動(dòng)等級(jí)在基礎(chǔ)AC等級(jí)的基礎(chǔ)上增加一級(jí)。