診斷和治療一體化激光理療智能機器人及控制方法與流程

文檔序號：12569682閱讀：444來源：國知局

本發明涉及智能機器人技術領域，尤其涉及一種診斷和治療一體化激光理療智能機器人及控制方法。

背景技術：

激光生物學理論認為用適當波長和一定功率密度的弱激光照射機體，能引起機體的應答反應——即激光生物效應，如生物刺激效應、光化效應等，進而可利用這些生物效應來治病和保健。這些效應具有一定規律，參數依據這些進行選擇和設定，從而確保了治療保健的效果。患上缺血缺氧性疾病應及時去醫院診治，以確保病情得到控制和好轉。但由于這類疾病的治療和康復需要較長療程，大部分患者不可能長期住院治療，也不宜長期服藥，有的患者病情被控制和好轉出院后，往往過了一段時間后又舊病復發，因此需要反復治療甚至終生服藥。而有了激光治療儀，患者就可在家中得到輔助治療和長期護理，以鞏固和提高療效，使病情進一步緩解，促進康復，又可減少用藥，避免藥物的毒副作用，并可增強免疫力，預防疾病復發。如果在出現發病征兆時就用本儀器護理，則可及時控制病情惡化，逆轉病理過程，獲得自我康復的效果。激光治療儀是廣大中老年人普遍適用的養生保健手段。處于亞健康狀態的中老年人使用激光治療儀可以調節血脂、血糖、血壓，恢復生理功能正常，提高機體免疫功能，從而預防缺血缺氧性疾病的發生；對一般中老年人則有延緩衰老、促進消化、增強體質、安神利眠等功效。

激光生物效應總的可分為熱效應和非熱效應。熱效應主要是熱致組織凝固變性，它將隨入射光的增強，溫度升高而加劇，嚴重者可導致局部生物組織燒焦，炭化，汽化而蒸發，從組織病理學角度看，這是一個局部生物組織的燒傷性凝固壞死過程。非熱效應主要是以機械損傷為主，同時有光化，電離和一系列非線性效應。

激光理療緩解疼痛，主要利用激光的消炎、組織修復和改善局部血液循環的作用。消炎作用：激活或誘導T、B淋巴細胞和巨噬細胞產生細胞因子，通過淋巴細胞再循環而活化全身免疫系統，增強巨噬細胞的吞噬能力，提高非特異性免疫和特異性免疫的作用，激光照射可抑制或降低炎癥致痛作用。組織修復：是完成傷口愈合的前提條件，肉芽組織毛細血管越豐富，組織供氧量越充分，有助于各種組織修復細胞的代謝和成熟，促進膠原纖維的產生、沉積和交聯。改善局部血液循環：激光直接照射血流減少的疼痛部位或間接照射支配此范圍的交感神經節均可引起血流增加，促進致痛物質代謝，緩解疼痛。

全球人口老齡化、人們生活水平提高和偏遠地區對醫療服務需求增加等因素正促使傳統醫療方式的變革，移動性和便攜性逐步成為影響醫療電子產業的關鍵。另一方面，半導體技術的發展推動醫療創新的步伐以前所未有的速度向前邁進，在快速處理計算、高精度模數轉換和無線網絡技術進步的帶動下，醫療電子產品走向便攜式和小型化成為現實。

《2009年民政事業發展統計報告》數據顯示，截止到2009年底,中國60歲以上的老年人已達1.67億,占人口總數的12.5％,且正以每年3％的速度遞增,到2020年,預計將達到2.34億人。到2050年,老齡人口將突破4億。顯然，中國已經是世界上老年人口最多的國家，這將對家用醫療器械的快速增長有著極大的推動作用。隨著年歲增加大多數老年人都患有不同性質的慢性疾病，像風濕性關節炎、腰椎綜合征、骨質增生等疾病，造成家庭經濟負擔。正因為老年人口的暴增對社會儲蓄、消費結構和社會保障等許多方面產生的影響，推動家用醫療產品更好的發展。

同時生活、學習、工作各方面的壓力，讓許多年輕人患上了“老人病”，例如頸椎炎、脊椎炎，身體機能提前出現問題，長期處于亞健康狀態。人們對健康的渴求更加強烈，同時想獲得健康的同時一般不影響工作和生活，而一般的醫療方法對于目前快節奏的上班族，是不能接受的，這時康復理療產品就發揮了重要作用。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中激光理療儀功能單一，不夠智能的缺陷，提供一種診斷和治療一體化激光理療智能機器人及控制方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種診斷和治療一體化激光理療智能機器人，包括激光治療模塊、機器人模塊、輔助分析模塊和中央控制模塊；其中：

機器人模塊包括相互連接的機器人手臂單元、手臂五軸運動單元和機器人控制單元；激光治療模塊安裝在機器人手臂單元上，機器人手臂在機器人控制單元的控制下，在手臂五軸運動單元上進行五軸運動，進而帶動激光治療模塊運動到待治療的位置；

激光治療模塊和輔助分析模塊均與中央控制模塊相連，輔助分析模塊用于采集待治療位置的距離、溫度和圖像信息；中央控制模塊根據輔助分析模塊采集到的信息進行分析計算，得到激光治療時間，并計算激光治療的能量密度匹配值，進而根據匹配值調節激光治療模塊的激光輸出功率。

進一步地，本發明的激光治療模塊包括出光鏡筒、光纖和激光控制器；出光鏡筒安裝在機器人手臂單元上，激光控制器一端與中央控制模塊相連，另一端通過光纖與出光鏡筒相連。

進一步地，本發明的手臂五軸運動單元包括電機、第一傳動齒輪、第二傳動齒輪、支架和滑軌；其中：

滑軌垂直安裝在機器人主體上；支架安裝在滑軌上，并能將滑軌作為Z軸進行垂直升降；機器人手臂單元安裝在支架的可移動端，并在支架的可移動端的帶動下沿水平方向的XY軸運動；第一傳動齒輪和第二傳動齒輪安裝在機器人手臂單元上，且均與電機相連，安裝在機器人手臂單元上的激光治療模塊能分別以第一傳動齒輪和第二傳動齒輪為旋轉軸進行軸向運動。

進一步地，本發明的機器人控制單元包括多個機器人控制盒和多個機器人控制電源；機器人控制盒與中央控制模塊相連，機器人控制電源與機器人控制盒、中央控制模塊均相連。

進一步地，本發明的輔助分析模塊包括熱成像傳感器和激光距離傳感器；熱成像傳感器用于采集待治療位置的溫度和圖像信息，激光距離傳感器用于測量激光治療模塊與待治療位置的距離。

進一步地，本發明的中央控制模塊上還連接有WIFI模塊和藍牙模塊，WIFI模塊用于連接遠程診斷系統，用戶通過遠程診斷系統控制機器人進行遠程診斷和治療；藍牙模塊用于連接移動終端APP，用戶通過移動終端APP查看治療數據和熱成像數據。

進一步地，本發明的中央控制模塊上還連接有GPS模塊，GPS模塊用于實現對每臺機器人的定位，并查詢每臺機器人的位置。

本發明提供一種診斷和治療一體化激光理療智能機器人的控制方法，包括以下步驟：

S1、調節支架在滑軌上的高度，并控制機器人手臂單元在水平方向上移動，完成激光治療模塊的位置粗調；

S2、控制第一傳動齒輪和第二傳動齒輪帶動機器人手臂單元進行軸向運動，使機器人手臂單元前端的出光鏡筒對準待治療位置的治療中心，完成激光治療模塊的位置細調；

S3、采集待治療位置的溫度和圖像信息，根據圖像信息計算出治療面積，根據溫度信息生成溫度曲線，并找到溫度最高點，根據溫度最高點的數值計算激光治療時間；

S4、設置激光治療的光斑面積，根據治療面積和光斑面積得到激光治療的能量密度匹配值，根據能量密度匹配值結合治療時間得到當前治療所需的治療功率。

進一步地，本發明的步驟S3中計算激光治療時間的公式為：

T＝(h-36)*300

其中，T表示激光治療時間，單位s；h表示溫度最高點，單位攝氏度。

進一步地，本發明的步驟S4中計算激光治療的能量密度匹配值的公式為：

M＝S/s’

其中，M表示能量密度匹配值，S表示治療面積，s’表示光斑面積；

根據能量密度匹配值，自動匹配系統中對應的能量密度，根據能量密度與治療功率的關系計算治療功率，能量密度與治療功率的關系公式為：

N＝P*T/s’

其中，N表示能量密度，P表示治療功率，T表示治療時間，s’表示光斑面積。

本發明產生的有益效果是：本發明的診斷和治療一體化激光理療智能機器人及控制方法，通過能夠進行五軸運動的手臂五軸運動單元帶動機器人手臂單元進行五軸運動，能夠使激光理療模塊精確的運動至待治療的位置，自動化程度高，能夠有效的避免由于人工手動操作帶來的誤差，以及人員操作不熟練的影響；通過對采集到的信息進行處理得到激光治療時間和激光治療功率，不需要人工進行參數設定，大大避免了由于人員經驗不同帶來的使用效果的不同，改善了激光理療的效果。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明實施例的主視結構示意圖；

圖2是本發明實施例的側視結構示意圖；

圖3是本發明實施例的后視結構示意圖；

圖4是本發明實施例的結構框圖；

圖中：1-出光鏡筒，2-光纖，3-激光控制器，4-電機，5-第一傳動齒輪，6-第二傳動齒輪，7-支架，8-滑軌，9-機器人控制盒，10-機器人控制電源，11-熱成像傳感器，12-激光距離傳感器。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，本發明實施例的診斷和治療一體化激光理療智能機器人，包括激光治療模塊、機器人模塊、輔助分析模塊和中央控制模塊；其中：

激光治療模塊包括出光鏡筒、光纖和激光控制器；出光鏡筒安裝在機器人手臂單元上，激光控制器一端與中央控制模塊相連，另一端通過光纖與出光鏡筒相連。

手臂五軸運動單元包括電機、第一傳動齒輪、第二傳動齒輪、支架和滑軌；其中：

機器人控制單元包括多個機器人控制盒和多個機器人控制電源；機器人控制盒與中央控制模塊相連，機器人控制電源與機器人控制盒、中央控制模塊均相連。

輔助分析模塊包括熱成像傳感器和激光距離傳感器；熱成像傳感器用于采集待治療位置的溫度和圖像信息，激光距離傳感器用于測量激光治療模塊與待治療位置的距離。

中央控制模塊上還連接有WIFI模塊和藍牙模塊，WIFI模塊用于連接遠程診斷系統，用戶通過遠程診斷系統控制機器人進行遠程診斷和治療；藍牙模塊用于連接移動終端APP，用戶通過移動終端APP查看治療數據和熱成像數據。

中央控制模塊上還連接有GPS模塊，GPS模塊用于實現對每臺機器人的定位，并查詢每臺機器人的位置。

在本發明的另一個具體實施例中，本機器人由以下子系統部分組成：

1、激光器系統部分，由半導體激光器模塊、激光電源控制器系統及光纖、光學輸出鏡筒組成。本機器人激光準直后輸出治療光斑為10-100mm直徑的平行光，半導體激光器模塊組裝于激光控制器中。

2、機器人運動系統部分，由機器人控制系統、機器人手臂構成。由多個機器人控制盒和多個機器人控制電源組成機器人控制系統，由電機、第一傳動齒輪、第二傳動齒輪、支架和滑軌組成手臂運動部分，由以上兩部分聯合控制實現了手臂的五軸運動。

3、醫療診斷系統部分，由醫療紅外熱成像儀、溫度圖形顯示系統和分析軟件構成。紅外熱成像儀可對人體定位局部拍照，形成溫度場圖片，通過顯示器來顯示，通過集成的分析軟件可以找到人體的發熱點或者不正常的炎癥發熱區域。

4、激光測距儀系統部分，由激光發射器，光電探測器和控制系統系統構成。激光測距儀可以控制激光輸出鏡到人體治療皮膚的距離，并實現閉環的恒定距離控制。

5、語音人機交互系統部分，采用麥克風陣列，實現人和機器人的語音交互，從而控制機器人和激光器的控制。

6、GPS定位模塊，可以通過手機APP對每臺設備實現定位，查尋每臺設備的位置。

7、藍牙模塊，實現與手機APP的互聯，醫生與患者可以通過APP查看冶療數據及熱成像的各種數據。

8、WIFI模塊與遠程診斷系統，可以將患者的各種資料及各種檢查結果，各種數據集中起來傳輸到服務器中。醫生可以通過電腦APP實現匯診與精診治療。

患者躺在冶療床上，操作者將設備推到患者指定的部分中心位置，然后通過屏選用治療部分的治療參數點確認鍵，中央控制系統將控制機器人控制系統將機器人手臂中的激光冶療部分的出光鏡筒對準患者需治療部分(如一些特殊部分可開啟手動對準模式將出光鏡筒對準患者需治療部分)；然后通過屏(中央控制系統)發信號給激光距離傳感器進行測距，將距離反饋到中央控制系統，再然后中央控制系統發出指令給機器人控制系統將機器人手臂中的激光冶療部分的出光鏡調整到離冶療部位皮膚60mm的距離。待距離調整到位后，激光距離傳感器反饋信號到中央控制系統，中央控制系統發出指令給熱成像儀，熱成像儀開始對人體掃描進行熱成像并進行溫度分析，分析出溫度最高點及最低點、溫度曲線并反饋信號到中央控制系統，中央控制系統得到信號后會發出指令給語言模塊，語言模塊會給出語言溫度報警并通知操作者與患者準備開始冶療讓患者勿動。信號反饋到中央控制系統，等侍20S后，中央控制系統發出指令給激光控制系統發出激光并同時發出指令給機器人控制系統按照中央控制系統之前設定的運動軌跡進行冶療。在冶療過程中，醫生可通屏查看剛才熱成像儀反饋過來的各種數據，然后暫停出光修改治療參數后再繼續出光。在侍治療時間到后，中央控制系統發出指令語言模塊，語言模塊會給出語言提示通知操作者與患者冶療結束，然后中央控制系統發出指令給機器人控制系統將機器人手臂收回，回收到指定狀態，回收完畢機器人控制系統反饋到中央控制系統，然后中央控制系統輸出指令到語言模塊，語言模塊會給出語言提示讓患者起來離開治療床。一個治療過程結束。

在治療過程中，如果出現設備故障，中央控制系統會輸出指令到語言模塊，語言模塊給出語言提示。

本發明實施例的診斷和治療一體化激光理療智能機器人的控制方法，包括以下步驟：