基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统技术方案

本申请公开了基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统，属于医疗器械技术领域，系统包括：生物电阻抗监测模块、控制模块以及远红外光辐照阵列；生物电阻抗监测模块与远红外光模块均和控制模块相连；其中，生物电阻抗监测模块测量水肿部位电压，并将传送至控制模块；控制模块根据电压计算电阻抗信息，并结合患者的元信息，利用随机森林模型评价水肿程度，从而确定辐照方案，并将包含辐照方案的控制指令发送至远红外光辐照阵列；远红外光辐照阵列按照控制指令对患者的水肿部位辐照治疗。患者居家使用一体化系统即可实现水肿的有效诊治，无需过度依赖医师的治疗经验。一体化系统可缩短水肿的恢复期。水肿的恢复期。水肿的恢复期。

【技术实现步骤摘要】
基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统


[0001]本申请属于数字医疗器械
，具体涉及一种基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统。

技术介绍

[0002]水肿是一种常见的病理学反应，表现为由于组织间隙液体聚集而产生的组织肿胀，通常由静脉流体静压异常升高、血浆胶体渗透压异常下降或淋巴回流障碍导致。患者在外科手术后由于长期禁食、炎症反应、卧床不起等诸多原因，常常发生水中反应，严重影响了患者的术后恢复及日常生活。
[0003]通常来说，术后三天之内，患者的手术部位会迅速水肿且水肿程度达到峰值，随后随着患者的恢复，水肿程度不断下降直到彻底消散。由软组织手术导致的水肿往往一周左右便可消散，而由骨手术导致的水肿往往持续一个月甚至数个月。然而，由于医疗资源的紧缺性，目前水肿治疗往往只集中在患者术后的前三天，这段时间内，医师通过令患者口服药物或静脉注射药物的方式，抑制水肿的迅速发生。随后漫长的恢复期往往只能由患者居家自行恢复。
[0004]综上所述，现有的水肿诊治方法过度依赖医师的治疗经验，在医疗资源紧缺的情况下，患者只有在术后的前三天可以得到有效的治疗，水肿恢复时间较长，并且难以由患者居家完成诊治。为了在不增添医疗压力的基础上，精准有效地监测、治疗患者的水肿部位，本文提出了基于随机森林的反馈式居家水肿诊治一体化系统。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统，能够解决目前现有的水肿诊治方法过度依赖医师的治疗经验，在医疗资源紧缺的情况下，患者只有在术后的前三天可以得到有效的治疗，水肿恢复时间较长，并且难以由患者居家完成诊治的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
[0007]本申请实施例提供了基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统，包括：控制模块、远红外光治疗模块以及生物电阻抗监测模块；
[0008]控制模块与远红外光治疗模块连接；
[0009]生物电阻抗监测模块与控制模块连接；
[0010]其中，生物电阻抗监测模块用于监测水肿部位的电阻抗信息，并将电阻抗信息反馈至控制模块；
[0011]控制模块用于根据电阻抗信息以及患者的基本信息，利用随机森林模型确定辐射功率和辐射时间，并将包含有辐射功率和辐射时间的控制指令发送至远红外光治疗模块；
[0012]远红外光治疗模块用于按照辐射功率和辐射时间对患者的水肿部位进行辐照治疗。
[0013]可选地，控制模块包括微控制器、电源和蓝牙单元；
[0014]微控制器通过蓝牙单元与患者的移动终端连接，以将患者的电阻抗信息以及相对应的辐照方案展示于患者的移动终端上。
[0015]可选地，控制模块还包括训练单元；
[0016]训练单元用于预先收集若干样本，样本的特征为患者信息，样本的标签为医师根据经验选择的辐照方案，将样本按照预设比例分为训练集和测试集；将训练集分为N组样本组，通过N组样本组分别训练N颗决策树，以构成随机森林模型；通过测试集对随机森林模型的决策结果进行验证。
[0017]可选地，训练集和测试集之间的预设比例为8:2。
[0018]可选地，N为10，随机森林模型由10颗决策树构成。
[0019]可选地，各个决策树根据电阻抗信息以及患者的基本信息独立确定辐照方案，控制模块用于根据各个决策树的投票结果最终确定辐射功率和辐射时间。
[0020]可选地，生物电阻抗监测模块包括电流激励子模块和信号接收子模块；
[0021]电流激励子模块包括频率发生器、第一激励电极和第二激励电极；
[0022]信号接收子模块包括模数转换电路ADC单元、数字信号处理DSP单元、第一接收电极和第二接收电极；
[0023]频率发生器与两个激励电极电连接，频率发生器产生电流信号，电流信号通过第一激励电极输入到患者皮肤，流经水肿部位后通过第二激励电极流出人体；
[0024]ADC单元与两个接收电极电连接，ADC单元用于获取激励响应，DSP单元用于对采集结果进行离散傅里叶变换，计算出水肿部位的电阻抗信息。
[0025]可选地，第一激励电极和第二激励电极分别设置在水肿部位的两侧；
[0026]第一接收电极和第二接收电极分别设置在水肿部位的两侧；
[0027]第一激励电极相距于水肿部位的距离大于第一接收电极相距于水肿部位的距离，第二激励电极相距于水肿部位的距离大于第二接收电极相距于水肿部位的距离。
[0028]可选地，远红外光治疗模块包括LED阵列。
[0029]可选地，LED阵列由10
×
20个LED构成。
[0030]在本申请实施例中，通过生物电阻抗方法监测水肿，通过红外光照射方法治疗水肿，并利用随机森林模型，根据监测结果动态调节辐照方案，从而构建反馈式诊疗一体化装置。患者居家使用反馈式诊疗一体化装置即可实现对于水肿的有效诊治，无需过度依赖医师的治疗经验，大大缩短了水肿的恢复期。
附图说明
[0031]图1是本申请实施例提供的一种基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统的结构示意图。
[0032]1‑
控制模块，11
‑
微控制器，12
‑
电源，13
‑
蓝牙单元，14
‑
训练模块；
[0033]2‑
远红外光治疗模块，21
‑
LED阵列；
[0034]3‑
生物电阻抗监测模块，31
‑
电流激励子模块，311
‑
频率发生器，312
‑
第一激励电极，313
‑
第二激励电极，32
‑
信号接收子模块，321
‑
ADC单元，322
‑
DSP单元，323
‑
第一接收电极，324
‑
第二接收电极；
[0035]4‑
水肿部位；
[0036]5‑
移动终端。
[0037]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例、参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0039]下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的大型商业综合体的安全管理水平系统进行详细地说明。
[0040]实施例一
[0041]参照图1，示出了本申请实施例提供的一种基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统的结构示意图。
[0042]本申请提供的一种基于随机森林的反馈式水肿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机森林的反馈式水肿诊治一体化系统，其特征在于，包括控制模块(1)、远红外光辐照阵列(2)以及生物电阻抗监测模块(3)；所述生物电阻抗检测模块(3)和所述远红外光辐照阵列(2)均与所述控制模块(1)电连接；其中，所述生物电阻抗监测模块(3)用于测量患者的水肿部位的电压值，并将所述电压值传送至所述控制模块(1)；所述控制模块(1)用于根据所述电压值计算生物电阻抗信息，并结合患者的元信息，利用随机森林模型评价水肿程度，确定辐照方案，并将包含有辐照方案的控制指令发送至所述远红外光辐照阵列(2)；所述远红外光辐照阵列(2)用于按照所述控制指令对患者的所述水肿部位进行辐照治疗。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生物电阻抗监测模块(3)包括电流激励子模块(31)和信号接收子模块(32)；所述电流激励子模块(31)包括频率发生器(311)、第一激励电极(312)和第二激励电极(313)；所述第一激励电极(312)和所述第二激励电极(313)均与所述频率发生器(311)的输出端连接；其中，所述频率发生器(311)产生预设频率和预设幅度的正弦电流，所述正弦电流通过所述第一激励电极(312)注入到人体，流经所述水肿部位后，通过所述第二激励电极(313)流出人体；所述信号接收子模块(32)包括数字信号处理DSP单元(321)、模数转换ADC单元(322)、第一接收电极(323)和第二接收电极(324)；所述第一接收电极(323)和所述第二接收电极(324)通过所述ADC单元(322)与所述DSP单元(321)电连接；其中，所述ADC单元(322)将第一接收电极(323)和第二接收电极(324)之间的电压信号转换为数字信号，所述DSP单元(321)对转换结果进行滤波去噪，通过离散傅里叶变换计算电压信号的实部与虚部。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述DSP单元(321)对转换结果进行滤波去噪，采用以下方法：S101：构造2M+1个采样时刻的序号的N
‑
1阶范德蒙德矩阵：其中，S102：构造2M+1个采样时刻的值的矩阵
其中，S103：构造多项式系数矩阵其中，S104：根据最小二乘法，拟合得到的多项式系数矩阵为A＝(X
T
X)
‑1X
T
YS105：多项式对应的第i个值为S106：以多项式中心数据的值作为滤波结果。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述DSP单元(321)通过离散傅里叶变换计算电压实部和电压虚部，采用以下方法：S201：对所述ADC单元(322)的转换结果U[i]进行离散傅里叶变换：其中，k表示频谱线序号，N表示采样点数，n表示采样点序号，表示所述ADC测得信号的幅值在第k条频谱线的分量，的实部代表第k条谱线余弦的分量，虚部代表第k条谱线正弦的分量；此时，的相位角为：的相位角为：的幅值为：S202：对激励电流信号进行离散傅里叶变换：
其中，I[i]表示第i个采样时刻的刺激电流的幅值，表示刺激电流的幅值在第k条频谱线的分量；此时，的相位角为：S103：计算电压实部和电压虚部分别为：S103：计算电压实部和电压虚部分别为：其中k
m
代表中幅值最高的谱线标号。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制模块(1)包括微控制器(11)、移动电源(12)、蓝牙单元(13)和自校正网络(14)；所述所述蓝牙单元(12)和所述自校正网络(14)均与所述微控制器(11)电连接；所述蓝牙单元(12)用于与移动终端(5)无线通信连接；其中，所述移动电源(12)与所有用电模块电连接，以进行供电；所述自校正网络(14)在所述微控制器(11)的指令下，根据电压实部和电压虚部计算生物电阻抗信息，并在每次重启时进行自校正；所述微控制器(11)根据生物电阻抗信息和患者元信息，利用随机森林模型评价水肿程度，确定辐照方案，并将包含有辐照方案的控制指令发送至所述远红外光辐照阵列(2)；所述蓝牙单元(12)将生物电阻抗信息、患者元信息、水肿程度和辐照方案传送至所述移动终端，以供患者查阅。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述自校正网络(14)包括第一阻抗网络、第二阻抗网络、第三阻抗网络和第四阻抗网络，分别测量四个阻抗网络的阻抗值，并根据测量值与真实值的差距，通过最小二乘法的方法，调整校准矩阵，利用所述校准矩阵计算生物电阻和生物电抗；其中，所述第一阻抗网络为100Ω的电阻，所述第二阻抗网络为20Ω电阻和33nF电容，所述第三阻抗网络为50Ω电阻和100nF电容，所述第四阻抗网络为80Ω电阻和47nF电容；其中，所述校准矩阵表示为：其中，R和X分别是生物电阻和生物电抗，φ是由于切换时间等因素导致的相位滞后，K
R
和b
R
是电压实部的线性回归系数，K
X
和b
X<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇光，杨沐天，
申请(专利权)人：北京大学口腔医学院，
类型：发明
国别省市：