[发明专利]一种针对外科手术过程中医生姿态评估方法

权利要求书

1.一种针对外科手术过程中医生姿态评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将Kinect V2设备放置正前方，开启近距离模式，摄像头面向医生，高度1.5米，距离医生0.8～2.5米；通过Kinect V2设备捕捉人体25个部位骨骼点三维坐标数据，坐标原点为摄像头；

步骤二、将25个骨骼点的三维坐标数据输入多层人工神经网络即ANN，计算得到当前姿势的基础AC等级；

步骤三、判断当前动作为动态过程还是静态过程；

步骤四、根据当前动作过程计算此动作带来的与频率或持续时间相关的附加特征；

步骤五、在基础AC等级的基础上，根据附加特征带来的额外危险因素计算得到最终的AC等级；

步骤六、根据最终的AC等级判定姿势危害并做相应的处理方案；

所述的步骤二中的基础AC等级由基础特征所决定，基础特征指人的颈部、腰部、上肢、下肢姿势四种编码元素组合构成，步骤二的具体方法如下：

21)通过四种编码元素所构成的不同组合分别形成手术过程中医生的基础AC等级评分标准，基础AC等级分为AC1、AC2、AC3；具体如下表所示：

组合方式如下表2所示：

22)对Kinect V2采集的75维人体骨骼点坐标数据进行归一化的预处理，处理之后选择人工神经网络的方法来对基础AC等级进行分类；对三种基础AC等级采用独热编码[1,0,0]，[0,1,0]和[0,0,1]，分别代表AC1、AC2、AC3；

23)搭建一个多层人工神经网络，输入层共75个神经元，共含有5个隐藏层，每个隐藏层由39个神经元组成，输出层共3个神经元；隐藏层选择线性整流函数即ReLU为激活函数，隐藏层最后一层使用dropout随机失活；输出层的激活函数为softmax，使用随机梯度下降对网络进行训练；训练集从预先采集的人体基础动作数据库中选取；

24)在识别过程中，将每一帧采集的人体骨骼数据输入到这个人工神经网络的分类器，得到当前帧姿势的基础AC等级；

所述的步骤三的具体方法如下：

在确定了基础AC等级之后，记录当前的第一次基础AC等级，启动计时器1；在基础AC等级发生变化时，记录当前的第二次基础AC等级，计时器1重新计时，计时器2开启计时；在下一次基础AC等级变化时，计时器1重新计时，记录时间戳t1，记录当前的第三次AC等级同时检查新的第三次基础AC等级是否与第一次基础AC等级相同，若第三次基础AC等级与第一次基础AC等级相同，计时器2继续计时，计时器1重新计时；若第三次基础AC等级与第一次基础AC等级不相同，计时器1与计时器2同时重新计时；其中计时器1用于记录静态过程持续时间；计时器2用于记录动态过程持续时间以计算频率；当计时器2记录时间达到整数分钟时，计算一次这个时间段内基础本AC等级改变的频率；

所述的步骤四的具体方法如下：

41)若当前动作为动态过程，具体方法如下：

在动态过程中，竖脊肌为最敏感的躯干肌肉，美国NIOSH提出了提举重量推荐限值RWL，RWL被定义为在不引起与提举相关的肌肉骨骼疾病时，所有健康人能够提举的负荷重量；在RWL的基础上，通过提举方程计算出动态过程中标准动作频率的阈值；在高频重复动作中，如果动作频率超过7次/分钟，AC等级在基础AC等级上增加；

NIOSH提举方程通过在0和1之间变化的六个任务相关乘数调制权重常数即23kg来估计RWL；RWL计算如下：

RWL＝23kg×HM×VM×DM×AM×FM×CM

其中H，V，D，A，F和C分别为：H＝物体相对于物体的水平位置，V＝物体相对于地面的垂直位置，VM＝1-0.003|V-75|，D＝物体垂直移动的距离，A＝不对称角度或扭曲要求，即偏离矢状面的角度，AM＝1-0.0032×A，F＝频率或提升活动的持续时间，C工人抓住物体的耦合或质量，CM可由NIOSH提举方程查表得，此处预设CM＝0.95，当计算RNLE乘数时，需要考虑三个不同的标准：生理即限制最大能量消耗至2.2-4.7千卡/分钟，心理物理即将重量大小限制为可接受的值为75％和生物力学即将L5-S1压缩力限制在3400N；

LI被定义为提举重物的重量与该任务计算所得的RWL的比值，即LI＝weight/RWL，如果LI1.0，则该任务可能构成对作业人群的危害；如果LI2.0甚至3.0以上时，则危险度会明显增加；设定LI＝1.0为阈值，通过数据平均值确定平均参数，计算得到当频率F超过7时，LI值大于1.0；

因此当动作频率大于或等于7钟时，行动等级在基础AC等级上增加一级，当动作频率小于7分钟时，行动等级等于基础AC等级；

42)若当前动作为静态过程，具体方法如下：

静态过程是一种和动态过程相反手术过程，两者是相斥的；将静态过程与低频重复即频率2次/分钟相结合；OWAS本是一种评估静态物理负载的手动处理方法，但是没有对时间标准的明确定义，过长时间保持相同姿势的负载也会造成肌肉劳损；ULRA即upper limbsrisk assessment将低频静态负载过程持续时间分成三类：(1)持续一小时以下间断性操作；(2)持续时间大于一小时并小于两小时；(3)持续时间大于等于两小时，这三类对于肌肉骨骼疾病的风险等级递增；

在静态与低频重复动作中，基础行动等级为AC1的动作在持续时间大于等于1小时而小于2小时时，行动等级增加为AC2；在持续时间大于等于2小时时，行动等级增加为AC3；基础行动等级为AC2的动作，在持续时间大于等于5min，小于15min时，行动等级增加为AC3；在持续时间大于等于15min时，行动等级增加为AC4。基础行动等级为AC3的动作，在持续时间大于等于5min时，行动等级增加为AC4；

所述的步骤五的具体方法如下：

由动态高频动作对于基础AC等级影响流程图与静态过程对于基础AC等级影响流程图，首先利用Kinect V2侦测的人体25个骨骼点三维坐标数据输入拟合好的人工神经网络，得到基础AC等级；若基础AC等级为AC1且一段时间内没有发生变化，若持续时间大于1小时二小于2小时，行动等级判断为AC2，若持续时间大于2小时，行动等级判断为AC3；若基础AC等级为AC2，持续时间大于等于5min，小于15min，判断行动冬季为AC3，持续时间大于15min，判断行动等级为AC4；若基础AC等级为AC3，持续时间大于等于5min，判断行动等级为AC4；若基础AC等级发生变化，检查变化频率若小于7次/min，行动等级等于基础AC等级，若变化频率大于等于7次/min，行动等级在基础AC等级的基础上增加一级。