面向老年人的药品智能辨识系统设计与实现

来源:用户上传      作者:魏晗 吴恋 杨娅婷 谭江波 赵广宽

　　摘要：为解决老年人普遍身体欠佳且难以独立辨识药品的问题，文章设计开发了一套智能药品识别系统。通过OCR技术与语音合成技术实现对药品包装、说明等文字进行读取识别和解析内容，从而获取药品的作用、使用频率、禁忌等关键信息，然后以语音播报的形式告知用户。经过多次调试和验证，该系统的性能稳定，功能实现效果较为良好。
　　关键词：智能医药系统;物联网技术;嵌入式技术;OCR文字识别;树莓派
　　0引言
　　在全面脱贫的大背景下，乡村振兴，不返贫，求发展，已成为时代最强音，让智慧“心”医疗的概念深入人心。鉴于老年人的视力、记忆力普遍欠佳的现状，本文中的设备能够正确智能的读取、识别、解析出所需药品的作用、使用频率、禁忌等关键信息，并进行语音播报，从而最大限度地保C用户在用药安全的大前提下，将医疗模式从传统化向智能化转型。
　　本文主要介绍了一种智能医药系统，此系统的图像信息采集模块通过扫描药盒或说明书等，采集图像利用OCR技术解析文字后运用TCP协议与服务器建立联系，并返回关键信息进行语音播报，为乡镇独居老人等特殊群体医疗实现智能化、现代化。以用药安全、智能用药为点，智能新医疗作面，以点绘面力争在医疗条件欠发达的乡镇地区补足资源稀缺的短板，开创智能医疗的新局面。
　　1总体设计
　　识药系统的大体由物联网模块、信息采集模块、服务管理模块、云端服务平台组成。物联网模块采用树莓派（Raspberrypi）[1]作为系统的软硬件交互中心、调度中心。信息采集模块包括图像信息采集、信号信息采集两个版块，调度中心将从用户获取到的信号信息驱动摄像头从而完成图像采集。服务管理模块对数据库信息进行维护，保证信息完整、正确。云端服务平台作为数据中心，是由Nginx技术搭建的高可用数据库集群，储存信息的云端载体。系统整体结构如图1所示。
　　2系统关键技术设计与实现
　　该系统分为用户硬件设备、嵌入式软件、数据服务软件几个关键部分。
　　2.1软件部分
　　该系统软件部分主要分为运行在硬件载体上的嵌入式软件和运行在云端服务平台上的数据服务软件。
　　2.1.1嵌入式软件
　　嵌入式软件部分功能实现了全自动接收用户指令、调度中心激活摄像头进行药盒的图像采集、向服务器上传采集的图片并接收服务器处理后返回的信息驱动扬声器进行语音播报[2]，是硬件载体的指挥官。
　　接收用户指令是由shell脚本实现，一旦用户发出指令，Raspberrypi的gpio接口将会精确捕捉该信号，接着将该信息传递给Python代码。该行为会激活shell脚本中的指令，从而调用摄像头获取药盒的图像信息，提取图片信息部分由嵌入硬件设备在后台运行的Java jar包代码实现，具体调用OpenCV，OpenMv等库函数缩小药名范围、排除无关文字从而进一步减少服务器的工作量，然后将经过预处理的图片信息以流的形式上传到云端服务器，该部分由shell脚本自动发送Wget请求并携带流实现。代码流程如图2 所示。
　　2.1.2数据服务软件
　　数据服务软件部分主要实现了接收硬件设备端上传的字节流图片信息，并利用百度AI OCR的API接口[3]，实现将预处理过的图片字节流信息进行指定区域文字识别，减少识别工作量的同时提高了正确率。将搭建在服务端的数据库内指定的内容返回给客户的硬件设备，只有进行多次核对、审查才会返回信息，进一步保证了药品信息的正确性、安全性。
　　同时部署在主服务器上的除数据库信息之外，还为管理人员提供了对药品信息进行增加、修改、校对的B/S模式的后台可视化管理平台。该平台基于Java语言、数据库技术配合SpringBoot快速开发框架搭建脚手架管理人员通过项目负责人下发的登录标识进入系统，采用Redis集群和频繁查询的数据，以避免过多占用服务器资源[4-5]。管理员也可以查看相关用户提出的问题，并利用HTTP请求返回并给予指导。
　　对于云端数据库的权限情况，由于药品信息的特殊性采用SpringSecurity安全框架防止信息被篡改。可以保证系统的数据管理体系和登录用户的权限是分开的，将Token令牌（管理员唯一识别码）暂存在Redis非关系型数据库中，减轻了数据库服务器并发压力，还可以保证管理员在一定时间内有对数据库服务器内数据操作的权限，数据加密采用了SHA-256 +随机盐+密钥的方式，可以保障各个用户之间的登录信息和查询数据的安全性，基于安全因素的考虑，不同权限的工作人员登录系统之后，修改药品数据库的权限也不同，这样既避免了数据泄露或被篡改的风险，也提高了系统的调控性。
　　对于数据库而言，用户的信息是管理人员所提供的信息。但对于用户而言，在识别过某种药品后可以对本地数据库内的信息进行修改，从而实现个性化配置。与此同时，用户的操作将会记录在云端日志数据库内，原始数据发生修改操作将进行拷贝。云端数据平台采用差别拷贝模式，在未增加新数据的情况下，原数据发生修改，差别拷贝模式只会拷贝修改的数据，节省了数据库内存和数据拷贝时间，使识药系统保持高效运行。用户进行修改操作后会将该数据与原数据进行信息比对，如有发现信息异常则认定为误操作，对用户进行反馈，主要数据库字段设计如表1 所示。
　　2.2硬件部分
　　该系统硬件部分主要由Raspberrypi作为载体，同时它也是该系统的调度、交互中心，负责协同信号信息采集模块、图像信息采集模块、云端服务平台等硬件单元去驱动各设备之间的交互，共同完成识药功能。
　　2.2.1交互、调度中心
　　硬件部分为客户端，Raspberrypi作为可以搭载Linux系统的“卡片式电脑”是“低成本物联网”这一概念的有力践行者，正是因为有了它，每个人都可以动手实现嵌入式。同时本项目也选择使用Raspberrypi作为项目的硬件载体和交互、调度中心，由它来驱动各功能模块完成识药流程，这个过程需要由gpio提供输入输出针脚的信息，可以通过基于Linux的系统来读取各个接口的状态，基于此用户可以点击载体上的按钮，由信号信息采集版块处理后将该信号信息传递给shell脚本，再由调度中心向图像信息采集版块发布命令，从而驱动外部设备采集信息，负责发布命令和接收反馈，获取图像信息后由交互中心向云端服务平台发送字节流进行软硬件平台的交互，经过云端服务平台处理后返回的信息再由调度中心调用扬声器设备进行语音播报。Raspberrypi设备实体如图3所示。

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