專利名稱：一種基于視頻圖像的輸液監控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于視頻監控技術領域，特別是一種基于視頻圖像的輸液監控裝置。
背景技術：
靜脈輸液技術是常用的臨床醫學治療手段之，輸液耗時較多，且白天夜間都可能進行，而輸液狀況需要及時觀測，這給患者、家屬以及醫護人員帶來了繁重的負擔，因此實現輸液的自動監控成為臨床應用的迫切需求。即在輸液過程中，實時測量液滴速度，當輸液速度過快或過慢時發出告警；當輸液即將結束時，發出告警，提示醫護人員及時拔針。輸液自動監控裝置應當對輸液本身不造成干擾、不影響人工觀測，對光照不敏感，安裝方便。關于輸液自動監測裝置的專利有很多，其方法主要有基于電容計量式輸液檢測和紅外光電式輸液檢測。文獻I (劉清，周曉年，李志俊，沈克宇，張凱，周海波，胡瑩.液滴檢測計數器，公布號:CN2671037Y，申請日:2003.12.24)公開了一種液滴計數器，包括激光發射器、激光接收器、555單穩態觸發電路、單片機處理電路和顯示器，其方法是將激光發射器、激光接收器放置于液滴兩側，激光接收器將收到的光信號轉變為數字電信號，通過單片機對數字電信號計數獲得液滴速度。但該方法不能穿透滴管，不適用于輸液監測。文獻2(李益民.輸液滴速監測技術，公布號:CN102526837A，申請日:2012.01.18)公開了一種基于電容計量式的輸液滴速檢測技術，其監測電路包括:兩極分別安置在滴斗上方輸液管兩側的電容，連接電容的微處理器，以及與微處理器相連的LCD、LED和蜂鳴器。其監測方法是:將滴斗中液面調至特定高度，使液滴在滴落最后一瞬間導通滴斗中上下兩部分的液體，使電容值發生一種脈沖式突變，脈沖的周期就對應了滴速周期；連續監測并顯示滴速，在滴速變化過快、過慢、停止時發出報警。文獻3 (包金明，芮成勝 .醫用輸液液滴速度監測方法及其裝置，公布號:CN101856525B,申請日:2010.06.07)公開了一種基于紅外線雙對管差分檢測的的醫用輸液液滴速度監測方法及其裝置，該裝置包括紅外線雙對管檢測電路、差分檢測電路、控制單元電路和報警電路，其方法是應用差分檢測電路測量液滴下落過程中紅外線雙對管檢測電路引起的電流變化，獲得相鄰液滴時間間隔來判斷是否需要產生報警信號。文獻2 文獻3中的檢測方法，存在以下缺點:要求漏斗能固定住電容極或者紅外管，對于采用塑料材質的滴斗固定起來比較困難，所測數據偏差大；滴斗部位被遮擋，不利于同時進行人工觀測；安裝要求比較高，使用不靈活。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種安全可靠、靈活方便、非介入式的基于視頻圖像的輸液監控裝置。實現本實用新型目的技術解決方案為:一種基于視頻圖像的輸液監控裝置，包括輸液瓶監控探頭、滴斗監控探頭、輸液監控終端、信號線、網絡接口和直流變換器，其中輸液瓶監控探頭包括第一攝像頭和第一 LED燈，滴斗監控探頭包括第二攝像頭和第二 LED燈，輸液監控終端包括嵌入式系統處理器；輸液瓶監控探頭設置在正對輸液瓶的位置，滴斗監控探頭設置在正對輸液滴斗的位置，輸液瓶監控探頭和滴斗監控探頭均通過信號線與嵌入式系統處理器連接；輸液監控終端的電源輸入端通過直流變換器接通電源，且輸液監控終端通過網絡接口與護士控制臺相連。本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置，所述輸液監控終端還包括鍵盤、IXD屏、蜂鳴器和第三LED燈，且鍵盤、IXD屏、蜂鳴器、第三LED燈均與嵌入式系統處理器連接。本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置，所述輸液瓶監控探頭上面設有第一固定支架，輸液瓶監控探頭通過第一固定支架固定在正對輸液瓶的位置，第一固定支架包括水平設置的左支架和右支架，左支架和右支架的末端均向外張開并具有粘性，使得輸液瓶與輸液瓶監控探頭兩者保持固定。本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置，所述滴斗監控探頭上面設有第二固定支架，滴斗監控探頭通過第二固定支架固定在正對輸液滴斗的位置，第二固定支架包括上下放置的上支架和下支架，上支架和下支架的末端為彈性小夾，分別固定在輸液滴斗上、下部位的輸液管外。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點:(I)采用非介入式方法，通過觀測外部視頻進行監控，對輸液無干擾；(2)通過固定支架與輸液設備相連，可以隨時撤離，解決了病人輸液中途上廁所等問題；(3)監控探頭與輸液瓶及滴斗之間有十公分的距離，傳統人工監視不受影響，可以同時進行；(4)對輸液裝置材料無特殊要求，輸液瓶、輸液袋均可以進行監控；(5)該探頭 上安裝了 LED燈，保證在黑夜里也有足夠的照明，白天夜間均可正常工作；(6)可聯網工作，便于護士控制臺同時監控多個輸液病人，大大減輕勞動強度。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。

圖1是本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置的工作示意圖。圖2是本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置的硬件結構示意圖。圖3是本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置的第一固定支架的結構示意圖。圖4是本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置的第二固定支架的結構示意圖。圖5是本實用新型輸液速度處理分析流程圖。圖6是本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置的輸液監控終端IXD屏的功能框圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做出進一步說明。結合圖1、圖2、圖3、圖4，本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置，包括輸液瓶監控探頭1、滴斗監控探頭2、輸液監控終端3、信號線4、網絡接口 5和直流變換器6，其中輸液瓶監控探頭I包括第一攝像頭1-1和第一 LED燈1-2，滴斗監控探頭2包括第二攝像頭2-1和第二 LED燈2-2 ;所述輸液監控終端3包括嵌入式系統處理器3_1、鍵盤3_2、IXD屏3-3、蜂鳴器3-4和第三LED燈3_5 ;輸液瓶監控探頭I設置在正對輸液瓶的位置，滴斗監控探頭2設置在正對輸液滴斗的位置，輸液瓶監控探頭I和滴斗監控探頭2均通過信號線4與輸液監控終端3的嵌入式系統處理器3-1連接，鍵盤3-2、IXD屏3_3、蜂鳴器3_4、第三LED燈3-5分別與嵌入式系統處理器連接。嵌入式系統處理器3-1的電源輸入端通過直流變換器6接通電源，且嵌入式系統處理器3-1通過網絡接口 5與護士控制臺相連。所述輸液瓶監控探頭I上面設有第一固定支架1-3，輸液瓶監控探頭I通過第一固定支架1-3固定在正對輸液瓶的位置，第一固定支架1-3包括水平設置的左支架和右支架，左支架和右支架的末端均向外張開并具有粘性，使得輸液瓶與輸液瓶監控探頭I兩者保持固定。所述滴斗監控探頭2上面設有第二固定支架2-3，滴斗監控探頭2通過第二固定支架2-3固定在正對輸液滴斗的位置，第二固定支架2-3包括上下放置的上支架和下支架，上支架和下支架的末端為彈性小夾，分別固定在輸液滴斗上、下部位的輸液管外。輸液瓶監控探頭I和滴斗監控探頭2通過可調節長度掛繩懸掛于輸液架上，通過調節掛繩長度使輸液瓶監控探頭I正對著輸液瓶，使得滴斗監控探頭2正對著輸液漏斗；如果有直立的輸液架，也可以將輸液瓶監控探頭I和滴斗監控探頭2固定在輸液架上，以減少晃動影響。網絡接口與護士控制臺相連，構成一個大的監控系統，同時監控多個輸液裝置。直流變換器將市電220V交流電轉變為5V直流電。結合圖5，本實用新型基于視頻圖像的輸液監控裝置的監控方法，包括以下步驟:第一步:裝置通過直流變換器6接通電源，并進行初始化，設定輸液瓶液面高度門限值Hmin,發生一次液面震動引起像素變化的總像素值低門限Ru和總像素值高門限Rht，正常輸液速度的最快值Vmax和正常輸液速度的最慢值Vmin ；第二步:通過鍵盤3-2選擇，開始監控過程，當光源不足時，第一 LED燈1_2和第二LED燈2-2打開；第三步:第一攝像頭1-1獲取輸液瓶視頻圖像，第二攝像頭2-1獲取輸液滴斗視頻圖像，這兩個圖像分別通過信號線4傳送至輸液監控終端3的嵌入式系統處理器3-1 ；
第四步:嵌入式系統處理器3-1讀取輸液瓶視頻圖像并進行輸液進程處理分析，判斷輸液是否即將完成，如果輸液即將完成則發出輸液結束報警信息；輸液進程處理分析具體步驟為:嵌入式系統處理器3-1自動定位輸液瓶區域，獲取液面線和輸液瓶底部輪廓線，計算液面與輸液瓶底部的距離H，當H〈Hmin時，發出輸液即將完成的告警信息；第五步:嵌入式系統處理器3-1讀取輸液滴斗視頻圖像并進行輸液速度處理分析，判斷輸液速度正常、過快或過慢，如果過快或者過慢，則發出輸液速度報警信息；輸液速度處理分析具體為:( I)嵌入式系統處理器3-1以相同的時間間隔Λ t讀取各幀輸液滴斗視頻圖像，并對讀取的輸液滴斗視頻圖像作灰度化處理，其中0.ls< Δ t〈0.2s ；(2)應用幀間差分法對灰度化后的相鄰兩幀輸液滴斗視頻圖像做差分處理,對兩幀圖片相同位置的圖像灰度值求差，并取絕對值，得到差分圖像；(3)根據閾值對差分圖像進行二值化處理得到黑白圖像，統計黑白圖像中為白色的總像素值R ；(4)將總像素值R與預先設定的總像素值低門限Ru和總像素值高門限Rht相比較:若Ru〈R〈Rht，記錄該輸液滴斗視頻圖像的幀號，并減去上一次記錄的輸液滴斗視頻圖像的幀號，得到幀號之差Λ η，根據時間間隔Λ t和幀號之差Λ η計算得到液滴速度即輸液速度V，V=Imin/ (Δ tx Δη),并轉入(5 );若R〈RU，則說明未發生液面震動，若R>Rht，則說明有異常干擾；此兩種情況則放棄本次幀間差分處理結果，不記錄該輸液滴斗視頻圖像的幀號，返回(I)繼續讀取滴斗視頻圖像；(5)判斷(4)中得到的輸液速度V，如果V>Vmax或者V〈Vmin，則發出輸液速度報警信
肩、O第六步:將第四步與第五步的報警信息顯示到LCD屏上，同時蜂鳴器3-4發出蜂鳴，第三LED燈3-5閃爍，并通過網絡接口 5將報警信息傳送至護士控制臺，便于護士控制臺及時獲取所有輸液監控裝置的異常信息，以便及時處理。結合圖6輸液監控終端IXD屏的功能框圖，安裝好輸液監控裝置后，接通電源，合上開關，輸液監控終端3的LCD屏3-3上首先顯示產品名稱、所有單位、版本等信息后，停留5秒進入人機界面，IXD屏3-3左邊兩個視頻窗口，分別顯示輸液瓶視頻圖像和輸液滴斗視頻圖像，調整輸液瓶監控探頭I和滴斗監控探頭2，使得所要監控的輸液瓶視頻圖像和輸液滴斗視頻圖像位于顯示屏窗口的中心部位，滴斗內液面高度不高于3cm，這樣液滴滴入液面清晰可見，便于監控裝置識別液滴滴入液面發生的震動。顯示屏右上部顯示輸液實時狀態信息，包括輸液速度、輸液速度過快/過慢/正常信息，以及輸液是否即將完成信息。顯示屏右下部是實現人機交互的三個功能鍵，按下“開始”鍵，該輸液監控裝置開始監控過程，輸液 監控終端3開始讀取輸液瓶視頻圖像和輸液漏斗視頻圖像；按下“停止”鍵，輸液監控終端3停止讀取視頻信息，停止圖像處理，停止聲音和燈光告警，不更新屏幕，屏幕停留在按下“停止”鍵之前的狀態；當輸液病人中途離開病床時可以按下“停止”鍵，打開滴斗部位的第二固定支架2-3的夾子，使監控裝置與輸液裝置分離，離開病床，當重新繼續輸液時，重新固定好輸液瓶和滴斗監控探頭2，按下“開始”鍵則可以重新開始進行輸液監控；按下“退出”鍵，輸液監控終端退出運行程序。輸液監控終端3底部裝有電源開關和音量開關，當不需要語音告警時將語音開關關閉即可。例如設定:輸液速度的最快值Vmax=120滴/分，輸液速度的最慢值Vmin=20滴/分，檢測的液滴速度持續5秒高于120滴/分，發出輸液速度過快告警；當檢測的液滴速度持續5秒低于20滴/分，發出輸液速度過慢告警。當輸液速度由正常漸漸降低到低速門限以下，意味著輸液即將完成。可以根據實際情況調整判斷液面震動的Ru、Rht門限值以及輸液最快速度和最慢速度。采用320*240分辨率攝像頭，設定Hmin=Icm, RLT=200, Rht=1200, Vmin=20滴/分，Vfflax=120滴/分，讀取圖片間隔為200毫秒，當監測到符合范圍的幀號恰好間隔3幀，即時間間隔為800暈秒，則計算得到輸液實時速度為60000暈秒/800暈秒=75滴/分。本實用新型采用非介入式方法，通過觀測外部視頻進行監控，對輸液無干擾；通過固定支架與輸液設備相連，可以隨時撤離，解決了病人輸液中途上廁所等問題；監控探頭與輸液瓶及滴斗之間有十公分的距離，傳統人工監視不受影響，可以同時進行；對輸液裝置材料無特殊要求，輸液瓶、輸液袋均可以進行監控；該探頭上安裝了 LED燈，保證在黑夜里也有足夠的照明，白天夜間均可正常工作；可聯網工作，便于護士控制臺同時監控多個輸液病人，大大減輕勞動強度。
權利要求1.一種基于視頻圖像的輸液監控裝置，其特征在于:包括輸液瓶監控探頭(I)、滴斗監控探頭(2 )、輸液監控終端(3 )、信號線(4)、網絡接口( 5 )和直流變換器(6 )，其中輸液瓶監控探頭(I)包括第一攝像頭(1-1)和第一 LED燈(1-2 )，滴斗監控探頭(2 )包括第二攝像頭(2-1)和第二 LED燈(2-2)，輸液監控終端(3)包括嵌入式系統處理器(3_1);輸液瓶監控探頭(I)設置在正對輸液瓶的位置，滴斗監控探頭(2)設置在正對輸液滴斗的位置，輸液瓶監控探頭(I)和滴斗監控探頭(2 )均通過信號線(4)與嵌入式系統處理器(3-1)連接；輸液監控終端(3 )的電源輸入端通過直流變換器(6 )接通電源，且輸液監控終端(3 )通過網絡接口(5)與護士控制臺相連。
2.根據權利要求1所述的基于視頻圖像的輸液監控裝置，其特征在于:所述輸液監控終端(3 )還包括鍵盤(3-2 )、LCD屏(3-3 )、蜂鳴器(3-4 )和第三LED燈(3_5 )，且鍵盤(3_2 )、IXD屏(3-3)、蜂鳴器(3-4)、第三LED燈(3_5)均與嵌入式系統處理器(3_1)連接。
3.根據權利要求1或2所述的基于視頻圖像的輸液監控裝置，其特征在于:所述輸液瓶監控探頭(I)上面設有第一固定支架(1-3)，輸液瓶監控探頭(I)通過第一固定支架(1-3)固定在正對輸液瓶的位置，第一固定支架(1-3)包括水平設置的左支架和右支架，左支架和右支架的末端均向外張開并具有粘性，使得輸液瓶與輸液瓶監控探頭(I)兩者保持固定。
4.根據權利要求1或2所述的基于視頻圖像的輸液監控裝置，其特征在于:所述滴斗監控探頭(2)上面設有第二固定支架(2-3)，滴斗監控探頭(2)通過第二固定支架(2-3)固定在正對輸液滴斗的位置，第二固定支架(2-3)包括上下放置的上支架和下支架，上支架和下支架的末端為彈性小夾·，分別固定在輸液滴斗上、下部位的輸液管外。
專利摘要本實用新型公開了一種基于視頻圖像的輸液監控裝置。該裝置包括輸液瓶監控探頭、滴斗監控探頭、輸液監控終端、信號線、網絡接口和直流變換器；輸液瓶監控探頭和滴斗監控探頭均通過信號線與嵌入式系統處理器連接，輸液監控終端的電源輸入端通過直流變換器接通電源，且輸液監控終端通過網絡接口與護士控制臺相連。應用監控探頭獲取輸液瓶和滴斗部位的視頻圖像，利用嵌入式系統對上述兩部位的圖像進行實時信號處理，獲得輸液點滴速度和剩余藥液信息，并根據事先設定的門限，發出輸液過快、輸液過慢和輸液完成告警。該裝置采用非介入式方案，可24小時監控，對輸液裝置無特殊要求，不妨礙傳統人工監視，安裝方便靈活，可大大減輕勞動強度。
文檔編號A61M5/168GK203107857SQ20132012541
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者郭山紅, 陳文鼎, 謝仁宏, 芮義斌, 李鵬, 黃越 申請人:南京理工大學