CN103127583A - 一种基于视频图像的输液监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频图像的输液监控装置。该装置包括输液瓶监控探头、滴斗监控探头、输液监控终端、信号线、网络接口和直流变换器；输液瓶监控探头和滴斗监控探头均通过信号线与嵌入式系统处理器连接，输液监控终端的电源输入端通过直流变换器接通电源，且输液监控终端通过网络接口与护士控制台相连。应用监控探头获取输液瓶和滴斗部位的视频图像，利用嵌入式系统对上述两部位的图像进行实时信号处理，获得输液点滴速度和剩余药液信息，并根据事先设定的门限，发出输液过快、输液过慢和输液完成告警。该装置采用非介入式方案，可24小时监控，对输液装置无特殊要求，不妨碍传统人工监视，安装方便灵活，可大大减轻劳动强度。

Description

一种基于视频图像的输液监控装置

技术领域

本发明属于视频监控技术领域，特别是一种基于视频图像的输液监控装置。

背景技术

静脉输液技术是常用的临床医学治疗手段之，输液耗时较多，且白天夜间都可能进行，而输液状况需要及时观测，这给患者、家属以及医护人员带来了繁重的负担，因此实现输液的自动监控成为临床应用的迫切需求。即在输液过程中，实时测量液滴速度，当输液速度过快或过慢时发出告警；当输液即将结束时，发出告警，提示医护人员及时拔针。输液自动监控装置应当对输液本身不造成干扰、不影响人工观测，对光照不敏感，安装方便。关于输液自动监测装置的专利有很多，其方法主要有基于电容计量式输液检测和红外光电式输液检测。

文献1（刘清，周晓年，李志俊，沈克宇，张凯，周海波，胡莹．液滴检测计数器，公布号：CN2671037Y，申请日：2003.12.24）公开了一种液滴计数器，包括激光发射器、激光接收器、555单稳态触发电路、单片机处理电路和显示器，其方法是将激光发射器、激光接收器放置于液滴两侧，激光接收器将收到的光信号转变为数字电信号，通过单片机对数字电信号计数获得液滴速度。但该方法不能穿透滴管，不适用于输液监测。

文献2（李益民．输液滴速监测技术，公布号：CN102526837A，申请日：2012.01.18）公开了一种基于电容计量式的输液滴速检测技术，其监测电路包括：两极分别安置在滴斗上方输液管两侧的电容，连接电容的微处理器，以及与微处理器相连的LCD、LED和蜂鸣器。其监测方法是：将滴斗中液面调至特定高度，使液滴在滴落最后一瞬间导通滴斗中上下两部分的液体，使电容值发生一种脉冲式突变，脉冲的周期就对应了滴速周期；连续监测并显示滴速，在滴速变化过快、过慢、停止时发出报警。

文献3（包金明，芮成胜．医用输液液滴速度监测方法及其装置，公布号：CN101856525B，申请日：2010.06.07）公开了一种基于红外线双对管差分检测的的医用输液液滴速度监测方法及其装置，该装置包括红外线双对管检测电路、差分检测电路、控制单元电路和报警电路，其方法是应用差分检测电路测量液滴下落过程中红外线双对管检测电路引起的电流变化，获得相邻液滴时间间隔来判断是否需要产生报警信号。

文献2～文献3中的检测方法，存在以下缺点：要求漏斗能固定住电容极或者红外管，对于采用塑料材质的滴斗固定起来比较困难，所测数据偏差大；滴斗部位被遮挡，不利于同时进行人工观测；安装要求比较高，使用不灵活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全可靠、灵活方便、非介入式的基于视频图像的输液监控装置。

实现本发明目的技术解决方案为：一种基于视频图像的输液监控装置，包括输液瓶监控探头、滴斗监控探头、输液监控终端、信号线、网络接口和直流变换器，其中输液瓶监控探头包括第一摄像头和第一LED灯，滴斗监控探头包括第二摄像头和第二LED灯，输液监控终端包括嵌入式系统处理器；输液瓶监控探头设置在正对输液瓶的位置，滴斗监控探头设置在正对输液滴斗的位置，输液瓶监控探头和滴斗监控探头均通过信号线与嵌入式系统处理器连接；输液监控终端的电源输入端通过直流变换器接通电源，且输液监控终端通过网络接口与护士控制台相连。

本发明基于视频图像的输液监控装置，所述输液监控终端还包括键盘、LCD屏、蜂鸣器和第三LED灯，且键盘、LCD屏、蜂鸣器、第三LED灯均与嵌入式系统处理器连接。

本发明基于视频图像的输液监控装置，所述输液瓶监控探头上面设有第一固定支架，输液瓶监控探头通过第一固定支架固定在正对输液瓶的位置，第一固定支架包括水平设置的左支架和右支架，左支架和右支架的末端均向外张开并具有粘性，使得输液瓶与输液瓶监控探头两者保持固定。

本发明基于视频图像的输液监控装置，所述滴斗监控探头上面设有第二固定支架，滴斗监控探头通过第二固定支架固定在正对输液滴斗的位置，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为弹性小夹，分别固定在输液滴斗上、下部位的输液管外。

本发明基于视频图像的输液监控装置的监控方法，包括以下步骤：

第一步：装置通过直流变换器接通电源，并进行初始化，设定输液瓶液面高度门限值H_min，发生一次液面震动引起像素变化的总像素值低门限R_LT和总像素值高门限R_HT，正常输液速度的最快值V_max和正常输液速度的最慢值V_min；

第二步：开始监控过程，当光源不足时，打开第一LED灯和第二LED灯；

第三步：第一摄像头获取输液瓶视频图像，第二摄像头获取输液滴斗视频图像，这两个图像分别通过信号线传送至输液监控终端的嵌入式系统处理器；

第四步：嵌入式系统处理器读取输液瓶视频图像并进行输液进程处理分析，判断输液是否即将完成，如果输液即将完成则发出输液结束报警信息；

第五步：嵌入式系统处理器读取输液滴斗视频图像并进行输液速度处理分析，判断输液速度正常、过快或过慢，如果过快或者过慢，则发出输液速度报警信息；

第六步：将第四步与第五步的报警信息通过网络接口传送至护士控制台。

本发明基于视频图像的输液监控装置的监控方法，第四步所述的输液进程处理分析具体步骤为：嵌入式系统处理器自动定位输液瓶区域，获取液面线和输液瓶底部轮廓线，计算液面与输液瓶底部的距离H，当H<H_min时，发出输液即将完成的告警信息。

本发明基于视频图像的输液监控装置的监控方法，第五步所述的输液速度处理分析具体为：

（1）嵌入式系统处理器以相同的时间间隔△t读取各帧输液滴斗视频图像，并对读取的输液滴斗视频图像作灰度化处理，其中0.1s<△t<0.2s；

（2）应用帧间差分法对灰度化后的相邻两帧输液滴斗视频图像做差分处理，对两帧图片相同位置的图像灰度值求差，并取绝对值，得到差分图像；

（3）根据阈值对差分图像进行二值化处理得到黑白图像，统计黑白图像中为白色的总像素值R；

（4）将总像素值R与预先设定的总像素值低门限R_LT和总像素值高门限R_HT相比较：

若R_LT<R<R_HT，记录该输液滴斗视频图像的帧号，并减去上一次记录的输液滴斗视频图像的帧号，得到帧号之差△n，根据时间间隔△t和帧号之差△n计算得到液滴速度即输液速度V，V=1min/(△t×△n)，并转入（5）；

若R<R_LT或R>R_HT，则不记录该输液滴斗视频图像的帧号，返回（1）继续读取滴斗视频图像；

（5）判断（4）中得到的输液速度V，如果V>V_max或者V<V_min，则发出输液速度报警信息。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）采用非介入式方法，通过观测外部视频进行监控，对输液无干扰；（2）通过固定支架与输液设备相连，可以随时撤离，解决了病人输液中途上厕所等问题；（3）监控探头与输液瓶及滴斗之间有十公分的距离，传统人工监视不受影响，可以同时进行；（4）对输液装置材料无特殊要求，输液瓶、输液袋均可以进行监控；（5）该探头上安装了LED灯，保证在黑夜里也有足够的照明，白天夜间均可正常工作；（6）可联网工作，便于护士控制台同时监控多个输液病人，大大减轻劳动强度。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明基于视频图像的输液监控装置的工作示意图。

图2是本发明基于视频图像的输液监控装置的硬件结构示意图。

图3是本发明基于视频图像的输液监控装置的第一固定支架的结构示意图。

图4是本发明基于视频图像的输液监控装置的第二固定支架的结构示意图。

图5是本发明输液速度处理分析流程图。

图6是本发明基于视频图像的输液监控装置的输液监控终端LCD屏的功能框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做出进一步说明。

结合图1、图2、图3、图4，本发明基于视频图像的输液监控装置，包括输液瓶监控探头1、滴斗监控探头2、输液监控终端3、信号线4、网络接口5和直流变换器6，其中输液瓶监控探头1包括第一摄像头1-1和第一LED灯1-2，滴斗监控探头2包括第二摄像头2-1和第二LED灯2-2；所述输液监控终端3包括嵌入式系统处理器3-1、键盘3-2、LCD屏3-3、蜂鸣器3-4和第三LED灯3-5；输液瓶监控探头1设置在正对输液瓶的位置，滴斗监控探头2设置在正对输液滴斗的位置，输液瓶监控探头1和滴斗监控探头2均通过信号线4与输液监控终端3的嵌入式系统处理器3-1连接，键盘3-2、LCD屏3-3、蜂鸣器3-4、第三LED灯3-5分别与嵌入式系统处理器连接。嵌入式系统处理器3-1的电源输入端通过直流变换器6接通电源，且嵌入式系统处理器3-1通过网络接口5与护士控制台相连。所述输液瓶监控探头1上面设有第一固定支架1-3，输液瓶监控探头1通过第一固定支架1-3固定在正对输液瓶的位置，第一固定支架1-3包括水平设置的左支架和右支架，左支架和右支架的末端均向外张开并具有粘性，使得输液瓶与输液瓶监控探头1两者保持固定。所述滴斗监控探头2上面设有第二固定支架2-3，滴斗监控探头2通过第二固定支架2-3固定在正对输液滴斗的位置，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为弹性小夹，分别固定在输液滴斗上、下部位的输液管外。

输液瓶监控探头1和滴斗监控探头2通过可调节长度挂绳悬挂于输液架上，通过调节挂绳长度使输液瓶监控探头1正对着输液瓶，使得滴斗监控探头2正对着输液漏斗；如果有直立的输液架，也可以将输液瓶监控探头1和滴斗监控探头2固定在输液架上，以减少晃动影响。网络接口与护士控制台相连，构成一个大的监控系统，同时监控多个输液装置。直流变换器将市电220V交流电转变为5V直流电。

结合图5，本发明基于视频图像的输液监控装置的监控方法，包括以下步骤：

第一步：装置通过直流变换器6接通电源，并进行初始化，设定输液瓶液面高度门限值H_min，发生一次液面震动引起像素变化的总像素值低门限R_LT和总像素值高门限R_HT，正常输液速度的最快值V_max和正常输液速度的最慢值V_min；

第二步：通过键盘3-2选择，开始监控过程，当光源不足时，第一LED灯1-2和第二LED灯2-2打开；

第三步：第一摄像头1-1获取输液瓶视频图像，第二摄像头2-1获取输液滴斗视频图像，这两个图像分别通过信号线4传送至输液监控终端3的嵌入式系统处理器3-1；

第四步：嵌入式系统处理器3-1读取输液瓶视频图像并进行输液进程处理分析，判断输液是否即将完成，如果输液即将完成则发出输液结束报警信息；输液进程处理分析具体步骤为：嵌入式系统处理器3-1自动定位输液瓶区域，获取液面线和输液瓶底部轮廓线，计算液面与输液瓶底部的距离H，当H<H_min时，发出输液即将完成的告警信息；

第五步：嵌入式系统处理器3-1读取输液滴斗视频图像并进行输液速度处理分析，判断输液速度正常、过快或过慢，如果过快或者过慢，则发出输液速度报警信息；输液速度处理分析具体为：

（1）嵌入式系统处理器3-1以相同的时间间隔△t读取各帧输液滴斗视频图像，并对读取的输液滴斗视频图像作灰度化处理，其中0.1s<△t<0.2s；

（2）应用帧间差分法对灰度化后的相邻两帧输液滴斗视频图像做差分处理，对两帧图片相同位置的图像灰度值求差，并取绝对值，得到差分图像；

（3）根据阈值对差分图像进行二值化处理得到黑白图像，统计黑白图像中为白色的总像素值R；

（4）将总像素值R与预先设定的总像素值低门限R_LT和总像素值高门限R_HT相比较：

若R_LT<R<R_HT，记录该输液滴斗视频图像的帧号，并减去上一次记录的输液滴斗视频图像的帧号，得到帧号之差△n，根据时间间隔△t和帧号之差△n计算得到液滴速度即输液速度V，V=1min/(△t×△n)，并转入（5）；

若R<R_LT，则说明未发生液面震动，若R>R_HT，则说明有异常干扰；此两种情况则放弃本次帧间差分处理结果，不记录该输液滴斗视频图像的帧号，返回（1）继续读取滴斗视频图像；

（5）判断（4）中得到的输液速度V，如果V>V_max或者V<V_min，则发出输液速度报警信息。

第六步：将第四步与第五步的报警信息显示到LCD屏上，同时蜂鸣器3-4发出蜂鸣，第三LED灯3-5闪烁，并通过网络接口5将报警信息传送至护士控制台，便于护士控制台及时获取所有输液监控装置的异常信息，以便及时处理。

结合图6输液监控终端LCD屏的功能框图，安装好输液监控装置后，接通电源，合上开关，输液监控终端3的LCD屏3-3上首先显示产品名称、所有单位、版本等信息后，停留5秒进入人机界面，LCD屏3-3左边两个视频窗口，分别显示输液瓶视频图像和输液滴斗视频图像，调整输液瓶监控探头1和滴斗监控探头2，使得所要监控的输液瓶视频图像和输液滴斗视频图像位于显示屏窗口的中心部位，滴斗内液面高度不高于3cm，这样液滴滴入液面清晰可见，便于监控装置识别液滴滴入液面发生的震动。显示屏右上部显示输液实时状态信息，包括输液速度、输液速度过快/过慢/正常信息，以及输液是否即将完成信息。

显示屏右下部是实现人机交互的三个功能键，按下“开始”键，该输液监控装置开始监控过程，输液监控终端3开始读取输液瓶视频图像和输液漏斗视频图像；按下“停止”键，输液监控终端3停止读取视频信息，停止图像处理，停止声音和灯光告警，不更新屏幕，屏幕停留在按下“停止”键之前的状态；当输液病人中途离开病床时可以按下“停止”键，打开滴斗部位的第二固定支架2-3的夹子，使监控装置与输液装置分离，离开病床，当重新继续输液时，重新固定好输液瓶和滴斗监控探头2，按下“开始”键则可以重新开始进行输液监控；按下“退出”键，输液监控终端退出运行程序。输液监控终端3底部装有电源开关和音量开关，当不需要语音告警时将语音开关关闭即可。

例如设定：输液速度的最快值V_max=120滴/分，输液速度的最慢值V_min=20滴/分，检测的液滴速度持续5秒高于120滴/分，发出输液速度过快告警；当检测的液滴速度持续5秒低于20滴/分，发出输液速度过慢告警。当输液速度由正常渐渐降低到低速门限以下，意味着输液即将完成。可以根据实际情况调整判断液面震动的R_LT、R_HT门限值以及输液最快速度和最慢速度。采用320*240分辨率摄像头，设定H_min=1cm，R_LT=200，R_HT=1200，V_min=20滴/分，V_max=120滴/分，读取图片间隔为200毫秒，当监测到符合范围的帧号恰好间隔3帧，即时间间隔为800毫秒，则计算得到输液实时速度为60000毫秒/800毫秒=75滴/分。

本发明采用非介入式方法，通过观测外部视频进行监控，对输液无干扰；通过固定支架与输液设备相连，可以随时撤离，解决了病人输液中途上厕所等问题；监控探头与输液瓶及滴斗之间有十公分的距离，传统人工监视不受影响，可以同时进行；对输液装置材料无特殊要求，输液瓶、输液袋均可以进行监控；该探头上安装了LED灯，保证在黑夜里也有足够的照明，白天夜间均可正常工作；可联网工作，便于护士控制台同时监控多个输液病人，大大减轻劳动强度。

Claims (7)

1.一种基于视频图像的输液监控装置，其特征在于：包括输液瓶监控探头（1）、滴斗监控探头（2）、输液监控终端（3）、信号线（4）、网络接口（5）和直流变换器（6），其中输液瓶监控探头（1）包括第一摄像头（1-1）和第一LED灯（1-2），滴斗监控探头（2）包括第二摄像头（2-1）和第二LED灯（2-2），输液监控终端（3）包括嵌入式系统处理器（3-1）；输液瓶监控探头（1）设置在正对输液瓶的位置，滴斗监控探头（2）设置在正对输液滴斗的位置，输液瓶监控探头（1）和滴斗监控探头（2）均通过信号线（4）与嵌入式系统处理器（3-1）连接；输液监控终端（3）的电源输入端通过直流变换器（6）接通电源，且输液监控终端（3）通过网络接口（5）与护士控制台相连。

2.根据权利要求1所述的基于视频图像的输液监控装置，其特征在于：所述输液监控终端（3）还包括键盘（3-2）、LCD屏（3-3）、蜂鸣器（3-4）和第三LED灯（3-5），且键盘（3-2）、LCD屏（3-3）、蜂鸣器（3-4）、第三LED灯（3-5）均与嵌入式系统处理器（3-1）连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于视频图像的输液监控装置，其特征在于：所述输液瓶监控探头（1）上面设有第一固定支架（1-3），输液瓶监控探头（1）通过第一固定支架（1-3）固定在正对输液瓶的位置，第一固定支架（1-3）包括水平设置的左支架和右支架，左支架和右支架的末端均向外张开并具有粘性，使得输液瓶与输液瓶监控探头（1）两者保持固定。

4.根据权利要求1或2所述的基于视频图像的输液监控装置，其特征在于：所述滴斗监控探头（2）上面设有第二固定支架（2-3），滴斗监控探头（2）通过第二固定支架（2-3）固定在正对输液滴斗的位置，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为弹性小夹，分别固定在输液滴斗上、下部位的输液管外。

5.一种基于视频图像的输液监控装置的监控方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：装置通过直流变换器（6）接通电源，并进行初始化，设定输液瓶液面高度门限值H_min，发生一次液面震动引起像素变化的总像素值低门限R_LT和总像素值高门限R_HT，正常输液速度的最快值V_max和正常输液速度的最慢值V_min；

第二步：开始监控过程，当光源不足时，打开第一LED灯（1-2）和第二LED灯（2-2）；

第三步：第一摄像头（1-1）获取输液瓶视频图像，第二摄像头（2-1）获取输液滴斗视频图像，这两个图像分别通过信号线（4）传送至输液监控终端（3）的嵌入式系统处理器（3-1）；

第四步：嵌入式系统处理器（3-1）读取输液瓶视频图像并进行输液进程处理分析，判断输液是否即将完成，如果输液即将完成则发出输液结束报警信息；

第五步：嵌入式系统处理器（3-1）读取输液滴斗视频图像并进行输液速度处理分析，判断输液速度正常、过快或过慢，如果过快或者过慢，则发出输液速度报警信息；

第六步：将第四步与第五步的报警信息通过网络接口（5）传送至护士控制台。

6.根据权利要求5所述的基于视频图像的输液监控装置的监控方法，其特征在于，第四步所述的输液进程处理分析具体步骤为：嵌入式系统处理器（3-1）自动定位输液瓶区域，获取液面线和输液瓶底部轮廓线，计算液面与输液瓶底部的距离H，当H<H_min时，发出输液即将完成的告警信息。

7.根据权利要求5所述的基于视频图像的输液监控装置的监控方法，其特征在于，第五步所述的输液速度处理分析具体为：

（1）嵌入式系统处理器（3-1）以相同的时间间隔△t读取各帧输液滴斗视频图像，并对读取的输液滴斗视频图像作灰度化处理，其中0.1s<△t<0.2s；

（2）应用帧间差分法对灰度化后的相邻两帧输液滴斗视频图像做差分处理，对两帧图片相同位置的图像灰度值求差，并取绝对值，得到差分图像；

（3）根据阈值对差分图像进行二值化处理得到黑白图像，统计黑白图像中为白色的总像素值R；

（4）将总像素值R与预先设定的总像素值低门限R_LT和总像素值高门限R_HT相比较：

若R_LT<R<R_HT，记录该输液滴斗视频图像的帧号，并减去上一次记录的输液滴斗视频图像的帧号，得到帧号之差△n，根据时间间隔△t和帧号之差△n计算得到液滴速度即输液速度V，V=1min/(△t×△n)，并转入（5）；

若R<R_LT或R>R_HT，则不记录该输液滴斗视频图像的帧号，返回（1）继续读取滴斗视频图像；

（5）判断（4）中得到的输液速度V，如果V>V_max或者V<V_min，则发出输液速度报警信息。

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