CN103558647A - 一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法，首先对采集到的原始压力波形进行平滑滤波，接着计算滤波后压力波形的幅值分布，得到正常吸样波形、泡沫堵塞波形和血块堵塞波形三者的幅值差异，然后计算滤波后压力波形的频谱特征，得到正常吸样波形、泡沫堵塞波形和血块堵塞波形三者的频谱差异，最后根据这三种波形的幅值差异和频谱差异判断出取样针泡沫堵塞和血块堵塞两种异常情况。本发明通过对导管中采集到的压力波形进行幅值分析和频谱分析，可以有效地检测出取样针中两种不同的堵塞异常，且检测过程具有自动化、灵敏度高、检测结构简单等优点。

Description

一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法

技术领域

本发明属于取样针堵塞检测领域，具体涉及一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法。

背景技术

 临床检测类仪器往往涉及到用取样针把待测样品从样品试管中取样，然后再把取样针中的吸入样品放入到检测反应杯中。临床检测类仪器所采用的待测样品包括血液、尿液、脊髓液、唾液等各种体液，其中血液样品的使用是最广泛的。取样针在对血液样品进行取样过程中，有可能会出现取样异常，包括由于样品上方有泡沫导致的泡沫对取样针的堵塞，以及血液样品中有凝结的血块引起的血块对取样针的堵塞。因此，正确识别出取样针取样时遇到的泡沫堵塞和血块堵塞两种异常情况是保证临床检测正常取样的关键，同时也是保证临床检测得出正确检测结果的前提。

 取样针遇到泡沫和血块会导致取样针被堵塞，进而导致临床检测时对血液样品的取样出现错误。目前，对泡沫堵塞和血块堵塞两种异常情况的识别还往往通过简单的液面信号或压力阈值来实现。专利CN101881706A把取样针作为液面探针，通过泡沫对液面探测信号的短暂干扰与真实液面信号的持续稳定的区别来识别样品液面的泡沫。这种方法只能识别出液面泡沫，而对样品中的血块异常未作检测。专利CN1866029A和专利CN202582495U都采用压力传感器对导管中的压力信号进行检测，通过比较检测到的压力与预设的阈值之间的差异来识别导管是否发生堵塞。这种简单地通过压力阈值方式来识别导管堵塞的方法对血块造成的堵塞能够识别，而对泡沫的识别灵敏度低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有取样针堵塞异常检测方法的不足，提供一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法，包括以下步骤：

步骤1）采集原始压力波形

采用压力传感器，经过AD采样，得到在吸样过程中三种工作情况(正常工作、泡沫堵塞、血块堵塞)下液路导管中的原始压力波形；

步骤2）平滑滤波

采用均值滤波方法，对原始压力波形进行噪声滤波，得到更加清晰的压力波形，可选取压力数据的                                                

个采样点作为分析数据，假设压力波形的幅值序列为

,其中

为压力波形的采样点数，则采用三点均值滤波进行平滑滤波，其公式为：

；

步骤3）计算幅值分布

把滤波后的压力波形采样所得的

个点，每

个点为一个数据区，共得到幅值分布的

个区域，把每个区域

个点的幅值相加，得到幅值分布序列

，幅值分布的分析可以用下式表示：

          

，

其中，

为输入采样序列；

步骤4）计算频谱特征

把滤波后的压力波形采样所得的

个点进行10倍周期的延拓，然后利用快速傅里叶变换运算，对采集到的信号进行频谱分析，分析结果显示前30Hz的结果，分别得到正常加样、血块堵塞、遇到泡沫三种情况下取样针的压力曲线的频谱曲线。

对于点有限长序列

,其直接离散傅里叶变换（

）与离散傅里叶反变换（）为：

；

快速傅里叶变换（）主要利用

的特性（对称性、周期性、可约性、特殊点等）来完成

运算中某些项的合并, 并将长序列

分解为短序列的

，以达到加快

运算速度的目的。

步骤5）判断堵塞结果

取样针取样时的压力波形：正常吸样波形、泡沫堵塞波形和血块堵塞波形，根据所述三者的幅值分布和频谱特征的差异判断出取样针泡沫堵塞和血块堵塞两种异常情况。

本发明的有益效果是:

本发明通过对导管中采集到的压力波形进行幅值分析和频谱分析，可以有效地检测出取样针中两种不同的堵塞异常，且检测过程具有自动化、灵敏度高、检测结构简单等优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图说明

图1为本发明中取样针堵塞异常检测方法的流程图；

图2为本发明中取样针三种工作情况下的压力波形图：(a).正常吸样压力波形，(b).泡沫堵塞压力波形，(c).血块堵塞压力波形；

图3为本发明中取样针堵塞压力数据幅值分布的曲线图；

图4为本发明中取样针三种工作情况下的频谱特征曲线：(a).正常吸样压力波形的频谱曲线，(b).泡沫堵塞压力波形的频谱曲线，(c).血块堵塞压力波形的频谱曲线。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法，包括以下步骤：

步骤1）采集原始压力波形

采用1kHz的采样频率，使用AD采集取样针在“取样针下降-探测液面-吸样-取样针上升”整个过程中导管的压力变化值，得到取样针在正常工作、泡沫堵塞、血块堵塞三种工作情况下的压力波形，如图2所示，其中，0-t1这一时段表示取样针匀速下降探测液面，且在探测到液面后，从t1时刻之后开始正常吸样，直到t2时刻吸样结束的过程，t2-t3时刻为取样针吸样后匀速上升过程，可见，在正常工作、泡沫堵塞、血块堵塞三种工作情况下导管中的压力波形是有差异的；

步骤2）平滑滤波

采用均值滤波方法，对原始压力波形进行噪声滤波，得到更加清晰的压力波形。选取压力数据的256个采样点作为分析数据，假设压力波形的幅值序列为，则采用三点均值滤波进行平滑滤波，其公式为：

；

步骤3）计算幅值分布

把滤波后的压力波形采样所得的256个点，每32个点为一个数据区，共得到幅值分布的8个区域。把每个区域32个点的幅值相加，得到幅值分布序列H ₀-H ₇，幅值分布的分析可以用下式表示：

               

其中，x(i)（i=1，……，256）为输入采样序列，幅值分布的曲线图如图3所示，由图可见幅值序列的分布具有很明显的特征：正常情况时域波形的幅值分布和遇到泡沫时域波形的幅值分布比较接近，两种的最大差值出现在幅值序列的第2区域，为120mv，而正常情况时域波形的幅值分布和血块堵塞时域波形的幅值分布区别比较明显，在第4区域出现最大差值，为700mv，因此，通过幅值序列的特征，可以把取样针血块堵塞和其它两种情况明显的区分开来；

步骤4）计算频谱特征

把滤波后的压力波形采样所得的256个点进行10倍周期的延拓，然后利用快速傅里叶变换运算，对采集到的信号进行频谱分析，分析结果显示前30Hz的结果，分别得到正常加样、血块堵塞、遇到泡沫三种情况下取样针的压力曲线的频谱曲线，如图4所示，可以看出，血块堵塞波形和正常加样波形的频率特性区别不大，而遇到泡沫波形和正常加样波形的频率特性具有很大的区别，在遇到泡沫波形的频谱曲线中，1Hz频率附近的幅值有明显的差异，其中正常加样波形的频谱曲线在1Hz附近的幅值为7.648

104,血块堵塞波形的频谱曲线在1Hz附近的幅值为7.916

104，而遇到泡沫波形的频谱曲线在1Hz附近的幅值为13.917

104，可见，正常加样波形的幅值特征与遇到泡沫情况的幅值特征比较接近，其幅值差值为0.268

104，但却与遇到泡沫情况的幅值特征具有明显的差异，其幅值差值为6.269

104，因此，根据三种情况下的频率特性，可以把遇到泡沫情况与正常加样情况、血块堵塞情况明显的区分开来；

步骤5）判断堵塞结果

取样针取样时三种压力波形（正常吸样、泡沫堵塞、血块堵塞）的幅值分布和频谱特性各有特点，因此根据这三种波形的幅值差异和频谱差异便可判断出取样针泡沫堵塞和血块堵塞两种异常情况。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于幅频特性的取样针堵塞异常的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）采集原始压力波形

采用压力传感器，经过AD采样，得到在吸样过程中三种工作情况(正常工作、泡沫堵塞、血块堵塞)下液路导管中的原始压力波形；

步骤2）平滑滤波

采用均值滤波方法，对原始压力波形进行噪声滤波，得到更加清晰的压力波形；

步骤3）计算幅值分布

把滤波后的压力波形采样所得的                                               个点，每

个点为一个数据区，共得到幅值分布的个区域，把每个区域

个点的幅值相加，得到幅值分布序列；

步骤4）计算频谱特征

把滤波后的压力波形采样所得的

个点进行10倍周期的延拓，然后利用快速傅里叶变换运算，对采集到的信号进行频谱分析，分析结果显示前30Hz的结果，分别得到正常加样、血块堵塞、遇到泡沫三种情况下取样针的压力曲线的频谱曲线；

步骤5）判断堵塞结果

取样针取样时的压力波形：正常吸样波形、泡沫堵塞波形和血块堵塞波形，根据所述三者的幅值分布和频谱特征的差异判断出取样针泡沫堵塞和血块堵塞两种异常情况。

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