CN105498042A - 一种基于视频的非避光式输液自动报警方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于视频的非避光式输液自动报警方法及其装置，该方法包括步骤(1)：获取输液器的视频信息，并检测输液器的视频信息中是否存在滴壶，若存在，进入下一步，否则，输出报警指令；步骤(2)：对输液器的视频信息中的滴壶进行投影处理，获取滴壶的水平和垂直定位信息；根据滴壶的水平和垂直定位信息进行获取滴壶内的液位信息，并将获取的滴壶内液位信息与预设液位范围比较，若前者在后者范围内，进入下一步；否则，输出报警指令；步骤(3)：根据滴壶内液位信息及视频帧采样率进行计算滴速，若滴速在预设滴速范围内，则输液正常；否则，输出报警指令。本发明利用视频检测滴壶、滴壶内液面异常和药液滴速信息自动触发报警，实时性好。

Description

一种基于视频的非避光式输液自动报警方法及其装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种基于视频的非避光式输液自动报警方法及其装置。

背景技术

在病人输液过程中，患者或陪护人员需要对输液过程进行有效监控。当出现输液滴完、输液中止等情况时，患者或陪护人员必须及时提醒医护人员。一般情况下，患者输液时间较长，输液期间医护人员、患者或陪护人员需要随时关注输液状况，会大量损耗相关人员的体力精力。为减轻医护人员、病人和陪护者的负担，人们发明了多种输液自动报警技术。

目前输液自动报警相关技术主要包括三大类：第一类主要利用光电检测技术。光电检测装置(如红外对管等)被安装在输液瓶的底部或者滴壶缓冲瓶处。当输液瓶或滴壶内部没有液体时，光电信号可以非接触式探测药滴的动态，触发电路工作，从而发出报警信息。但这种技术存在如下不足：(1)光电检测装置必须夹在瓶子或者滴管上，更换液体和瓶子的时候操作繁琐；(2)输液瓶大小不一，实际使用时需要不同型号的光电检测装置；(3)有很多是袋装药液，不使用输液瓶，光电检测装置难以附着。近年来，出现了新型光电检测技术已经实现了对输液管的监测，探测的精细化得到大幅提高。第二类是称重技术。这种技术利用称重传感器，当药液输完后剩下的输液袋或输液瓶的重量在某一重量之下时，控制电路自动发出报警信息。它的缺点是：(1)称重装置安装在茂菲氏滴管上(安装在输液管外)，给护士更换药液带来麻烦；(2)称重装置准确性不足，易误报；(3)需要针对不同重量的空输液瓶进行调整初始参数。第三类是电容技术。其抗干扰能力不足，应用较少。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种基于视频的非避光式输液自动报警方法及其装置。该方法利用视频检测滴壶、滴壶内液面是否异常和药液滴速信息，自动触发报警，实时性和可靠性好，医护人员操作简便。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，包括：

步骤(1)：获取输液器的视频信息，并检测输液器的视频信息中是否存在滴壶，若存在，则进入下一步，否则，输出报警指令；

步骤(2)：对输液器的视频信息中的滴壶进行投影处理，获取滴壶的水平和垂直定位信息；根据滴壶的水平和垂直定位信息进行获取滴壶内的液位信息，并将获取的滴壶内液位信息与预设液位范围比较，若前者在后者范围内，则进入下一步；否则，输出报警指令；

步骤(3)：根据滴壶内液位信息及视频帧采样率进行计算滴速，若滴速在预设滴速范围内，则输液正常；否则，输出报警指令。

在所述步骤(1)中，检测输液器的视频信息是否存在滴壶的过程为：

步骤(1.1)：对输液器的视频信息依次进行阈值化操作、二值化和垂直方向投影的处理；

步骤(1.2)：检测并获取视频信息的垂直方向投影值的最大值，若视频信息的垂直方向投影值的最大值小于视频信息的垂直方向投影值的均值与预设倍数的乘积，则判断液器的视频信息中不存在滴壶；否则，存在滴壶。

在所述步骤(2)中，对视频帧沿垂直方向进行投影，计算沿垂直方向最大投影所对应的纵坐标，得到滴壶的水平定位信息。

在所述步骤(2)中，对视频帧沿水平方向进行投影，计算沿水平方向最大投影所对应的横坐标，得到滴壶的垂直定位信息。

在所述步骤(2)中，检测滴壶内的液位信息的过程为：

将当前视频帧的水平投影与上一视频帧的水平投影进行差分，若获取的差分数值中存在超过阈值的数值，则超过阈值的数值所对应的横坐标为滴壶内的液位信息。

在所述步骤(3)中，计算滴速的过程为：

将当前视频帧的水平投影与上一视频帧的水平投影进行差分，若获取的差分数值中存在超过阈值的数值，则记录当前视频帧帧号，计算上一次差分中存在超过阈值的数值的视频帧帧号与当前视频帧帧号的视频帧帧号差；

再通过求取视频采样率与视频帧帧号差的比值，进而获得滴速。

一种基于视频的非避光式输液自动报警装置，包括：

视频采集模块，其采集输液器的视频信息并传送至输液器检测模块；所述输液器检测模块对接收到视频信息进行处理获取滴壶的水平和垂直定位信息，并将所述滴壶的水平和垂直定位信息传送至液位检测模块；所述液位检测模块根据滴壶的水平和垂直定位信息进行检测滴壶内液位信息，并将滴壶内液位信息传送至滴速计算模块进行计算滴速；

所述输液器检测模块、液位检测模块和滴速计算模块均与报警模块相连，所述报警模块接收和分析所述输液器检测模块、液位检测模块和滴速计算模块传送来的相应指令进行报警。

所述报警模块为声光报警器。

所述液位检测模块和滴速计算模块还分别与参数输入模块相连，用于分别输入预设液位范围和滴速范围。

所述参数输入模块为键盘阵列。

本发明的有益效果为：

本发明采用非接触式技术，该方法利用视频检测滴壶、滴壶内液面是否异常和药液滴速信息，自动触发报警，实时性和可靠性好，能够提高非避光式输液报警的效率和准确性，改善患者的治疗过程，提高医护人员工作效率。

附图说明

图1是本发明基于视频的非避光式输液自动报警方法的实施例流程示意图；

图2是本发明的实施例的原始输液器视频信息；

图3是本发明的实施例的阈值化的输液器视频信息；

图4是本发明的实施例的二值化的输液器视频信息；

图5是本发明的实施例的二值化视频中灰度的垂直投影；

图6是本发明的实施例的滴壶垂直定位视频；

图7是本发明的实施例的对壶垂直定位视频后处理的结果；

图8是本发明的实施例的滴壶水平定位视频；

图9是对本发明实施例的对垂直定位视频后处理的结果水平投影；

图10是对本发明的实施例的滴壶水平定位视频的垂直投影。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明的基于视频的非避光式输液自动报警方法，包括三个步骤，即输液器检测与报警、液位检测与报警，以及滴速计算与报警。在本发明实验中，视频采样率为30帧/秒，分辨率为720×1280。同时为便于滴壶检测与定位，通过调整摄像头位置，使得滴壶影像位于视频上部中间位置。

本发明的该方法流程图如图1所示。具体方案如下：

(1)输液器检测与报警：

(a1)启动摄像头；

(a2)读取摄像头视频；

令获取的当前视频帧宽度为W，高度为H，其中，H，W均为大于0的整数。视频为256个灰度等级，如图2所示。

(a3)输液器检测及滴壶定位；

目前输液器按颜色分为非避光式输液器和避光式输液器。非避光式输液器无色透明，在视频中亮度很高；而避光式输液器通常用于某些特殊药物(如抗肿瘤药物)的注射，颜色呈深棕色，在视频中亮度很低。本发明根据上述特点实现非避光式输液器检测和颜色类型识别，其具体做法是：

(a3.1)对摄像头视频进行阈值化操作，如图3所示，即

$P^{high}(i,j)=\left\{\begin{array}{ccc}P(i,j)& if& P(i,j)>Th\_high\\ 0,& if& P(i,j)\≤Th\_high\end{array}\right.---\left(1\right)$

这里(i,j)表示像素点，i表示像素点(i,j)的横坐标，j表示像素点(i,j)的纵坐标，P(i,j)表示视频帧在(i,j)的像素值，P^high(i,j)表示阈值化操作后视频帧在(i,j)的像素值，Th_high表示设定的灰度阈值。

(a3.2)对阈值化操作后的视频进行二值化，如图4所示，即

$P_{binary}^{high}(i,j)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& if& P^{high}(i,j)\≠0\\ 0,& if& P^{high}(i,j)=0\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，

(a3.3)对二值化操作后的视频进行垂直方向的投影，即

$P_{ver}\left(j\right)=\underset{i=1}{\overset{H}{\Σ}}{P}_{binary}^{high}(i,j)---\left(3\right)$

其中P_ver(j)表示第j列的投影值，如图5所示。

(a3.4)对投影值进行最大值检测，即

P_{ver_max}＝max[P_ver(j),j＝1,2,...,W](4)

其中，P_{ver_max}表示P_ver(j)的最大值，max[P_ver(j),j＝1,2,...,W]表示对P_ver(j)取最大值的运算符。

(a3.5)进行输液器检测；

令P_mean表示P_ver(j)的均值，若P_{ver_max}＜2P_mean，则认为视频中滴壶不存在，输出报警信息；否则执行步骤(a3.6)。

(a3.6)对滴壶进行垂直定位；

令J表示P_ver(j)取最大值时的横坐标，则滴壶的垂直定位表示为

其中表示垂直定位后的像素值，win_width是设定的宽度。垂直定位的结果如图6所示。

对进行水平方向的投影，即

$P_{hor}\left(i\right)=\underset{j=1}{\overset{W}{\Σ}}{P}_{hor\_t}^{local}(i,j)---\left(6\right)$

这里表示对的后处理之后的像素值，如图7所示，即

其中，ht表示设定的阈值，P_hor(i)表示水平方向的投影值，如图9所示。

(a3.7)进行滴壶水平定位；

令I表示P_hor(i)取最大值时的纵坐标，则滴壶的水平定位表示为

其中表示水平定位后的像素值，win_height是设定的宽度。水平定位的结果如图8所示。再对进行垂直投影，即

$P_{hor}\left(i\right)=\underset{j=1}{\overset{H}{\Σ}}{P}_{hor}^{local}(i,j)---\left(9\right)$

其中P_hor(i)表示的垂直投影值，其投影结果如图10所示。

(2)液位检测与报警：

令上一帧视频中，利用上述输液器检测与报警所包含的全部步骤所得到的水平定位后的投影值为PP_hor(i)，计算PP_hor(i)与P_hor(i)的差，即

D(i)＝P_hor(i)-PP_hor(i)(10)

其中，PP_hor(i)为处理上一帧视频时得到的P_hor(i)；D(i)表示PP_hor(i)与P_hor(i)的差。

又令

MD＝max[D(i),i＝1,2,...,H]

MD表示D(i)的最大值，max[D(i),i＝1,2,...,H]表示对D(i)取最大值的运算符。若MD＞th_d且D(L)＝MD，1≤L≤H，L为D(i)取最大值时的参数，则液位检测结果为

level＝L(11)

level是表示液位的参数，th_d是设定的参数。若L＜L₁或L＞L₂，表明滴壶内液位异常，则输出报警信息，其中L₁、L₂是设定的液位阈值。

(3)滴速计算与报警：

计算D(i)的绝对值之和，即

$SAD=\underset{i=1}{\overset{H}{\Σ}}\left|D\left(i\right)\right|---\left(12\right)$

这里SAD表示D(i)的绝对值之和。若SAD＞th_sad，则记录此时的帧序号fc。

令fp表示上一次SAD＞th_sad时视频的序号，那么滴速为

$p=\frac{60\×fps}{fc-fp}---\left(13\right)$

其中p表示滴速，fps表示帧采样率，在本发明的实验中，fps＝30。若p＜p1或p＞p2，则输出报警信息，其中p1,p2是设定的滴速阈值；否则执行输液器检测与报警中的步骤(a2)。

本发明的基于视频的非避光式输液自动报警装置，包括：

视频采集模块，其用于采集输液器的视频信息并传送至输液器检测模块；所述输液器检测模块，用于对接收到视频信息进行处理获取滴壶的水平和垂直定位信息，并将所述滴壶的水平和垂直定位信息传送至液位检测模块；所述液位检测模块，用于根据滴壶的水平和垂直定位信息进行检测滴壶内液位信息，并将滴壶内液位信息传送至滴速计算模块进行计算滴速；

所述输液器检测模块、液位检测模块和滴速计算模块均与报警模块相连，所述报警模块用于接收和分析所述输液器检测模块、液位检测模块和滴速计算模块传送来的相应指令进行报警。

进一步地，报警模块为声光报警器。

进一步地，液位检测模块和滴速计算模块还分别与参数输入模块相连，用于分别输入预设液位范围和滴速范围。

更进一步地，参数输入模块为键盘阵列。参数输入模块也可以为触摸屏输入装置。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：获取输液器的视频信息，并检测输液器的视频信息中是否存在滴壶，若存在，则进入下一步，否则，输出报警指令；

步骤(2)：对输液器的视频信息中的滴壶进行投影处理，获取滴壶的水平和垂直定位信息；根据滴壶的水平和垂直定位信息进行获取滴壶内的液位信息，并将获取的滴壶内液位信息与预设液位范围比较，若前者在后者范围内，则进入下一步；否则，输出报警指令；

步骤(3)：根据滴壶内液位信息及视频帧采样率进行计算滴速，若滴速在预设滴速范围内，则输液正常；否则，输出报警指令。

2.如权利要求1所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，检测输液器的视频信息是否存在滴壶的过程为：

步骤(1.1)：对输液器的视频信息依次进行阈值化操作、二值化和垂直方向投影的处理；

步骤(1.2)：检测并获取视频信息的垂直方向投影值的最大值，若视频信息的垂直方向投影值的最大值小于视频信息的垂直方向投影值的均值与预设倍数的乘积，则判断液器的视频信息中不存在滴壶；否则，存在滴壶。

3.如权利要求1所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，对视频帧沿垂直方向进行投影，计算沿垂直方向最大投影所对应的纵坐标，得到滴壶的水平定位信息。

4.如权利要求1所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，对视频帧沿水平方向进行投影，计算沿水平方向最大投影所对应的横坐标，得到滴壶的垂直定位信息。

5.如权利要求1所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，检测滴壶内的液位信息的过程为：

将当前视频帧的水平投影与上一视频帧的水平投影进行差分，若获取的差分数值中存在超过阈值的数值，则超过阈值的数值所对应的横坐标为滴壶内的液位信息。

6.如权利要求1所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，计算滴速的过程为：

将当前视频帧的水平投影与上一视频帧的水平投影进行差分，若获取的差分数值中存在超过阈值的数值，则记录当前视频帧帧号，计算上一次差分中存在超过阈值的数值的视频帧帧号与当前视频帧帧号的视频帧帧号差；

再通过求取视频采样率与视频帧帧号差的比值，进而获得滴速。

7.一种基于视频的非避光式输液自动报警装置，其特征在于，包括：

视频采集模块，其采集输液器的视频信息并传送至输液器检测模块；所述输液器检测模块对接收到视频信息进行处理获取滴壶的水平和垂直定位信息，并将所述滴壶的水平和垂直定位信息传送至液位检测模块；所述液位检测模块根据滴壶的水平和垂直定位信息进行检测滴壶内液位信息，并将滴壶内液位信息传送至滴速计算模块进行计算滴速；

所述输液器检测模块、液位检测模块和滴速计算模块均与报警模块相连，所述报警模块接收和分析所述输液器检测模块、液位检测模块和滴速计算模块传送来的相应指令进行报警。

8.如权利要求7所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警装置，其特征在于，所述报警模块为声光报警器。

9.如权利要求7所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警装置，其特征在于，所述液位检测模块和滴速计算模块还分别与参数输入模块相连，用于分别输入预设液位范围和滴速范围。

10.如权利要求9所述的一种基于视频的非避光式输液自动报警装置，其特征在于，所述参数输入模块为键盘阵列。