基于线阵ccd传感器的吊瓶液面自动检测方法

基于线阵ccd传感器的吊瓶液面自动检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业自动检测技术领域，涉及一种基于线阵CXD传感器传感器的吊瓶 液面自动检测方法，可用于医疗机构对输液吊瓶液面的自动监测与报警。
【背景技术】
[0002] 静脉输液作为医院中最基本的一种临床辅助治疗方法，从三甲医院到社区诊所都 被广泛应用。在液面接近瓶口位置时患者需要提醒医护人员及时操作，如把插入静脉血管 的针头拔出，否则当液体滴完后会造成静脉回血，甚至引起更加严重的医疗事故。因此，患 者在输液时必须时刻观察液面位置，这不仅会给患者造成情绪上的紧张，并且当同时有多 个患者需要拔针等操作时，医护人员的调度也会出现问题。
[0003] 为了解决这些客观存在的缺陷，国内外相继研宄了并提出了针对静脉输液吊瓶的 液面检测报警方法，通常分为两种。第一种是通过面阵CCD传感器摄像机采集吊瓶整体的 二维图像，通过图像处理方法来识别液面位置并发出警报信号。如2009年5月12日发表 在《南昌工程学院学报》第1期的论文，题目为"基于图像的静脉输液无液检测的新方法"， 提出了一种通过摄像机采集输液器液位图像，并通过计算机软件处理的方式判断输液器是 否无液的方法，该方法只能检测吊瓶内是否有液体，对于输液吊瓶液位的具体位置并不能 进行准确检测。第二种，是通过光敏发射接收原理来进行监测，如中国专利申请，申请号为 201210112636. 6,名称为"一种医用吊瓶静脉输液液位自动控制器及其控制方法"，该发明 通过光敏接收器来接收发射器的光线，并通过反射与折射的有无来判断输液液位是否到达 指定位置，该系统控制原理简单，位置可调，但装置过于复杂，对于不同尺寸的吊瓶都需要 重新校正回波检测参数，检测结果也会受到气泡的影响，并且光线发射器与接收器必然会 受到输液吊瓶的液面在细微抖动的影响，导致检测准确率低。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于线阵CCD传感器的 吊瓶液面自动检测方法，用于解决现有吊瓶液面自动检测方法检测准确率低和可靠性不高 的问题，可用于医疗机构对于输液吊瓶液面的自动检测与报警。
[0005] 本发明的工作原理是：利用线阵CCD传感器贴合在吊瓶外侧，采集CCD传感器感光 面一侧的液面变化状态，得到表示液面变化的光电信号，经过本发明的信号分析与处理方 法，获得报警信号，经由报警装置，发出报警。
[0006] 根据以上工作原理，实现本发明的技术方案是：
[0007] 一种基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，通过线阵CCD传感器采集模 块、无线传输模块、计算机和报警装置对输液液面位置进行信息采集、传输、分析处理和报 警，其特征在于包括如下步骤：
[0008] 步骤1 :设定线阵CCD传感器的监测区域，并对其进行标示，将该监测区域对应的 像元个数存储在计算机中；
[0009] 步骤2 :将线阵CCD传感器安装在吊瓶外侧，使其感光线与液面垂直；
[0010] 步骤3 :线阵CCD传感器对输液吊瓶内介质信息进行实时信号采集，得到光电信号 D = [D1, D2, ...，Di, ...，Dn]，其中，η表示C⑶传感器的光敏像元总数，Di表示C⑶传感器的 光敏像元灰阶值，D iE [0, 255];
[0011] 步骤4 :无线传输模块将采集到的光电信号D输出；
[0012] 步骤5 :计算机对接收到的光电信号D进行处理，将监测区域的信号锁存在L中，L =[I^L2, ...，Li, ...，Lm]，其中m表示(XD传感器的监测区域的光敏像元数，Li表示(XD传 感器的监测区域的光敏像元灰阶值，L i e [0, 255]，对锁存在L中的信号进行统计处理与分 析，得到处理与分析的结果；
[0013] 步骤6 :当处理和分析的结果满足报警条件时，执行步骤7,否则执行步骤3 ;
[0014] 步骤7 :计算机将报警信号输出；
[0015] 步骤8 :报警装置接收报警信号并报警。
[0016] 上述基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，所述线阵CCD传感器传感器 采用东芝T⑶1501C型，其像元数目η = 5000,像元长度为0.7 μm。
[0017] 上述基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，所述步骤1中设定线阵CCD 传感器的监测区域的长度M为10mm，对应m= 1500个像元单位，监测区域的位置为线阵CXD 传感器的最末端。
[0018] 上述基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，所述步骤5中对锁存在L中 的信号，即1500个像元单位进行分析与处理，包括如下步骤：
[0019] 步骤5. 1 :确定阈值T，对信号L进行阈值分割，分割公式为：
【主权项】
1. 一种基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，通过线阵CCD采集模块、无线传 输模块、计算机和报警装置对输液吊瓶的液面位置进行信息采集、传输、分析处理和报警， 其特征在于包括如下步骤： 1) 设定线阵CCD传感器的监测区域，并对其进行标示，将该监测区域对应的像元个数 存储在计算机中； 2) 将线阵CCD传感器安装在吊瓶外侧，使其感光线与液面垂直； 3) 利用线阵CCD传感器对输液吊瓶内介质信息进行实时信号采集，得到光电信号D= 叫，D2，…，Di,…Dn],其中n表不CO)传感器的光敏像元数目，不CO)传感器的光敏像 元灰阶值，D# [〇,255]; 4) 无线传输模块将采集到的光电信号D输出； 5) 计算机对接收到的光电信号D进行处理，将监测区域的信号锁存在L中，L= [U，L2，…山，…，Lm]，其中m表示C⑶传感器的监测区域的光敏像元数目，1^表示线阵(XD 传感器的监测区域的光敏像元灰阶值，Qe[0, 255]，对锁存在L中的信号进行处理与分 析，得到处理与分析的结果； 6) 当处理和分析的结果满足报警条件时，执行步骤7)，否则执行步骤3); 7) 计算机将报警信号输出； 8) 报警装置接收报警信号并报警。
2. 根据权利要求1所述的基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，其特征在于 线阵C⑶传感器采用东芝T⑶1501C型，其像元数目n= 5000,像元长度为0. 7ym。
3. 根据权利要求1所述的基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，其特征在于 步骤1)中设定线阵(XD传感器的监测区域的长度M为10mm，对应m= 1500个像元单位，监 测区域的位置为线阵CCD传感器的最末端。
4. 根据权利要求1所述的基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，其特征在于 步骤5)中对锁存在L中的信号，即1500个像元单位进行分析与处理，包括如下步骤： 5. 1)通过测试确定阈值T= 160,对L中的信号进行阈值分割，分割公式为： 五」〇".<r 1 ll,Lt>T v 1 其中，Ei表示吊瓶内空气和液体两种介质的二值化集合，数值" 0 "时表示空气介质，" 1" 时表示液体介质，由Ei构成的分割空间为E=[EpE2，…，Ei，…，En]，n表示C⑶传感器的 光敏像元总数； 5. 2)对经过阈值分割得到的两种介质的二值化结果进行统计，得到空气介质"0"数量 总和为sumO,液体介质" 1"的数量总和为suml; 5. 3)设定监测区间内液面波动的幅度为5mm，对应0. 5Xm个像元个数，当液面下降到 监测区域时，发出报警信号，定义触发报警信号的出发条件为： sum〇-suml| < 0? 5Xm 5. 4)定义报警信号为Alert，当Alert= 1时发出警报，当Alert= 0时不发出警报，Alert信号的取值定义如下：
其中，I为本发明所允许的最大液面抖动长度，即I=〇.5Xm。
【专利摘要】一种基于线阵CCD传感器的吊瓶液面自动检测方法，用于解决现有吊瓶液面检测方法检测准确率低的问题，包括以下步骤：1、设定线阵CCD的监测区域，并进行标示；2、将线阵CCD安装在吊瓶上，并使其感光线与液面垂直；3、线阵CCD对输液吊瓶内介质信息进行采集，得到光电信号；4、无线传输模块将采集到的光电信号输出；5、计算机对接收到的光电信号中位于监测区域的像素值进行存储、处理和分析，并判断处理和分析的结果是否满足报警条件；6、当满足报警条件时，执行步骤7，否则执行步骤3；7、计算机将报警信号输出；8、报警装置接收报警信号并报警。本发明检测准确率高，结构简单，适用于医疗结构对吊瓶液位的自动监测与报警。
【IPC分类】A61M5-172
【公开号】CN104689417
【申请号】CN201510107081
【发明人】王勇, 楚天, 张建信
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月11日