机器视觉的无线告警泛用型ECMO管路气泡检测设备及方法

本发明涉及管路气泡领域，特别是机器视觉的无线告警泛用型ecmo管路气泡检测设备及方法。

背景技术：

1、本专利基于机器视觉的二值化图像差分协同广义帕累托分布(generalizedpareto distribution，以下简称gpd)概率预测阈值设定技术实现对体外膜肺氧合(extracorporeal membrane oxygenation，以下简称ecmo)管路的气泡实时监测和告警。系统可不依赖特定ecmo品牌独立工作，通过微型控制器控制相机模块对目标管路进行实时拍摄，对图像逐帧二值化并进行差分操作后，统计差分图像白色像素点数目值。若该值大于预设阈值，则系统认为管路中有气泡产生，执行报警流程；否则系统默认管路中未产生气泡，继续执行监测。

2、系统告警操作包含本地声、光报警以及通过wifi的远程移动端软件报警，并且能对触发告警操作的实时图像帧、差分图像帧等信息即时储存以记录告警事件详情，便于相关数据被用于后续事件检查或研究等工作。

3、系统的报警阈值、监视环境(例如不同目标监视管路环境的设定或更改)均可由用户通过数据面板交互设定，并且支持用户导出触发告警而存储的差分/实时图像帧数据。

4、系统运行过程中，与移动端配套软件的无线网络连接使本发明具备完善的远程服务功能，包括远程告警、远程运行状态监控、远程数据读取以及远程参数设定诸项远程访问-控制功能。

5、系统的阈值选取是对ecmo现场运行时管路正常无气泡状态下采样得到的差分图像白色像素点数目极值进行gpd分布拟合，选择预测概率至少小于95％置信区间以内完成的。

6、现有技术存在的问题

7、当前，经过调查发现当前相关ecmo配套气泡检测装置(以下简称气泡检测器)存在以下两种问题：

8、泛用性较低：

9、不同厂家的气泡检测器可能采用不同的技术规格和参数，特定品牌的气泡检测器与其适配的ecmo操作平台间常常存在使用需求、传输接口、数据格式等方面的依赖关系，导致气泡检测器通常不具备跨品牌通用性。这意味着，在ecmo操作平台品牌已被选择、配置的前提条件下，可选择的气泡检测器常仅被限定于该品牌或有限的被支持第三方厂商，受限度高。

10、除此以外，目前临床应用的基于传统红外或超声检测技术气泡监测器因高空气衰减特性带来的在管路高贴合需求下不可避免的系统结构约束，使相关产品通常只能适配监测一种管径，如3/8英寸(成人)管路，或1/4英寸(儿童)管路，无法同时兼顾两者。若需监测不同规格管路，必须更换或购买另外气泡检测器，使用灵活性低，大大增加了设备购置成本。

11、智慧程度低

12、当前临床应用的气泡检测器在告警、参数设定等方面功能有限。首先，当前相关设备仅具有本地声光报警功能，且不支持联网、远程运行状态监控与查询、远程告警、告警数据存储与导出等功能。部分设备也不具备检测参数(如目标检测气泡大小)的设定。总之，当前相关设备可支持功能有限，智慧化程度低。

13、而本发明通过使用机器视觉的可无线告警泛用型ecmo管路气泡检测设备及方法，针对以上痛点进行了专门的改进与提升。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了机器视觉的无线告警泛用型ecmo管路气泡检测设备及方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、机器视觉的无线告警泛用型ecmo管路气泡检测设备，包括，无线wifi传输模块、微型控制器、相机模块、环形光源、背景底板、目标检测管道、支架、触控支持数据面板和电源；

4、相机模块、触控支持数据面板、无线wifi传输模块与电源均连接至微型控制器，支架分别连接微型控制器、环形光源和背景底板，电源设置于微型控制器的顶部，目标检测管道设置于背景底板的上方，无线wifi传输模块设置于触控支持数据面板的正上方，相机模块设置于触控支持数据面板的下方，相机模块的正下方设置环形光源。

5、优选地，相机模块的镜头用于中央穿过环形光源，从而对准目标检测管路进行监测。

6、优选地，机器视觉的无线告警泛用型ecmo管路气泡检测方法，包括以下步骤：

7、步骤s1：在系统布置完成、开机后，用户通过与数控数据面板交互，设定目标监测管路环境模式与告警气泡尺寸参数；

8、步骤s2：在系统内部，用户与数据面板的交互控制逻辑通过微型控制器内部软件逻辑实现；

9、步骤s3：对检测管路环境的设定、告警气泡尺寸的设定均通过更改微型控制器内部告警判决阈值完成；

10、步骤s4：在获得连续拍摄的两张实时图像帧二值化后的连续二张黑白图像基础上，遍历两黑白图像上所有像素点，对位于相同坐标位置的像素点数值对应的二进制形式使用按位逻辑异或操作，获得差分帧图像在此坐标位置下的像素值；

11、步骤s5：gpd分布拟合将对连续获得的差分帧图像中的白色像素点，绘制出的折线图的周期线性包络端点完成；

12、步骤s6：完成设定后，系统将通过相机模块实时拍摄管路，对图像帧进行二值化与差分操作，并实时计算差分图像白色像素点数量值；

13、步骤s7：系统将基于该值判决管路中是否出现气泡，若该值未超过判决阈值，则系统判决为未测得超过预设目标尺寸的气泡，不执行告警程序，继续检测；否则，如果该值超过判决阈值，则系统判决为测得超过预设目标尺寸的气泡并执行告警程序；

14、步骤s8：系统的本地声程序将通过微型控制器控制与之相连的发声单元、发光单元完成；

15、步骤s9：远程告警程序将在与微型控制器相连接的无线传输wifi模块与移动端软件桥接的条件下，发送特定数据内容，触发移动端软件调用弹窗通知与振动完成；

16、步骤s10：该特定数据内容可任意指定，但要求移动端软件能够识别此告警程序中的告警数据内容，并向移动端用户推送告警信息；

17、步骤s11：系统具备对告警事件信息的储存功能；

18、步骤s12：告警事件编号自系统启动后，从0开始依新增告警事件的发生逐次递增；

19、步骤s13：告警事件信息将被按顺序统一存储于与微型控制器相连的microsd存储卡中，以支持用户对告警事件数据的后续转存、导出与清空等操作；

20、步骤s14：触发告警后，系统必须经过人工现场重置操作后才可重新进入正常状态，继续执行监测；

21、步骤s15：在非告警状态下，系统支持远程用户通过移动端软件通过wifi无线网络查询系统运行状态信息或设定/更改检测参数；

22、步骤s16：系统的运行状态信息在系统启动后被微型控制器定期动态更新，并储存于与微型控制器相连的存储模块中；

23、步骤s17：在微型控制器通过与之相连接的无线传输wifi模块与远程的移动端软件桥接后，通过无线传输wifi模块网络向远程用户更新运行状态信息，并在移动端软件中显示系统信息动态更新。

24、优选地，步骤s1中告警气泡尺寸参数将被用于更改系统内部的判决阈值；

25、目标监测管路环境模式设定包含ecmo两种管路类型选项：1/4儿童英寸、3/8成人英寸；

26、告警气泡尺寸参数包含：小和中等；小为直径小于2mm，中等为直径大于2mm。

27、优选地，s3中告警判决阈值的设定是通对目标检测管路环境在目标尺寸气泡未出现条件下，对相机模块实时捕捉到的图像进行二值化与连续实时帧差分操作后拟合gpd分布后，选取数值对应拟合得到的gpd概率密度函数预测概率至少位于95％置信区间以外范围；

28、二值化为对图像像素值小于某预设阈值，图像像素点像素值映射为0；否则映射为相机像素存储格式内容许的最大数值。

29、优选地，步骤s5中白色像素点为像素值为像素存储格式内容许的最大数值的数量；

30、gpd分布拟合中，gpd分布的参数取值选取方式不做规定。

31、优选地，步骤s7中告警程序包括本地声、光告警，以及基于wifi无线网络的移动端软件远程告警。

32、优选地，步骤s11告警事件信息包括：告警事件编号，告警触发时间、距离开机累计运行时长、触发告警的差分图像帧以及参与构建该差分图像帧的两张原始实时图像帧。

33、优选地，步骤s15中系统运行状态信息包含系统标号、系统启动时间、系统累计运行时间、系统累计历史告警次数；设定/更改检测参数包括目标检测管路环境与告警气泡尺寸。

34、优选地，步骤s17的系统信息动态更新频率至少应为8秒一次。

35、本发明机器视觉的无线告警泛用型ecmo管路气泡检测设备及方法的有益效果如下：

36、1.本发明实现了产品在使用灵活性、功能智能化等方面的巨大飞跃。

37、2.本发明基于视觉检测的技术特性，能使系统免于传统基于红外或超声检测技术因高空气衰减特性带来的在管路高贴合需求下不可避免的系统结构约束。

38、3.本发明在功能灵活度、场景泛用性方面，支持用户可通过触控的数据面板与微型控制器交互，后者将依据用户操作，通过软件逻辑适配不同的目标监测管路环境并设定待检气泡尺寸。

39、4.用户参数设定过程中所更改的预存逻辑判决阈值源于使用gpd分布的高优度拟合，本发明为阈值选取提供了强大可靠的统计学解释性，使本发明在高检测精度需求场景下有着高度理论可信价值。

40、5.本发明对触发告警的实时图像帧、差分图像帧的告警数据的可读出存储使系统能够提供不同于传统基于红外或超声检测技术的数据价值，可供用户在告警事件发生后进行事后追溯与事件回调，进一步用于告警事件的分析与研究。

41、6.由于系统独立工作模式的特性，使本发明相较于同类产品摆脱了对品牌、传输接口、数据格式等方面的使用依赖，具备强大的跨品牌泛用性。

42、7.与配套移动端软件连接赋予了系统智慧化联网能力，使系统具备远程服务功能。

43、8.在告警方面，本发明除了具备与相关同类产品一致的本地声光报警功能，还可通过无线wifi网络向移动端软件发送无线告警消息；在未触发告警状态下，远程服务功能还将赋予用户对运行系统监测状态的远程状态查询，数据读取，与监测参数的实时调节，一定程度缓解医护人员的现场实时看护工作密度与强度。