血液透析静脉壶凝血监测系统及凝血识别方法技术方案

本发明专利技术涉及一种血液透析静脉壶凝血监测系统及凝血识别方法，提供光源的两个近红外LED光源对称置于近红外CMOS相机上下两侧；用于消除环境光的干扰滤光片置于近红外CMOS相机镜头前；用于减弱静脉壶玻璃壁的反射光偏振片置于滤光片前；近红外CMOS相机拍摄的静脉壶图像送嵌入式系统，触摸屏输入的设置信息送嵌入式系统，嵌入式系统输出控制信号至蜂鸣器和近红外LED光源；整个系统被固定在所述的机械滑动结构上，机械滑动结构带动其上下滑动。利用血液凝固后纤维蛋白的理学性质发生改变，进而对近红外光的吸收率改变的性质，使用近红外LED光源照射静脉壶并使用近红外CMOS相机接收反射的光信号，对图像处理后进行报警。对图像处理后进行报警。对图像处理后进行报警。

【技术实现步骤摘要】
血液透析静脉壶凝血监测系统及凝血识别方法


[0001]本专利技术涉及一种医学测量技术，特别涉及一种血液透析静脉壶凝血监测系统及凝血识别方法。

技术介绍

[0002]血液透析是一种针对肾衰竭患者的治疗方法。在血液透析中，通过构建体外血液循环的方式，将抽出的血液通过渗透膜净化后再输送回人体内。在这个循环过程中，管路中会发生凝血现象。凝血现象不但会导致透析治疗无法进行，而且凝血引发的血液丢失会对患者的生理和心理上造成巨大的危害。临床研究中发现在血液透析的整个体外循环管路中静脉壶发生凝血的概率最大，因此发现静脉壶中凝血现象的发生对医护人员采取及时的治疗措施具有重要意义。
[0003]目前在透析机中会通过内置压力传感器来实时监测管路中的压力变化。血液凝固时管路内循环不畅会导致管路内压力升高从而引发机器报警，但是这种方法灵敏度较低，往往在机器报警时凝血已经发生。在专利CN 206587216 U中，提出使用LED灯对静脉壶进行照射并通过放大镜对壶内凝血进行肉眼观察，这种方法对于操作人员的要求较高，耗时耗力。

技术实现思路

[0004]针对血液透析过程中凝血监测问题，提出了一种血液透析静脉壶凝血监测系统及凝血识别方法，利用血液凝固后纤维蛋白的理学性质发生改变，进而对近红外光的吸收率改变的性质，使用近红外LED光源照射静脉壶并使用近红外CMOS相机接收反射的光信号，对图像处理后进行报警。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种血液透析静脉壶凝血监测系统，系统包括蜂鸣器、嵌入式系统、触摸屏、近红外LED光源、近红外CMOS相机、滤光片、偏振片和机械滑动结构；提供光源的两个近红外LED光源对称置于近红外CMOS相机上下两侧；用于消除环境光的干扰滤光片置于近红外CMOS相机镜头前；用于减弱静脉壶玻璃壁的反射光偏振片置于滤光片前；近红外CMOS相机拍摄的静脉壶图像送嵌入式系统，触摸屏输入的设置信息送嵌入式系统，嵌入式系统输出控制信号至蜂鸣器和近红外LED光源；整个系统被固定在所述的机械滑动结构上，机械滑动结构带动其上下滑动。
[0006]优选的，所述近红外CMOS相机的像素为2592
×
1944。
[0007]优选的，所述近红外LED光源的波长为850nm，功率为15mW。
[0008]优选的，所述滤光片的截止波长为850nm，带宽为50nm。
[0009]所述血液透析静脉壶凝血监测系统的凝血识别方法，具体包括如下步骤：
[0010]1)静脉壶图像获取：分别打开近红外CMOS相机上下两侧的近红外LED光源对静脉壶的同一段区域进行两次照射，在两个角度光源下拍摄获得静脉壶的同一段区域的两张图像，两张图像的像素矩阵为A1与A2,并识别图像中的反光区域像素矩阵a1与a2，将反光区域
像素矩阵a1与a2扣除后，将A1与A2重新组合为一张新的图像A；
[0011]2)静脉壶图像的配准与拼接：使用机械滑动结构拍摄的静脉壶的不同位置的图像进行拼接从而获得一张完整的静脉壶图像；
[0012]3)利用图像分割算法识别提取静脉壶区域；
[0013]4)设定识别报警阈值；
[0014]5)凝血点识别报警：在图像中的静脉壶区域中搜索，当凝血点凝血值C小于报警阈值Q'时，嵌入式系统控制蜂鸣器进行报警并在图像上标记凝血的位置。
[0015]进一步，所述步骤2)实现的具体步骤如下：
[0016]首先、对图像进行特征点提取，提取的原则如下：以待检测像素点p0为中心，在半径为3像素的圆上均匀间隔选取16个像素点，从上到下从右到左顺时针编码(p1,p2,p3,...,p
16
)；选取垂直方向的四个点(p1,p5,p9,p
13
)，如果四个点中有三个以上与点p0的灰度值之差的绝对值大于给定的阈值，就假设该点p0为候选特征点；若p0是候选点，接着按照上述规则与周围十六个点作比较，若有8个以上超过设定好的阈值，那么将p0选为特征点；
[0017]随后、根据提取的特征点生成描述子进行图像配准与拼接，描述子的生成原则如下：以上述的特征点p0为中心，边长为31
×
31像素点的邻域窗口内随机选取256对5
×
5的小窗口按照以下原则进行赋值
[0018][0019]其中τ为以特征点p0为中心的一对像素点x、y的二进制编码，G(x)、G(y)分别代表以这对像素点为中心5
×
5窗口内的灰度值之和，比较x、y两个像素点的G(x)、G(y)，较大的那个像素点赋值1，较小的赋值0，通过特征点的描述子匹配即可完成图像配准与拼接。
[0020]进一步，所述步骤3)利用图像分割算法识别提取静脉壶区域，通过计算类间方差来寻找最佳分割阈值，寻找阈值的方法如下式所示：
[0021]σ2(T)＝p1(T)p2(T)(m1(T)
‑
m2(T))
[0022][0023]假设存在阈值T将图像中的所有像素分为前景和背景两类，则前景的所有像素的均值用m1(T)来表示，前景像素个数占比用p1(T)来表示，相应地，背景的所有像素的均值用m2(T)来表示，背景像素个数占比用p2(T)来表示，σ2(T)代表了前景与背景之间的类间方差，令阈值T遍历k个灰度级，当σ2(T)取最大值时得到的阈值T为最佳分割阈值T
′
，根据获得的最佳分割阈值，识别得到前景区域为静脉壶区域。
[0024]进一步，所述步骤4)设定识别报警阈值，计算静脉壶区域的灰度平均值记为Q，则将报警阈值Q
′
表示为：
[0025]Q
′
＝μQ。
[0026]其中μ为报警系数。
[0027]进一步，所述步骤5)凝血点识别报警，在报警阈值确定之后的每次测量中，在图像中的静脉壶区域中使用一个m
×
n的滑动窗口进行遍历，计算滑动窗口中的灰度平均值作为凝血值C，凝血值C的计算公式可以表示为：
[0028][0029]其中m、n为滑动窗口的尺寸参数，f(x,y)为静脉壶图像,x',y'为图像中像素点的坐标值，当凝血值C小于报警阈值Q'时，控制蜂鸣器进行报警并在图像上标记凝血的位置。
[0030]本专利技术的有益效果在于：本专利技术血液透析静脉壶凝血监测系统及凝血识别方法，使用近红外光和相机对静脉壶凝血进行监测，光学的方法具有更高的灵敏度。通过编写报警算法结合机械滑动结构实现了自动化的凝血监测，为临床上血液透析中对静脉壶凝血的监测提供了一种有效的方案。
附图说明
[0031]图1为本专利技术血液透析静脉壶凝血监测系统结构示意图；
[0032]图2为本专利技术凝血识别方法流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0034]如图1所示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种血液透析静脉壶凝血监测系统，其特征在于，系统包括蜂鸣器、嵌入式系统、触摸屏、近红外LED光源、近红外CMOS相机、滤光片、偏振片和机械滑动结构；提供光源的两个近红外LED光源对称置于近红外CMOS相机上下两侧；用于消除环境光的干扰滤光片置于近红外CMOS相机镜头前；用于减弱静脉壶玻璃壁的反射光偏振片置于滤光片前；近红外CMOS相机拍摄的静脉壶图像送嵌入式系统，触摸屏输入的设置信息送嵌入式系统，嵌入式系统输出控制信号至蜂鸣器和近红外LED光源；整个系统被固定在所述的机械滑动结构上，机械滑动结构带动其上下滑动。2.根据权利要求1所述血液透析静脉壶凝血监测系统，其特征在于，所述近红外CMOS相机的像素为2592
×
1944。3.根据权利要求1所述血液透析静脉壶凝血监测系统，其特征在于，所述近红外LED光源的波长为850nm，功率为15mW。4.根据权利要求1所述血液透析静脉壶凝血监测系统，其特征在于，所述滤光片的截止波长为850nm，带宽为50nm。5.根据权利要求1至4中任意一项所述血液透析静脉壶凝血监测系统的凝血识别方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)静脉壶图像获取：分别打开近红外CMOS相机上下两侧的近红外LED光源对静脉壶的同一段区域进行两次照射，在两个角度光源下拍摄获得静脉壶的同一段区域的两张图像，两张图像的像素矩阵为A1与A2,并识别图像中的反光区域像素矩阵a1与a2，将反光区域像素矩阵a1与a2扣除后，将A1与A2重新组合为一张新的图像A；2)静脉壶图像的配准与拼接：使用机械滑动结构拍摄的静脉壶的不同位置的图像进行拼接从而获得一张完整的静脉壶图像；3)利用图像分割算法识别提取静脉壶区域；4)设定识别报警阈值；5)凝血点识别报警：在图像中的静脉壶区域中搜索，当凝血点凝血值C小于报警阈值Q'时，嵌入式系统控制蜂鸣器进行报警并在图像上标记凝血的位置。6.根据权利要求5所述血液透析静脉壶凝血监测系统的凝血识别方法，其特征在于，所述步骤2)实现的具体步骤如下：首先、对图像进行特征点提取，提取的原则如下：以待检测像素点p0为中心，在半径为3像素的圆上均匀间隔选取16个像素点，从上到下从右到左顺时针编码(p1,p2,p3,...,p
16
)；选取垂直方向的四个点(p1,p5,p9,p
13
)，如果四个点中有三个以上与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晖，刘楠梅，李然，越方禹，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：