自動iv監測與控制系統的圖像處理、頻率估算、機械控制、以及照明的制作方法
【專利摘要】提供了靜脈內（IV）監測系統的設備、機械裝置、和照明系統。該設備通過使用任何視頻或圖像處理技術來從IV點滴過程中提取周期性信號，并通過使用任何頻率估算技術來測量點滴的速度。該機械裝置根據由視頻或圖像處理所測得的IV點滴速度，通過改變IV管的厚度或直徑來控制點滴的速度。該照明系統照明該點滴腔從而可為視頻或圖像處理捕捉清晰的圖像。
【專利說明】自動IV監測與控制系統的圖像處理、頻率估算、機械控制、
以及照明
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]美國申請12825368:通過數字圖像處理進行IV監測，同一發明人提交
[0003]美國申請12804163:通過視頻和圖像處理進行IV監測，同一發明人提交
[0004]美國申請13019698:用于IV控制的電機械系統，同一發明人提交
[0005]美國申請13356632:自動IV監測與控制系統的圖像處理、頻率估算、機械控制、以及照明，同一發明人提交
[0006]聯邦政府資助研究
[0007]不適用
[0008]聯合研究協議的其他各方名稱
[0009]不適用
[0010]序列表或程序
[0011]不適用
[0012]【背景技術】-【技術領域】
[0013]本發明涉及IV監測與控制系統，通過視頻和圖像處理完成該系統的監測、使用頻率估算技術測量該系統的點滴速度、使用機械組件控制該系統的點滴速率、且使用光學組件來完成該系統的照明。
[0014]【背景技術】-現有技術
[0015]首先，在輸液泵 被廣泛地用作自動IV控制設備。大多數輸液泵并不監測IV速度而是使用機械設備(最常見的是蠕動泵)來控制速度。
[0016]其次，還存在很多經由光學(最常見的是紅外或其他傳感器)、圖像處理、或其他方式來監測IV速度的嘗試。
[0017]
【權利要求】
1.注意:這個PCT申請要求了我的兩個美國申請的 優先權日:: 美國申請13019698:1V控制的電機械系統 美國申請13356632:自動IV監測與控制系統的圖像處理、頻率估算、機械控制、以及照明 本申請的內容的大部分來自美國申請13356632，而第3節機械控制的一些部分來自美國申請13019698。圖像增強的直方圖匹配是在這個PCT申請中新引入的。在下述權利要求中，如果權利要求或該權利要求的一部分沒有特別指明其所要求的 優先權日:，則它要求的是美國申請13356632的 優先權日:；對于要求美國申請13019698的 優先權日:的任何權利要求或權利要求的一部分，將會在括號中特別指明；對于其相應說明是在這個PCT申請中新引入的任何權利要求或權利要求的一部分，也將會明確標記。 我要求一種設備，使用任何視頻/圖像技術(多個)來從IV監測過程提取周期性信號，且使用任何頻率估算技術來測量點滴速度。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備使用任何圖像增強技術來增強所述圖像，所述技術包括但不限于以任何次序、任何組合、使用任何次數的如下方法中的任思: (1)灰度轉換，包括但不限于: a.冪定律變換 b.指數變換 c.分段式線性變換和查詢表 d.使用直方圖信息的技術，包括直方圖匹配/指定或均衡 [在這個PCT申請中新引入] 以及灰度變換的其他方法。 (2)頻域技術，包括但不限于: a.與空間域濾波器等效的頻域濾波器； b.直接在頻率中設計的濾波器； (3)圖像增強的小波方法。
3.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備使用閾值處理方法來將灰度圖像轉換為二進制圖像，包括但不限于以任何次序、任何組合、使用任何次數的如下方法中的任思: (1)迭代方法 (2)閾值處理的任意選取的值 (3)閾值處理的手動確定的值 (4)閾值處理的區域像素值平均 (5)閾值處理的區域像素值的中值 (6)閾值處理的其他方法。
4.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備使用頻率估算技術來根據經由圖像處理獲得信號確定點滴速度，所述技術包括但不限于以任何次序、任何組合、使用任何次數的如下方法中的任意:
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述設備使用非參數方法用于頻率估算，所述技術包括但不限于以任何次序、任何組合、使用任何次數的如下方法中的任意: (1)樸素時域方法，包括但不限于: a.找出并計數值越界、值閾值處理、過零、或零值檢測 b.找出并計數局部最大值/最小值。 (2)時域統計方法，包括但不限于: a.頻率估算的有偏或無偏自相關 b.頻率估算的有偏或無偏自協方差 c.有偏或無偏的平均幅度差分函數(AMDF) (3)傅里葉或傅里葉相關的方法，包括但不限于: a.周期圖 b.Bartlett的周期圖平均 c.離散時間傅里葉變換(DTFT) d.自相關的相關圖或周期圖 e.自協方差的DTFT或周期圖 f.離散余弦變換(DCT) g.離散正弦變換(DST) (4)小波方法。
6.如權利要求4所述的設備，其特征在于，所述設備使用參數方法用于頻率估算，所述頻率估算包括但不限于以任何次序、任何組合、使用任何次數的如下方法中的任意: (1)自回歸或自回歸均值-平均頻譜估算，這包括但不限于 a.Yule-Walker 方法 (2)特征向量/子空間方法或可從信號的偽頻譜估算頻率的任何方法，包括但不限于: a.Pisarenko諧波分解方法 b.多發射器定位和信號參數估算(MUSIC)。
7.一種機械裝置，通過根據基于視頻/圖像處理的監測設備測得的IV點滴速度來改變IV管的厚度或直徑來控制IV點滴的速度。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置使用任何形狀和材料的管按壓器和支承器組合來按壓或釋放所述管，以使所述管的速度可控。
9.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置在任何部分、以任意次數、使用導螺桿或任何類型的差分導螺桿組合，與其他組件任意組合、或通過所述導螺桿或任何類型的差分導螺桿組合本身，用于將旋轉移動轉換為線性。 [該權利要求要求了美國申請13019698的 優先權日:]
10.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置使用單個類型的組件(多個)或不同類型組件(多個)的組合來引導一個或多個線性移動部件的動作，其目的可包括防止、減少、或控制所述線性移動部件的離軸動作，且可包括但不限于如下部件: (1)鍵/鍵溝組合， (2)齒條/槽組合， (3)位于所述線性部件內部或外部或其他地方的軸承。
11.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置在任何部分使用杠桿，使用任意次數、與其他組件任意組合、或通過其自身，目的可包括但不限于: (1)增強移動的精度 (2)放大力 (3)將一個部件(多個)的動作轉換為另一個部件(多個)的動作。 [該權利要求要求了美國申請13019698的 優先權日:]
12.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置使用相對任何參考點而言具有絕對或相對可旋轉的移動的部件或多個部件，與其他動作同時地或非同時地，來按壓或釋放所述IV管。
13.如權利要求12所述的裝置，且特征在于，所述裝置具有 (1)樞轉端，圍繞一個或一個部件可旋轉； (2)所述IV管的部分可穿過的開口區域，且由于子權項中一個或多個移動部件(多個)和靜止部件(多個)的相對移動或移動部件之間的相對移動引起的掃掠動作帶來的該區域的變化，導致所述IV管的壓縮或釋放。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述裝置在其可移動部件的一個或多個上，具有槽、切口、或開口，其可具有或不具有均勻寬度，且所述的槽(多個)、切口(多個)、或開口(多個)可與線 性移動的部件或多個部件在幾何配置中的任何地方連接或不連接，從而所述線性部件或多個部件的旋轉可轉換為旋轉部件或多個部件(如權利要求13中所定義地)的旋轉，且所述裝置可在所述旋轉和線性部件的連接區域處具有如下中的一個或多個: (1)與所述線性移動的部件連接并契合在所述槽、切口、或開口中的圓球或圓球形狀的任何組件； (2)與所述線性移動的部件連接并契合在所述槽、切口、或開口中的圓柱體或圓柱體狀的任何組件； (3)—個或多個軸承； (4)在其多個截面中具有至少一個采取圓形或具有圓形周邊的任何組件。
15.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，一個或多個部件的旋轉是由也旋轉的另一個組件所施加的，所述另一個組件可具有或不具有固定軸且可同時具有或不具有另一個移動，且所述裝置可或擇一或兩者兼得: (1)使用齒輪(多個)來向所述樞轉部件(多個)施加旋轉； (2)使用旋轉電機來向所述樞轉部件(多個)施加旋轉。
16.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述系統的一個或多個部件中使用凸輪或多個凸輪來將其他組件的線性動作轉換為旋轉或反之、或用所述凸輪的邊緣直接按壓所述IV管，且 (1)所述凸輪的移動軸承(與線性移動部件連接)在一些或多個部件中可采取螺旋形狀，包括但不限于阿基米德螺旋線； (2)所述凸輪可具有槽、或切口、或開口，所述線性移動部件與組件通過其相連接，且所述連接組件可采取在多個截面中具有至少一個為圓形或圓形周邊的形狀，且在這個情況下，所述槽可，但非必須，采取所述連接組件沿特定曲線移動的包絡的形狀。 [該權利要求要求了美國申請13019698的 優先權日:]
17.一種照明系統，照明點滴腔，以使可對基于視頻/圖像處理的IV監測系統獲取清晰的圖像；所述系統可使用如下原理中的一個或兩個: (1)使用一個光學器件或光學器件的組合來產生效果，以使光從相比原始光源更為遠離所述點滴腔的距離處發出； (2)使用一個光學器件或光學器件的組合來產生效果，以消除在所述點滴腔上的反射(多個)或不均勻的亮度，因為從在原始光源上的理想點光源處發出的光看起來從相比它們實際起源更為分離的點光源處發出； 來減少或消除圖像中的反射(多個)/亮度對比度。
18.如權利要求17所述的照明系統，所述照明系統使用方法，所述方法包括但不限于如下中的單個、多個、或組合: (1)多個光源，或相對分離、或靠近、或分離、圍繞或部分圍繞所述點滴腔或不圍繞、或包括獨立光源、或包含多個發光元件的封裝光源； (2)多個光源，所述多個光源經由單個光源、或一個或多個單件集成或封裝的含多個發光元件照明設備，經光管(多個)、光管道(多個)、集成條(多個)、或光纖(多個)、或它們的集束而引導； (3)鏡子、或鏡子組合，平坦、任意曲線、或采取特定幾何形狀，原始光源(多個)的光線被引導通過它或它們； (4)透鏡或多個透鏡，其表面可具有任何形狀，或薄或厚，或者是構成光學系統(多個)的透鏡組合，具有正焦距長度(對于薄透鏡)或正的有效焦距長度(對于厚透鏡或光學系統)，來產生所述原始光源的放大的圖像或多個圖像，所述圖像相比所述原始光源更遠離或更接近所述點滴腔； (5)光阻擋器，其或被制成/集成為所述光源的一部分來防止所述光源散射光到所有方向、或與所述光源分離，且具照明所述點滴腔的任何平滑度的表面，從而不存在或僅存在微弱的反射/亮度對比度；所述表面的形狀可包括但不限于: a.橢圓形或橢圓體； b.拋物線或拋物面； c.雙曲面或雙曲線； d.或通過上述子權項(a)、(b)和(C)中的任意的掃掠動作形成的形狀。
19.如權利要求17所述的照明系統，所述照明系統與圖像捕捉設備按照一配置而設置在一起，所述配置使得從所述圖像捕捉設備的視角可見到較少的反射/亮度對比度；可包括，單個或多個，下述項，但不限于此: (1)在所述光源和所述點滴腔之間延伸的光導向器/阻擋器，覆蓋所述光源或點滴腔部件中的一個或不覆蓋，從而光可從一方向照明所述點滴腔，所述方向可導致在圖像捕捉設備中的較少的反射/亮度對比度； (2)光導向器/阻擋器沒有在光源和所述點滴腔之間延伸，而僅是延伸超過和/或覆蓋光源或點滴腔部件(多個)的一個或兩者，從而光可從一方向照明所述點滴腔，所述方向導致在圖像捕捉設備中的較少的反射/亮度對比度； (3)如子權項⑴和(2)所述的光導向器/阻擋器，其被集成 a.作為所述點滴腔的固定件、腔、或維持件的一部分；b.使用 該光，從而其如火炬般有效地起作用，其中出射光線已經被引導。
【文檔編號】A61M5/172GK104010676SQ201280016765
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年1月31日 優先權日:2011年2月2日
【發明者】陶鍇 申請人:陶鍇