一種基于霍爾電流和圖像變化監(jiān)測(cè)大型醫(yī)用設(shè)備使用狀態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于霍爾電流和圖像變化監(jiān)測(cè)大型 醫(yī)用設(shè)備使用狀態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)醫(yī)療體系結(jié)構(gòu)的不斷完善，各大、中型醫(yī)院的大型貴重醫(yī)療設(shè)備和儀器 的數(shù)量也不斷增加，因此，如何提高大型醫(yī)用設(shè)備的使用效率，提高醫(yī)院的綜合效益，是醫(yī) 療器械管理中應(yīng)該深刻探討的話題。
[0003] 在醫(yī)院的日常管理中，如放射、超聲等設(shè)備基本都采用人工管理的方式，進(jìn)行設(shè)備 的日常啟用、停止等使用狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)，人工統(tǒng)計(jì)的方式主觀性比較強(qiáng)，并且無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān) 控。在這個(gè)過(guò)程中，如果人工管理稍有疏忽，即伴隨設(shè)備電能的浪費(fèi)和設(shè)備使用效率的降 低。
[0004] 經(jīng)現(xiàn)有資料查詢，較為近似的有文章名為"基于RFID的醫(yī)療設(shè)備使用狀態(tài)監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)"，2015年6月份發(fā)表于《中國(guó)醫(yī)療設(shè)備》，主要用于記錄醫(yī)療設(shè)備的待機(jī)、使用狀態(tài)、及用 RFID標(biāo)識(shí)儀器編號(hào)。在這篇文獻(xiàn)中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括客戶端和服務(wù)器，其中，客戶端由電 流檢測(cè)模塊、RFID識(shí)別模塊、中央控制模塊、無(wú)線傳輸模塊等四部分組成，主要負(fù)責(zé)識(shí)別醫(yī) 療設(shè)備的身份信息、監(jiān)測(cè)醫(yī)療設(shè)備零線電流，并將上述身份信息和零線電流數(shù)據(jù)發(fā)送至服 務(wù)器、客戶端的架構(gòu)圖如圖1所示。
[0005] 該文獻(xiàn)中采用基于電流互感器的交流電流測(cè)量電路，對(duì)流過(guò)設(shè)備零線的電流值進(jìn) 行檢測(cè)，其中交流電流測(cè)量采用穿心互感器，測(cè)得電流后，按照如下閾值進(jìn)行分類，每一類 對(duì)應(yīng)至待機(jī)或使用狀態(tài)。
[0006] 待機(jī)電流閾值=初測(cè)待機(jī)電流X (1+10% )
[0007] 工作電流閾值=初測(cè)工作電流χ( 1-10%)
[0008] 新醫(yī)療設(shè)備在第一次投入臨床使用時(shí)，由操作人員啟動(dòng)客戶端的測(cè)試模式，在測(cè) 試模式下，操作人員先后分別使設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)和工作狀態(tài)，客戶端測(cè)量記錄醫(yī)療設(shè)備 的初測(cè)待機(jī)電流和初測(cè)工作電流，并將這兩個(gè)初測(cè)電流和設(shè)備的編號(hào)信息一同發(fā)送給服務(wù) 器，服務(wù)器根據(jù)初測(cè)電流設(shè)定2檔閾值，然后通過(guò)單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，無(wú)線傳輸模塊通過(guò)UART 接口接收零線電流數(shù)據(jù)和設(shè)備RFID編號(hào)信息，隨后通過(guò)Wi-Fi經(jīng)由無(wú)線路由器發(fā)送給服務(wù) 器。
[0009] 該文獻(xiàn)所報(bào)道的方法具有以下缺點(diǎn)：
[0010] (1)采用穿心互感器作為電流測(cè)量的電路部件，如果交流電流互感器開路，則會(huì)產(chǎn) 生高電壓，嚴(yán)重時(shí)會(huì)擊穿線路絕緣，產(chǎn)生電擊威脅工作人員的安全，同時(shí)，由于被測(cè)電流畸 變、多次諧波、非正弦波等的影響，使電流互感器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度較差。
[0011] (2)分類模型的建立，需要獨(dú)立的測(cè)試模式，該測(cè)試模式需要工作人員的人工介入 操作，如果醫(yī)院中的設(shè)備數(shù)量較多，將出現(xiàn)大量的重復(fù)勞動(dòng)，較難推廣應(yīng)用。
[0012] (3)面向?qū)ο鬄獒t(yī)療設(shè)備，但文章主體為監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)等，該類設(shè)備在醫(yī)院中為 中小型設(shè)備，設(shè)備狀態(tài)基本分為待機(jī)模式和使用模式，其待機(jī)模式基本處于設(shè)備停用狀態(tài)， 與大型設(shè)備的模式有較大區(qū)別。
[0013] 另有文章發(fā)表于《中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備》，文章名為"集中監(jiān)督超聲設(shè)備開機(jī)狀態(tài)的中央 監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)"，該文章通過(guò)對(duì)超聲影像設(shè)備進(jìn)行信息化、集中式開機(jī)檢測(cè)，完成對(duì)超聲設(shè) 備的集中管理和監(jiān)督。具體方法為:使用霍爾電流傳感器采集B超電流信號(hào)，比較電路轉(zhuǎn)換 成0-1狀態(tài)信息;使用MSP430F449與串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送至采集終端;采集終端數(shù) 據(jù)并將其整理后發(fā)送至中央監(jiān)控服務(wù)器。
[0014]該文獻(xiàn)中，雖然面向?qū)ο鬄榇笮歪t(yī)用設(shè)備，但狀態(tài)只有0-1狀態(tài)，即開機(jī)和關(guān)機(jī)狀 態(tài)，無(wú)法區(qū)分開機(jī)狀態(tài)下的待機(jī)、使用等不同狀態(tài)。該文獻(xiàn)中不同狀態(tài)的判定也采用閾值判 定的方式，在硬件電路上通過(guò)比較電路的滑動(dòng)變阻器阻值設(shè)定，即采用經(jīng)驗(yàn)的方法人工設(shè) 定。而且在實(shí)際使用中，因機(jī)器性能變化，也有可能出現(xiàn)設(shè)備使用，但電流相比之前反而下 降的情況。
[0015] 對(duì)大型醫(yī)用設(shè)備而言，通常使用狀態(tài)并不是兩個(gè)，而是分為多種狀態(tài)，例如，關(guān)機(jī)、 待機(jī)、使用狀態(tài)等，對(duì)于大型醫(yī)用設(shè)備而言，因功耗較大，若機(jī)器當(dāng)天停止使用，應(yīng)處于關(guān)機(jī) 狀態(tài)，節(jié)省能耗。在開機(jī)狀態(tài)下，也分為待機(jī)的非使用狀態(tài)和使用狀態(tài)，使用狀態(tài)例如：如B 超攝像，CT曝光等。
[0016] 大型醫(yī)用設(shè)備在病人信息操作等特殊狀態(tài)下，與待機(jī)狀態(tài)下使用電流情況無(wú)明顯 差異，現(xiàn)有技術(shù)中單純依靠電流強(qiáng)度無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分。更進(jìn)一步地，現(xiàn)有技術(shù)中，如果對(duì)大型 醫(yī)用設(shè)備的使用狀態(tài)判斷為待機(jī)，且長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，仍需要人工將大型醫(yī)用設(shè)備關(guān) 機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明提供了一種基于霍爾電流和圖像變化監(jiān)測(cè)大型醫(yī)用設(shè)備使用狀態(tài)的方法， 能夠?qū)Υ笮歪t(yī)用設(shè)備的使用狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行非線性狀態(tài)分析，擺脫人工干預(yù)，得到準(zhǔn)確的使 用狀態(tài)信息。
[0018] -種基于霍爾電流和圖像變化監(jiān)測(cè)大型醫(yī)用設(shè)備使用狀態(tài)的方法，包括：
[0019] 步驟1，利用霍爾電流傳感器檢測(cè)大型醫(yī)用設(shè)備的運(yùn)行電流強(qiáng)度，并同時(shí)采集大型 醫(yī)用設(shè)備的顯示圖像，將顯示圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像后，計(jì)算圖像變化率；
[0020] 步驟2,對(duì)運(yùn)行電流強(qiáng)度和圖像變化率進(jìn)行聚類分析，使運(yùn)行電流強(qiáng)度和圖像變化 率對(duì)應(yīng)于不同的使用狀態(tài)，使用狀態(tài)至少包括關(guān)機(jī)、待機(jī)、運(yùn)行；
[0021] 步驟3,實(shí)時(shí)采集大型醫(yī)用設(shè)備的運(yùn)行電流強(qiáng)度和圖像變化率，依據(jù)聚類結(jié)果，得 到對(duì)應(yīng)的使用狀態(tài)。
[0022] 霍爾電流傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，對(duì)交流電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，采用精密恒流 技術(shù)和線性溫度補(bǔ)償技術(shù)，將其隔離變換為標(biāo)準(zhǔn)的直流信號(hào)輸出，本發(fā)明利用霍爾電流傳 感器測(cè)量大型醫(yī)用設(shè)備的運(yùn)行電流，安全性較高，線性度良好，且在硬件上無(wú)需對(duì)醫(yī)用設(shè)備 進(jìn)行破壞性改進(jìn)，實(shí)施方便。
[0023] 在本發(fā)明中利用圖像變化等與使用相關(guān)的因素，同時(shí)結(jié)合運(yùn)行強(qiáng)度的電流，對(duì)醫(yī) 用設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的分析，能夠區(qū)分關(guān)機(jī)、待機(jī)、運(yùn)行等不同的狀態(tài)，擺脫人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)分類。
[0024] 作為優(yōu)選，步驟1中計(jì)算圖像變化率的方法如下：
[0025] Ι-a、當(dāng)前時(shí)刻灰度圖像的每個(gè)像素點(diǎn)灰度值記為ymn，像素點(diǎn)的總數(shù)量為S，當(dāng)前時(shí) 刻向前追溯預(yù)定時(shí)間段內(nèi)的平均灰度圖像的像素點(diǎn)灰度值記為y avr;
[0026] 1-b、利用式zmn= | ymn_yavgmn |計(jì)算差值灰度圖像的像素點(diǎn)灰度值z(mì)mn;
[0027] 1-c、計(jì)算差值灰度圖像中像素點(diǎn)灰度值超過(guò)閾值yc的像素點(diǎn)數(shù)量Rt;
[0028] 1-d、利用x(t) =Rt/S計(jì)算圖像變化率x(t)。
[0029] 由于同時(shí)考慮了運(yùn)行電流強(qiáng)度和圖像變化率兩個(gè)維度的數(shù)據(jù)，因此，在不同的使 用狀態(tài)下，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)非球形分布，傳統(tǒng)的聚類方式不能使用，而需要考慮使用非球形分布的 聚類算法，本發(fā)明采用密度峰值快速聚類算法獲取分類中心，用于實(shí)時(shí)分類樣本庫(kù)，具體 地，步驟2中，聚類分析的步驟如下：
[0030] 2-a、利用下列公式對(duì)圖像變化率和電流信號(hào)進(jìn)行歸一化處理：
[0031]
[0032 ]式中，X (t)和i (t)分別為圖像變化率和運(yùn)行電流強(qiáng)度；
[0033] Xn。? (t)和inOTm (t)分別為歸一化后的圖像變化率和運(yùn)行電流強(qiáng)度；
[0034] Xmax( t)和imax( t)分別為圖像變化率和運(yùn)行電流強(qiáng)度的最大值；
[0035] 2_b、在二維空間中，分別以歸一化后的圖像變化率和運(yùn)行電流強(qiáng)度作為每個(gè)時(shí)刻 的樣本坐標(biāo)點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)樣本點(diǎn)的局部密度〇 1、到高局部密度點(diǎn)的距離δι、以及高局部密度 點(diǎn)標(biāo)不ki;
[0036] 2-c、利用計(jì)算特征值心，并對(duì)所有樣本點(diǎn)的特征值進(jìn)行排序，取最大的 若干樣本點(diǎn)作為分類中心，每個(gè)分類中心對(duì)應(yīng)一種大型醫(yī)用設(shè)備的使用狀態(tài)；
[0037] 2-d、剩余樣本點(diǎn)依據(jù)局部密度由高到低的順序依次確定所屬的醫(yī)用設(shè)備使用狀 ??τ 〇
[0038] 大型醫(yī)用設(shè)備的使用性能隨使用時(shí)間發(fā)生變化，為了精確地獲知醫(yī)用設(shè)備的使用 狀態(tài)，需要調(diào)整聚類分析的結(jié)果，以更加準(zhǔn)確地分辨出醫(yī)用設(shè)備的使用狀態(tài)，本發(fā)明使用分 類中心更新算法，優(yōu)選地，步驟2中，間隔預(yù)定時(shí)間段后，對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行更新，更新方法如 下：
[0039]假定當(dāng)前需被替代的樣本點(diǎn)為Xm，用于替代該樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)為Xs;
[0040]計(jì)算Xm與其他樣本點(diǎn)之間的距離dmj，je樣本點(diǎn)集合，記錄dmj〈d。的樣本點(diǎn)集合為 ψ，dc為截?cái)嗑嚯x，'為樣本點(diǎn)m到樣本點(diǎn)j的歐式距離；
[0041] 計(jì)算Xs與其他樣本點(diǎn)之間的距離dsj，je樣本點(diǎn)集合，記錄dsj〈d。的樣本點(diǎn)集合為 Π ，dsj為樣本點(diǎn)s到樣本點(diǎn)j的歐式距離；
[0042] 獲得其他樣本點(diǎn)中高局部密度點(diǎn)標(biāo)示為m的樣本集合為F ;
[0043] 替換樣本點(diǎn)Xm為Xs，并做以下更新：
[0044] 更新Pa為Pa' ：Pa' =Pa_l，aE Ψ ;
[0045] 更新Pb為Pb'：Pb'=Pb+l，be Π ;
[0046] 更新Pm*P 'm: 〇 其中，如果dmj-dc〈0，則 ;否則 j ? KC/-4)=〇;
[0047