[發明專利]基于多傳感器融合的無線輸液監測系統及監測方法

有效

• 申請號: 201610214795.5
• 申請日: 2016-04-07
• 公開（公告）號: CN105771033B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 李理敏;侯旭波;周秋愛;陳孝敬;曾國強;袁雷明;陳熙
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: A61M5/168
• 分類號: A61M5/168
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種利用基于多傳感器融合的無線輸液監測系統的監測方法，所述基于多傳感器融合的無線輸液監測系統，包括輸液監測節點、輸液監控中心以及移動終端；所述液監測節點、輸液監控中心以及移動終端均通過無線連接；所述的輸液監測節點包括單片機、電源、重量傳感器、紅外對射光電傳感器、手動報警按鍵、聲光報警器和ZigBee發射模塊；所述電源、重量傳感器、紅外對射光電傳感器、手動報警按鍵、聲光報警器和ZigBee發射模塊均與單片機相連；所述的輸液監控中心包括ZigBee接收模塊、計算機和服務器；所述ZigBee接收模塊與輸液監測節點的ZigBee發射模塊通過無線相連；所述ZigBee接收模塊與計算機相連，所述計算機與服務器相連；所述移動終端通過無線與服務器相連，其特征在于，該監測方法具體包括如下步驟：

(1)根據輸液袋的重量，初始化單片機；重量傳感器采集輸液袋的重力信號，紅外對射光電傳感器采集電脈沖信號；

(2)單片機接收步驟1中重量傳感器的重力信號，并將重力信號與初始數據進行對比，得到藥液的剩余量；單片機同時接收步驟1中紅外對射光電傳感器的電脈沖信號，根據電脈沖信號的變化頻率得到輸液速度以及是否已經滴完；當單片機檢測到藥液滴落速度值超限或檢測不到藥液滴落，則啟動聲光報警器，提醒輸液者發生異常狀況，同時向監控中心發生報警信息，通知醫生人員及時進行處理；在輸液過程中，如果病人需要其它幫助，通過手動報警按鍵向監控中心發送求助消息；

(3)單片機將藥液的剩余量信息和輸液速度以及是否已經滴完信息通過ZigBee發射模塊傳輸到輸液監控中心；

(4)輸液監控中心的ZigBee接收模塊接收各個輸液監測節點發送來的輸液數據，并將這些數據傳送到計算機；計算機以重量傳感器和紅外對射光電傳感器采集數據作為觀測值，利用卡爾曼濾波方法對輸液進度和輸液速度進行估計，從而實現對輸液狀態的精確監測；

所述步驟4中的卡爾曼濾波方法具體如下：

(1)建立狀態方程：以k(k＝1,2,…)時刻剩余藥液c_k和輸液速度v_k組成狀態向量X_k＝[c_k；v_k]，可得到狀態方程：

其中，F_k,k-1為狀態轉移矩陣；W_k-1為狀態擾動噪聲向量；T表示采樣數據處理間隔；n_c為重力傳感器的狀態擾動噪聲，其均值為0，其方差為n_v為紅外對射光電傳感器的狀態擾動噪聲，其均值為0，其方差為狀態噪聲方差矩陣Q_k為：

(2)建立觀測方程：以k時刻剩余藥液重量w_n和藥液滴速v_n組成觀測向量Z_k＝[w_n；v_n]，可得到觀測方程：

其中，H_k為測量矩陣；V_k為測量噪聲向量；r表示藥液密度；h_w為重量傳感器的測量噪聲，其均值為0，方差為h_v為紅外對射光電傳感器的測量噪聲，其均值為0，方差為觀測噪聲方差矩陣R_k為：

(3)濾波過程：

(3.1)預測：在k-1時刻狀態估計值的基礎上，根據公式(1)和公式(2)來預測當前k時刻的狀態值，具體為：

一步狀態預測：

其中，為k-1時刻X_k-1的最優狀態估計值；為k時刻X_k的狀態預測值；

一步狀態預測方差矩陣計算：

其中，P_k-1為k-1時刻的狀態估計方差矩陣；P_k,k-1為k時刻的狀態預測方差矩陣；

(3.2)更新：根據公式(3)和公式(4)，利用當前k時刻實際觀測值來更新步驟3.1得到的狀態預測值，具體包括：

濾波增益矩陣計算：

狀態估計：

狀態估計方程矩陣計算：

P_k＝[I-K_kH_k]P_k,k-1

(4)實時最優估計過程：通過先驗信息確定狀態初始值和P₀，利用k時刻得到的觀測值Z_k，根據步驟(3.1)和步驟(3.2)這種遞推計算過程，得到k時刻的狀態估計值其中，表示k時刻的輸液進度估計值，表示k時刻的輸液速度估計值。