CN109200402B - 基于红外热成像技术的静脉穿刺系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，本发明的静脉穿刺系统基于红外热成像技术，以人体为辐射源，工作时检测人体发出的热辐射，不改变被测目标的任何参数，对人体无损害，对环境无污染，而且热扫描过程简单，快捷灵敏，不需要特殊准备，经过一系列信号处理，将不可见的体表温度变化转变为可视性的红外热图，基于红外热图计算出静脉走行并实施静脉穿刺；基于本发明的静脉穿刺系统能够实现静脉精确定位及穿刺自动化，无需医护人员操作，节省医疗资源。

Description

基于红外热成像技术的静脉穿刺系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种基于红外热成像技术的静脉穿刺系统。

背景技术

静脉穿刺困难者包括：婴幼儿、儿童病人、肥胖病人、浮肿病人等本身不容易看到静脉的病人，或者是多次化疗病人、血管弹性差病人、急救、休克、血容量急剧减少、血管塌陷病人等。静脉穿刺时要避开关节部位，皮肤表面有硬结、疤痕部位，静脉瓣，静脉分支以及静脉壁有病变的静脉。静脉穿刺失败会导致静脉穿刺并发症，例如：静脉炎、出血及血肿、渗出、组织坏死或导管堵塞等现象。静脉穿刺失败的常见原因：穿刺技术不熟练，使针尖受损；穿刺过度刺破静脉后壁；穿刺不足，仅将针尖刺入静脉；穿刺角度过小，静脉壁划伤。

目前，医护人员在进行静脉穿刺的时候一般会采用两种方法，一种是目视法，就是用裸视的方式来寻找和定位血管，这种方法仅适合于静脉位置较表浅且突出的病人，对于皮下组织的血管大小、弯曲及分叉的状态，实际上无法保证定位准确；还有一种是触摸法，就是以触摸的感觉来寻找和定位血管，这种方法需要多年临床经验，通过触摸皮肤来分辨出血管和周围组织的触感，从而确定出血管的位置及深浅。此外，还曾出现化学药物贴片法应用于静脉血管显像，将贴片贴在病人手臂上，贴片内封装了对皮肤温度变化敏感的液晶物质，其温度变化对应不同的颜色变化，其原理为：由于静脉血的温度要高于皮肤表面，贴片会将这个温度差异以颜色变化的形式记录下来，从而将皮下静脉显示出来。但是该方法存在的缺点：⑴受消毒等因素的影响，不可重复使用，未得到推广；⑵只能显示一些离皮肤近的静脉血管；⑶隔片注射，影响护士操作习惯。

针对现有技术中静脉穿刺方法存在的不足，本领域技术人员一直在寻找解决的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，以解决使用现有技术中静脉穿刺方法存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，所述基于红外热成像技术的静脉穿刺系统包括：

治疗床；

制动装置，用于限制病人活动及固定穿刺部位；

探测装置，包括按照矩阵排列的多个红外线检测探头，用于高频同步采集人体红外线强度数据；

消毒装置，用于在病人穿刺部位皮肤执行消毒操作；

穿刺装置，用于执行穿刺操作；

加压装置，用于在穿刺静脉的近心端预定位置的皮肤执行加压操作，加压装置与病人皮肤接触部位设置有压力感受器，用于采集压力数据；

第一机械臂，所述第一机械臂的一端固定在所述治疗床上，所述第一机械臂的另一端与所述制动装置连接；

第二机械臂，所述第二机械臂的一端固定在所述治疗床上，所述第二机械臂的另一端先后与所述探测装置、所述消毒装置及所述穿刺装置连接；

第三机械臂，所述第三机械臂的一端固定在所述治疗床上，所述第三机械臂的另一端与所述加压装置连接；

多个参照红外光源，分别设置于所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置，所述消毒装置，所述穿刺装置及所述加压装置上，用于标识位置信息；

多个红外摄像头，用于采集病人及所述多个参照红外光源的多组二维图像；

数据采集单元，用于采集病人的个人信息和穿刺部位信息；其中，所述个人信息包括病人年龄、性别、身高、体重、胸围、腰围、皮下脂肪厚度数据；

服务器，分别与所述多个红外摄像头、所述数据采集单元、所述探测装置及所述压力感受器连接，用于接收所述个人信息、所述穿刺部位信息、所述多组二维图像、所述人体红外线强度数据、所述多个红外摄像头的信息、所述探测装置的信息及所述压力数据；基于所述多组二维图像及所述多个红外摄像头的信息重建病人的人体三维轮廓信息，采用人体轮廓识别技术计算出病人身体各部位位置信息，并计算出所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息；基于所述人体三维轮廓信息及所述个人信息，计算出各部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度；基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述第三机械臂的调整位置指令，并计算出加压前后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，以确定穿刺点和穿刺路径；其中，所述多个红外摄像头的信息包括各个红外摄像头的位置及角度信息；所述探测装置的信息包括多个红外线检测探头的位置及角度信息。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，所述基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述第三机械臂的调整位置指令过程包括：

基于所述人体三维轮廓信息、所述制动装置位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂调整位置指令时，所述制动装置与病人接触以限制病人活动及固定穿刺部位；

基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第二机械臂调整位置指令时，所述探测装置与病人穿刺部位的皮肤垂直接近，按照矩阵排列的多个红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；同时基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息、所述探测装置的信息和所述穿刺部位信息计算出所述多个红外线检测探头与穿刺部位的距离；

基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第三机械臂调整位置指令时，所述加压装置在病人的穿刺静脉的近心端预定位置的皮肤执行加压操作并使压力感受器的压力维持在一定范围。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，所述基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述第三机械臂的调整位置指令，并计算出加压前后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，以确定穿刺点和穿刺路径过程包括：

在基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第二机械臂调整位置指令时，所述探测装置中按照矩阵排列的多个红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；基于所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图；

在基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第三机械臂调整位置指令后，再发出支配所述第二机械臂调整位置指令，所述探测装置中按照矩阵排列的多个红外线检测探头再次与病人穿刺部位的皮肤垂直接近并高频同步采集人体红外线强度数据；基于所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图；

对比加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图和加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，计算出静脉瓣位置和静脉壁弹性情况；

根据加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图、皮下脂肪厚度数据、静脉瓣位置及静脉壁弹性情况，计算出穿刺点和穿刺路径。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，所述服务器还用于在计算出穿刺点和穿刺路径之后，发出支配所述第二机械臂调整位置指令，使所述第二机械臂先后与所述消毒装置和所述穿刺装置结合，以在病人穿刺部位皮肤执行消毒操作及在穿刺点沿穿刺路径执行穿刺操作。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，所述穿刺装置包括穿刺针和与所述穿刺针连接的穿刺针操作部件。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，所述穿刺装置还包括压力感受器，所述压力感受器设置于所述穿刺针操作部件与所述穿刺针之间，用于采集压力数据。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，还包括多个压力感受器，分别设置于所述第一机械臂与所述制动装置之间、所述第二机械臂与所述探测装置、所述消毒装置和所述穿刺装置之间、所述第三机械臂与所述加压装置之间，用于采集两个结构之间的压力数据。

可选的，在所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，所述第一机械臂、所述第二机械臂及所述第三机械臂的各机械臂关节均设置有位置调整装置，用于调整机械臂关节的位置。

在本发明所提供的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，基于红外热成像技术，以人体为辐射源，工作时检测人体发出的热辐射，不改变被测目标的任何参数，对人体无损害，对环境无污染，而且热扫描过程简单，快捷灵敏，不需要特殊准备，经过一系列信号处理，将不可见的体表温度变化转变为可视性的红外热图，基于红外热图计算出静脉走行并实施静脉穿刺；基于本发明的静脉穿刺系统能够实现静脉精确定位及穿刺自动化，无需医护人员操作，节省医疗资源。另一方面，在计算穿刺点和穿刺路径的过程中通过对比加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图和加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图可计算出静脉瓣位置及血管弹性情况；穿刺过程中能够基于穿刺装置位置信息计算出穿刺针的具体位置，不会发生误操作，降低术后并发症。

附图说明

图1是本发明一实施例中基于红外热成像技术的静脉穿刺系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中探测装置中多个红外线检测探头的排布示意图；

图3是本发明一实施例中穿刺针的结构示意图。

图1中：

1-治疗床；2-数据采集单元；3-服务器；5-制动装置；6-探测装置；60-红外线检测探头；7-消毒装置；9-穿刺装置；10-加压装置；41-第一机械臂；42-第二机械臂；43-第三机械臂；31-红外摄像头；32-参照红外光源；12，13，14-压力感受器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在具体说明本发明之前，在此先说明本发明之主要原理与思想：

由于在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。红外热成像技术是由红外传感器接收位于一定距离的被测对象所发出的红外辐射，再通过信号处理系统将其转变为目标的热图像。它以可视图像的方式呈现物体的热分布，并以灰度或伪彩色形式显示出来，从而得到被测对象的温度分布场。红外热成像由于不受光照、烟雾、高温、高压等环境因素的影响，得到了广泛的关注。红外热成像技术操作简单，无人为因素影响，结果客观、定量、直观、重复性好，对病人无接触、无创伤、无辐射。而医用红外线热成像是医学技术、红外摄像技术和计算机多媒体技术结合的产物，以人体为辐射源，是一种记录人体热场的影像装置。随着医学、红外线成像以及多媒体等多种技术的发展，红外线成像的温度分辨率已经达到 0.05℃，空间分辨能力已经达到0.8mrad，图像清晰度有了很大的提高，结果分析直观方便。

由于人体表层静脉和组织会向外辐射红外线，静脉中血流的温度和组织的温度存在差异，使得红外线的强度及波长有所区别，具有红外线热扫描功能的检测探头可以检测人体表层不同波长的红外线强度，经过程序处理可计算出静脉走行图，并实施静脉穿刺。

请参考图1，其为本发明一实施例中基于红外热成像技术的静脉穿刺系统的结构示意图。如图1所示，所述基于红外热成像技术的静脉穿刺系统包括：治疗床1、制动装置5、探测装置6、消毒装置7、穿刺装置9、加压装置10、第一机械臂41、第二机械臂42、第三机械臂43、多个参照红外光源32、多个红外摄像头31、数据采集单元2及服务器3；其中，所述制动装置5用于限制病人活动及固定穿刺部位；如图2所示，所述探测装置6包括按照矩阵排列的多个红外线检测探头60，用于高频同步采集人体红外线强度数据，图2中每一个点代表一个红外线检测探头60，使用时由多个红外线检测探头60构成的探测平面平行于皮肤平面；所述消毒装置7用于在病人穿刺部位皮肤执行消毒操作；所述穿刺装置9用于执行穿刺操作；所述加压装置10用于在穿刺静脉的近心端预定位置的皮肤执行加压操作，加压装置与病人皮肤接触部位设置有压力感受器13，用于采集压力数据；所述第一机械臂41的一端固定在所述治疗床1上，所述第一机械臂41的另一端与所述制动装置5连接；所述第二机械臂42的一端固定在所述治疗床1上，所述第二机械臂42的另一端先后与所述探测装置6、所述消毒装置7及所述穿刺装置9连接；所述第三机械臂43的一端固定在所述治疗床1上，所述第三机械臂43的另一端与所述加压装置10连接；多个参照红外光源32分别设置于所述治疗床1、所述制动装置5、所述探测装置6，所述消毒装置7，所述穿刺装置9及所述加压装置10上，用于标识位置信息；所述多个红外摄像头31用于采集病人及所述多个参照红外光源的多组二维图像；所述数据采集单元2用于采集病人的个人信息和穿刺部位信息；其中，所述个人信息包括病人年龄、性别、身高、体重、胸围、腰围及皮下脂肪厚度数据；所述服务器3分别与所述多个红外摄像头31、所述数据采集单元2、所述探测装置6及所述压力感受器13连接，用于接收所述个人信息、所述穿刺部位信息、所述压力数据、所述多个红外摄像头31的信息、所述多组二维图像、所述人体红外线强度数据和所述探测装置6的信息，基于所述多组二维图像及所述多个红外摄像头的信息重建病人的人体三维轮廓信息，采用人体轮廓识别技术计算出病人身体各部位位置信息，并计算出所述治疗床1、所述制动装置5、所述探测装置6、所述消毒装置7、所述穿刺装置9及所述加压装置10位置信息；基于所述人体三维轮廓信息及所述个人信息，计算出各部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度；基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床1、所述制动装置5、所述探测装置6、所述消毒装置7、所述穿刺装置9及所述加压装置10位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂41、所述第二机械臂42和/或所述第三机械臂43的调整位置指令，并计算出加压前后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，以确定穿刺点和穿刺路径；其中，所述多个红外摄像头31的信息包括各个红外摄像头的位置及角度信息；所述探测装置6的信息包括多个红外线检测探头60的位置及角度信息。

探测过程中根据人体三维轮廓信息、探测装置6位置信息、所述探测装置6 的信息及所述穿刺部位信息计算出红外线检测探头与探测部位距离。

进一步地，所述服务器3还用于在计算出穿刺点和穿刺路径之后，发出支配所述第二机械臂42调整位置指令，使所述第二机械臂42先后与所述消毒装置7和所述穿刺装置9结合，以在穿刺点沿穿刺路径执行穿刺操作，执行穿刺操作过程中穿刺针以一定角度依次穿刺皮肤，皮下组织，静脉。

请参考图3，本发明的穿刺针的穿刺操作过程具体如图3所示，穿刺针上存在两个节点，即A、B；穿刺过程中A、B两点之间的斜面朝向上方，A点先进入静脉，此时调整穿刺针角度，使A点前进过程中不刺破血管后壁；B点完全进入静脉后继续前进一段距离再停止。

具体的，结合图1所示内容，所述基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床1、所述制动装置5、所述探测装置6、所述消毒装置7、所述穿刺装置9及所述加压装置10位置信息、所述压力数据(即压力感受器13采集的压力数据) 和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂41、所述第二机械臂42和/或所述第三机械臂43的调整位置指令过程包括：

基于所述人体三维轮廓信息、所述制动装置5位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂41调整位置指令时，所述制动装置5与病人接触并施加适当压力以限制病人活动及固定穿刺部位；

基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置6位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第二机械臂42调整位置指令时，所述探测装置6与病人穿刺部位的皮肤垂直接近，按照矩阵排列的多个红外线检测探头60高频同步采集人体红外线强度数据；同时基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置6位置信息、所述探测装置6的信息和所述穿刺部位信息计算出所述多个红外线检测探头60 与穿刺部位的距离；

基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置10位置信息、所述压力数据(即压力感受器13采集的压力数据)和所述穿刺部位信息发出支配所述第三机械臂 43调整位置指令时，所述加压装置10在病人的穿刺静脉的近心端预定位置的皮肤执行加压操作，使得静脉回流阻力增大，静脉血管壁扩张。

进一步地，所述基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床1、所述制动装置 5、所述探测装置6、所述消毒装置7、所述穿刺装置9及所述加压装置10位置信息、所述压力数据(即压力感受器13采集的压力数据)和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂41、所述第二机械臂42和/或所述第三机械臂43的调整位置指令，并计算出加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，以确定穿刺点和穿刺路径过程包括：

在基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置6位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第二机械臂42调整位置指令时，基于人体红外线强度数据、多个红外线检测探头60与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头60的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图；

在基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置10 位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第三机械臂43调整位置指令时，所述压力数据(即压力感受器13采集的压力数据)的压力升高，待压力数据稳定后再发出支配所述第二机械臂调整位置指令，所述探测装置6中按照矩阵排列的多个红外线检测探头60再次与病人穿刺部位的皮肤垂直接近并高频同步采集人体红外线强度数据，基于采集的所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头60与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头60的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图；

对比加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图和加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，计算出静脉瓣位置和静脉壁弹性情况；

根据加压前后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图、皮下脂肪厚度数据、静脉瓣位置及静脉壁弹性情况，计算出穿刺点和穿刺路径。

本实施例中，如图1所示，所述穿刺装置9包括穿刺针和与所述穿刺针连接的穿刺针操作部件。此外，所述穿刺装置9还包括压力感受器14，所述压力感受器设置于所述穿刺针操作部件与所述穿刺针之间，用于采集压力数据，以得到穿刺针阻力。

较佳的，请继续参考图1，所述加压装置10与病人皮肤接触部位设置有压力感受器13；此外，在所述第一机械臂41与所述制动装置5之间、所述第二机械臂42与所述探测装置6之间(两者之间的压力感受器对应图1中标号为12)、所述第二机械臂42与所述穿刺装置9之间(两者之间的压力感受器对应图1中标号为14)或者所述第三机械臂43与所述加压装置10之间也设置有压力感受器(两者之间的压力感受器对应图1中标号为13)，用于采集两个结构之间的压力数据。

为了使机械臂的关节较为灵活，所述第一机械臂41、所述第二机械臂42及所述第三机械臂43的各机械臂关节均设置有位置调整装置，用于调整机械臂关节的位置。

为了较好理解本发明的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，下面以穿刺部位分别为手背浅静脉穿刺、前臂浅静脉穿刺、足背静脉穿刺为例进行详细阐述，具体请参考实施例1、实施例2及实施例3的内容。

实例1：手背浅静脉穿刺

数据采集单元采集病人年龄，性别，身高，体重，胸围，腰围及皮下脂肪厚度数据和穿刺部位信息，发送给服务器。病人除外静脉穿刺禁忌证，经电子语音提示于治疗床上保持平卧姿势，暴露穿刺侧前臂及手背皮肤。治疗室固定位置设置多个红外摄像头进行高频率同步成像，治疗床上预定位置设置参照红外光源，采集的图像数据发送给服务器，服务器对多组二维图像进行处理，重建人体三维轮廓信息，采用人体轮廓识别技术计算出病人身体各部位位置信息，并计算出所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息；结合所述人体三维轮廓信息及病人年龄，性别，身高，体重，胸围，腰围及皮下脂肪厚度数据，计算出各部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度。

服务器基于所述人体三维轮廓信息、所述制动装置位置信息和所述穿刺部位信息(本实例中为手背浅静脉)发出指令支配所述第一机械臂调整位置，使制动装置与病人穿刺侧前臂接触并保持适当压力，限制病人活动，固定穿刺部位(本实例中为手背浅静脉)；服务器还基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述手背浅静脉发出指令支配所述第二机械臂调整位置，使探测装置与病人穿刺侧手背皮肤垂直接近，与病人皮肤接近过程中矩阵排列的红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；同时基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息、所述探测装置的信息和所述穿刺部位信息计算出所述多个红外线检测探头与穿刺部位的距离，且服务器基于采集的所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压前与人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图。服务器还基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力感受器13采集的压力数据和所述手背浅静脉发出指令支配所述第三机械臂调整位置，使加压装置在穿刺侧前臂一定位置加压局部皮肤，使静脉回流阻力增大，静脉血管壁扩张。所述压力感受器13采集的压力稳定后服务器再发出支配所述第二机械臂调整位置指令，探测装置再次与病人穿刺部位的皮肤垂直接近并采集人体红外线强度数据，结合穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度服务器计算出加压后与人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图。

对比加压前后静脉三维走行图，经服务器处理计算出静脉瓣位置及静脉壁弹性情况。

服务器依据⑴静脉走行图；⑵皮下脂肪厚度；⑶静脉瓣位置；⑷静脉壁弹性情况，计算出穿刺点并计算出穿刺路径，发出指令支配第二机械臂调整位置，使消毒装置在手背皮肤涂抹消毒剂；完成后第二机械臂与消毒装置分离，与穿刺装置结合，操作穿刺针以一定角度依次穿刺皮肤，皮下组织，静脉。

结合图3，穿刺过程中A、B两点之间的斜面朝向上方，A点先进入静脉，此时调整穿刺针角度，使A点前进过程中不刺破血管后壁；B点完全进入静脉后继续前进一段距离再停止。

实例2：前臂浅静脉穿刺

数据采集单元采集病人年龄，性别，身高，体重，胸围，腰围及皮下脂肪厚度数据和穿刺部位信息，发送给服务器。病人除外静脉穿刺禁忌证，经电子语音提示于治疗床上保持平卧姿势，暴露穿刺侧前臂皮肤。治疗室固定位置设置多个红外摄像头进行高频率同步成像，治疗床上预定位置设置参照红外光源，采集的图像数据发送给服务器，服务器对多组二维图像进行处理，重建人体三维轮廓信息，采用人体轮廓识别技术计算出病人身体各部位位置信息，并计算出所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息；结合所述人体三维轮廓信息及病人年龄，性别，身高，体重，胸围，腰围及皮下脂肪厚度数据，计算出各部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度。

服务器基于所述人体三维轮廓信息、所述制动装置位置信息和所述穿刺部位信息(本实例中为前臂浅静脉)发出指令支配所述第一机械臂调整位置，使制动装置与病人穿刺侧前臂接触并保持适当压力，限制病人活动，固定穿刺部位(本实例中为前臂浅静脉)；服务器还基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述前臂浅静脉发出指令支配所述第二机械臂调整位置，使探测装置与病人穿刺侧前臂皮肤垂直接近，与病人皮肤接近过程中矩阵排列的红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；同时基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息、所述探测装置的信息和所述穿刺部位信息计算出所述多个红外线检测探头与穿刺部位的距离，且服务器基于采集的所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压前与人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图。服务器还基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力感受器13采集的压力数据和所述前臂浅静脉发出指令支配所述第三机械臂调整位置，使加压装置在穿刺侧前臂一定位置加压局部皮肤，使静脉回流阻力增大，静脉血管壁扩张。所述压力感受器13采集的压力稳定后服务器再发出支配所述第二机械臂调整位置指令，探测装置再次与病人穿刺部位的皮肤垂直接近并采集人体红外线强度数据，结合穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度服务器计算出加压后与人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图。

对比加压前后静脉三维走行图，经服务器处理计算出静脉瓣位置及静脉壁弹性情况。

服务器依据⑴静脉走行图；⑵皮下脂肪厚度；⑶静脉瓣位置；⑷静脉壁弹性情况，计算出穿刺点并计算出穿刺路径，发出指令支配第二机械臂调整位置，使消毒装置在前臂皮肤涂抹消毒剂；完成后第二机械臂与消毒装置分离，与穿刺装置结合，操作穿刺针以一定角度依次穿刺皮肤，皮下组织，静脉。

结合图3，穿刺过程中A、B两点之间的斜面朝向上方，A点先进入静脉，此时调整穿刺针角度，使A点前进过程中不刺破血管后壁；B点完全进入静脉后继续前进一段距离再停止。

实例3：足背静脉穿刺

数据采集单元采集病人年龄，性别，身高，体重，胸围，腰围及皮下脂肪厚度数据和穿刺部位信息，发送给服务器。病人除外静脉穿刺禁忌证，经电子语音提示于治疗床上保持平卧姿势，暴露穿刺侧小腿及足背皮肤。治疗室固定位置设置多个红外摄像头进行高频率同步成像，治疗床上预定位置设置参照红外光源，采集的图像数据发送给服务器，服务器对多组二维图像进行处理，重建人体三维轮廓信息，采用人体轮廓识别技术计算出病人身体各部位位置信息，并计算出所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息；结合所述人体三维轮廓信息及病人年龄，性别，身高，体重，胸围，腰围及皮下脂肪厚度数据，计算出各部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度。

服务器基于所述人体三维轮廓信息、所述制动装置位置信息和所述穿刺部位信息(本实例中为足背静脉)发出指令支配所述第一机械臂调整位置，使制动装置与病人穿刺侧前臂接触并保持适当压力，限制病人活动，固定穿刺部位 (本实例中为足背静脉)；服务器还基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述足背静脉发出指令支配所述第二机械臂调整位置，使探测装置与病人穿刺侧足背皮肤垂直接近，与病人皮肤接近过程中矩阵排列的红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；同时基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息、所述探测装置的信息和所述穿刺部位信息计算出所述多个红外线检测探头与穿刺部位的距离，且服务器基于采集的所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压前与人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图。服务器还基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力感受器13采集的压力数据和所述足背静脉发出指令支配所述第三机械臂调整位置，使加压装置在穿刺侧小腿一定位置加压局部皮肤，使静脉回流阻力增大，静脉血管壁扩张。所述压力感受器13 采集的压力稳定后服务器再发出支配所述第二机械臂调整位置指令，探测装置再次与病人穿刺部位的皮肤垂直接近并采集人体红外线强度数据，结合穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度服务器计算出加压后与人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图。

对比加压前后静脉三维走行图，经服务器处理计算出静脉瓣位置及静脉壁弹性情况。

服务器依据⑴静脉走行图；⑵皮下脂肪厚度；⑶静脉瓣位置；⑷静脉壁弹性情况，计算出穿刺点并计算出穿刺路径，发出指令支配第二机械臂调整位置，使消毒装置在足背皮肤涂抹消毒剂；完成后第二机械臂与消毒装置分离，与穿刺装置结合，操作穿刺针以一定角度依次穿刺皮肤，皮下组织，静脉。

结合图3，穿刺过程中A、B两点之间的斜面朝向上方，A点先进入静脉，此时调整穿刺针角度，使A点前进过程中不刺破血管后壁；B点完全进入静脉后继续前进一段距离再停止。

综上，在本发明所提供的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统中，本发明的静脉穿刺系统基于红外热成像技术，以人体为辐射源，工作时检测人体发出的热辐射，不改变被测目标的任何参数，对人体无损害，对环境无污染，而且热扫描过程简单，快捷灵敏，不需要特殊准备，经过一系列信号处理，将不可见的体表温度变化转变为可视性的红外热图，基于红外热图计算出静脉走行并实施静脉穿刺；基于本发明的静脉穿刺系统能够实现静脉精确定位及穿刺自动化，无需医护人员操作，节省医疗资源。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，包括：

治疗床；

制动装置，用于限制病人活动及固定穿刺部位；

探测装置，包括按照矩阵排列的多个红外线检测探头，用于高频同步采集人体红外线强度数据；

消毒装置，用于在病人穿刺部位皮肤执行消毒操作；

穿刺装置，用于执行穿刺操作；

加压装置，用于在穿刺静脉的近心端预定位置的皮肤执行加压操作，加压装置与病人皮肤接触部位设置有压力感受器，用于采集压力数据；

第一机械臂，所述第一机械臂的一端固定在所述治疗床上，所述第一机械臂的另一端与所述制动装置连接；

第二机械臂，所述第二机械臂的一端固定在所述治疗床上，所述第二机械臂的另一端先后与所述探测装置、所述消毒装置及所述穿刺装置连接；

第三机械臂，所述第三机械臂的一端固定在所述治疗床上，所述第三机械臂的另一端与所述加压装置连接；

多个参照红外光源，分别设置于所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置，所述消毒装置，所述穿刺装置及所述加压装置上，用于标识位置信息；

多个红外摄像头，用于采集病人及所述多个参照红外光源的多组二维图像；

数据采集单元，用于采集病人的个人信息和穿刺部位信息；其中，所述个人信息包括病人年龄、性别、身高、体重、胸围、腰围、皮下脂肪厚度数据；

服务器，分别与所述多个红外摄像头、所述数据采集单元、所述探测装置及所述压力感受器连接，用于接收所述个人信息、所述穿刺部位信息、所述多组二维图像、所述人体红外线强度数据、所述多个红外摄像头的信息、所述探测装置的信息及所述压力数据；基于所述多组二维图像及所述多个红外摄像头的信息重建病人的人体三维轮廓信息，采用人体轮廓识别技术计算出病人身体各部位位置信息，并计算出所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息；基于所述人体三维轮廓信息及所述个人信息，计算出各部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度；基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述第三机械臂的调整位置指令，并计算出加压前后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，以确定穿刺点和穿刺路径；其中，所述多个红外摄像头的信息包括各个红外摄像头的位置及角度信息；所述探测装置的信息包括多个红外线检测探头的位置及角度信息。

2.如权利要求1所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，所述基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述第三机械臂的调整位置指令过程包括：

基于所述人体三维轮廓信息、所述制动装置位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂调整位置指令时，所述制动装置与病人接触以限制病人活动及固定穿刺部位；

基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第二机械臂调整位置指令时，所述探测装置与病人穿刺部位的皮肤垂直接近，按照矩阵排列的多个红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；同时基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息、所述探测装置的信息和所述穿刺部位信息计算出所述多个红外线检测探头与穿刺部位的距离；

基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第三机械臂调整位置指令时，所述加压装置在病人的穿刺静脉的近心端预定位置的皮肤执行加压操作并使压力感受器的压力维持在一定范围。

3.如权利要求2所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，所述基于所述人体三维轮廓信息、所述治疗床、所述制动装置、所述探测装置、所述消毒装置、所述穿刺装置及所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第一机械臂、所述第二机械臂和/或所述第三机械臂的调整位置指令，并计算出加压前后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，以确定穿刺点和穿刺路径过程包括：

在基于所述人体三维轮廓信息、所述探测装置位置信息和所述穿刺部位信息发出支配所述第二机械臂调整位置指令时，所述探测装置中按照矩阵排列的多个红外线检测探头高频同步采集人体红外线强度数据；基于所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图；

在基于所述人体三维轮廓信息、所述加压装置位置信息、所述压力数据和所述穿刺部位信息发出支配所述第三机械臂调整位置指令后，再发出支配所述第二机械臂调整位置指令，所述探测装置中按照矩阵排列的多个红外线检测探头再次与病人穿刺部位的皮肤垂直接近并高频同步采集人体红外线强度数据；基于所述人体红外线强度数据、多个红外线检测探头与穿刺部位皮肤距离信息、多个红外线检测探头的位置及角度信息、穿刺部位皮下脂肪厚度及静脉走行深度，计算出加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图；

对比加压前与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图和加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图，计算出静脉瓣位置和静脉壁弹性情况；

根据加压后与所述人体三维轮廓信息整合的静脉三维走行图、皮下脂肪厚度数据、静脉瓣位置及静脉壁弹性情况，计算出穿刺点和穿刺路径。

4.如权利要求3所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，所述服务器还用于在计算出穿刺点和穿刺路径之后，发出支配所述第二机械臂调整位置指令，使所述第二机械臂先后与所述消毒装置和所述穿刺装置结合，以在病人穿刺部位皮肤执行消毒操作及在穿刺点沿穿刺路径执行穿刺操作。

5.如权利要求1所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，所述穿刺装置包括穿刺针和与所述穿刺针连接的穿刺针操作部件。

6.如权利要求5所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，所述穿刺装置还包括压力感受器，所述压力感受器设置于所述穿刺针操作部件与所述穿刺针之间，用于采集压力数据。

7.如权利要求1～6中任一项所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，还包括多个压力感受器，分别设置于所述第一机械臂与所述制动装置之间、所述第二机械臂与所述探测装置、所述消毒装置和所述穿刺装置之间、所述第三机械臂与所述加压装置之间，用于采集两个结构之间的压力数据。

8.如权利要求1～6中任一项所述的基于红外热成像技术的静脉穿刺系统，其特征在于，所述第一机械臂、所述第二机械臂及所述第三机械臂的各机械臂关节均设置有位置调整装置，用于调整机械臂关节的位置。

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