CN111281346B - 基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置。该采血定位装置的组成包括医用消毒喷洒模块A、计算机视觉模块B、core‑x‑y运动模块C、控制模块D、支撑框架E、计算机和底板；其中，底板上的一侧固定有支撑框架E，支撑框架E上方固定有计算机视觉模块B；底板上的另一侧从左至右分别固定有医用消毒喷洒模块A和core‑x‑y运动模块C；控制模块D安装在core‑x‑y运动模块C的下方的底板上；本发明可以保证采血定位部分可以在平面内自由移动，到达计算机指定的采血点，高效准确完成静脉采血定位任务。

Description

基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体地涉及到计算机视觉领域与医疗护理领域。

背景技术

现如今，对于国内的传统人工采血，存在着医疗资源不足，人均护士拥有量少，采血任务繁重的问题，更重要的是人工静脉采血定位成功率低，一旦人工静脉采血定位不准易给患者造成较大痛苦；对静脉血管不明显的人群，传统凭经验确定采血点成功率较低等问题。采用电子信息技术应用于医疗设备，以适应医疗的需要，成为一种趋势。例如专利“基于红外成像技术的手背静脉注射仪，申请号2016108431423”，就是将红外成像技术应用到静脉穿刺的中，利用仪器测量计算的准确性代替人工带来的不确定因素，提高静脉穿刺的成功率，使得手背静脉穿刺的治疗手段变得简单、准确、快速。但是由于不同个体的的生理情况(静脉分布，身材，血管粗细等)不同原因，存在着静脉采血点不易定位的局限。

而随着科技的发展，计算机视觉是深度学习最早实现突破的领域，其应用在医疗领域方兴未艾，并成为一种趋势。但是，通过计算机视觉仅仅只能识别静脉进行筛选，具体工作实施还需要适合的硬件来配合，依靠机械结构地运行，实现精确定位采血点的目标。并且，应用计算机视觉，对机械结构的平稳运动和精准度具有很高的要求结合，这些都需要对相关装置进行深入的研究。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置。该采血定位装置通过core-x-y运动模块的设计，具体来说，就是采用两个步进电机将横纵两个方向的滑杆和皮带进行连接，组成core-x-y运动模块，通过控制两个电机的正反转，实现纵方向滑杆的纵向伸缩运动以及其在横方向滑杆上的横向平移运动。本发明可以保证采血定位部分可以在平面内自由移动，到达计算机指定的采血点，高效准确完成静脉采血定位任务。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置，该采血定位装置的组成包括医用消毒喷洒模块A、计算机视觉模块B、core-x-y运动模块C、控制模块D、支撑框架E、计算机和底板；其中，底板上的一侧固定有支撑框架E，支撑框架E上方固定有计算机视觉模块B；底板上的另一侧从左至右分别固定有医用消毒喷洒模块A和core-x-y运动模块C；控制模块D安装在core-x-y运动模块C的下方的底板上；

所述的医用消毒喷洒模块A，其组成包括消毒液容器、按压电机、固定立板；其中，消毒液容器固定在底板上的一端，其右侧为固定立板；消毒液容器上设置有按压电机；

所述的计算机视觉模块B，其组成包括无畸变光学摄像头，摄像头铝型材支撑架、吹雾装置、红外探测器和喷头；其位置关系为：“门”字形摄像头铝型材支撑架安装在支撑框架上方，无畸变光学摄像头安装在摄像头铝型材支撑架顶部的下表面的中部，吹雾装置安装在无畸变摄像头铝型材支撑架底部的内侧；红外探测器安装在支撑框架E右端的上方伸入手臂的位置；喷头安装在支撑框架E的内侧，无畸变摄像头下方；

所述的core-x-y运动模块C的组成包括第一步进电机，第二步进电机，传动皮带，纵滑杆，支撑横杠，前挡板，后挡板，横滑杆，第五传动轮和转换器；

其中，第一步进电机通过基座固定于立板的右侧；第二步进电机安装在底板的右端，两个电机相同、安装高度相等，相距40～60厘米；两电机之间安装有一个支撑横杠；

所述的转换器的组成包括上支撑片、下支撑片、4个传动轮、支撑部分和圆柱环滑槽；下支撑片上方为上支撑片，两支撑片平行，通过支撑部分相连；所述的支撑部分为投影呈正方形分布的四根支撑杆；每个支撑杆的中部均安装有一个传动轮，4个传动轮呈正方形分布，相邻传动轮之间的间距与第一步进电机上部驱动的主动轮的直径匹配；4个传动轮和两个步进电机的主动轮的高度相等；下支撑片上表面，安装有2组平行的圆环柱滑槽，1组同一轴心的圆环柱滑槽前后分布安装在一侧，另1组同一轴心的圆环柱滑槽前后分布安装在支撑部分另一侧；上支撑片的下表面，安装有2组平行的圆环柱滑槽，1组同一轴心的圆环柱滑槽安装在一侧，另1组同一轴心的安装在另一侧；8根圆环柱滑槽均处于四根支撑杆形成的正方形外侧；

两个横滑杆从这两组圆环柱滑槽中穿过，两端分别固定在两个步进电机的侧面；上支撑片下表面安装的2组平行的圆环柱滑槽，全部朝向纵向，2个纵滑杆从这2组圆环柱滑槽中穿过，2组纵滑杆的两端分别固定有前挡板，后挡板，后挡板的中部还固定有第五传动轮，该传动轮的高度与转换器的4个传动轮的高度相等，直径匹配；

两根横滑杆通过穿过滑槽，担载起转换器，转换器的另一个方向的滑槽则担载起纵滑杆，前挡板和后挡板安装固定在纵滑杆的两端；

所述的传动皮带在起始于前挡板的左端，与前挡板的左端相固定，从内侧绕过支撑杆上第一传动轮，转向90度在横方向上与步进电机上的主动轮转头外侧贴合张紧；再转向180度到达支撑杆上的第二传动轮内侧绕过，转向90度后与后挡板上的第五传动轮外侧贴合；再转向180度到达支撑杆上的第三传动轮，从其内侧绕过后转向90度，在横方向上与步进电机的主动轮转头外侧贴合；再转向180度到达支撑杆上的第四传动轮，从内侧绕过后转向90度，与前挡板的右端相固定在纵方向上，终止于前挡板的右端；

所述的core-x-y运动模块C的前挡板的前端固定有舵机，舵机上连接着舵杆，舵杆下部设置有滑块，滑块左端与舵机相固定，右端与与记号笔相连接。

所述的计算机和控制模块、无畸变光学摄像头分别相连，控制模块还分别和第一步进电机、第二步进电机、舵机、吹雾装置、红外探测器、按压电机、喷头相连。

所述的控制模块D包括单片机，其组成还包括第一步进电机驱动，第二步进电机驱动，开关按钮，制动按钮和电源。

所述的单片机的型号为STM32F103。

本发明的实质性特点为：

本发明在机械结构方面进了行创新，采用core-x-y运动结构，用两个步进电机将横纵两个方向的滑杆通过皮带和传动齿轮进行缠绕连接，组成core-x-y运动结构。通过控制电机的正反转，实现水平面内的移动。

本发明也在标记部分进行机械结构的设计组装，采用体积小、反应快、方便安装SG90舵机，通过SG90舵机控制记号笔完成向下的采血定位动作。卫生要求也是采血定位过程中的重要事项，为此，本发明设计消毒模块，通过按压电机使消毒液容器内的消毒液通过喷头进行喷洒消毒，保证干净卫生进行作业。作品外观简洁大方，功能完整，实用性强，提高了医疗效率，也为智能医疗提供了很好的发展方向。

本发明的有益效果为：

1.基于计算机视觉的智能采血定位装置，代替传统的人工静脉采血定位，使静脉采血定位可不依赖于专业人员而能自行完成，缓解了医疗资源的紧张，提高了医疗效率，减少人力资源的占用，使静脉采血的定位过程变得简单、准确，减轻患者的精神压力。据数据统计，传统的采血依靠人工定位的方式，对于新生儿、儿童、肥胖者等静脉不明显的人群来说，单纯依赖护士的经验无法有效保证采血定位成功率。国外统计资料表明：普通成人静脉首次采血失败率为28％；儿童静脉首次采血失败率为44％；儿童中需尝试采血3次以上成功的比例为43％；癌症患者中采血完全失败的比例为12％；住院病人中，入院三天后发生采血困难的比例为25％。采用计算机视觉对静脉图像进行处理，并结合本发明所设计软件和硬件相配合，普通成人静脉最佳采血点成功定位并在之后进行采血的成功率可达92％。大大提升了采血的成功率。

2.基于计算机视觉的智能采血定位装置，采用自行设计的静脉识别筛选软件，将计算机视觉应用于智能采血定位。大在近红外光线700～900nm这个波长段，皮肤、骨骼和脂肪等组织都是近乎透明的，而血红蛋白对于近红外光线有较强的吸收能力，同时含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白对于不同波长的近红外光也有不同的吸收率。如图10所示，静脉血中的脱氧血红蛋白(HB)对波长为760nm左右的近红外光有明显的吸收作用。利用这一特性，采用近红外成像技术，对皮下血管组织进行红外成像。红外摄像头窄带效果良好，可以将血红蛋白吸收760nm光的特性明显地显示出来，可以精准识别肉眼难以观察的静脉分布，并能够通过该筛选软件将观测对象与标准数据源匹配，由计算机自行选定最佳采血位点，大大提高了采血定位的准确性。采血定位装置的控制软件的一系列算法对该最佳位点坐标进行虚拟定位，控制core-x-y运动模块精准移动到该位点进行采血定位。该采血定位装置还具备自动对采血定位区域进行消毒的功能，可以高自动化程度地完成整个定位过程，安全卫生。

3.基于计算机视觉的智能采血定位装置的core-x-y运动模块，具有横方向和纵方向的水平滑杆，可到达定位平面的任何位置，当人的手臂置于采血垫上时，不会出现因为采血位置变化而无法到达采血点进行采血定位的情况。同时，配合虚拟定位软件系统、舵机和记号笔结构和42BYGH 34-401A步进电机的使用，使采血定位结构尺寸微型化，低功耗，工作时平稳无振动，机械运动时运动顺畅，可精确到达指定采血位置，使整个发明可以实现在三维空间的采血定位要求，克服了传统人工静脉采血定位不准的问题。

附图说明

图1是本发明的整体模块示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的core-x-y运动模块主视图；

图4是本发明的core-x-y运动模块左视图；

图5是本发明的core-x-y运动模块俯视图；

图6是本发明的core-x-y运动模块转换器结构图；

图7是本发明的舵机和记号笔结构示意图；

图8是本发明的core-x-y运动模块转换器内部平面示意图(俯视图内部)；

图9是本发明的系统原理框图；

图10是血红蛋白吸收光谱图；

图11是本发明的硬件编程流程图；

图12是本发明的core-x-y运动模块纵向运动原理图；

图13是本发明的core-x-y运动模块横向运动原理图；

图14是本发明的红外成像图；

图15，图16，图17是本发明的不同图像处理过程中的静脉图像；其中，图15a为直方图均衡化后的效果图，图15b为伽柏滤波后的效果图；图16a为二值化后的效果图，图16b为腐蚀后的效果图；图17a为平滑化后的效果图，图17b为最终确定采血定位后效果图；

其中，A部分是医用消毒喷洒模块，B部分是计算机视觉模块,C部分是core-x-y运动模块,D部分是控制模块，E部分是支撑框架；

1.无畸变摄像头；2.吹雾装置；3.红外探测器；4.按压电机；5.舵机；6.消毒液容器；7.记号笔；8.固定立板；9.单片机；10.开关按钮；11.制动按钮；12.摄像头铝型材支撑架；13.第一步进电机驱动；14.第二步进电机驱动；15.电源；16.纵滑杆；17.喷头；18.第一步进电机；19.第二步进电机；20.支撑横杠；21.传动皮带；22.上支撑片；23.下支撑片；24.传动轮；25.支撑杆；26.前挡板；27.后挡板；28.横滑杆；29.圆柱环滑槽；30.舵杆；31滑块

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

所述的一种基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置，如图1所示，该采血定位装置的组成包括医用消毒喷洒模块A、计算机视觉模块B、core-x-y运动模块C、控制模块D、支撑框架E和底板和计算机；其中，底板上的一侧固定有支撑框架E，支撑框架E上方固定有计算机视觉模块B；底板上的另一侧从左至右分别固定有医用消毒喷洒模块A和core-x-y运动模块C；控制模块D安装在core-x-y运动模块C的下方的底板上；计算机设置在底板旁。

所述支撑框架和底板E主要为计算机视觉模块B起支撑作用和划定采血手臂的放置位置，支撑框架安装在底板上，在本发明的左侧位置。所述计算机视觉模块B和core-x-y运动模块C为整个装置的核心结构部件，完成静脉采血定位、复位等动作。控制模块D为整个装置的核心控制部件，接收并发出指令以驱动相应设备，消毒喷洒模块A作为整个发明的辅助机构，为整个采血过程的安全与卫生提供保障。

所述的医用消毒喷洒模块A，具体如图2所示，其组成包括消毒液容器6、按压电机4、固定立板8；其中，消毒液容器6固定在底板上的一端，其右侧为固定立板8；消毒液容器6上设置有按压电机4；所述的消毒液容器6承装消毒液；按压电机4将消毒液压入喷头；固定立板8起支撑作用，并将消毒喷洒模块A和core-x-y运动模块C分隔开来。

所述的计算机视觉模块B，其组成包括无畸变光学摄像头1，摄像头铝型材支撑架12、吹雾装置2、红外探测器3和喷头17；其位置关系为：“门”字形摄像头铝型材支撑架12安装在支撑框架上方，无畸变光学摄像头1安装在摄像头铝型材支撑架12顶部的下表面的中部，吹雾装置2安装在无畸变摄像头铝型材支撑架12底部的内侧；红外探测器3安装在支撑框架E右端的上方伸入手臂的位置；喷头17安装在支撑框架E的内侧，无畸变摄像头1下方；

所述的整体铝型材支撑架12上侧凹槽内部安装有连接细杆，可拆卸，可由螺丝和连接细杆将摄像头铝型材支撑架12与支撑框架相固定。

所述的无畸变光学摄像头1具体为全瑞视讯高清红外摄像头；所述的吹雾装置2具体为鸿兴散热风扇；所述的红外探测器3具体为HC-SR501人体红外感应模块。，它们的作用分别为：无畸变光学摄像头1进行手臂图像的采集，吹雾装置2吹散消毒液雾，红外探测器3检测到人体时，发出允许消毒信号。

所述的core-x-y运动模块C如图3-5所示，其组成包括第一步进电机18，第二步进电机19，传动皮带21，纵滑杆16，支撑横杠20，前挡板26，后挡板27，横滑杆28，传动轮(第五传动轮)24和转换器；

其中，第一步进电机18通过基座固定于立板8的右侧；第二步进电机19通过基座安装在底板的右端，两个电机相同、安装高度相等，相距40～60厘米；两电机18和19之间通过一根支撑横杠20连接。

所述的转换器的组成如图6所示，包括上支撑片22、下支撑片23、传动轮24、支撑部分和圆柱环滑槽29；下支撑片23上方为上支撑片22，两支撑片平行，通过支撑部分相连；所述的支撑部分为投影呈正方形分布的四根支撑杆25；每个支撑杆25的内侧中部均安装有一个传动轮24(4个传动轮呈正方形分布，相邻传动轮之间的间距与第一步进电机18上部驱动的主动轮的直径匹配；4个传动轮和两个步进电机的主动轮的高度相等)；下支撑片23上表面，安装有2组(4个)平行的圆环柱滑槽29，1组(2个)同一轴心的圆环柱滑槽前后分布安装在一侧，另1组(2个)同一轴心的圆环柱滑槽前后分布安装在支撑部分另一侧；上支撑片22的下表面，安装有2组(4个)平行的圆环柱滑槽29，1组(2个)同一轴心的圆环柱滑槽安装在一侧，另1组(2个)同一轴心的安装在另一侧；8根圆环柱滑槽29均处于四根支撑杆25形成的正方形外侧；下支撑片23上表面安装的2组平行的圆环柱滑槽29，全部朝向横向；

两个横滑杆28从这两组圆环柱滑槽29中穿过，两端分别固定在步进电机18和19的侧面；上支撑片22下表面安装的2组平行的圆环柱滑槽29，全部朝向纵向，2个纵滑杆16从这2组圆环柱滑槽29中穿过(即上支撑片22下表面的圆环柱滑槽的轴线的投影方向均垂直于下支撑片23上表面的圆柱形滑槽的轴线方向)，2组纵滑杆16的两端分别固定有前挡板26，后挡板27，后挡板27的中部还固定有一个传动轮(第五传动轮)，该传动轮的高度与转换器的4个传动轮的高度相等，直径匹配。

两根横滑杆28通过穿过滑槽29，担载起转换器，转换器的另一个方向的滑槽则担载起纵滑杆，前挡板26和后挡板27安装固定在纵滑杆的两端。

如图8所示，一条传送皮带21在起始于前挡板26的左端，与前挡板26的左端相固定，从内侧绕过支撑杆25上传动轮24(第一传动轮)，转向90度在横方向上与步进电机18上的主动轮转头外侧贴合张紧；再转向180度到达支撑杆25上的传动轮24(第二传动轮)内侧绕过，转向90度后与后挡板27上的传动轮(第五传动轮)24外侧贴合；再转向180度到达支撑杆25传动轮24(第三传动轮)，从其内侧绕过后转向90度，在横方向上与步进电机19的主动轮转头外侧贴合；再转向180度到达支撑杆25传动轮24(第四传动轮)，从内侧绕过后转向90度，与前挡板26的右端相固定在纵方向上，终止于前挡板26的右端。

如图13所示，两个步进电机18和19同时顺时针转动时，各自的主动轮(连接步进电机18的为第一主动轮和连接步进电机19的为第二主动轮)在电机驱动下同步顺时针转动，第一主动轮和第二主动轮的旋转与皮带21产生摩擦力，带动皮带21顺时针移动，转换器下部的2个传动轮24(第二传动轮、第三传动轮)在皮带21摩擦力作用下逆时针转动，后挡板27上的传动轮24在皮带21作用下顺时针转动，由于皮带21的移动，使得前挡板26右端的皮带21施加给前挡板26以拉力，前挡板26左侧的皮带施加给前挡板26以推力。

如图3所示，在拉力和推力的共同作用下，使转换器通过4个圆柱环滑槽29在横方向的两个横滑杆28上向右移动，带动前挡板26向右移动。转换器上部的两个传动轮(第一传动轮、第四传动轮)不动。

同理，两个步进电机18和19同时逆时针转动时，使转换器通过4个圆柱环滑槽29在横方向的两个横滑杆28上向左移动，带动前挡板26向左移动。

如图12所示，当步进电机18逆时针转动、同时步进电机19顺时针转动时，步进电机18的主动轮(连接步进电机18的为第一主动轮和连接步进电机19的为第二主动轮)在电机驱动下同步逆时针转动，步进电机19的主动轮在电机驱动下同步顺时针转动，转换器下部的2个传动轮24(第二传动轮、第三传动轮)，第二传动轮在皮带21摩擦力作用下顺时针转动，第三传动轮在皮带21摩擦力作用下逆时针转动，后挡板27上的传动轮(第五传动轮)24不动，转换器上部的两个传动轮(第一传动轮、第四传动轮)，第一传动轮顺时针运动、第四传动轮逆时针运动。由于皮带21的移动，使得前挡板26右端的皮带21施加给前挡板26以向下拉力，前挡板26左侧的皮带21施加给前挡板26以向下拉力。

如图4所示，在拉力作用下，使2个纵滑杆16在4个圆柱环滑槽29在纵方向上向后移动，带动前挡板远离支撑框架；

同理，当步进电机18顺时针转动、同时步进电机19逆时针转动时，在拉力作用下，使2个纵滑杆16在4个圆柱环滑槽29在纵方向上向前移动。

计算机和控制模块、无畸变光学摄像头1分别相连，控制模块还分别和第一步进电机18、第二步进电机19、舵机5、吹雾装置2、红外探测器3、按压电机4、喷头17相连；制动按钮分别和两个步进电机的供电回路相连。遇到紧急情况时，人为按下制动按钮。

所述的控制模块D包括单片机，其组成还包括第一步进电机驱动13，第二步进电机驱动14，开关按钮10，制动按钮11和电源15。其位置关系为单片机9安装在底板上侧，支撑框架左侧，靠近两个电机的驱动13和14。第一步进电机驱动13安装在底板上方，第一步进电机18的右下方。第二步进电机驱动14安装在底板上方，第二步进电机19的左下方，与第一步进电机驱动13并列。开关按钮10安装在支撑框架的前侧板上，制动按钮11安装在支撑框架的前侧板上，在开关按钮10正下方。电源15安装在底板上侧，支撑框架左侧，靠近第二步进电机驱动14。

所述的单片机的型号具体为STM32F103。

所述的舵机5的位置如图7所示，core-x-y运动模块C的前挡板26的前端固定有舵机5，舵机5上连接着舵杆30，舵杆30下部是一个可上下移动的带有滑道的滑块31，滑块31左端与舵机5相固定，右端与与记号笔7相连接。

通过舵机5转动角度变化使舵杆30下压滑块31带动记号笔7向下完成在手臂皮肤上确定采血点的工作，完成确定采血点的动作。确定采血点过程完成后，与之前的寻点定位动作同理，进行复位，工作完成。记号笔选用的是得力油性记号笔，笔尖细软，直径约1mm。

各部件的工作方式和机理：

采血定位装置的系统原理框9所示，其工作过程可分为成像、准备、定位三个过程。采血定位装置上电后，小臂进入框架，摄像头照射的小臂部分，然后进行图像处理，确定出一个合适的采血点，然后由机械运动进行采血点定位。

首先经由无畸变光学摄像头在显示器端生成清晰的静脉成像图，计算机对静脉图进行处理，在处理后的静脉图中生成最佳采血点，采血定位装置自动完成消毒、定位、复位等一系列动作，同时将采血定位装置运行状态通过软件界面进行反馈。

在进行具体操作时，按下前侧板上的开关按钮10，将手臂放入支撑框架的手臂放置垫，红外探测器3会进行感应。红外探测器3是靠探测人体发射的红外线来进行工作的。探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。红外传感器采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生允许消毒信号，检测到人体时，红外传感器发出允许消毒信号。

单片机9接受到允许消毒信号时，单片机控制继电器给按压电机4接入6V电压，按压电机4通过齿轮的啮合，带动挤压头挤压喷头17，使其喷洒出消毒雾体，在消毒3秒后后，单片机9控制吹雾装置2接入电路，使液雾尽快汽化。

当人的手臂放入相应的采血位置后，无畸变摄像头1进行工作摄像，计算机在获取静脉成像图后，依次对静脉图进行切割、直方图均衡化(Histogram)、伽柏滤波(GaborFilter)、二值化(Binaryzation)、腐蚀(Erosion)、平滑化(Smoothing)等软件算法处理，得到高还原度的二值静脉图。由计算机自行选定最佳的采血点，完成最佳采血点的标定后，静脉筛选定位软件将最佳采血区域的像素坐标信息传递给虚拟定位系统。

所述的虚拟定位系统的内容为公知技术，本领域人员根据相关算法和流程可以实施，也可以通过商购获得，比如从淘宝金骏开发团队等购买。相关的虚拟定位、静脉筛选可以从以下相关文献得到：基于C#的串口通信系统的设计和实现[J].(刘马飞.物联网技术,2019)、基于C#的串口通信系统的研究与设计[J].(周阳,周美娇,黄波,刘金利.电子测量技术,2015)、一种基于OpenCV的指静脉图像匹配方法[J].(蓝波,吴昊,赵双喜.电子设计工程,2019)、基于Gabor滤波和形态学变换的手臂静脉线提取[J].(彭晓光,王彪,唐超颖,苏菡,陈晓腾.计算技术与自动化),2018、生物特征提取的滤波器参数设计[J].(马帅旗.陕西理工大学学报(自然科学版),2018)。

虚拟定位系统将生成的像素坐标信息传递给core-x-y运动模块C，使其完成一系列的寻点定位、复位等动作，同时将运动采血系统的运行状态实时反馈给计算机，呈现在显示器上：

当core-x-y运动模块C工作时，单片机9将相应的脉冲信号传送给步进电机的驱动18和19，驱动将脉冲信号转换为步进电机18和19的位移信号，使步进电机18和19工作。单片机9依据先前计算得到的延时时间，向步进电机驱动器13和14发送周期为1毫秒的PWM波，用延时时间除以PWM波的周期，即可计算出控制器接收到的脉冲数，脉冲数乘以步距角等于步进电机18和19转过的角度，从而计算出运动机构的拟移动位移。步进电机18和19工作时，由步进电机18和19带动传动皮带21使core-x-y运动模块C在纵滑杆16和横滑杆28上进行横纵方向的运动，其中，两步进电机18和19同时逆时针转动时在横滑杆28上进行横向负方向的移动。第一步进电机18顺时针转动，第二步进电机19逆时针转动时进行纵向正方向的移动，第一步进电机18逆时针转动，第二步进电机19顺时针转动时进行纵向负方向的移动。当运动到虚拟定位系统选定的像素坐标后，进行定位动作，舵机5(所用舵机为SG90型号体积小，质量轻，便于安装)前端安装记号笔7，通过舵机5转动角度变化使舵杆30下压滑块31带动记号笔7向下完成在皮肤确定采血点的工作，完成确定采血点的动作。确定采血点过程完成后，与之前的寻点定位动作同理，进行复位，工作完成。

若采血过程中core-x-y运动模块出现故障，可按下制动按钮11使core-x-y运动模块C制动，保证整个定位过程的安全性。

从上面的具体实施方式可以看出，本发明基于计算机视觉设计了静脉识别筛选软件，可识别静脉分布，并通过该筛选软件将观测对象与标准数据源匹配，由计算机自行选定最佳采血位点，提高了静脉采血定位准确性。同时，也设计了一系列算法对该最佳位点坐标进行虚拟定位，控制机械采血结构精准移动到该位点进行采血定位。

进而，通过利用无畸变光学摄像头在显示器端生成清晰的静脉成像图，经由设计的控制软件系统对静脉图进行处理，在处理后的静脉图中生成最佳采血点，采血定位装置自动完成消毒、定位、复位等一系列动作，同时在运行过程中将采血定位装置运行状态通过软件界面进行反馈。仪器的精确测量计算可大大提高采血定位准确性，使静脉采血这种治疗手段变得简单、准确，减轻患者的精神压力，尤其对于那些晕血的患者。因此，本发明的基于计算机视觉的采血定位装置，实现了最大程度上解决医疗资源不足，采血定位任务繁重，传统采血定位成功率低，需要依靠大量实践经验等一系列问题。为此，基于以上医疗现状，我们设计了基于计算机视觉的智能化医疗仪器，代替传统的人工静脉采血，使静脉采血定位可不依赖于专业人员而能自行完成。

图14是本发明的红外成像图，利用而血红蛋白对于近红外光线有较强的吸收能力，对皮下血管组织进行红外成像,将红外成像后的静脉明显地显示出来。

图15，16，17是本发明的图像处理后的静脉图像。通过一系列的图像处理技术定位最终的静脉采血位置。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (3)

1.一种基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置，其特征为该采血定位装置的组成包括医用消毒喷洒模块A、计算机视觉模块B、core-x-y运动模块C、控制模块D、支撑框架E、计算机和底板；其中，底板上的一侧固定有支撑框架E，支撑框架E上方固定有计算机视觉模块B；底板上的另一侧从左至右分别固定有医用消毒喷洒模块A和core-x-y运动模块C；控制模块D安装在core-x-y运动模块C的下方的底板上；

所述的医用消毒喷洒模块A，其组成包括消毒液容器、按压电机、固定立板；其中，消毒液容器固定在底板上的一端，其右侧为固定立板；消毒液容器上设置有按压电机；

所述的计算机视觉模块B，其组成包括无畸变光学摄像头，摄像头铝型材支撑架、吹雾装置、红外探测器和喷头；其位置关系为：“门”字形摄像头铝型材支撑架安装在支撑框架上方，无畸变光学摄像头安装在摄像头铝型材支撑架顶部的下表面的中部，吹雾装置安装在无畸变摄像头铝型材支撑架底部的内侧；红外探测器安装在支撑框架E右端的上方伸入手臂的位置；喷头安装在支撑框架E的内侧，无畸变摄像头下方；

所述的core-x-y运动模块C的组成包括第一步进电机，第二步进电机，传动皮带，纵滑杆，支撑横杠，前挡板，后挡板，横滑杆，第五传动轮和转换器；

其中，第一步进电机通过基座固定于立板的右侧；第二步进电机安装在底板的右端，两个电机相同、安装高度相等；两电机之间安装有一个支撑横杠；

所述的转换器的组成包括上支撑片、下支撑片、4个传动轮、支撑部分和圆柱环滑槽；下支撑片上方为上支撑片，两支撑片平行，通过支撑部分相连；所述的支撑部分为投影呈正方形分布的四根支撑杆；每个支撑杆的中部均安装有一个传动轮，4个传动轮呈正方形分布，相邻传动轮之间的间距与第一步进电机上部驱动的主动轮的直径匹配；4个传动轮和两个步进电机的主动轮的高度相等；下支撑片上表面，安装有2组平行的圆环柱滑槽，1组同一轴心的圆环柱滑槽前后分布安装在一侧，另1组同一轴心的圆环柱滑槽前后分布安装在支撑部分另一侧；上支撑片的下表面，安装有2组平行的圆环柱滑槽，1组同一轴心的圆环柱滑槽安装在一侧，另1组同一轴心的安装在另一侧；8根圆环柱滑槽均处于四根支撑杆形成的正方形外侧；

两个横滑杆从这两组圆环柱滑槽中穿过，两端分别固定在两个步进电机的侧面；上支撑片下表面安装的2组平行的圆环柱滑槽，全部朝向纵向，2个纵滑杆从这2组圆环柱滑槽中穿过，2组纵滑杆的两端分别固定有前挡板，后挡板，后挡板的中部还固定有第五传动轮，该传动轮的高度与转换器的4个传动轮的高度相等，直径匹配；

两根横滑杆通过穿过滑槽，担载起转换器，转换器的另一个方向的滑槽则担载起纵滑杆，前挡板和后挡板安装固定在纵滑杆的两端；

所述的传动皮带在起始于前挡板的左端，与前挡板的左端相固定，从内侧绕过支撑杆上第一传动轮，转向90度在横方向上与步进电机上的主动轮转头外侧贴合张紧；再转向180度到达支撑杆上的第二传动轮内侧绕过，转向90度后与后挡板上的第五传动轮外侧贴合；再转向180度到达支撑杆上的第三传动轮，从其内侧绕过后转向90度，在横方向上与步进电机的主动轮转头外侧贴合；再转向180度到达支撑杆上的第四传动轮，从内侧绕过后转向90度，与前挡板的右端相固定在纵方向上，终止于前挡板的右端；

所述的core-x-y运动模块C的前挡板的前端固定有舵机，舵机上连接着舵杆，舵杆下部设置有滑块，滑块左端与舵机相固定，右端与与记号笔相连接；

所述的计算机和控制模块、无畸变光学摄像头分别相连，控制模块还分别和第一步进电机、第二步进电机、舵机、吹雾装置、红外探测器、按压电机、喷头相连；

所述的控制模块还包括第一步进电机驱动，第二步进电机驱动，开关按钮，制动按钮和电源；

所述的第一步进电机和第二步进电机相距40~60厘米。

2.如权利要求1所述的基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置，其特征为所述的控制模块D包括单片机。

3.如权利要求2所述的基于计算机视觉的智能静脉采血定位装置，其特征为所述的单片机的型号为STM32F103。