CN112354047B - 一种自动识别针管血液回流的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动识别针管血液回流的检测装置及方法，装置包括竖直旋转电动滑台、水平旋转电动滑台、注射器滑台、注射器活塞杆滑台，竖直旋转电动滑台、水平旋转电动滑台相连接，水平旋转电动滑台连接注射器滑台，注射器滑台连接注射器活塞杆滑台，注射器活塞杆滑台连接注射器，注射器的侧部设置图像传感器，图像传感器与控制器电连接，控制器与服务器电连接。本发明实现了自动识别注射器针管是否回血，为皮试、肌肉注射等提供参考，节约了时间、提升了工作效率；实现了对注射器刺入采血、回抽操作的自动控制，医务人员只需远程操作即可，减轻医患交叉感染风险。血液图像函数的识别参数范围设置参照人体血液标准，识别精度高。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种自动识别针管血液回流的检测装置及方法。
背景技术
目前，医院中如皮试、疫苗接种等药液微量注射的操作，需要在针管针头刺入皮肤后进行回抽操作，肉眼判定是否刺入血管，并由医务人员感受回抽的张力，如果不小心刺入血管，回抽即可抽出血液，针管前端会变红。但是，医务人员进行上述过程的重复操作，工作强度较大，容易造成误差，且医务人员与患者近距离接触也容易交叉感染。
申请号CN201821090368.1的专利公开了一种采血器及动脉血识别仪，动脉血识别仪包括固定夹、光电传感器、识别仪主体、单片机及指示件，光电传感器包括发射管及接收管。使用时，将固定夹夹持在针管的外壁上，光电传感器的发射管发射红外光，红外光穿过针管及针管内的血液后由接收管接收，接收管将接收的红外光信号传递至单片机，单片机根据红外光的信号强度获取血氧饱和度值，并将血氧饱和度值传递给指示件，通过指示件指出针管内的血液是动脉血或静脉血。因此相较于传统依靠人为的临床经验来判断的方式，能够更快速判断针管内的血液是动脉血还是静脉血。但是，其通过光电传感器作为信号采集传感器，如果应用在注射器中判断是否有血液，会存在如下问题：针管内的药液有时也不一定是透明的，如果是类似血液的深色药液，将会干扰采集信号，对于最终的识别结果造成误差。
因此，亟待设计一种自动识别针管血液回流的检测装置及方法，可以自动识别注射器针管是否回血，为皮试、肌肉注射等提供参考。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种自动识别针管血液回流的检测装置及方法，以解决现有的血液识别仪以光电传感器作为信号采集传感器，识别精度差，存在较大误差的问题。
(二)技术方案
为实现上述自动识别针管血液回流的检测装置及方法解决现有的血液识别仪以光电传感器作为信号采集传感器，识别精度差，存在较大误差的问题，本发明提供如下技术方案：
一种自动识别针管血液回流的检测装置，包括竖直旋转电动滑台、水平旋转电动滑台、注射器滑台、注射器活塞杆滑台，所述竖直旋转电动滑台、水平旋转电动滑台相连接，所述水平旋转电动滑台连接注射器滑台，所述注射器滑台连接注射器活塞杆滑台，所述注射器活塞杆滑台连接注射器，所述注射器的侧部设置图像传感器，所述图像传感器与控制器电连接，所述控制器与服务器电连接；
所述注射器活塞杆滑台包括第一丝杆电机、第一电机固定零件、第一丝杆螺帽、第一滑块、第一滑轨、第一丝杆支撑轴承，所述第一丝杆电机通过第一电机固定零件安装在转接板上，所述第一丝杆电机的丝杆贯穿连接在第一滑块中，所述滑块第一滑块外部与第一滑轨相接触，所述第一滑轨安装在转接板上；
所述注射器滑台包括第二丝杆电机、第二电机固定零件、第二丝杆螺帽、第二滑块、第二滑轨、第二丝杆支撑轴承，所述第二丝杆电机通过第二电机固定零件安装在底板上，所述第二丝杆电机的丝杆贯穿连接在第二滑块中，所述第二滑块外部与第二滑轨相接触，所述第二滑轨安装在底板上；
一种自动识别针管血液回流的检测装置，还包括以下检测方法：
控制注射器滑台将注射器插入对应位置，然后控制注射器活塞杆滑台回抽抽取液体液，然后通过图像传感器拍摄注射器内的液体；
将拍摄的所述注射器内药液的药液图片的颜色模型从RGB转换为HSV，并对HSV颜色模型的药液图片做直方图均衡化；
利用颜色识别函数对直方图均衡化后的HSV颜色模型的药液图片进行颜色识别；
得到药液图片的二值图像，对所述药液图片的二值图像进行开操作和闭操作，获得所述药液图片的二值图像的范围及坐标；
将所述药液图片的二值图像与阈值图像进行对比，判断所述药液图片内是否有血液图片，所述阈值图像为注射器内没有血液回流时的照片处理后的二值图像。
优选的，所述皮试装置转接板上还安装夹爪，所述夹爪夹住注射器的腔体，所述第一滑块前端与注射器的抽吸杆连接。
优选的，所述控制器包括单片机处理器、电机驱动模块、电源模块、网络通讯接口、触摸屏，所述单片机处理器与电机驱动模块、电源模块、网络通讯接口、触摸屏电性连接，所述单片机处理器还与图像传感器电性连接，所述电机驱动模块输出端连接丝杆电机，所述电源模块还与电机驱动模块电性连接，所述单片机处理器通过网络通讯接口连接服务器。
优选的，所述注射器的腔体后部与转接板之间还设置基准零件。
优选的，所述第一滑块连接注射器的抽吸杆的部分剖面形状为倒L形。
优选的，所述第一丝杆电机的丝杆前端连接在第一丝杆支撑轴承中，所述第一丝杆电机的丝杆后端通过第一丝杆螺帽连接在第一滑块上；所述第二丝杆电机的丝杆前端连接在第二丝杆支撑轴承中，所述第二丝杆电机的丝杆后端通过第二丝杆螺帽连接在第二滑块上。
优选的，所述第一丝杆电机、第二丝杆电机的丝杆分别贯穿连接在第一滑块、第二滑块中，其中所述第一丝杆电机、第二丝杆电机的丝杆外侧设置螺纹，所述第一滑块、第二滑块内部设置螺纹孔，所述第一丝杆电机、第二丝杆电机的丝杆外侧与第一滑块、第二滑块内部通过螺纹连接。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种自动识别针管血液回流的检测装置及方法，具备以下有益效果：
1、本发明通过设计图像传感器、服务器，实现了自动识别注射器针管是否回血，为皮试、肌肉注射等提供参考，无需通过医务人员肉眼判断，节约了时间、提升了工作效率；通过设置注射器滑台、注射器活塞杆滑台，实现了对注射器刺入采血、回抽操作的自动控制，医务人员只需远程操作即可，减轻医患交叉感染风险。
2、本发明的血液图像识别方法依次为：HSV模型转换、直方图均衡化、inRange()函数颜色识别得到二值图像、对二值图像进行开操作和闭操作等，得出二值图像的范围及坐标，最终与服务器内没有血液回流时的照片处理后的二值图像进行对比，即可判断出是否有血液回流。其中，inRange()函数的识别参数范围设置参照人体血液标准，识别精度高。
附图说明
图1为本发明一种自动识别针管血液回流的检测装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种自动识别针管血液回流的检测装置的注射器图像采集示意图；
图3为本发明一种自动识别针管血液回流的检测装置的控制器原理框图。
图中：1、竖直旋转电动滑台；2、水平旋转电动滑台；3、第一丝杆电机；4、第一电机固定零件；5、第一丝杆螺帽；6、第一滑块；7、第一滑轨；8、第一丝杆支撑轴承；9、基准零件；10、夹爪；11、图像传感器；12、转接板；13、注射器；22、底板；23、第二丝杆电机；24、第二电机固定零件；25、第二丝杆螺帽；26、第二滑块；27、第二滑轨；28、第二丝杆支撑轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种自动识别针管血液回流的检测装置，包括竖直旋转电动滑台1、水平旋转电动滑台2、注射器滑台、注射器活塞杆滑台，竖直旋转电动滑台1、水平旋转电动滑台2相连接，水平旋转电动滑台2连接注射器滑台，注射器滑台连接注射器活塞杆滑台，注射器活塞杆滑台连接注射器13，注射器13的侧部设置图像传感器11，图像传感器11与控制器电连接，控制器与服务器电连接。
其中，注射器活塞杆滑台包括第一丝杆电机3、第一电机固定零件4、第一丝杆螺帽5、第一滑块6、第一滑轨7、第一丝杆支撑轴承8，第一丝杆电机3通过第一电机固定零件4安装在转接板12上，第一丝杆电机3的丝杆贯穿连接在第一滑块6中，滑块第一滑块6外部与第一滑轨7相接触，第一滑轨7安装在转接板12上；
注射器滑台包括第二丝杆电机23、第二电机固定零件24、第二丝杆螺帽25、第二滑块26、第二滑轨27、第二丝杆支撑轴承28，第二丝杆电机23通过第二电机固定零件24安装在底板22上，第二丝杆电机23的丝杆贯穿连接在第二滑块26中，第二滑块26外部与第二滑轨27相接触，第二滑轨27安装在底板22上。
皮试装置转接板12上还安装夹爪10，夹爪10夹住注射器13的腔体，第一滑块6前端与注射器13的抽吸杆连接。注射器13的腔体后部与转接板12之间还设置基准零件9。
第一滑块6连接注射器13的抽吸杆的部分剖面形状为倒L形。
第一丝杆电机3的丝杆前端连接在第一丝杆支撑轴承8中，第一丝杆电机3的丝杆后端通过第一丝杆螺帽5连接在第一滑块6上；第二丝杆电机23的丝杆前端连接在第二丝杆支撑轴承28中，第二丝杆电机23的丝杆后端通过第二丝杆螺帽25连接在第二滑块26上。
第一丝杆电机3、第二丝杆电机23的丝杆分别贯穿连接在第一滑块6、第二滑块26中，其中第一丝杆电机3、第二丝杆电机23的丝杆外侧设置螺纹，第一滑块6、第二滑块26内部设置螺纹孔，第一丝杆电机3、第二丝杆电机23的丝杆外侧与第一滑块6、第二滑块26内部通过螺纹连接。
如图3所示，控制器包括单片机处理器、电机驱动模块、电源模块、网络通讯接口、触摸屏，单片机处理器与电机驱动模块、电源模块、网络通讯接口、触摸屏电性连接，单片机处理器还与图像传感器11电性连接，电机驱动模块输出端连接丝杆电机3，电源模块还与电机驱动模块电性连接，单片机处理器通过网络通讯接口连接服务器。
本实施例的工作原理是：
首先，通过调整竖直旋转电动滑台1、水平旋转电动滑台2调整药液采集装置到合适位置，竖直旋转电动滑台1、水平旋转电动滑台2可以调整使得药液采集装置在空间运动，调整皮试装置本体到合适位置便于采集操作。同时，通过夹爪10夹取注射器13，使注射器13的针柄面靠紧基准零件9，以注射器的针柄面为控制的基准面。每次配好新药液后，药瓶中的药液量是一定的，可供n次皮试用，上了新药瓶之后，控制器计数清零。整个过程包括：
第一步：机器控制注射器滑台向前运动，进而夹持注射器的注射器活塞杆滑台向前运动，使得针头向上插入提前配好药液的药瓶中(针头针尖在液面以下)，接着控制注射器活塞杆滑台向后移动，注射器吸入一定量的药液。
第二步：控制注射器滑台向后退缩，进而注射器活塞杆滑台整体向后退缩，注射器从药瓶中拔出，完成一次药液抽吸。
第三步：然后控制调整竖直旋转电动滑台1、水平旋转电动滑台2位置，再控制注射器滑台整体向前移动，使得注射器针头插入患者手臂；然后，控制注射器活塞杆滑台整体向后移动一小段距离，对患者手臂进行抽吸，看是否可以抽吸出血液，判断是否插入血管。其中，对患者手臂抽吸一小段距离同时，图像传感器采集注射器图像发送到单片机处理器，并最终通过服务器判断是否抽吸出血液。
第四步：如果通过上述第三步判断注射器针头插入的是患者手臂正确位置(不是血管位置)，控制注射器活塞杆滑台向前推进，进行自动注射。如果判断针管内血液过多，则判断误入血管，提示止血压迫、重新穿刺。
其中，上述对注射器活塞杆滑台控制的原理为：操作触摸屏让外部控制器实现对注射器活塞杆滑台的控制，如图3所示，单片机处理器接收到控制信号，通过电机驱动模块驱动丝杆电机工作，其中丝杆电机为步进电机，可以实现丝杆正反转，电机驱动模块为电机驱动芯片，这里型号不做具体限制，比如L9170。由于第一丝杆电机3的丝杆贯穿连接在第一滑块6中，其中第一丝杆电机3的丝杆外侧设置螺纹，第一滑块6内部设置螺纹，第一丝杆电机3的丝杆外侧与第一滑块6内部通过螺纹连接，从而电机正反转时，第一滑块6将前后运动，而第一滑块6连接注射器13的抽吸杆，进而注射器13的抽吸杆前后运动，实现注射器的抽吸操作。
如图1所示，注射器滑台与注射器活塞杆滑台结构和工作原理相同，其中注射器活塞杆滑台是用来控制注射器的活塞杆前后移动实现吸取药液或者注射。注射器滑台是用来控制注射器活塞杆滑台整体前后移动，进而实现注射器插入或者拔出药瓶。注射器滑台包括第二丝杆电机23、第二电机固定零件24、第二丝杆螺帽25、第二滑块26、第二滑轨27、第二丝杆支撑轴承28，其部件与注射器活塞杆滑台对应，原理相同，这里不再赘述。
实施例2
本发明还提供一种自动识别针管血液回流的检测方法，包括：
控制注射器滑台将注射器插入对应位置，然后控制注射器活塞杆滑台回抽抽取液体液，然后通过图像传感器拍摄注射器内的液体；
将拍摄的所述注射器内药液的药液图片的颜色模型从RGB转换为HSV，并对HSV颜色模型的药液图片做直方图均衡化；
利用颜色识别函数对直方图均衡化后的HSV颜色模型的药液图片进行颜色识别；
得到药液图片的二值图像，对所述药液图片的二值图像进行开操作和闭操作，获得所述药液图片的二值图像的范围及坐标；
将所述药液图片的二值图像与阈值图像进行对比，判断所述药液图片内是否有血液图片，所述阈值图像为注射器内没有血液回流时的照片处理后的二值图像。
本实施例采用的颜色识别函数为inRange()函数，且inRange()函数中设置的参数上下限为红色在HSV颜色模型中的H取值，即160-179。
以下对自动识别针管血液回流的检测方法进行具体阐述：
数字图像处理中常用的采用模型是RGB(红，绿，蓝)模型和HSV(色调，饱和度，亮度)，RGB广泛应用于彩色监视器和彩色视频摄像机，平时的图片一般都是RGB模型。而HSV模型更符合人描述和解释颜色的方式，HSV的彩色描述对人来说是自然且非常直观的。
HSV模型中颜色的参数分别是：色调(H：hue)，饱和度(S：saturation)，亮度(V：value)，也称六角锥体模型。其中：
色调：用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时针方向计算，红色为0°，绿色为120°,蓝色为240°。它们的补色是：黄色为60°，青色为180°，品红为300°；
饱和度：取值范围为0.0～1.0，值越大，颜色越饱和；
亮度：取值范围为0(黑色)～255(白色)。
OpenCV下有个函数可以直接将RGB模型转换为HSV模型，OpenCV中H∈[0,180)，S∈[0,255]，V∈[0,255]。H分量基本能表示一个物体的颜色，但是S和V的取值也要在一定范围内，因为S代表的是H所表示的那个颜色和白色的混合程度，也就说S越小，颜色越发白，也就是越浅；V代表的是H所表示的那个颜色和黑色的混合程度，也就说V越小，颜色越发黑。经过实验，识别蓝色的取值是H在100到140，S和V都在90到255之间。一些基本的颜色H的取值可以如下设置：橙色0-22；黄色22-38；绿色38-75；蓝色75-130；蓝紫色130-160；红色160-179。
OpenCV首先读取一张图片或从视频读取一帧图像，并转为HSV模型；然后对彩色图像做直方图均衡化，接着就是进行颜色检测，本实施例用void inRange(InputArray src,InputArray lowerb,InputArray upperb,OutputArray dst)函数进行颜色检测，这个函数的作用就是检测src图像的每一个像素是不是在lowerb和upperb之间，如果是，这个像素就设置为255，并保存在dst图像中，否则为0。通过上面的函数就可以得到目标颜色的二值图像，接着先对二值图像进行开操作，删除一些零零星星的噪点，再使用闭操作，连接一些连通域，也就是删除一些目标区域的白色的洞。
本实施例的inRange()函数中设置的参数上下限为红色在HSV颜色模型中的H取值，即160-179，因为血液颜色为红色，同时将HSV颜色模型中的S取值、V取值根据人体血液的颜色标准进行设置，这样对于血液图像颜色的识别范围就较为严苛，不会出现药液为其他类血液颜色导致识别误差的问题。
当注射器中有血液回流，通过图像传感器采集的图像中就有红色区域，然后对有红色区域的图像经过HSV模型转换、直方图均衡化、inRange()函数颜色识别得到二值图像、二值图像进行开操作和闭操作等操作，就可以得出二值图像的范围及坐标，最终与服务器内没有血液回流时的照片处理后的二值图像进行对比，即可判断出是否有血液回流。
综上，本发明通过设计图像传感器、服务器，实现了自动识别注射器针管是否回血，为皮试、肌肉注射等提供参考，无需通过医务人员肉眼判断，节约了时间、提升了工作效率；通过设置注射器滑台、注射器活塞杆滑台，实现了对注射器刺入采血、回抽操作的自动控制，医务人员只需远程操作即可，减轻医患交叉感染风险。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，包括竖直旋转电动滑台（1）、水平旋转电动滑台（2）、注射器滑台、注射器活塞杆滑台，所述竖直旋转电动滑台（1）、水平旋转电动滑台（2）相连接，所述水平旋转电动滑台（2）连接注射器滑台，所述注射器滑台连接注射器活塞杆滑台，所述注射器活塞杆滑台连接注射器（13），所述注射器（13）的侧部设置图像传感器（11），所述图像传感器（11）与控制器电连接，所述控制器与服务器电连接；
所述注射器活塞杆滑台包括第一丝杆电机（3）、第一电机固定零件（4）、第一丝杆螺帽（5）、第一滑块（6）、第一滑轨（7）、第一丝杆支撑轴承（8），所述第一丝杆电机（3）通过第一电机固定零件（4）安装在转接板（12）上，所述第一丝杆电机（3）的丝杆贯穿连接在第一滑块（6）中，所述滑块第一滑块（6）外部与第一滑轨（7）相接触，所述第一滑轨（7）安装在转接板（12）上；
所述注射器滑台包括第二丝杆电机（23）、第二电机固定零件（24）、第二丝杆螺帽（25）、第二滑块（26）、第二滑轨（27）、第二丝杆支撑轴承（28），所述第二丝杆电机（23）通过第二电机固定零件（24）安装在底板（22）上，所述第二丝杆电机（23）的丝杆贯穿连接在第二滑块（26）中，所述第二滑块（26）外部与第二滑轨（27）相接触，所述第二滑轨（27）安装在底板（22）上；
一种自动识别针管血液回流的检测装置，还包括以下检测方法：
控制注射器滑台将注射器插入对应位置，然后控制注射器活塞杆滑台回抽抽取液体液，然后通过图像传感器拍摄注射器内的液体；
将拍摄的所述注射器内药液的药液图片的颜色模型从RGB转换为HSV，并对HSV颜色模型的药液图片做直方图均衡化；
利用颜色识别函数对直方图均衡化后的HSV颜色模型的药液图片进行颜色识别；
得到药液图片的二值图像，对所述药液图片的二值图像进行开操作和闭操作，获得所述药液图片的二值图像的范围及坐标；
将所述药液图片的二值图像与阈值图像进行对比，判断所述药液图片内是否有血液图片，所述阈值图像为注射器内没有血液回流时的照片处理后的二值图像。
2.根据权利要求1所述的一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，所述转接板（12）上还安装夹爪（10），所述夹爪（10）夹住注射器（13）的腔体，所述第一滑块（6）前端与注射器（13）的抽吸杆连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，所述控制器包括单片机处理器、电机驱动模块、电源模块、网络通讯接口、触摸屏，所述单片机处理器与电机驱动模块、电源模块、网络通讯接口、触摸屏电性连接，所述单片机处理器还与图像传感器（11）电性连接，所述电机驱动模块输出端连接第一丝杆电机（3），所述电源模块还与电机驱动模块电性连接，所述单片机处理器通过网络通讯接口连接服务器。
4.根据权利要求1所述的一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，所述注射器（13）的腔体后部与转接板（12）之间还设置基准零件（9）。
5.根据权利要求1所述的一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，所述第一滑块（6）连接注射器（13）的抽吸杆的部分剖面形状为倒L形。
6.根据权利要求1所述的一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，所述第一丝杆电机（3）的丝杆前端连接在第一丝杆支撑轴承（8）中，所述第一丝杆电机（3）的丝杆后端通过第一丝杆螺帽（5）连接在第一滑块（6）上；所述第二丝杆电机（23）的丝杆前端连接在第二丝杆支撑轴承（28）中，所述第二丝杆电机（23）的丝杆后端通过第二丝杆螺帽（25）连接在第二滑块（26）上。
7.根据权利要求1所述的一种自动识别针管血液回流的检测装置，其特征在于，所述第一丝杆电机（3）、第二丝杆电机（23）的丝杆分别贯穿连接在第一滑块（6）、第二滑块（26）中，其中所述第一丝杆电机（3）、第二丝杆电机（23）的丝杆外侧设置螺纹，所述第一滑块（6）、第二滑块（26）内部设置螺纹孔，所述第一丝杆电机（3）、第二丝杆电机（23）的丝杆外侧与第一滑块（6）、第二滑块（26）内部通过螺纹连接。
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