CN112881331A - 一种用于静脉注射液检测的智能光电识别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，利用中红外光谱官能团区和指纹区信息对药物成分进行识别，利用紫外吸光度对药物浓度进行计算，实现静脉注射用药物的成分和浓度识别，该系统包括图像识别模块、中红外光源模组、激光器模组、中红外干涉仪、中外红光探测器、输液袋固定组件、紫外光源模组、紫外光探测器、中红外光谱采集及处理电路、综合信号处理电路、蜂鸣器、显示模块。本发明系统同时识别药物成分和浓度，能够快速完成静脉注射液的检测，适配多种规格输液袋，适用于手动配液和自动配液机器人设备、以及输液成品核对，具备异常预警提示功能，提高静脉注射液配置工作效率同时减少医疗事故的发生。
Description
技术领域
本发明属于医用设备技术领域，涉及一种光电检测系统，更具体地，涉及一种用于检测静脉注射液药物成分和浓度的智能光电识别系统。
背景技术
静脉用药调配中心(PIVAS)简称静脉配中心，将原来分散在病区的开放环境下进行配置的静脉注射液，集中由药师审核静配处方并由医护人员在无菌洁净环境下，进行包括抗生素、全静脉营养液、肿瘤化疗药物等静脉用药的配置，为临床药物的治疗与安全合理用药服务。目前PIVAS对其工作流程、人员操作、环境设施等运行管理质量规定的行业标准仍在持续完善，发展趋势是用信息化自动设备代替大量的人工操作，提高调配工作效率的同时减少差错。PIVAS中静脉用药的配置方法有两种，一种是医护人员在密闭的无菌洁净环境里面手动提取药品完成配液动作，另一种是配药由医护人员操作自动化机械设备利用机械手按照设定的参数完成配液动作。手动配药过程由医护人员在一个相对密闭的洁净环境里面手工操作完成配液动作。两种方法在配置完成后并不能确保药物成分和剂量无误，成分错误可能直接导致严重医疗事故，剂量过低除了达不到治疗效果，还容易使病菌出现耐药性，剂量过高则容易诱发药品不良反应。
目前医院PIVAS对于静脉注射液药物成分和浓度的检测，完全依赖医护人员根据调配完成后的药瓶检查以及观察药物残留量而估算判断，但是如果实际调配操作过程中出现意外，调配后注射液中的药物成分和浓度依然存在未知数，存在导致输液医疗事故的风险。同时，由于PIVAS集中配液时间比较固定，人员劳动强度比大，空间比较封闭，医护人员难免出现疲劳和失误。为提高PIVAS静脉注射液调配效率和用药安全性，迫切需要一种能够自动完成静脉注射液药物成分和浓度检测的智能光电识别系统。
发明内容
本发明目的：为了解决背景技术中目前PIVAS完全依赖医护人员对静脉注射液调配完成后进行人工复核的问题，提供一种能够自动完成静脉注射液成品中药物成分及浓度检测的智能光电识别系统。
为解决上述问题采取的技术方案是：
提出一种用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，利用中红外光谱官能团区和指纹区信息对药物成分进行识别，利用紫外吸光度对药物浓度进行计算，综合得到待测成品注射液的药品成分和浓度信息。实现静脉注射用药物的成分和浓度识别，需要预先用本发明的智能光电识别系统开发模式分别建立药物成分和药物浓度数据库。该系统包括：图像识别模块、中红外光源模组、激光器模组、中红外干涉仪、中外红光探测器、输液袋固定组件、紫外光源模组、紫外光探测器、中红外光谱采集及处理电路、综合信号处理电路、蜂鸣器、显示模块。
所述图像识别模块，配置于所述光电检测装置的前端，用于识别药瓶上的标签以获取药品成分信息。优选的，所述图像识别模块包括摄像头、微控制器，实现对药瓶标签文字快速识别。
所述中红外光源模组，包括中红外光源、驱动电路、准直透镜。由中红外光源发出的光经过准直透镜变为平行光束，射向中红外干涉仪。优选的，中红外光源采用电调制热辐射红外源，波长满足2.5～16μm。
所述激光器模组，包括一个激光器、一个光探测器以及驱动电路，用于参考信号作为采集中红外干涉光信号的触发信号，实现等光程差采样。优选的，所述激光器为垂直腔面半导体激光器，主发光波长0.680μm，采集间隔为反射镜移动半波长即0.340μm。
所述中红外干涉仪，包括分束器、反射镜，利用分束器将进入干涉仪的光束分为两束相干光，通过反射镜后由于路径不同，两束相干光产生光程差，形成干涉，并使出射光平行射向输液袋放置架的中红外窗口。优选的，所述中红外干涉仪通过微控制器(MCU)系统控制微驱动器移动反射镜产生时域光程差，采用ZnSe分束器使干涉仪工作波段达到4000～625cm-1(2.5～16μm)。
所述中外红光探测器，面向输液袋固定组件的中红外窗口，与中红外干涉仪出光口准直。优选的，所述中外红光探测器为热释电中红外探测器，光谱响应波段满足2.5～16μm。
所述中红外光谱采集及处理电路，包括数据采集电路、数据处理电路。其中数据采集电路用于对中红外光探测器的信号，进行滤波放大处理及数模转换；数据处理电路用于对数据采集电路得到的干涉图，进行快速傅里叶变换光谱反演实时处理，再执行寻找峰值计算。优选的，所述中红外光谱采集及处理电路，基于FPGA硬件实现干涉图采样、去直流、切趾、快速傅里叶变换和寻峰，将峰值波长数组传输给所述综合信号处理电路。
所述输液袋固定组件，包括输液袋固定槽、反射式光电传感器、紫外窗口和中红外窗口，用于放置和检测调配后的成品输液袋。所述输液袋固定槽为上部分契形下部分长方形结构，用于固定输液袋并由重力保持输液袋底部垂直嵌入槽中，开放式槽适用于100-500ml输液袋。所述反射式光电传感器用于判断输液袋是否放置。优选的，紫外窗口由前后两片紫外石英片构成，使紫外光在输液袋中光程为1cm；中红外窗口为空窗口或前后两片ZnSe窗片。
所述紫外光源模组，包括一个紫外光源和一个紫外透镜，针对药物特征吸收光谱波段，用于药物浓度测量。优选的，所述紫外光源为一个310nm的紫外LED，所述紫外透镜为紫外石英透镜。
所述紫外光探测器，用于把透射过输液袋后的光功率转化为电信号，继而对吸光度进行分析。优选的，所述紫外光探测器为AlGaN半导体探测器。
所述综合信号处理电路，包括供电模块、放大及滤波模块、微控制器系统，用于比对中红外峰值波长、紫外光探测器信号放大、模数转换、数据处理，得到药物成分和浓度。药物成分识别由所述中红外光谱采集及处理电路传输来的峰值波长数组先筛除输液袋材料特征峰，然后在预存药物谱数据库中进行比对，匹配得出药物成分。药物浓度已知药品的摩尔吸光系数、探测器光谱响应有关，由预存药物的浓度工作曲线数据库中查表得出。
所述蜂鸣器，短鸣用于提示检测完成，并对药物成分错误、药物浓度超出预设阈值情况进行长鸣报警。
所述显示模块，用于显示配置后的注射液药物成分和浓度，以及报警提示信息。
本发明所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，工作流程包括以下步骤：
(1)将调配完成后的药瓶放置在图像识别模块的摄像头前，提取药瓶标签上的药品名称，并在预存药品数据库中搜索比对，将药物成分编码输出至综合信号处理电路；
(2)将成品输液袋放于输液袋固定组件上，反射式光电传感器接收到的光功率下降，得到减小数值超过阈值认为输液袋已放置；
(3)激光器发出激光通过中红外干涉仪，由于可动反射镜形成光程差变化，由探测器得到的激光干涉信号处理后作为触发信号，利用中红外光谱数据采集电路进行采样、滤波放大处理及数模转换得到干涉图，传输到数据处理电路；
(4)中红外光谱数据处理电路对干涉图进行快速傅里叶变换和寻峰，将峰值波长数组传输到综合微控制器系统；
(5)综合微控制器系统对步骤(4)中的峰值波长数组筛除输液袋材料特征峰，在预存药物中红外谱峰数据库中进行比对，匹配得出药物成分编码值。与步骤(1)中得到的药物成分编码值比对，如相同则进行下一步；如不匹配则显示识别药物成分并提示不匹配，同时蜂鸣器长鸣报警提示。
(6)紫外光源模组的紫外光源发出紫外光透射输液袋后，紫外光探测器检测到光电流，通过信号放大及滤波、数模转换以及算法处理后得到数值，调用步骤(5)匹配的药物成分编码，从预存的对应药品浓度工作曲线数据库中寻找最接近的数值，查表得到药物浓度；
(7)显示药物浓度，如药物浓度在预设范围内，蜂鸣器短叫提示检测完成；如药物浓度在预设范围外，显示药物浓度异常，并通过蜂鸣器长鸣预警；
(8)将输液袋从输液袋固定槽中取出，反射式光电传感器测得数值回到初始值附近，清除缓存数据，准备下一个输液袋检测动作。
本发明的有益效果是：
1.本发明同时识别与预设数据库中药物相同的药物成分和浓度，能够在几秒内完成一次成品静脉注射液的检测；
2.本发明适用于多种规格输液袋；
3.本发明适用于医护人员手动配液和自动配液机器人设备；
4.具有异常预警提示功能，提高PIVAS工作效率的同时降低了因人的疏忽引发的安全风险。
附图说明
图1为实施例1的智能光电识别系统的外观示意图；
图2为实施例1的智能光电识别系统的内部结构俯视示意图；
图3为实施例1的智能光电识别系统的内部结构侧面示意图。
图4是实施例1的智能光电识别系统的检测流程主程序概要框图；
其中，100-系统外壳，101-图像识别模块，102-显示模块，103-输液袋固定组件，104-中红外光源模组，105-激光器模组，106-中红外干涉仪，107-中外红光探测器，108-紫外光源模组，109-紫外光探测器，110-蜂鸣器，201-中红外光谱数据采集电路，202-中红外光谱数据处理电路，203-供电模块，204-紫外信号放大及滤波模块，205-综合微控制器系统，206-显示屏排线，301-输液袋固定槽，302-反射式光电传感器，303-紫外石英窗口，304-红外ZnSe窗口，601-分束器，602-固定反射镜，603-移动反射镜。
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。
实施例1：
请参阅图1-4，本实施例一种用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，包括系统外壳100、图像识别模块101、显示模块102、输液袋固定组件103、中红外光源模组104、激光器模组105、中红外干涉仪106、中外红光探测器107、紫外光源模组108、紫外光探测器109、蜂鸣器110、中红外光谱数据采集电路201、中红外光谱数据处理电路202、供电模块203、紫外信号放大及滤波模块204、综合微控制器系统205、显示屏排线206。其中输液袋固定组件103，包含输液袋固定槽301、反射式光电传感器302、紫外石英窗口303和和红外ZnSe窗口304。其中中红外干涉仪106，包括分束器601、固定反射镜602、移动反射镜603以及透镜组。中红外光源模组104发出的中红外，经过中红外干涉仪106等厚干涉调制后，从输液袋固定组件103的红外ZnSe窗口304透射，由中外红光探测器107采集。其工作流程主要程序框图如图4所示，具体包括如下步骤：
(1)打开电源，将药品瓶放置在图像识别模块101的摄像头前，提取药瓶标签上的药品名称，显示模块102显示药品名称并提示放置输液袋，比对预存药品数据库中搜索，将药物成分编码值输出至综合微控制器系统205；
(2)将成品输液袋放置于输液袋固定槽301中，反射式光电传感器302接收到信号减小，检测到输液袋已放置，执行后序程序；
(3)激光器模组105的0.680μm垂直腔面半导体激光器发出激光通过中红外干涉仪106，由探测器得到的干涉信号处理后作为触发信号，利用基于FPGA的中红外光谱数据采集电路201对中外红光探测器107的信号进行采样、滤波放大处理及数模转换，将数据传输到中红外光谱数据处理电路202；
(4)中红外光谱数据处理电路202基于FPGA硬件对干涉图进行快速傅里叶变换和寻峰，将峰值波长数组传输到综合微控制器系统205；
(5)综合微控制器系统205对步骤(4)中的峰值波长数组筛除输液袋材料特征峰，在预存药物中红外谱峰数据库中进行比对，匹配得出药物成分编码值。与步骤(1)中得到的药物成分编码值比对，如相同则进行下一步；如不匹配则显示模块102显示识别药物成分并提示不匹配，同时蜂鸣器110长鸣报警提示；
(6)紫外光源模组108的AlGaN半导体紫外LED发出紫外光透射输液袋后到达半导体紫外光探测器109，通过信号放大及滤波模块204，输入到综合微控制器系统205经过数模转换以及算法处理后得到数值，调用步骤(5)匹配的药物成分编码，从预存的对应药品浓度工作曲线数据库中寻找最接近的数值，查表得到药物浓度；
(7)显示模块102显示药物浓度，如药物浓度在预设范围内，蜂鸣器110短叫提示检测完成；如药物浓度在预设范围外，显示模块102提示药物浓度异常，并通过蜂鸣器110长鸣预警；
(8)将输液袋从输液袋固定槽301中取出，反射式光电传感器302测得数值回到初始值附近，清除缓存数据，准备下一个输液袋检测动作。
实施例2：
将实施例1中的图像识别模块101作为外部配件，通过数据线与本发明的系统主机连接，使图像识别模块101自由安装，得以适配自动配药机器人设备。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化、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 (10)
1.一种用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：利用中红外光谱和紫外吸光度对静脉注射中药物成分和浓度进行识别，综合得到待测成品注射液的药品成分和浓度信息，包括图像识别模块、中红外光源模组、激光器模组、中红外干涉仪、中外红光探测器、输液袋固定组件、紫外光源模组、紫外光探测器、中红外光谱采集及处理电路、综合信号处理电路、蜂鸣器、显示模块，所述图像识别模块配置于所述光电检测装置的前端，用于识别药瓶上的标签以获取药品成分信息与后续检测结果匹配，所述中红外光源模组包括中红外光源、驱动电路、准直透镜，由中红外光源发出的光经过准直透镜变为平行光束，射向中红外干涉仪。
2.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述激光器模组包括一个激光器、一个光探测器以及驱动电路，以参考信号作为采集中红外干涉光信号的触发信号，实现等光程差采样。
3.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述中红外干涉仪包括分束器、反射镜，利用分束器将进入干涉仪的光束分为两束相干光，通过反射镜后由于路径不同，两束相干光产生光程差，形成干涉，并使出射光平行射向输液袋放置架的中红外窗口。
4.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述中外红光探测器面向输液袋固定组件的中红外窗口，与中红外干涉仪出光口准直。
5.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述中红外光谱采集及处理电路包括数据采集电路、数据处理电路，其中数据采集电路对中红外光探测器的信号进行滤波放大处理及数模转换；数据处理电路对数据采集电路得到的干涉图，进行快速傅里叶变换光谱反演实时处理，再执行寻找峰值计算。
6.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述输液袋固定组件包括输液袋固定槽、反射式光电传感器、紫外窗口和中红外窗口，用于放置和检测调配后的成品输液袋，所述输液袋固定槽为上部分契形下部分长方形结构，开放式槽适用于100-500ml输液袋，所述反射式光电传感器用于判断输液袋是否放置。
7.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述紫外光源模组包括紫外光源和紫外透镜。
8.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述紫外光探测器把透射过输液袋后的光功率转化为电信号，继而对吸光度进行分析。
9.根据权利要求1所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：所述综合信号处理电路包括供电模块、放大及滤波模块、微控制器系统，用于比对中红外峰值波长、紫外光探测器信号放大、模数转换、数据处理，得到药物成分和浓度，药物成分识别由所述中红外光谱采集及处理电路传输来的峰值波长数组先筛除输液袋材料特征峰，然后在预存药物谱数据库中进行比对，匹配得出药物成分。
10.根据权利要求1-9任一所述的用于静脉注射液检测的智能光电识别系统，其特征在于：工作流程包括以下步骤：
(1)将调配完成后的药瓶放置在图像识别模块的摄像头前，提取药瓶标签上的药品名称，并在预存药品数据库中搜索比对，将药物成分编码输出至综合信号处理电路；
(2)将成品输液袋放于输液袋固定组件上，反射式光电传感器接收到的光功率下降，得到减小数值超过阈值认为输液袋已放置；
(3)激光器发出激光通过中红外干涉仪，由于可动反射镜形成光程差变化，由探测器得到的激光干涉信号处理后作为触发信号，利用中红外光谱数据采集电路进行采样、滤波放大处理及数模转换得到干涉图，传输到数据处理电路；
(4)中红外光谱数据处理电路对干涉图进行快速傅里叶变换和寻峰，将峰值波长数组传输到综合微控制器系统；
(5)综合微控制器系统对步骤(4)中的峰值波长数组筛除输液袋材料特征峰，在预存药物中红外谱峰数据库中进行比对，匹配得出药物成分编码值，与步骤(1)中得到的药物成分编码值比对，如相同则进行下一步；如不匹配则显示识别药物成分并提示不匹配，同时蜂鸣器长鸣报警提示。
(6)紫外光源模组的紫外光源发出紫外光透射输液袋后，紫外光探测器检测到光电流，通过信号放大及滤波、数模转换以及算法处理后得到数值，调用步骤(5)匹配的药物成分编码，从预存的对应药品浓度工作曲线数据库中寻找最接近的数值，查表得到药物浓度；
(7)显示药物浓度，如药物浓度在预设范围内，蜂鸣器短叫提示检测完成；如药物浓度在预设范围外，显示药物浓度异常，并通过蜂鸣器长鸣预警；
(8)将输液袋从输液袋固定槽中取出，反射式光电传感器测得数值回到初始值附近，清除缓存数据，准备下一个输液袋检测动作。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113514412A (zh) * | 2021-03-23 | 2021-10-19 | 南京信息工程大学 | 用于监测调配后输液袋中药物浓度的光电检测装置及方法 |
| CN113990438A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 重庆电子工程职业学院 | 一种基于协作机器人的疫苗接种系统及方法 |
| CN116242803A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-09 | 四川威斯派克科技有限公司 | 一种袋装注射液成分的无损检测方法 |
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2021
- 2021-03-19 CN CN202110295541.1A patent/CN112881331A/zh not_active Withdrawn
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| CN113990438B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-05-28 | 重庆电子工程职业学院 | 一种基于协作机器人的疫苗接种系统 |
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