CN113616299A - 一种智能控制的输液穿刺系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能控制的输液穿刺系统，该系统包括拍摄待穿刺位置处于松弛状态时的第一局部血管图像以及拍摄待穿刺位置处于收紧状态时的第二局部血管图像的摄像头，对穿刺位置消毒和完成穿刺动作的穿刺部件，布置在穿刺部件下方及在穿刺动作进行前使静脉血管保持充盈的栓紧部件，接收摄像头信息进行计算处理并发出调控信息的主机，接收主机信号发出语音指示的语音部件，以及将所述栓紧部件、所述穿刺部件和所述主机连接安装在一起的框架。本发明通过对所述输液穿刺系统穿刺过程的智能控制大量减少护理人员的机械劳动量和提高护理人员的工作效率。

Description

一种智能控制的输液穿刺系统

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种智能控制输液穿刺系统。

背景技术

输液(静脉滴注)是现代医学常用的治疗手段之一，由于现有的输液设备通常依赖于医务人员的手动操作，导致输液在临床护理中占据了大量的医护资源。同时在输液穿刺的过程中，穿刺成功率和患者舒适度与医务人员的经验和患者的血管状态高度相关，不可避免的会产生人为失误。

本实验团队长期针对智能化输液穿刺的相关技术进行大量相关记录资料的浏览和研究，同时依托相关资源，并进行大量相关实验，经过大量检索发现存在的现有技术如JP2016123794A、US07935090B2、KR101553228B1和CN105288778B，如现有技术的一种自动输液器，所述自动输液器典型的一般包括控制系统、框架、药液吊挂装置、穿刺针摄像头、穿刺针移动装置、以及穿刺针插拔装置，通过控制穿刺针移动装置更换输液瓶，当检测到最后一瓶药液输完，控制静脉针从患者静脉里拔出，缩回到静脉针腔内，完成整个输液过程。

为了解决本领域输液穿刺智能化程度不高，在输液穿刺过程中过分依赖医务人员经验水平，无法保证穿刺效果，同时没有对输液穿刺过程实时检测输液针压力变化，无法保证穿刺成功率。通过感测不同阶段输液针的压力变化指导所述机械手自动完成穿刺过程，有效提高注射成功率。同时通过对所述输液穿刺系统穿刺过程的智能控制大量减少护理人员的机械劳动量和提高护理人员的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前现有技术所存在的不足，提出了一种智能控制输液穿刺系统。

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种智能控制输液穿刺系统，所述输液穿刺系统包括放置在机械手夹取装置上拍摄待穿刺位置处于松弛状态时的第一局部血管图像以及拍摄待穿刺位置处于收紧状态时的第二局部血管图像的摄像头，对穿刺位置消毒和完成穿刺动作的穿刺部件，布置在穿刺部件下方及在穿刺动作进行前使静脉血管保持充盈的栓紧部件，接收摄像头信息进行计算处理并发出调控信息的主机，接收主机信号发出语音指示的语音部件，以及将所述栓紧部件、所述穿刺部件和所述主机连接安装在一起的框架。

可选的，述穿刺部件包括完成取放输液针动作和完成X-Y-Z三个方向移动的机械手、放置在框架上与输液瓶通过管道连接的输液针、放置在所述机械手夹取装置上的对穿刺位置喷洒消毒液进行消毒的消毒液喷头。

可选的，所述输液针包括与所述光学形状感测单元连接且具有反射FBG结构的光纤、围绕所述光纤环形呈对称均匀交错分布的具有不同泊松比的第一涂层和第二涂层。

可选的，所述机械手包括接收主机信号取或放输液针的夹取装置、驱动所述夹取装置完成X-Y-Z三个方向移动的驱动装置。

可选的，所述栓紧部件包括呈半圆环、里侧布置有可电信号控制的充气囊的栓紧头，与所述栓紧头连接的丝杠，驱动所述丝杠的电动机及分布在充气囊上检测充气囊栓紧力的压力传感器。

可选的，所述主机包括收集所述摄像头拍摄图像信息的采集单元，对比所述第一局部血管图像和所述第二局部血管图像确定血管的线性形态和粗细程度的处理单元，根据所述处理单元确定的血管线性形态和粗细程度选择坐标原点和扎针位置并计算所述扎针位置的坐标的计算单元，控制所述机械手夹取装置和所述机械手驱动装置的控制单元，以及测量所述输液针内变形弯曲的光学形状感测单元。

可选的，所述输液穿刺系统自动完成输液穿刺过程的处理步骤如下：

步骤S1，所述主机发送信号给所述语音部件，所述语音部件发出语音提示患者将手腕水平放置在所述框架平板的避污纸上；

步骤S2，所述栓紧部件对被抽血人员穿刺位置往上10cm手腕处进行栓紧作业；

步骤S3，当栓紧作业完成之后，通过设置在所述机械手前端的所述摄像头对被抽血人员的手臂上的筋脉进行识别确定穿刺位置；

步骤S4，所述消毒液喷头接收主机信号对输液针位置喷洒消毒液进行消毒；

步骤S5，所述主机通过发送电信号控制所述夹取装置抓取放置在所述框架固定位置的所述输液针，所述主机根据所述摄像头监测到的信息来调整机械手的位置移动进行穿刺动作；

步骤S6，所述主机将所述光学形状感测单元检测到的所述输液针头压力变化与模拟输液针穿过血管的压力比较，当感测值与模拟的最佳位置压力差值小于阀值时则所述机械手停止移动同时所述夹取装置松开所述输液针；

步骤S7，所述机械手回到初始位置，所述栓紧部件停止栓紧作业，所述语音部件提示护理人员把患者手腕举起且移走所述输液穿刺系统。

本发明所取得的有益效果是：

1.通过感测穿刺不同阶段输液针的压力变化有效提高了输液穿刺系统的准确性。

2.通过不同阶段输液针的压力变化指导所述机械手自动完成穿刺过程有效提高注射成功率。

3.通过对所述输液穿刺系统穿刺过程的智能控制大量减少护理人员的机械劳动量和提高护理人员的工作效率。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的输液穿刺系统的模块化示意图。

图2为本发明的输液穿刺系统的主机控制原理示意图。

图3为本发明的输液穿刺系统的主要装置装配示意图。

图4为本发明的输液针结构示意图。

图5为本发明的输液穿刺系统穿刺过程的智能控制的流程示意图。

附图说明:1-夹取装置；2-驱动装置；3-栓紧部件；4-输液针；5-光纤；6-第一涂层；7-第二涂层。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

结合附图1-5，本实施例构造了一种能智能控制的自动输液穿刺系统；

所述输液穿刺系统包括放置在机械手夹取装置1上拍摄待穿刺位置处于松弛状态时的第一局部血管图像以及拍摄待穿刺位置处于收紧状态时的第二局部血管图像的摄像头，对穿刺位置消毒和完成穿刺动作的穿刺部件，布置在穿刺部件下方及在穿刺动作进行前使静脉血管保持充盈的栓紧部件，接收摄像头信息进行计算处理并发出调控信息的主机，接收主机信号发出语音指示的语音部件，以及将所述栓紧部件、所述穿刺部件和所述主机连接安装在一起的框架。

所述穿刺部件包括完成取放输液针动作和完成X-Y-Z三个方向移动的机械手、放置在框架上与输液瓶通过管道连接的输液针4、放置在所述机械手夹取装置上的对穿刺位置喷洒消毒液进行消毒的消毒液喷头。

所述输液针4包括与所述光学形状感测单元连接且具有反射FBG结构的光纤5、围绕所述光纤环形扇区均匀交错分布的具有不同泊松比的第一涂层6和第二涂层7。

所述机械手包括接收主机信号取或放输液针的夹取装置、驱动所述夹取装置完成X-Y-Z三个方向移动的驱动装置2。

所述栓紧部件包括呈半圆环、里侧布置有可电信号控制的充气囊的左栓紧头和右栓紧头，与所述左栓紧头连接的第一丝杠，提供动力给所述第一丝杠的第一电动机，与所述右栓紧头连接的所述第二丝杠，提供动力给所述第二丝杠的第二电动机，以及分布在充气囊上检测充气囊栓紧力的压力传感器。其中，所述左栓紧头和右栓紧头还包括柔性保护套以保护患者皮肤免受伤害，所述柔性保护套没有在图三装配示意图表示出来。

所述主机包括收集所述摄像头拍摄图像信息的采集单元，对比所述第一局部血管图像和所述第二局部血管图像确定血管的线性形态和粗细程度的处理单元，根据所述处理单元确定的血管线性形态和粗细程度选择坐标原点和扎针位置并计算所述扎针位置的坐标的计算单元，控制所述机械手夹取装置和所述机械手驱动装置的控制单元，以及测量所述输液针内变形弯曲的光学形状感测单元。

所述输液穿刺系统自动完成输液穿刺过程的处理步骤如下：

步骤S1，所述主机发送信号给所述语音部件，所述语音部件发出语音提示患者将手腕水平放置在所述框架平板的避污纸上；

步骤S2，所述栓紧部件对被抽血人员穿刺位置往上10cm手腕处进行栓紧作业；

步骤S3，当栓紧作业完成之后，通过设置在所述机械手前端的所述摄像头对被抽血人员的手臂上的筋脉进行识别确定穿刺位置；

步骤S4，所述消毒液喷头接收主机信号对输液针位置喷洒消毒液进行消毒；

步骤S5，所述主机通过发送电信号控制所述夹取装置抓取放置在所述框架固定位置的所述输液针，所述主机根据所述摄像头监测到的信息来调整机械手的位置移动进行穿刺动作；

步骤S6，所述主机将所述光学形状感测单元检测到的所述输液针头压力变化与模拟输液针穿过血管的压力比较，当感测值与模拟值的最佳位置压力差值小于一定值时则机械手停止移动同时所述夹取装置松开所述输液针；

步骤S7，所述机械手回到初始位置，所述栓紧部件上的所述左栓紧头和所述右栓紧头分别移开，所述语音部件提示护理人员把患者手腕举起且移走所述输液穿刺系统。

实施例二：

结合附图1-5，除了包含以上实施例的内容以外，还在于：

所述输液针包括与所述光学形状感测单元连接且具有反射FBG结构的光纤5、围绕所述光纤环形呈对称均匀交错分布的具有不同泊松比的第一涂层和第二涂层。所述第一涂层和所述第二涂层使用具有相似的热膨胀系数、相似的杨氏弹性模量和不同的泊松比的涂层材料，其中所述第一涂层和所述第二涂层材料热膨胀系数之间的差低于10％，并且所述第一涂层和所述第二涂层的泊松比之间的差大于75％。由于泊松比的不同，所述第一涂层和所述第二涂层受到压力时产生不同的变形，同时所述第一涂层和所述第二涂层围绕所述光纤环形对称均匀交错分布从而使得所述光纤围绕纵轴成螺旋形变形。

所述光纤被连接到所述光学形状感测单元以进行通信，血液的液体静压在涂层上施加径向力(应力)，所述径向力引起涂层在径向上的压缩(轴向应变)并且伴随有纵向上的膨胀(横向应力)，同时由于所述第一涂层与所述第二涂层本身泊松比不同，泊松比大的涂层产生的径向力更大导致光纤产生弯曲变形，同时由于所述第一涂层和所述第二涂层围绕所述光纤环形对称均匀交错分布，使得所述光纤围绕纵轴成螺旋形变形。所述光纤将感测到的液体压力转变成形状变化，所述光学形状感测单元根据所述光纤产生的形状变化转化成电信号，再由处理单元将所述电信号转化为数据形式，通过计算单元计算所述输液针当前所处液体的压力。其中应力(或压力)与应变的比率由杨氏模量给出，而横向应变与轴向应变的比率由涂层材料的泊松数给出。

所述主机将所述光学形状感测单元检测到的所述输液针头压力变化与模拟输液针穿过血管的压力比较，当感测值与模拟的最佳位置压力差值小于阈值时则机械手停止移动同时所述夹取装置松开所述输液针。所述具体处理步骤如下：

步骤S21，所述控制单元控制所述输液针在抵达患者穿刺位置处皮肤后移动一个单位；

步骤S22，所述采集单元获取光学形状感测的输液针形状变化电信号，并把所述输液针形状变化电信号发送至处理单元，所述处理器将其转化为数据形式，再由计算单元计算出所述输液针当前所处压力P_n，n代表所述控制单元控制所述输液针在抵达患者穿刺位置处皮肤后移动的第n个单位；

步骤S23，所述计算单元将所述输液针当前所处压力P_n与模拟的最佳位置压力P₀进行比较：

如果|P_n-P₀|大于允许的误差，执行步骤S1；

如果|P_n-P₀|小于或等于允许的误差,执行步骤S4；

步骤S24，所述输液针当前所处压力P_n处于最佳位置，输液针停止移动同时所述夹取装置松开所述输液针。

实施例三：

结合附图1-5，除了包含以上实施例的内容以外，还在于：

所述栓紧部件包括呈半圆环、里侧布置有可电信号控制的充气囊的左栓紧头和右栓紧头，与所述左栓紧头连接的第一丝杠，提供动力给所述第一丝杠的第一电动机，与所述右栓紧头连接的所述第二丝杠，提供动力给所述第二丝杠的第二电动机，以及分布在充气囊上检测充气囊栓紧力的压力传感器。

所述控制单元接收所述计算单元发出的作业指令开启所述第一电动机和所述第二电动机，所述第一丝杠带动所述左栓紧头往里移动到指令位置处，同时所述第二丝杠带动所述右栓紧头往里也移动到指令位置处，所述控制单元控制往所述充气囊填充气体，直到所述压力传感器测量值达到第一阈值后停止充气，保证对不同形态的患者手臂进行栓接作业时的舒适度和栓紧度。

所述控制单元接收所述计算单元发出的停止作业指令控制所述充气囊排出气体，直到所述压力传感器测量值达到第二阈值后停止排气，开启所述第一电动机和所述第二电动机，所述第一丝杠带动所述左栓紧头往外移动到初始位置，同时所述第二丝杠带动所述右栓紧头往外也移动到初始位置完成整个栓紧作业。

本发明采用了智能控制的输液穿刺系统，通过感测不同阶段输液针的压力变化指导所述机械手自动完成穿刺过程，有效提高注射成功率。同时通过对所述输液穿刺系统穿刺过程的智能控制大量减少护理人员的机械劳动量和提高护理人员的工作效率。本发明有效提高本邻域中输液穿刺系统的智能控制。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种智能控制输液穿刺系统，其特征在于，所述输液穿刺系统包括放置在机械手夹取装置上拍摄待穿刺位置处于松弛状态时的第一局部血管图像及拍摄待穿刺位置处于收紧状态时的第二局部血管图像的摄像头，对穿刺位置消毒和完成穿刺动作的穿刺部件，布置在穿刺部件下方及在穿刺动作进行前使静脉血管保持充盈的栓紧部件，接收摄像头信息进行计算处理并发出调控信息的主机，接收主机信号发出语音指示的语音部件及将所述栓紧部件、所述穿刺部件和所述主机连接安装在一起的框架。

2.如权利要求1所述的输液穿刺系统，其特征在于，所述穿刺部件包括完成取放输液针动作和完成X-Y-Z三个方向移动的机械手、放置在框架上与输液瓶通过管道连接的输液针、放置在所述机械手夹取装置上的对穿刺位置喷洒消毒液进行消毒的消毒液喷头。

3.如权利要求2所述的输液穿刺系统，其特征在于，所述机械手包括接收主机信号取或放输液针的夹取装置、驱动所述夹取装置完成X-Y-Z三个方向移动的驱动装置。

4.如权利要求3所述的输液穿刺系统，其特征在于，所述栓紧部件包括呈半圆环、里侧布置有可电信号控制的充气囊的栓紧头，与所述栓紧头连接的丝杠，驱动所述丝杠的电动机及分布在充气囊上检测充气囊栓紧力的压力传感器。

5.如权利要求4所述的输液穿刺系统，其特征在于，所述主机包括收集所述摄像头拍摄图像信息的采集单元，对比所述第一局部血管图像和所述第二局部血管图像确定血管的线性形态和粗细程度的处理单元，根据所述处理单元确定的血管线性形态和粗细程度选择坐标原点和扎针位置并计算所述扎针位置的坐标的计算单元，控制所述机械手夹取装置和所述机械手驱动装置的控制单元，以及测量所述输液针内变形弯曲的光学形状感测单元。

6.如权利要求5所述的输液穿刺系统，其特征在于，所述输液针包括与所述光学形状感测单元连接且具有反射FBG结构的光纤、围绕所述光纤环形呈对称均匀交错分布的具有不同泊松比的第一涂层和第二涂层。

7.如权利要求6所述的输液穿刺系统，其特征在于，所述输液穿刺系统自动完成输液穿刺过程的处理步骤如下：

步骤S1，所述主机发送信号给所述语音部件，所述语音部件发出语音提示患者将手腕水平放置在所述框架平板的避污纸上；

步骤S2，所述栓紧部件对被抽血人员穿刺位置往上10cm手腕处进行栓紧作业；

步骤S3，当栓紧作业完成之后，通过设置在所述机械手前端的所述摄像头对被抽血人员的手臂上的筋脉进行识别确定穿刺位置；

步骤S4，所述消毒液喷头接收主机信号对输液针位置喷洒消毒液进行消毒；

步骤S5，所述主机通过发送电信号控制所述夹取装置抓取放置在所述框架固定位置的所述输液针，所述主机根据所述摄像头监测到的信息来调整机械手的位置移动进行穿刺动作；

步骤S6，所述主机将所述光学形状感测单元检测到的所述输液针头压力变化与模拟输液针穿过血管的压力比较，当感测值与模拟的最佳位置压力差值小于阀值时则所述机械手停止移动同时所述夹取装置松开所述输液针；

步骤S7，所述机械手回到初始位置，所述栓紧部件停止栓紧作业，所述语音部件提示护理人员把患者手腕举起且移走所述输液穿刺系统。

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