CN113687617A - 一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置。所述装置包括血样本框架、信息采集模块、数据处理模块以及控制模块。其中血样标本框架左右两侧各有镂空的弧形把手，管槽为内外双层结构，每个试管槽下端有电机带动的试管托盘，且托盘面底部有压力传感器；信息采集模块通过光纤连接光纤探头与感光板，输出端连接数据处理模块；控制模块中设有一个稳压电路，且同时连接信息采集模块和数据处理模块。本发明可在医疗人员随机放置血样本的情况下，通过光纤传感实现对样本信息和位置信息的对应以及记录。整个信息采集过程方便快捷，记录的信息有利于对特定血标本的查找，并且该装置能实现对血样标本的实时监控，为样本信息的安全提供了保障。

Description

一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，更具体的说，它涉及一种基于光纤传感的血样标本信息的自动采集装置。

背景技术

血液检查已经成为人们判断自身机体各项指标有无异常的一种有效途径，一般包括血常规、血型、血沉、网织红细胞、血液生化、血液免疫以及血清类等常规检查，也包括各种药物的浓度等特殊检查。医生用带有病人信息的血样试管抽取血液后，通常需要手持血样管，将血样管贴有条形码的一侧对准条码扫描仪，等待扫描仪识别并录入信息至电脑。由于该过程较慢，费时费力，所以需要用一种仪器简化上述过程。

同时，在信息录入完成后，若需要将血样管放置位置与录入的信息对应，以便于血样标本信息的后续管理和系统化信息采集登记，则还需操作人员记忆或者规范性放置，以达到信息与位置对应的目的。此种途径存在对应信息不准确、增加操作人员精神负担等诸多弊端。

更要的是，在血样标本管存储或转运的过程中，如果出现样本的遗失的情况，在现有技术下，是很难对丢失样本管的具体时间、具体信息进行快速准确的记录，尤其对丢失时间获取是一个基本不可能完成的任务。在医疗领域，如果医疗人员无法对此重大医疗事故做出准确迅捷的反应以及采取补偿措施，这是十分危险的，因此亟需一种闭环式信息记录、监控系统对患者血样标本信息进行更好的保护。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置。所述装置包括多个用于接收样本管标签信息的探头和实现光波导的光纤，所述单个试管槽为双层结构，试管槽内管壁由无机玻璃制成，试管槽外层为树脂材质制成的框架结构件。管壁上端周围设有四个感光探头，组成一个探头组。所述感光探头两两相对，且对应探头感光中心的连线互相垂直。所述试管槽的正下方有由微型步进电机控制的试管托盘，该托盘面的底部为一压感传感器，所述单个试管槽的探头组通过光纤传感一直延伸至样本架底部的感光面板，“田”字分布的感光单元组成一个感光组，且单个探头组所连接的光纤分别耦合在自定义感光组上，由光纤探头、光纤、感光面板及相关电路构成信息采集模块。所述信息采集模块连接着数据处理模块。整个装置的控制模块与信息采集模块和数据处理模块分别连接，且在控制信息采集的电路上设有一个稳压电路。所述血样本架的左右两侧对称分布着两个弧形把手，其外侧有一信号指示灯和一个电源开关。

采用上述设置的结构时，血样标本架中试管槽是以n×m的矩形阵列排布，试管槽总数m·n，其中n为试管槽的行数，m为试管槽的列数。试管槽的位置从左上方标有“十”字符号的位置计起，所述试管槽位置用坐标(i,j)表示，其中i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m。单个试管槽中托盘面的底部装有压力传感器，所述传感器另一端与控制模块相连，它能作为判断标本管放入与否的依据。当血样标本管放置于试管槽中，且标本管底部与试管托盘刚好接触时，此时条形码整体位于光纤探头的上方，等待被扫描。当标本管底部与试管托盘接触且产生挤压后，血样标本管自身重力对压感传感器施压，产生一个压力。该作用力作为触发信号，使得压力传感器向数据处理模块发送一个信号，所述数据处理模块由此获取该压力传感器的位置信息(即管槽位置信息)并由该模块存储，在后续信息处理时实现位置与条码信息的对应。同时与之相连的控制模块接收到触发信号后控制微型步进电机开始匀速运转，微型步进电机通过控制伸缩杆带动试管托盘匀速下降，与此同时光纤端头开始对条形码信息进行采集。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：信息采集端和血样标本管移动的控制模块需要严格对应。探头采集速率(即CCD采集帧率)用f₀表示，条形码相邻码元中点间距用d表示，微型步进电机带动血样标本管在竖直方向移动的速度用v_s表示，要实现高精度信息采集，则三者必须满足关系：d＝v_s/f₀。

采用上述设置的结构时，四个光纤探头均匀分布于试管槽的圆周上，每两个相邻探头之间的圆弧所对应的圆心角为90°，并且每个探头的轴线沿试管槽截面半径方向。采用上述分布的探头采集信号时，当条形码有效信息在血样管截面的包裹圆心角＞180°时，则可以保证至少有两个光纤探头同时采集到同一标签信息，采集到光信号通过光纤传感至感光板，从而实现光信号的传输。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：管壁采用内外双层结构。试管槽外层为树脂材质制成的框架结构件，通过在同一水平位置按照如上所述光纤探头相对分布的位置钻一个通孔，孔洞大小与光纤探头的尺寸相当，使用胶粘剂将其固定在相应位置，达到稳固探头的目的。试管槽内层为无色透明的无机玻璃，在光纤探头位置采用方形平面设计，该设计起到的作用：一方面无机玻璃将探头与外界环境隔绝，防止外界杂质污染光纤探头；另一方面玻璃材质的透光性较好，有利益更多信息透过被探头采集，提高了采集信息的真实性；同时方形平面的信息采集窗口设计，避免了条形码宽度因透镜效应而偏离真实值，从而影响采集数据的准确度。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：每个光纤探头后均接有适当长度的光纤，进行光波导，单个试管槽的四根光纤，可作为一个单元组，用包覆层包裹后并行传输，光纤通过血样标本架的内部间隙到达与之对应的底部的感光模块。众所周知，光纤波导在结构上主要由于包层折射率小于纤芯折射率，当光以小于光纤数值孔径的角度入射时，光波在纤芯中与法线的夹角大于全反射临界角，因此光信号会在两介质交界面经多次全反射最后从另一端头出射，只有少部分光以倏逝波的形式被损耗，且光纤较短，因此可忽略传输损耗和色散损耗，满足导波条件。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：将感光板手动分成N×M矩形分布的感光组元，其中感光组元的分布与个数和试管槽保持一致，即M＝m，N＝n。同时，每个组元内含有四个感光单元，其按照“田”字分布，感光单元总数为4MN＝4mn，与光纤探头数保持一致。所述单个试管槽的四个光纤端口分别耦合在同一感光组元的四个感光单元面，转换对应光纤探头所接收的光信息。虽然光纤与像元之间具有耦合误差，但是在上述装置中，光纤波导的对象仅局限于目标的二值灰度信息，对成像质量的要求并不高，因此光纤与像元耦合所带来的误差可以忽略。

采用上述设置的结构时，单个试管槽中光纤端头所采集的二值光信号经过光纤端头输入后转化为信号电荷，通过时序脉冲的作用定向移动实现自扫描，透过芯片上的模-数转换器(ADC)将获得的图像讯号转变为数字信号输出，随后将数字信号输送至数据处理模块(DSP)，所述模块可对输入的数字信号进行识别和存储，得到相应的条形码编号。同时数据处理模块将压力传感器传输的位置信息与条码信息进行匹配，实现对血样标本位置信息与条码信息的一一对应和记录。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：如上说述，四个光纤探头均匀分布于试管槽内壁外沿，可实现至少两个探头同时接收到条码信息，信息通过数据接收端输出为相应的数字序列。数据处理模块对两列输入数字信号进行比对，若两组数字序列完全相同时，则对该序列进行后续的识别、对应与存储；若两组数字序列存在差异，则该装置会进行错误提醒(信号指示灯变黄并闪烁)，提醒医务人员进行人工干预。至少采集两组数据是为了达到相互验证的目的，使最终的记录结果更加准确。出现上述异常情况时，医务人员可将血样本管取出，用洗耳球或纤维布对试管槽内壁进行清洁，清洁完毕后再次插入血样本管，进行信息采集与记录。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述控制模块上装有一稳压电路，保证控模块端在输入电压波动时仍能保持输出电压基本不变，从而确保数据采集模块的工作正常进行。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：所述数据处理模块可以将存储的所有标本信息和与之对应的位置信息通过信号发射模块，发送至PC终端，由PC端对标本位置信息和条码中所包含的患者信息进行汇总。

进一步的为了更好的实现本发明，特别采用下述设置结构：当样本架中所有试管槽无滞空后，该装置进入样本信息监控状态，压力传感器可判别血样标本管是否存在于试管槽。若处于监控状态的血样本管因外部因素脱离试管槽，压力传感器会将该信号传入数据处理端口，向电脑终端传输相应信息，所述标本架会在第一时间进入紧急预警状态(信号指示灯变红并闪烁)，提醒医务人员进行人工干预。

综上所述，本发明具有以下有益效果及优点：

本发明中，医务人员可将贴有条形码的血样标本管随机放入标本架，当标本管底部对压力传感器产生挤压后，所述部件发送给数据处理模块的信号使该模块获取样本的位置信息，同时微型步进电机通过控制伸缩杆带动标本管匀速下降，采集的信息通过由采集模块后将信号以数字序列的形式输出，数据处理模块对该序列进行检验、识别和匹配，处理后的信息(位置和条形码)通过无线的方式发送至PC端进行数据汇总。这样实现了对放入标本架中血样标本的批量信息采集登记以及定位，为后续对信息的集中管理提供了便利。该血样本架送至检验科后可进行批量签收和再次编号。标本架两侧的弧形把手设计，方便医务人员对该装置进行转移。所述装置在正常信息记录过程中无需任何附加人工操作，简化了信息记录的繁琐过程，减少了因操作不当而造成的信息记录错误的可能，标本位置与标本信息的同时记录便于医务人员对特定病人的血标本查找。当试管标本架中所有试管槽无滞空时，该装置进入样本信息监控状态，并且能在异常状态下进行预警和信息传输，此功能对样本的安全行提供了保障。所述装置将光纤束传像与传统的光电成像装置结合起来，增加了装置的柔性，并且提高了光路布置的灵活性和设计余度，同时整个装置体积小，使用方便，信息采集准确度高。

附图说明

为了更好的说明本发明的实施例和装置所涉及的技术方案。下面将对实施例和技术描述中所需使用的附图进行简单的说明，明显地，下面所介绍的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出任何创造性劳动的前提，还可以根据所述附图得到其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的信息采集端的结构示意图(局部A放大图)；

图3为本发明的试管槽中传感装置结构示意图(局部B放大图)；

图4为本发明的信息采集完成后标本底部区域结构示意图(局部C放大图)；

图5为本发明的光纤传感标本架左视图；

图6为本发明的光纤传感标本架俯视图；

图7为本发明的信息采集模块的连接示意图(局部D放大图)；

图中标号为：

1—血样标本管；

2—条形码；

3—血样标本框架；3a—弧形把手；3b—试管托盘；3c—试管槽；3d—压力传感器；3e—伸缩杆；3f—微型步进电机；3g—树脂层管壁；3h—无机玻璃层管壁；3i—方形平面窗口；3j—电源开关；3k—信号指示灯；3l—坐标符号；

4—信息采集模块；4a—光纤探头；4b—光纤；4c—感光面板；4d—感光组；4e—感光单元；4f—光纤-感光单元耦合模块；

5—数据处理模块；

6—控制模块；6a—稳压电路。

具体实施方式

为了更加清楚地展示本发明所涉及的技术方案以及装置优势，下面对该发明的技术细节以及具体实施方式进行详细的说明：

本发明提供了一个基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，该装置主要包括由工程塑料(如PC-ABS材料)制成的血样标本框架、信息采集模块、数据处理模块以及控制模块。其中血样标本框架的左右两侧各有镂空设计，四个弧形的形状更能贴合操作者的手指，让操作者在移动该装置位置时不易掉落；标本框架中间包含了m×n个试管槽，每个试管槽为双层结构，其中外壁由树脂制成，且在相应位置开孔用于固定光纤探头，内壁由无机玻璃制成，在光纤探头位置处为平面方形设计，试管槽底部有用作采集触发的压力传感器和用作支撑与控制标本运动的试管托盘；信息采集模块中有分布于试管槽四周的四个用于信息采集的光纤探头，光纤探头与感光板之间由光纤连接；信息采集模块可以将采集到的样本信息输出到数据处理模块，同时数据处理模块将处理好的信息发送到PC终端进行信息汇总，整个过程由控制模块进行整个信息采集过程的供能和控制，且在控制信息采集的线路中增加一个稳压电路。

实施例1：

在正常工作时，按下标本架下方的电源开关3j，信号指示灯3k亮起呈绿色，此时血样标本架的内部电路接通，医务人员将贴有条形码2的血样标本管1放入血样标本架的任意试管槽中，由于试管托盘3b的支撑作用，此时血样标本管1处于半落入状态，此后过程完全由装置自动控制，无需人工进行附加操作。在血样标本管1本身重力的作用下，样本管底部对对试管托盘3b上的压力传感器3d产生挤压并致其变形，待压力传感器3d完全形变后，带有患者信息的条形码2整体仍处于光纤探头4a的上方，此时整个装置处于待采集状态。压力传感器3d受到挤压后向控制模块6发送开始采集的信号也向数据处理模块发送一个信号，所述模块由此获取并存储该压力传感器的位置信息，即管槽位置信息。管槽坐标从左上角的坐标符号3l处开始记起。同时控制模块6操控微型步进电机3f运作，匀速运转的微型步进电机3f通过控制与之相连的伸缩杆3e带动试管托盘3b匀速下降。固定于外层树脂层管壁3g的光纤探头4a透过无机玻璃层管壁3h的方形平面窗口3i开始采集血样标本管1上的条形码2信息，由上述所知至少有两个光纤探头4a可以采集到同一血样本的条形码2信息。因此单个试管槽3c的探头组将搜集到的光信号通过光纤4b传导至与之耦合的感光单元4e进行信号转换。在信息采集的控制电路中，控制模块6中有一稳压电路6a保证输出电压的稳定，从而保证采集工作的顺利进行。由信息采集模块4输出的数字信息传入数据处理模块5，所述数据处理模块5可以对传入的由多个光纤探头4a采集的信息进行比对，当多个光纤探头4a采集信息存在差异时，此时血样标本架会进行错误提醒(信号指示灯3k变黄并闪烁)，此时医务人员可将血样标本管1取出后对试管槽内壁适当清洁，并再次放入血样标本，进行信息再次采集。通过人为编程，数据处理模块5可以对比对成功的数字串进行识别，得到相应的条形码2信息。数据处理模块5将识别的条形码2信息与储存的位置信息进行对应，最后将对应信息发送给PC终端进行数据汇总，在插满单个血样标本架后，医务人员可通过血样本架旁边的两个弧形把手3a进行转移并冷藏。以上所述步骤完成了单个血样标本信息的记录周期。在所有试管槽3c被插满(无滞空)后，该装置进入样本信息监控状态，压力传感器3d可判别血样标本管1是否存在于试管槽3c。若处于监控状态的血样本管1因外部因素脱离试管槽，压力传感器3d会将该信号传入数据处理模块5的端口，由该模块向电脑终端传输相应信息。与此同时，所述血样本架会进入紧急预警状态(信号指示灯3k变红并闪烁)，提醒医务人员对异常状态进行人工干预。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，包括血样标本框架(3)、信息采集模块(4)、数据处理模块(5)、控制模块(6)，其特征在于：所述血样标本框架(3)两侧各设有一个弧形把手(3a)，且框架内含有多个试管槽(3c)，所述试管槽(3c)为内外双层结构，管口同一高度均匀分布光纤探头(4a)，下方安装有试管托盘(3b)，所述试管托盘(3b)的托盘面底部装有压力传感器(3d)，试管托盘(3b)的下方通过伸缩杆(3e)与微型步进电机(3f)相连；所述数据采集模块(4)包括试管槽(3c)圆周上均匀分布的光纤探头(4a)，所述光纤探头(4a)通过光纤(4b)一直延伸至血样标本框架(3)的底部，最后与感光单元(4e)进行耦合，感光板的另一端连接有数据处理模块(5)；所述数据处理模块(5)内含相关的编程程序；所述控制模块(6)分别与信息采集模块(4)、数据处理模块(5)以及压力传感器(3d)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述血样标本框架(3)左右两侧的把手为镂空设计，其把手上端内侧为四个弧形的结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述血样标本框架(3)的试管槽(3c)为双层结构，内管壁由无机玻璃制成且探头处为方形平面窗口(3i)，试管槽(3c)外层为树脂材质制成的框架结构件。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述试管槽(3c)下方试管托盘(3b)匀速移动，其速度v_s满足关系式：d＝v_s/f₀，其中f₀为探头采集速率，d为条形码相邻码元中点间距。

5.根据权利要求4所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述试管托盘(3b)的托盘面底部为装有压力传感器(3d)，压力传感器(3d)在压缩时能发送信号给与之相连的数据处理模块，使得该试管槽的位置信息被识别和记录。

6.根据权利要求5所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述数据处理模块(5)能够对数据采集端头输入的多列数字信号序列进行对比，并且识别相应的条形码序列，与预先存储的位置信息进行对应。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述信息采集模块(4)的光纤探头(4a)在试管槽(3c)圆周上均匀分布、两两相对，且对应探头感光中心的连线互相垂直，单个试管槽(3c)的光纤(4b)用包覆层包裹作为一个单元，光纤(4b)通过血样标本框架(3)的内部间隙到达与之对应的底部的感光面板(4c)。

8.根据权利要求7所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述感光模块的相邻四个感光单元(4e)作为一个感光组(4d)，其位置按“田”字分布，所述感光单元(4e)总数与光纤探头(4a)保持一致，所述感光组(4d)的分布与试管槽(3c)分布一致。

9.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的血样标本信息自动采集装置，其特征在于：所述控制模块(6)在于信息采集模块(4)的电路中存在一个稳压电路(6a)。

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