CN215460838U - 一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，包括滴斗，输液软管；执行机构模块，用于挤压输液软管以调节滴斗内液滴滴速；摄像头，用于拍摄滴斗和输液软管获得多个输液图像，输液图像包含液滴信息、液位信息和输液软管的气泡信息；计时器，用于记录多个拍摄时刻；数据处理装置，根据任意两个拍摄时刻之间的时间差以及所述时间差内输液图像的液滴信息确定液滴的实际滴速，根据实际滴速与预设滴速获得滴速差，根据输液图像的液位信息确定滴斗的实际液位，根据实际液位与预设液位获得液位差；控制装置，用于根据滴速差、液位差或气泡信息控制执行机构模块相应动作。

Description

一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置

技术领域

本实用新型涉及智能医疗器械领域，特别是涉及一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置。

背景技术

在各个医院中，静脉输液治疗依然是给患者治病最常见的治疗手段之一。

目前，医院对静脉输液的监控普遍采用人工监护的方式，由医护人员根据经验，将滴速调至合适值。但该监护方式存在着诸多安全隐患，例如，输液滴速过快、过慢或是有气泡、空气进入患者血管内，都可能对输液患者的身体造成危害。

然而，现有技术的医用智能辅助输液装置难以实现对输液滴速、余量以及气泡的同时监测，当输液过程出现异常时难以保证患者输液的安全性。

因此，设计一种可靠性高的医用智能辅助输液装置，以提高患者输液的安全性，减轻医护人员和患者家属的工作负担，是现阶段急需解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，能够在输液过程中同时监测输液滴速、余量以及气泡，当输液过程出现异常时能够保证患者输液的安全性。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，包括

机架；

滴斗，安装于机架，连接有输液软管，用于输液；

执行机构模块，用于挤压输液软管以调节滴斗内液滴滴速；

摄像头，用于拍摄滴斗和输液软管获得多个输液图像，并将多个输液图像发送给数据处理装置，其中，输液图像包含滴斗的液滴信息、液位信息和输液软管的气泡信息；

计时器，与摄像头连接，用于记录多个拍摄时刻，并将多个拍摄时刻发送给数据处理装置，其中，多个拍摄时刻与多个输液图像一一对应；

数据处理装置，用于接收多个输液图像和多个拍摄时刻，根据任意两个拍摄时刻之间的时间差以及所述时间差内输液图像的液滴信息确定液滴的实际滴速，根据实际滴速与预设滴速获得滴速差，根据输液图像的液位信息确定滴斗的实际液位，根据实际液位与预设液位获得液位差，并分别将滴速差、液位差和气泡信息发送到控制装置；

控制装置，分别与数据处理装置和执行机构模块连接，用于根据滴速差、液位差或气泡信息控制执行机构模块相应动作。

进一步，执行机构模块包括驱动装置、传动装置和挤压件，驱动装置固接于机架，传动装置分别与驱动装置和挤压件连接，挤压件设于输液软管一侧，用于挤压输液软管。

进一步，驱动装置为电机，传动装置包括互相配合的丝杠和螺母，电机驱动丝杠转动，丝杠转动连接于机架，螺母滑动连接于机架，螺母与挤压件连接。

进一步，传动装置还包括主动齿轮和从动齿轮，电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮和从动齿轮啮合传动，从动齿轮与丝杠连接。

进一步，挤压件一侧设有限位开关，限位开关与输液软管对应设置，限位开关与控制装置连接。

进一步，机架设有凹槽，滴斗卡接于凹槽，摄像头固接于机架，摄像头朝向滴斗布置。

进一步，还包括本地交互模块和移动交互模块，本地交互模块和移动交互模块分别与数据处理装置连接。

进一步，本地交互模块为触摸屏。

进一步，还包括异常报警模块，异常报警模块与数据处理装置连接。

一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置的输液方法，包括以下步骤，

获取滴斗和输液软管的多个输液图像和多个拍摄时刻，其中，输液图像包含滴斗的液滴信息、液位信息和输液软管的气泡信息，多个拍摄时刻和多个输液图像一一对应；

根据任意两个拍摄时刻之间的时间差以及所述时间差内输液图像的液滴信息确定液滴的实际滴速，根据实际滴速与预设滴速获得滴速差；

根据输液图像的液位信息确定滴斗的实际液位，根据实际液位与预设液位获得液位差；

将滴速差、液位差或气泡信息发送到控制装置，以使控制装置根据滴速差、液位差或气泡信息控制执行机构模块相应动作。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

基于深度学习的计算机视觉检测技术，从检测原理上解决现有智能输液装置存在的不足，通过单个摄像头就能够实现对输液滴速、余量以及气泡的同时监测，提高了患者输液的安全性，有效减轻了医护人员和患者家属的工作负担。

附图说明

图1为本实用新型实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例的执行机构模块的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例的硬件结构示意图；

图5为本实用新型实施例的监测系统框架图；

图6为本实用新型实施例对输液滴速、液位以及气泡监控的工作流程图。

附图标记说明：

1为输液软管，2为左端盖，3为莫非氏滴管，4为卡紧模块，5为右端盖， 6为后端盖，7为前端盖，8为电源按键，9为复位按键，10为触摸屏，11为摄像头连接件，12为摄像头，13为摄像头延长线模块，14为吊环螺栓，15为UPS 不间断电源，16为电机驱动模块，17为保护罩，18为执行机构模块，19为执行机构连接件，20为电机，21为齿轮减速箱，22为电机固定件，23为主动齿轮，24为从动齿轮，25为卡簧，26为限位开关，27为法兰螺母，28为梯形丝杠，29为丝杠固定件，30为法兰轴承，31为导向光轴，32为L型挤压件，33 为主控制器，34为WIFI通信模块，35为高速WIFI模组，36为LED灯，37为蜂鸣器。

具体实施方式

下面来对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1、图2所示，一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，包括机架；滴斗，安装于机架，连接有输液软管1，用于输液；执行机构模块18，用于挤压输液软管1以调节滴斗内液滴滴速；摄像头12，用于拍摄滴斗和输液软管1 获得多个输液图像，并将多个输液图像发送给数据处理装置，其中，输液图像包含滴斗的液滴信息、液位信息和输液软管1的气泡信息；计时器，与摄像头 12连接，用于记录多个拍摄时刻，并将多个拍摄时刻发送给数据处理装置，其中，多个拍摄时刻与多个输液图像一一对应；数据处理装置，用于接收多个输液图像和多个拍摄时刻，根据任意两个拍摄时刻之间的时间差以及所述时间差内输液图像的液滴信息确定液滴的实际滴速，根据实际滴速与预设滴速获得滴速差，根据输液图像的液位信息确定滴斗的实际液位，根据实际液位与预设液位获得液位差，并分别将滴速差、液位差和气泡信息发送到控制装置；控制装置，分别与数据处理装置和执行机构模块18连接，用于根据滴速差、液位差或气泡信息控制执行机构模块18相应动作。

具体地，完成穿刺后，医护人员通过控制装置输入预设的输液滴速值和预设液位值。输液滴速值在数据处理装置内转换为执行机构模块18的运动曲线，控制装置根据运动曲线控制执行机构模块18相应挤压输液软管1，从而在滴斗内间歇形成液滴，形成的液滴以预设滴速为患者进行输液。

本实施例利用转换法的思想，通过将输液滴速的测量转换为计算某段时间内检测到的液滴数量，从而能够利用摄像头12来获得输液滴速，无需另外配置测速器等其它装置。在输液过程中，摄像头12为滴斗和输液软管1连续拍照，得到多个输液图像并发送给数据处理装置，同时，计时器记录每次拍摄的拍摄时刻。数据处理装置根据任意两个拍摄时刻内的输液图像得到滴斗内形成液滴的数量，根据液滴数量与任意两个拍摄时刻之间的时间差计算转换为液滴的实际滴速，进而得到与预设滴速之间的滴速差。

a.滴速的判断：

若滴速差小于0，表明实际的滴速过慢，控制装置控制执行机构模块18增大对输液软管1的挤压量以加快滴速，进行滴速纠偏；

若滴速差等于0，表明实际的滴速符合预设，则控制装置不发送任何指令，无需进行滴速纠偏；

若滴速差大于0，表明实际的滴速过快，控制装置控制执行机构模块18减小对输液软管1的挤压量以减慢滴速，进行滴速纠偏。

b、余量的判断：对输液余量的判断同样利用间接转换的思想，将对输液余量的检测转换为滴斗内液位检测。首先根据输液图像中滴斗的液位信息确定实际液位，然后根据实际液位与预设液位获得液位差。

若液位差小于或等于0，表明实际液位已到达或低于预设液位，输液余量少，控制装置控制执行机构模块18压紧输液软管1，停止输液；

若液位差大于0，表明实际液位高于预设液位，输液尚有余量，控制装置不发送任何指令，执行机构模块18继续按原定预设挤压输液软管1。

c、气泡的判断：

若连续多帧输液图像均检测到输液软管1有气泡信息的存在，则控制装置控制执行机构模块18动作，使执行机构模块18压紧输液软管1，停止输液；

若输液图像没有检测到输液软管1有气泡信息的存在，则控制装置不发送任何指令，执行机构模块18继续按原运动曲线挤压输液软管1。

一般液滴的最快滴速为120滴/min，也就是2滴/s，而一般的摄像头12可以达到30桢/s，所以利用摄像头12拍摄能够满足采集液滴滴下的情况。

当同一个液滴出现在多个连续的输液图像中时，现有技术能够识别为同一个液滴而不会重复计数。具体为，液滴初始形成时，首先在滴管嘴部由小不断变大，然后当体积变得足够大时，该液滴由于自身重量的原因下落，因此首先通过检测在滴管嘴部是否形成液滴，然后通过图像处理来检测液滴的下落过程，也就是当检测到液滴下落后，下次再检测到在滴管嘴部形成的液滴才是下一个液滴。因此，即使连续多个输液图像均采集了同一个液滴，也能够准确获得某个时间段内的实际液滴数量。

按照输液监测的原理，现有技术的智能辅助输液装置可以分成基于非视觉传感器监测的智能辅助输液装置和基于视觉传感器监测的智能辅助输液装置两大类。

第一类基于非视觉传感器监测的智能辅助输液装置，常见的有采用重力式、电极式、电容式、光电式、超声波式等非视觉传感器作为输液监测传感器。这类智能辅助输液装置存在着两大问题：一是单个传感器只能实现对输液滴速、余量以及气泡的其中某一项进行监测；二是对传感器的安装精度要求较高，装置的晃动、倾斜等因素都会对监测精度造成影响。

第二类基于视觉传感器监测的智能辅助输液装置，通常采用传统图像处理算法来实现监测，监测过程容易受到晃动、光照变化等外界环境的干扰，算法鲁棒性较差，输液方法不理想。

由于存在以上技术问题，导致现有技术的智能辅助输液装置在医院中实际应用还不多。

本实用新型实施例的基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，基于深度学习的计算机视觉检测技术，从检测原理上解决现有智能输液装置存在的不足，通过单个摄像头12就能够实现对输液滴速、余量以及气泡的同时监测，输液过程出现异常时能够自动相应调整，提高了患者输液的安全性，有效减轻了医护人员和患者家属的工作负担，能够广泛应用于各医疗机构。

执行机构模块18包括驱动装置、传动装置和挤压件，驱动装置固接于机架，传动装置分别与驱动装置和挤压件连接，挤压件设于输液软管1一侧，用于挤压输液软管1。

驱动装置产生的动力通过传动装置传递到挤压件，使挤压件挤压输液软管1，从而能够实现以一定的输液速度进行输液。

如图3所示，驱动装置为电机20，优选为步进电机，传动装置包括互相配合的丝杠和螺母，电机20驱动丝杠转动，丝杠转动连接于机架，螺母滑动连接于机架，螺母与挤压件连接。

电机20转动时带动丝杠转动，丝杠的转动带动与之配合的螺母在机架上直线滑动，从而将电机20的转动转换为螺母的直线移动，进而带动挤压件直线移动挤压输液软管1。

传动装置还包括主动齿轮23和从动齿轮24，电机20驱动主动齿轮23转动，主动齿轮23和从动齿轮24啮合传动，从动齿轮24与丝杠连接。

通过主动齿轮23和从动齿轮24的传动，缩小了装置的整体宽度，同时容易获得更合适的传动比，有利于精确调节输液速度。

挤压件一侧设有限位开关26，限位开关26与输液软管1对应设置，限位开关26与控制装置连接。

挤压件设于输液软管1与限位开关26之间，当限位开关26被挤压件触发时，表明挤压件已完全松开对输液软管1的挤压，意味着输液装置处于复位状态，限位开关26发送相关信号给控制装置，控制装置控制电机20反转，使挤压件到达期望的预设位置重新挤压输液软管1。

机架设有凹槽，滴斗卡接于凹槽，摄像头12固接于机架，摄像头12朝向滴斗布置。

由于滴斗和连接于滴斗下方的输液软管1布置于凹槽内，摄像头12固定于机架，因此摄像头12拍摄图像时，不易受到晃动、光照变化等外界环境的干扰，算法鲁棒性较好，降低了摄像头12的安装精度要求。

如图1-图4所示，本实施例的智能辅助输液装置包括壳体模块、主控模块、人机交互模块、视觉检测模块、执行机构模块18、异常报警模块、电源模块以及WIFI模块。

本实施例中，滴斗为莫非氏滴管3。壳体模块由左端盖2、卡紧模块4、右端盖5、后端盖6、前端盖7以及吊环螺栓14组成。左端盖2、右端盖5和后端盖6分开的目的是便于加工和安装；将图像采集模块、执行机构模块18和电源模块安装在后端盖6上；主控模块、异常报警模块、WIFI模块和本地交互模块安装在前端盖7上；吊环螺栓14与后端盖6固定，利用绳子穿过吊环螺栓14 的圆孔，并把绳子打结，挂在输液支架上；卡紧模块4主要包括滴管限位块、微型弹簧以及螺栓和螺母组成，其作用一是通过微型弹簧作为能量源，利用左右对称的滴管限位块，实现对莫非氏滴管3上端壶口的卡紧，以达到固定莫非氏滴管3的效果；二是该卡紧模块4方便对莫非氏滴管3进行卡紧和拆卸，提高医护人员的使用体验；

主控模块包括一块主控制器33，计时器与数据处理装置集成在主控制器33 上。在本实用新型实施例中，控制装置为电机驱动模块16。主控制器33选用正点原子的阿波罗STM32F4开发板，含有电源按键8和复位按键9。主控制器33 分别与触摸屏10、摄像头12、UPS不间断电源15、电机驱动模块16、WIFI通信模块34、高速WIFI模组35、LED灯36以及蜂鸣器37相连，主要的作用是用于数据和指令的接收与发送。

人机交互模块包括本地交互与APP交互两种交互模式。本地交互包含一块触摸屏10，医护人员利用该触摸屏10可以实现与整个智能辅助输液装置的“互动”，在本实用新型实施例中，触摸屏10选用正点原子的4.3寸MCU电容触摸屏，与主控制器33相连，该屏具有滴速设置、异常信息提示和输液滴速、余量以及气泡正常信息实时显示等功能；APP交互使用移动端设备(如手机、iPad) 作为APP的载体，医护人员通过APP也可以实现滴速设置、异常信息提示和输液滴速、余量以及气泡正常信息实时显示等功能。更重要的是，相比于本地交互，移动端APP交互包括远程多机监控功能，医护人员利用APP能够实现远程多机监控，很好地解决了“病人多，护士少”的问题。本地交互APP交互都能为医护人员提供良好的交互体验。

视觉检测模块主要由摄像头12、高速WIFI模组35以及服务器组成。在本实用新型实施例中，摄像头12通过摄像头延长线模块13连接到主控制器33，主控制器33能够控制摄像头12采集莫非氏滴管3内的图像信息，摄像头12通过摄像头连接件11固定在后端盖6上，本实用新型在后端盖6上设有调节槽，可调节摄像头12相对于莫非氏滴管3的位置，使得能够调节莫非氏滴管3在摄像头12内的视野大小。高速WIFI模组35与主控制器33相连，利用高速WIFI 模组35，可以将图像数据无线传输给服务器。在本实用新型实施例中，高速 WIFI模组35的传输速度高。常见的最快输液滴速为120滴/分钟(即2滴/s)，传输速度只要达到1s传输2张图片，即可实现实时监测莫非氏滴管3内的液滴情况，故满足实时监测的要求。服务器可以是云服务器、工作站或其它能够搭建深度学习目标检测算法平台来处理输液图片的设备。

执行机构模块18包括电机驱动模块16、保护罩17、执行机构连接件19、电机20、齿轮减速箱21、电机固定件22、齿轮传动副(包括主动齿轮23和从动齿轮24)、卡簧25、限位开关26、法兰螺母27、梯形丝杠28、丝杠固定件 29、法兰轴承30、导向光轴31和L型挤压件32。本实施例中的挤压件为L型挤压件32。

执行机构连接件19的作用：一是把整个执行机构模块18固定到后端盖6 上；二是将电机固定件22、丝杠固定件29一起固定在上方，其目的是为了保证电机20与梯形丝杠28之间的位置关系；

丝杠固定件29的作用：一是与执行机构连接件19相连；二是通过法兰轴承30，来连接梯形丝杠28，在此之前，需先把法兰螺母27与L型挤压件32通过螺栓连接成一个整体，整体再与梯形丝杠28连接，然后把三者与丝杠固定件 29相连。在本实用新型实施例中，采用梯形丝杠28(例如：行程为1mm表示的是梯形丝杠28旋转一圈，直线位移为1mm)，梯形丝杠28两端被加工为光轴，并在特定的位置加工了卡槽，利用卡簧25嵌入到梯形丝杠28的卡槽内，防止梯形丝杠28在轴端方向移动；三是与导向光轴31相连，导向光轴31穿过法兰螺母27与L型挤压件32的预留通孔，通过过盈配合，将光轴嵌在丝杠固定件 29的两端，其目的是为了限制L型挤压件32的旋转自由度；四是固定限位开关 26，限位开关26的作用是“告知”主控制器33，当输液软管1完全松开时，即处在复位状态时，整个执行机构模块18所处的位置信息。

电机固定件22的作用：一是与执行机构连接件19相连；二是将带有齿轮减速箱21的电机20固定。

齿轮传动副的作用：一是将带有齿轮减速箱21的电机20与梯形丝杠28连接起来；二是大大缩短了执行机构模块18的总长度。

保护罩17的作用：机构执行模块18处于工作状态时，防止摄像头12、电机20以及限位开关26的电线被卷进齿轮副中，对输液造成影响。

执行机构模块18接收主控制器33发送的指令，主控制器33将指令发送给电机驱动模块16，在本实用新型实施例中，电机驱动模块16配有驱动模块来驱动电机20，电机20启动后，经齿轮减速箱21后，带动齿轮传动副运动，从而使梯形丝杠28运动，实现了将电机20的旋转运动转化为丝杠模组上L型挤压件32的直线往复运动，达到控制松紧输液软管1来精准调速的效果。

异常报警模块包括了本地的声音报警、灯光报警以及触摸屏10上的信息提示报警和移动端APP上的信息提示报警以及语音报警。在本实用新型实施例中，采用STM32F4开发板上的蜂鸣器37作为本地的声音报警，采用STM32F4开发板上的LED灯36作为本地的灯光报警，通过接收主控制器33的异常报警信号来实现报警提示。

电源模块用于给其余各个模块供电。在本实用新型实施例中，采用UPS不间断电源15作为本实用新型的供电电源，UPS不间断电源15上带有USB5V输出电压接口，可直接接到主控制器33的USB接口上对其供电，再由主控制器33给其它模块供电。发生突发情况时(如医院断电、患者因上厕所急需移动等等)，相比于使用其他电源，UPS不间断电源15依然可保证整个输液装置的正常运行。

WIFI模块主要包括WIFI通信模块34和高速WIFI模组35。WIFI通信模块 34主要是用于数据传输，与主控制器33相连。在本实用新型实施例中，采用 WIFI模块来进行数据传输，包括主控制器33与服务器、移动端APP三者之间的相互通信。

一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置的输液方法，包括以下步骤，

获取滴斗和输液软管1的多个输液图像和多个拍摄时刻，其中，输液图像包含滴斗的液滴信息、液位信息和输液软管1的气泡信息，多个拍摄时刻和多个输液图像一一对应；

根据任意两个拍摄时刻之间的时间差以及所述时间差内输液图像的液滴信息确定液滴的实际滴速，根据实际滴速与预设滴速获得滴速差；

根据输液图像的液位信息确定滴斗的实际液位，根据实际液位与预设液位获得液位差；

将滴速差、液位差或气泡信息发送到控制装置，以使控制装置根据滴速差、液位差或气泡信息控制执行机构模块18相应动作。

具体工作流程如下：

如图5所示，在本实施例中，假定执行机构模块18初始状态为复位状态(即行程开关26处于触发状态)。

(1)将本实用新型医用智能辅助输液装置上的绳子挂在输液支架上；

(2)把莫非氏滴管3卡进壳体模块中的卡紧模块4，并将输液软管1塞到左端盖 2与右端盖5之间。按下主控制器33上的电源按键8，接着按下复位按键9，使整个智能输液装置处于上电复位状态，之后医护人员对患者进行穿刺；

(3)完成穿刺后，医护人员利用移动端APP或者本地的触摸屏10，快速设置期

望滴速值，主控制器33接收到滴速值后，通过数学公式转换，将滴速转换成电机20需要转动的脉冲数，接着把脉冲数传到PID控制算法中，得到加速度曲线和速度曲线信息，主控制器33根据相应的加速度、速度曲线控制电机驱动模块16，电机驱动模块16驱动电机20后，经齿轮减速箱21后使主动齿轮23转动，主动齿轮23利用啮合原理带动从动齿轮24，使得与从动齿轮24相连的梯形丝杠28转动，在法兰螺母27和导向光轴31的共同作用下，将梯形丝杠28的旋转运动转换成L型挤压件32的往复直线运动，程序控制L型挤压件32运动到设置好的位移量以挤压输液软管1，使液滴以预设的滴速滴落；

(4)主控制器33给图像采集模块发送启动信号，先利用主控制器33，将图像的分辨率大小调节为120*160，接着主控制器33经摄像头延长线模块13口控制摄像头12，摄像头12启动后，进行图像采集，通过与主控制器33相连的ALK8266WIFI模组，将图像数据高速无线传输给服务器，服务器接收到图像数据后，将其还原成图像格式，然后把每张图像传到服务器中的深度学习实时目标检测算法(如YOLO算法、SSD算法、Faster-RCNN算法等等) 平台中，图片经预处理、卷积以及预测等步骤后，将莫非氏滴管3内液滴、液位以及气泡的检测结果输出，并转换为数字信号(如0为检测到液滴，1 为未检测到液滴等等)，最后，通过ESP8266WIFI通信模块34发送给主控制器33；

(5)主控制器33接收到数字信号后，对其进行判断。如图6所示，为本实用新

型对输液滴速、余量以及气泡的判断流程图，判断流程如下： a.滴速的判断：利用转换法的思想，本实用新型将输液滴速的测量转换为计算规定时间内检测到的液滴数量。首先，初始化滴数，并记录当前时间T₀；其次，判断是否检测到图片中的液滴，若检测到液滴，把滴数加1，若未检测到液滴，则跳过继续往下执行；接着判断当前时刻T_n与T₀之差是否为30s，若为30s，计算滴速，并输出滴速值；若不是，则返回循环初始。将每30s输出的滴速数值先与程序内设定好的滴速阈值进行比较：

若实际的滴速数值低于滴速阈值，说明输液出现异常，主控制器33发送滴速异常的指令给本地的蜂鸣器37、LED灯36进行声光报警提示，并在触摸屏 10上进行滴速异常的信息提示；同时，利用ESP8266WIFI通信模块34，发送滴速异常指令到移动端APP，通过语音提示和异常信息显示告知医护人员滴速异常；

若实际的滴速高于滴速阈值，则用实际的滴速数值减去期望的滴速数值，进行判断：

1)若滴速偏差小于0，意味着实际的滴速过慢，主控制器33把滴速偏差转换为电机20需调整的脉冲数，将其发送给电机驱动模块16，驱动电机20使对输液软管1的挤压量增大，进行滴速纠偏；

2)若滴速偏差等于0，则主控制器33不需要发送任何指令，一切照常；

3)若滴速偏差大于0，意味着实际的滴速过快，主控制器33把滴速偏差转换为电机20需调整的脉冲数，将其发送给电机驱动模块16，驱动电机20使对输液软管1的挤压量减小，进行滴速纠偏；

b、余量的判断：对输液余量的判断同样利用间接转换的思想，对输液余量的检测转换为莫非氏滴管3内液位检测，对莫非氏滴管3的液位检测情况进行实时判断：

若检测到的液位值低于设定的液位阈值，则主控制器33会发送余量异常的指令给执行机构模块18，“告知”立即自动输液；主控制器33还发送余量异常的指令给本地的蜂鸣器37、LED灯36进行声光报警提示，并在触摸屏10上进行余量异常的信息提示；同时，利用ESP8266WIFI通信模块34，发送余量异常指令到移动端APP，通过语音提示和异常信息显示告知医护人员输液余量过少。

若检测到的液位值高于设定的液位阈值，则主控制器33不需要发送任何指令，一切照常；

c、气泡的判断：若连续多帧检测到有气泡的存在，则主控制器33会发送存在气泡的异常指令给执行机构模块18，“告知”立即停止自动输液；主控制器 33还发送存在气泡的异常指令给本地的蜂鸣器37、LED灯36进行声光报警提示，并在触摸屏10上展示存在气泡的信息提示；同时，利用ESP8266WIFI通信模块34，发送存在气泡的异常指令到移动端APP，通过语音提示和异常信息显示告知医护人员输液中存在气泡；反之，主控制器33不需要发送任何指令，一切照常；

(6)输液过程中，对输液滴速、余量或气泡的检测中，若出现异常，通知医护人员过来处理出现的异常状况，待医护人员解决完异常状况后，利用人机交互模块进行一键重置，主控制器33接收到信号后，发送给执行机构模块18，电机20控制L型挤压件32快速往初始位置方向运动，当触发了限位开关26，说明此时执行机构模块18处于复位状态，应立即停止，并根据之前设定的期望滴速值，“告知”电机20反转，使L型挤压件32到达期望位置。之后，重复步骤 (5)，实现对整个静脉输液过程的实时监测和调节，直至输液过程完成。

若输液过程中，未检测到输液滴速、余量或气泡的异常情况，则直接重复(5)，实现对整个静脉输液过程的实时监测和调节，直至输液过程完成。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：

(1)本实用新型采用视觉传感器作为检测传感器，可以同时对莫非氏滴管3 内液滴、液位以及气泡进行监测；

(2)本实用新型采用深度学习实时目标检测算法来实现对莫非氏滴管3内液滴、液位以及气泡的检测，对环境的适应性强，算法鲁棒性好；

(3)本实用新型采用UPS不间断电源15给智能辅助输液装置供电，可以在紧急情况下(如医院断电、上厕所需移动等等)保证输液装置的正常运行；

(4)本实用新型结合互联网技术，使医护人员可以利用远程操控同时管理多个输液监控装置，能够很好地减轻医护人员的工作负担，体现了智慧医疗的思想，有利于创建智慧医院。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：包括

机架；

滴斗，安装于机架，连接有输液软管，用于输液；

执行机构模块，用于挤压输液软管以调节滴斗内液滴滴速；

摄像头，用于拍摄滴斗和输液软管获得多个输液图像，并将多个输液图像发送给数据处理装置，其中，输液图像包含滴斗的液滴信息、液位信息和输液软管的气泡信息；

计时器，与摄像头连接，用于记录多个拍摄时刻，并将多个拍摄时刻发送给数据处理装置，其中，多个拍摄时刻与多个输液图像一一对应；

数据处理装置，用于接收多个输液图像和多个拍摄时刻，根据任意两个拍摄时刻之间的时间差以及所述时间差内输液图像的液滴信息确定液滴的实际滴速，根据实际滴速与预设滴速获得滴速差，根据输液图像的液位信息确定滴斗的实际液位，根据实际液位与预设液位获得液位差，并分别将滴速差、液位差和气泡信息发送到控制装置；

控制装置，分别与数据处理装置和执行机构模块连接，用于根据滴速差、液位差或气泡信息控制执行机构模块相应动作。

2.按照权利要求1所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：执行机构模块包括驱动装置、传动装置和挤压件，驱动装置固接于机架，传动装置分别与驱动装置和挤压件连接，挤压件设于输液软管一侧，用于挤压输液软管。

3.按照权利要求2所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：驱动装置为电机，传动装置包括互相配合的丝杠和螺母，电机驱动丝杠转动，丝杠转动连接于机架，螺母滑动连接于机架，螺母与挤压件连接。

4.按照权利要求3所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：传动装置还包括主动齿轮和从动齿轮，电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮和从动齿轮啮合传动，从动齿轮与丝杠连接。

5.按照权利要求2所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：挤压件一侧设有限位开关，限位开关与输液软管对应设置，限位开关与控制装置连接。

6.按照权利要求1所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：机架设有凹槽，滴斗卡接于凹槽，摄像头固接于机架，摄像头朝向滴斗布置。

7.按照权利要求1所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：还包括本地交互模块和移动交互模块，本地交互模块和移动交互模块分别与数据处理装置连接。

8.按照权利要求7所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：本地交互模块为触摸屏。

9.按照权利要求1所述的一种基于机器视觉的医用智能辅助输液装置，其特征在于：还包括异常报警模块，异常报警模块与数据处理装置连接。

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