一种基于机器视觉的输液管管内压力检测方法及装置与流程

本发明涉及医疗领域，具体涉及输液管内的压力检测技术。

背景技术：

在自动静脉注射和自动肠内喂养过程中，如果发生阻塞，有可能是插入病人体内的针头阻塞；或者受到外部力的影响，按压住输液管，引起阻塞；也有可能营养液中有固体颗粒，引发阻塞。静脉输液时，输液管路发生阻塞，管路内部液体药物不流动，病人由于没有及时定时定量的注射药物，影响病人的康复，严重时危及生命。肠内喂养时，发生阻塞，管路内部营养液不流动，病人得不到营养液，影响病人吸取营养，不利于病人康复。还有可能由于阻塞，蠕动泵没有停止工作，导致输液管路内部压力越来越大，把输液管路接头部分胀开，发生漏液现象，严重时病人体内的液体从胀开接头流出，这种情况十分危险。

其自动输液或场内喂养过程中，输液管内的阻塞分为，上阻塞和下阻塞。上、下阻塞是以蠕动泵为分界。从输液瓶或输液袋至蠕动泵，为上，如果发生阻塞为上阻塞。对于输液泵和肠内喂养泵来说，该段输液管为进液管路。从蠕动泵至病人体内，为下，如果发生阻塞为下阻塞。同理该段输液管为出液管路。管内液体的流动是通过蠕动泵来控制。只有同时检测上阻塞和下阻塞，才能保证整个输液过程安全可靠。

为此人们提出了多种的检测方案，目前常见的输液管阻塞检测方案主要有以下几种：

1.利用机械式形变传感器，紧贴输液管壁，以一定力挤压输液管。当管内压力变化时，输液管软硬程度变化，引起传感器的移动或形变，利用阻抗的改变或压电效应来实现检测。该方案的缺点是，机械传感器结构复杂，不精确，可靠性差。

2.利用光电传感器，一边发射一束光线，垂直照射输液管(不透明的管)，另一端光电传感器探测光强度。当管直径或软硬度变化，引起光线通过量改变，光电传感器检测光线的多少，来判断管直径或软硬度变化。输液管管内压力大时，直径和软硬度变大，光通过量减少。反之光通过量增多。光电传感器接收光照射时，激发内部电子定向流动，形成微弱电流。微弱电流的大小与接收光强度成正比。通过判断微弱电流的大小，进而判断输液管管内压力的变化情况。该方案的缺点是，要配合复杂的结构设计和外部复杂的驱动电路。并且对于上下阻塞的检测，必须分别放置一对发射led和光电传感器于进液管路和出液管路。

技术实现要素：

针对现有输液管阻塞检测方案所存在的问题，需要一种可靠性高、检测精度高的输液管阻塞检测方案。

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的输液管管内压力检测方法及装置，提高输液管管内压力检测的可靠性和精确度。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于机器视觉的输液管管内压力检测方法，其基于机器视觉技术间接识别输液管中硅胶软管因输液管管内压力变化引起的软硬度变化。

在本检测方法方案中，所述检测方法基于机器视觉技术识别用于感知输液管中硅胶软管的软硬度变化的辅助检测装置随硅胶软管软硬度变化所产生的形变量。

在本检测方法方案中，所述检测方法基于机器视觉技术识别与辅助检测装置相配合的识别区域的变化，该识别区域的大小随辅助检测装置形变而发送变化。

在本检测方法方案中，所述识别区域与图像或视频采集装置拍摄镜头相对应，并与辅助检测装置相配合，可被拍摄镜头拍摄的区域大小随辅助检测装置的形变而发生变化。

在本检测方法方案中，所述识别区域设置有区别非识别区域的图案和/或颜色。

在本检测方法方案中，所述检测方法基于一组拍摄镜头，识别检测输液管位于蠕动泵上部和/或下部区域的管内压力。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于机器视觉的输液管管内压力检测装置，包括：

辅助检测装置，所述辅助检测装置感应输液管中硅胶软管的软硬度变化，并随硅胶软管软硬度变化产生相应的形变；

识别区域，所述采集区域与辅助检测装置相配合，并随辅助检测装置的形变，其被采集及识别装置拍摄的区域大小发生变化；

采集及识别装置，所述采集及识别装置基于机器视觉技术识别所述识别区域随输液管的软硬度变化而发生的变化，以检测输液管管内压力。

在检测装置的方案中，所述辅助检测装置布置在硅胶软管位于蠕动泵上部和/或下部区域，并以一定弹力挤压硅胶软管，随硅胶软管软硬度变化而发生对应的弹性形变。

在检测装置的方案中，所述辅助检测装置包括弹性件，可移动滑块，所述弹性件支撑可移动滑块，使得可移动滑块以一定的弹力紧贴硅胶软管管壁；所述可移动滑块随硅胶软管软硬度变化而产生相对于硅胶软管的滑动，同时调整识别区域被采集及识别装置拍摄的区域的大小。

在检测装置的方案中，所述识别区域设置在可移动滑块上，并与采集及识别装置相对应。

在检测装置的方案中，所述识别区域设置有区别非识别区域的图案和/或颜色，其部分处于采集及识别装置的采集拍摄区域。

在检测装置的方案中，所述采集及识别装置通过固定位置及固定焦距采集识别区域图像。

在检测装置的方案中，所述检测装置还包括一仓室，该仓室相对于辅助检测装置设置，用于配合采集及识别装置构成密闭的采集空间。

在检测装置的方案中，所述仓室上设有仓门盖，该仓门盖上设置有用于检测仓门是否关闭的图案和/或颜色。

在检测装置的方案中，所述采集及识别装置通过识别仓门盖上图案和/或颜色来检测仓门是否关闭。

本发明提供的方案基于机器视觉技术实现对输液管管内压力的检测，基于一组拍摄镜头，即可识别检测输液管位于蠕动泵上部和/或下部区域的管内压力，继而可检测输液管上阻塞和/或下阻塞，可靠性高，检测精度高，实用性强，能够有效解决现有技术所存在的问题。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实施例中输液管的结构示意图；

图2为本发明实施例中检测装置的主要结构示意图；

图3为本发明实施例中弹性结构装配示意图；

图4为本发明实施例中弹性结构示意图；

图5为本发明实施例中暗室的主要构成示意图；

图6为本发明实施例中暗室的俯视图；

图7为本发明实施例中摄像头拍摄画面示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

首先，本实例针对的输液管为一类医疗耗材，不局限于用于静脉输液或肠内营养液喂养的输液管，也不局限用于人的静脉输注和肠内喂养或动物的静脉输注和肠内喂养。

参见图1，用于自动静脉注射和自动肠内喂养的输液管100一般包括四部分：第一透明导管101、硅胶软管102、第二透明导管103、透明导管和硅胶软管接头104。

其中，第一透明导管101用于连接输液袋或输液瓶105到硅胶软管102；而硅胶软管102可以是透明和不透明；第二透明导管103用于连接硅胶软管到注射接头106。

这里的硅胶软管103为塑料制品，其柔软，有弹性，管直径不会随内部压力变化而变化，而软硬度会随管内压力变化，管内压力变强，硬度变强；管内压力变小，硬度变弱。该硅胶软管，不局限于透明与不透明，也不局限于是何种颜色。

如此构成输液管100在使用时，管内液体的流动是通过蠕动泵105(如图2所示)来控制。若管内发生阻塞(上阻塞或下阻塞或同时上下阻塞)将会改变软管内的压力，继而会直观反映到硅胶软管的软硬程度上。

为此，本发明通过机器视觉来检测输液管的直径或软硬度变化来检测输液管内压力的变化，继而可判断输液管内是否发生阻塞。

据此，本方案通过机器视觉技术间接识别输液管中硅胶软管因输液管管内压力变化引起的软硬度变化，由此来实现检测输液管内压力的变化，继而可判断输液管内是否发生阻塞。

具体，本方案通过引用一辅助检测装置，该辅助检测装置感应输液管中硅胶软管的软硬度变化，并随硅胶软管软硬度变化会产生对应的形变。

为此，本方案通过机器视觉技术识别辅助检测装置随硅胶软管软硬度变化所产生的形变量，由此来检测输液管内压力的变化，继而可判断输液管内是否发生阻塞。

为了能够准确识别辅助检测装置的形变，本方案通过设置相应的识别区域，该识别区域与图像或视频采集装置拍摄镜头相对应，并与辅助检测装置相配合，其可被拍摄镜头拍摄的区域的大小随辅助检测装置的形变而发生变化。

由此，本方案进一步的基于机器视觉技术识别该识别区域大小的变化，由此来检测输液管内压力的变化，继而可判断输液管内是否发生阻塞。

针对上述方案，以下具体说明一下本方案的实现过程。

参见图2，其所示为本方案提供的基于机器视觉的输液管管内压力检测装置的总体结构图。

由图可知，本检测装置200主要包括泵仓室210，采集及识别装置220，弹性结构231，弹性体232，暗室240这几个部分。

其中，仓室210构成用于检测装置的空间结构，用于安置相应的硅胶软管102、蠕动泵105、电机106、弹性结构231、弹性体232、暗室240、采集及识别装置220等。

该仓室210上设置有相应的仓门盖211，用于构成一个封闭的检测空间，隔绝外部干扰，防止异物进入；同时防止外部光线进入仓室内，影响摄像头拍照摄像，以保证本装置的可靠性。

这里的蠕动泵105、电机106、硅胶软管102、以及第一透明管101和第二透明管103为现有自动输液管的设置方案，此处不加以赘述。

暗室240，其设置在仓室210中，构成一个封闭的拍摄空间，用于采集及识别装置220拍摄弹性体232。

如图2和图5所示，该暗室240容硅胶软管102的两端并列穿过，并通过接头104连接于第一透明导管101、第二透明导管103；并且在硅胶软管102并列的两端中间设置一个不可形变的挡板243；同时在该暗室240的底部设置的连接部241，用于连接采集及识别装置220；该该暗室240的顶部设置有相应盖板242，该盖板242对应于暗室240顶部，设置在仓门盖211上。

在具体实现时，本方案中的盖板242可进一步作为相应的背景板，用于检测仓门盖211是否关闭。

优选的，该背景板242上设置有用于检测仓门是否关闭的图案和/或颜色。如采用白色背景板，不局限于白色，和全白色，也可以是其他颜色，或带有特定图标。这样可由采集及识别装置通过拍摄和识别背景板上图案和/或颜色来检测仓门是否关闭。如当摄像头对仓室拍照，获取的图片中，判断图片中固定区域是否有该图标，来检测仓门是否关闭。

另外，为了便于下部的采集及识别装置220的拍摄采集，暗室240的底部为透明的，采用完全透明材料构成，这样在本暗室240中，硅胶软管102固定在下边是完全透明材料之上，一边贴住不可形变的隔板243，与隔板243相对的是可以形变的弹性结构，同时在硅胶软管102的上部为白色背景板242。

这样的完全透明材料，可以是玻璃，也可以说是亚克力板，但不局限这两种。该透明材料的作用是，机器视觉用摄像头透过该透明材料对弹性结构的弹性体拍照，并且隔绝外部污染。

参见图2和图3，本方案中的弹性结构231与弹性体232配合构成辅助检测装置230，用于感应输液管中硅胶软管102的软硬度变化，并能够随硅胶软管软硬度变化产生相应的形变。

该辅助检测装置230对称的布置在暗室240的两侧，用于检测硅胶软管102位于蠕动泵150上部和下部区域的软硬度变化。

具体的，弹性结构231和弹性体232分别位于暗室240两侧对称放置，弹性结构231通过弹力支撑弹性体232；而弹性体232受到弹性结构231内部的弹性力作用，可以在弹性结构内伸缩移动，并以一定的弹力挤压硅胶软管102的管壁，该弹力方向垂直于硅胶软管壁。

由于硅胶软管102中间有暗室内挡板243，挡板243不可活动。当硅胶软管102软硬度变化的时候，将会给弹性体232不同的力，至使弹性体232沿硅胶软管102径向移动(左右伸缩)。从而使得弹性体232能够根据硅胶软管软硬度的变化，滑块可以自由滑动。

参见图4，在具体实现时，弹性结构231由相应的弹性部,231a和壳体231b构成，其中弹性部件安置在壳体内，而壳体相对于硅胶软管102安置在暗室240的侧壁上。弹性部件用相应的弹力，以支撑驱动弹性体232，使其能够以一定的弹力挤压硅胶软管102的管壁。

这里的弹性部件可根据实际需求而定，只要能够使得弹性体以一定的弹力挤压硅胶软管102的管壁即可。作为举例，该弹性部件可以为螺旋弹簧，也可以是弹簧片等。

这里的弹性体232优选可移动的滑块，在弹性部件和硅胶软管相互作用下能够在弹性部件和硅胶软管之间来回移动。具体的，该弹性体232其受弹性结构231的弹性部件的驱动能够以一定的弹力紧贴硅胶软管壁，根据硅胶软管软硬度的变化，滑块可以自由滑动。其移动的方向受硅胶软管102软硬度决定，硅胶软管越硬，弹性体往弹性部件方向移动，同时弹性部件被挤压；硅胶软管越软，弹性体往硅胶软管方向移动，弹性部件伸长，硅胶软管被挤压。

据此设置的辅助检测装置230，只要识别可移动的滑块232(弹性体)相对于硅胶软管102的移动距离和方向，即能够有效检测硅胶软管软硬度的变化，由此可检测输液管内压力的变化，继而可判断输液管内是否发生阻塞。

在此基础上，为了精确可靠的识别可移动的滑块232(弹性体)相对于硅胶软管102移动距离和方向，本方案在滑块232面向采集及识别装置220面上(即滑块232的下方，采集及识别装置220拍摄的区域)设置相应的识别区域250。该识别区域250与采集及识别装置相对应，并随着滑块232相对于硅胶软管102的移动，实时调整其被采集及识别装置拍摄的区域的大小。这样，采集及识别装置220通过采集和识别识别区域250大小的变化，即可有效识别可移动的滑块232(弹性体)相对于硅胶软管102移动距离和方向，这样就能够有效检测硅胶软管软硬度的变化，由此可检测输液管内压力的变化，继而可判断输液管内是否发生阻塞。

具体的，该识别区域250通过在滑块232上涂装固定颜色来构成，并与硅胶软管间预留一定的距离。该颜色不局限于何种颜色，但要和背景板的颜色，和硅胶软管的颜色加以区分。

这样的涂装不局限于全部涂装和部分涂装，涂装的颜色区域的形状也不局限于何种形状。

由此构成的识别区域250(即颜色区域)，随辅助检测装置230安置时，其一部分处于采集及识别装置220中摄像头拍摄的区域，另外的部分为非摄像头能拍摄的区域。

由此，当可移动的滑块，因硅胶软管的软硬度变化，而移动。该颜色区域处于摄像头拍摄的区域也不同。比如当输液管管内压力变小时，硅胶软管的硬度变小，可移动的滑块由于受弹簧的弹力，向硅胶软管的挤压程度更大。滑块下的颜色区域，随着滑块整体向硅胶软管滑动，进入摄像头拍摄的区域更多。摄像头实时拍照，则采集到的图像中的该颜色区域变大，则认为硅胶软管的硬度变小，说明输液管管内压力变小。相反，当输液管管内压力变大时，硅胶软管的硬度变大，支持滑块向外滑动，滑块下的颜色区域处于摄像头拍照的区域变小，则采集到的图像中的该颜色区域变小，判定硅胶软管变硬，说明输液管管内压力变大，从而达到了检测目的。

参见图5和图6，本方案中的采集及识别装置220为整个检测装置的处理中心，其通过与辅助检测装置230和识别区域250配合，能够通过一组拍摄镜头，即可识别检测输液管位于蠕动泵上部和/或下部区域的管内压力，继而可检测输液管上阻塞和/或下阻塞。

采集及识别装置220主要摄像头部分和相应的cpu部分，其中摄像头部分用于图像的采集，通过连接部241安置在暗室240的下部，即位于硅胶软管102之下；该摄像头在cpu部分的控制下，搭配led照明灯，实时对弹性体拍照，并把图像数据传递给cpu部分。cpu部分用于完成图像的处理和识别。

这里的摄像头包括黑白摄像头或彩色摄像头；而摄像头由图像传感器(ccd或cmos)和镜头构成；镜头选用大景深、微距。

具体的，连接部分241内部有led照明灯221，同时连接部分241和暗室240中间隔着透明层(如上所述)。该透明层是阻隔外部污染，并完全透光，利于摄像头拍摄图片。

本方案中采用4个led照明灯221，分别设置于连接部分241的四个角，并位于摄像头旁边，而摄像头从连接部分241中间伸出。

另外，对于led照明灯221的安置位置并不限于此，根据需要还可安置在摄像头镜头之下，之上，透明材料之下，或处于背景板，只要能够在摄像头拍照时(必须屏蔽外部光线)，在黑暗仓室内需要照明灯，使摄像头完全清楚的拍摄弹性体，即可。

由此构成的采集及识别装置220方案中，cpu获取的图像，是固定图像，也即镜头焦距固定，拍摄的图像不会变焦，画面内容不变。因为硅胶软管、挡板、背景板与摄像头相对固定，所以硅胶软管、挡板和背景板出现在图像的固定位置，不会改变。这样的情况下，cpu分析图像，只分析弹性结构下方特定颜色区域大小，就能实现检测硅胶软管软硬度变化，进而实现管内压力的检测。简化了软件处理的复杂性。

由此构成的，检测装置在工作时，检测装置通过摄像头每秒至少1帧的速度实时拍摄与与识别区域250相关的图像，再对拍摄的每一帧图片进行分析，识别硅胶软管软硬度是否发生变化，由此来检测输液管内压力的变化。

参见图7，摄像头拍摄的画面中包括：两段硅胶软管102，挡板243，弹性体232的一部分，弹性体232下方特殊颜色的区域250(即识别区域250)，白色背景板242。

在识别时，主要判断特殊颜色的区域250的长度大小就可以判断硅胶软管102的软硬程度。硅胶软管硬度越高，抵压弹性体232往外移动，特殊颜色区域250的长度越小；反之，硅胶软管越软，弹性体232往里移动，特殊颜色区域250长度越大。

通过分析固定颜色区域大小，一是简化了图像分析的复杂性；二是排除了，比如硅胶软管的颜色影响。如果硅胶软管颜色和弹性结构下方的颜色一致或相近，就会使图像处理判断错误，引发误报警。或硅胶软管是透明材质，内部溶液或液体的颜色和弹性结构下方的颜色一致或相近，也会使图像判断失误，引发误报警。所以在图像固定位置分析指定颜色区域大小，既分析准确，排出干扰，又降低软件复杂性。

基于以上的实现原理，本检测装置与输液软管配合进行自动静脉注射和自动肠内喂养时，实时监测检测上阻塞和下阻塞。

本检测装置在硅胶软管102靠近第一透明导管101容易发生上阻塞的地方，设置了一组弹性结构231和弹性体232；在硅胶软管102靠近第二透明导管103容易发生下阻塞的地方，也设置了一组弹性结构231和弹性体232。

由此，仓门盖211关闭，蠕动泵105以逆时针旋转通过蠕动的方式挤压硅胶软管，使内部的液体从第一透明导管101流向硅胶软管102，再从硅胶软管102流向第二透明导管103，至病人体内。

在蠕动泵105恒定速度运转过程中，如果第一透明导管101被压住，或输液袋内阻塞等情况发生，即上阻塞发生，此时没有液体或者很少的液体从第一透明导管101流进，再流入硅胶软管内，硅胶软管内由于流入液体变少，蠕动泵又不停地驱动，导致硅胶软管内液体更少，此时硅胶软管内部液体变少，压力就变小，硅胶软管硬度变软。而弹性体232受弹簧力的作用，向硅胶软管移动。弹性体232下方的特殊颜色区域(即识别区别250)出现在暗室内的长度变长，摄像头实时拍摄到图片，传递到cpu，cpu判断图片内固定区域，识别出特殊颜色区域变长，特殊颜色区域变长到一定程度，即发生了上阻塞，输液泵或肠内营养泵发出上阻塞报警。

在蠕动泵105恒定速度运转过程中，如果第二透明导管103至体内这一段，发生阻塞，即表示下阻塞发生，此时液体从第一透明导管101正常流进，但是液体从第二透明导管103流出的速度变慢或者不流动。使液体在硅胶软管靠近第二透明导管103侧聚集，管内压力变大，导致硅胶软管硬度越来越大，抵压弹性体232往外移动，同时特殊颜色区域(即识别区别250)出现在暗室内的长度变短，摄像头实时拍摄到图片，传递到cpu，cpu判断图片内固定区域，识别出特殊颜色区域变短，特殊颜色区域变短到一定程度，即发生了下阻塞。输液泵或肠内营养泵发出下阻塞报警。

由此，通过一个摄像头即可同时分别判断上下阻塞。

上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。