一种基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，该方法集合了静脉图像增强、静脉识别与穿刺点智能选定、自主穿刺、紫外消毒等功能，可实现自主化的快速静脉穿刺任务。本方法以RZ/A2M为核心，主要利用DRP动态可重构处理器技术，对图像进行增强与识别推理加速，实现了低延时、高精度的端侧智能医学图像处理，避免了云端计算的网络时延、网络稳定性差等问题，同时利用二轴丝杆滑台作为穿刺设备机械结构，可进行快速且高精度的穿刺手术，完成完全自主化的快速静脉穿刺。本设备使用简单，对使用者进行简单培训即可上手使用，大大降低了静脉穿刺手术的技术门槛，可一定程度上缓解医护人员短缺的压力，也可以减小医患直接接触的风险，提高静脉穿刺准确率以及减少患者痛苦，本方法所采用的自主静脉穿刺形式也有望在未来成为静脉穿刺形式的新常态。
【技术实现步骤摘要】
一种基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法
本专利技术涉及一种医疗背景下的自主式穿刺设备，设计并实现了一种穿刺系统，可以自主完成静脉寻找并进行穿刺，属于医疗自动化、医学图像处理领域。
技术介绍
2019年底，新型冠状病毒疫情在中暴发，随后在全球范围内全面暴发，截至2020年8月31日，世界累计确诊病例25155434例，且在8月内以日均27万例确诊的速度上升。在如此严峻的疫情挑战下，大量医护人员参与到抗击疫情的行动中，但是由于确诊人数的快速增长，对医护人员的医疗工作的展开造成了巨大的压力。其中输液所需要的静脉穿刺手术，是在治疗患者时必须要进行的手术之一，疫情期间，同济医院光谷院区发热门诊每天白天的输液量超过400人，护士每天要进行穿刺150人次。按每个患者1分钟的速度来计算，平均每天要保持90°弯腰姿势3个小时，并且该手术对经验要求高，部分患者可能存在静脉寻找困难的现象，同时医护人员在直接接触患者时也面临着一定的感染风险，另一方面由于医护人员需要着防护服、护目镜，工作强度巨大，并且伴有心理压力等情况，又为进行该手术造成了巨大的困难。本专利的设计初衷就是为了应对以上问题。目前在静脉识别与穿刺领域，大多设备为专用于静脉增强与显像，其中静脉超声波成像为主流静脉成像技术，但该技术成像质量差，稳定性较差，仍然需要辅以专家判别才能找到静脉所在位置，另一方面这些静脉增强显像设备，仅提供了静脉增强图像，未能精准且智能得给出静脉穿刺推荐点，仍然可能出现医护人员在压力大、疲劳等情况下的穿刺失误等问题。同时静脉显像与增强设备未能与自动穿刺技术结合起来，要完成静脉穿刺，通常需要一人手持静脉增强设备，一人穿刺来完成穿刺手术，大大降低了穿刺效率，又或者穿刺设备需要挂载于医护人员身体上来辅助穿刺，也增加了医护人员的负荷。本专利采用近红外光反射成像技术，利用静脉中血红蛋白对近红外光吸收较强的特点，获取质量较高的原始静脉图像，再利用CLAHE算法对静脉图像进行增强，能够获得清晰的静脉图像。识别部分使用了DRP加速处理技术，能够快速精准且智能地寻找到合适的静脉穿刺点，在寻找到穿刺点后，可自动对穿刺点进行入针穿刺。在疫情暴发的特殊时期，本专利可代替医护人员进行静脉穿刺，一方面缓解了人员压力，另一方面可以减轻医护人员受感染的风险，减轻静脉寻找苦难患者的痛苦，也避免了因医护人员情绪波动、疲劳等造成的穿刺失误。而在常态情况下，本专利也适用于对静脉寻找困难人群进行穿刺的场景，如肥胖人群、婴幼儿等，目前医疗逐渐有向智能自动化发展的趋势，而本专利也有望在未来作为医疗自动化的一种代表性形式。
技术实现思路
本专利主要解决了医疗人员大量与传染性患者接触时可能发生感染的问题，有助于推动医疗设备向智能化发展，推进了医院智能化建设，同时减少了二次传染，在一定程度上大大减少了传染病的传播。本专利旨在实现一种静脉寻找、静脉穿刺一体的自动化穿刺设备。为了提高静脉寻找的能力，本专利提出了一种基于DRP加速的静脉增强设别算法用以提高静脉识别率。本专利以近红外摄像头采集到的近红外光反射图像作为原始输入，为获得质量较高的静脉原始图像，利用静脉中血红蛋白对近红外光吸收较强的特点，去除了一般摄像头中的红外滤镜，并且在摄像头周围加装大功率近红外光源，其红外辐射波长为850nm，对环境光进行遮光处理，能够获得由近红外光反射所得的初始输入图像，图像中静脉轮廓较普通光源反射所得的图像更为清晰，之后使用3*3滤波器通过线性插值将输入图像转为RGB，并计算亮度值。在使用3*3滤波器进行线性插值时，3*3网络由待转换像素和相邻像素组成。下面的乘数将像素值相乘，并将每种颜色的结果相加。中心像素值：紧靠上下左右的像素值：对角线相邻像素值：然后将上述数值与Bayer颜色密度值(红色和蓝色为4，绿色为2)的反比相乘，得到被转换像素的RGB值。RGB到的转换采用下式1：式中：Y表示灰度值；Red表示红色像素值；Green表示绿色像素值；Blue表示蓝色像素值。将图像灰度化处理后，就可以得到帧图像的灰度图得到了图像的灰度图后，利用手背静脉图像的特征对静脉图像进行增强，采用限制对比度自适应直方图均衡化(ContrastLimitedAdaptiveHistogramEqualization,CLAHE)进行图像增强，CLAHE能够有效的限制噪声放大的影响。得到了增强后的图像后，首先在视野范围内设置一个感兴趣区域来减少一些环境干扰，然后通过阈值二值化、轮廓查找、像素点操作三个步骤来完成静脉图像识别任务。首先是对增强后的图像进行二值化操作，采用基于DRP的阈值二值化操作，在输入数据超过阈值时输出255，当输入数据小于或等于阈值时输出0，得到静脉的二值化图像。对静脉的二值化图像进行轮廓查找，将构成轮廓的像素坐标输出为“区域信息”，并且为每个检测到的轮廓计算边界矩形作为“矩形信息”，最后将识别的轮廓用矩形框出。矩形信息包括相应的区域信息地址和计数。在为检测到的等高线的数量输出该数据集之后，该函数输出结束数据意味着数据结束。如果输出数据计数达到预先设置的值，则达到上限的数据输出将停止，但其他数据输出不会停止。此外，如果两个数据计数都达到上限，则两个数据输出都会停止，然后DRP终止。如果矩形信息输出计数在输出结束数据之前达到上限，则不输出结束数据。当矩形宽度或高度小于参数设定值时，算法从输出中排出其矩形信息和区域信息。像素点操作。为了进一步排除一些干扰和误识别，将框出来的轮廓作为感兴趣区域，对该区域的1/2高度的位置进行像素点的遍历，然后判断连续的5个像素点的值是否为255，从而判断是否准确识别到静脉区域。最后将穿刺点标记在静脉上。附图说明图1为说明书摘要附图图2为硬件框图图3为软件流程图图4为增强效果图对比图图5为穿刺点效果图具体实施方式下面结合附图对本专利的技术方案作进一步详细说明：本专利的硬件框图如上图1所示，由于本专利需要大功率led灯等大功率器件，因此采用220V市电供电，接口符合中国标准，可在任何一个医院内投入使用，在接入220V交流电后接着需要通过AC-DC，DC-DC等电源模块进行整流稳压，对不同的部件进行供电，其中RZ/A2M为核心模块，负责数据的输入输出以及处理。在外接传感器方面，首先是两个红外LED灯，用以提供红外光源，获取红外图像，其次是紫外LED灯，用以每次穿刺前后的消毒工作，接着是专利的核心两个部件：步进电机和摄像头，步进电机分为X轴、Y轴和Z轴三个方向，主要承担穿刺任务；摄像头用以捕捉原始图像，并将图像传输到RZ/A2M进行后续处理。系统的硬件系统主要以RZ/A2M板为核心，红外LED和紫外LED为辅助环境，摄像头和三轴步进电机为主要任务承担传感器软件流程如图2所示，其中紫外消毒功能由独立按键提供控制。在摄像头开始工作前，先进行紫外消毒，之后，开启红外LED，近红外摄像头采集到近红外光反射图像作为图像数据的原始输入，为获得质量较高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，该设备采用了近红外反射技术采集静脉图像，图像预处理过程包括静脉图像进行灰度化、阈值二值化，处理后的图像通过轮廓查找和像素点操作等流程识别静脉区域并将区域进行标定。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，该设备采用了近红外反射技术采集静脉图像，图像预处理过程包括静脉图像进行灰度化、阈值二值化，处理后的图像通过轮廓查找和像素点操作等流程识别静脉区域并将区域进行标定。
2.根据权利要求1所述的基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，使用的相机为近红外相机，为排除干扰，采用大功率近红外灯作为光源，目的是利用静脉中血红蛋白对近红外光吸收较强的特点，增强获得的图像效果。
3.根据权利要求1所述的基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，所使用宫外光源的红外辐射波长为850nm，但不限制于此。
4.根据权利要求1所述的基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，采集到的图像在预处理过程中运用了图像增强技术进行区域增强。
5.根据权利要求1所述的基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，本方法采用的图像增强技术为采用限制对比度自适应直方图均衡化。
6.根据权利要求1所述的基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，识别的任务主要分为三个过程：阈值二值化、轮廓查找、像素点操作。
7.根据权利要求1所述的基于DRP加速的静脉增强识别一体化自主穿刺方法，其特征在于，所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，
申请(专利权)人：南通帕克医用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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