本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种自动静脉注射系统及注射方法。
背景技术
静脉注射是一种常用的医疗方法，即把血液、药液、营养液等液体物质直接注射到静脉中。
目前，已有的静脉注射器一般由护士用手推压进药，这样不仅劳动强度大，而且难以保证药物均速注入静脉，容易造成病者的不适。而且，护士在给病人静脉注射时，往往需要十几分钟甚至半个小时时间，大大浪费了护士的时间，操作繁琐，费时费力；有些药需要匀速推进，才能保证效果，比如，甘露醇，是一种高渗脱水剂，进入静脉可迅速提高血液渗透压，从而达到组织快速脱水的作用。由于甘露醇的药理作用特点，在应用甘露醇治疗过程中，最重要的就是静脉注射输入的速度不可过快或过慢，速度过快可引起头痛、头昏、视力模糊；速度过慢量小不集中，浓度低，不能迅速提高血液渗透压使组织脱水，降低颅压。所以静脉推注甘露醇需要有专人全神贯注的操作，在这期间，医务人员需要手持推进器，慢慢地保持匀速推进，这对医务人员要求非常高；而且操作强度大，难以保证药物匀速注入静脉，医护人员易因疲劳造成患者不适。
再者，病人有些时候仅仅需要静脉注射一些自己清楚的药物，还必须跑去医院进行静脉注射，不能在家独自完成，效率低下。
针对上述存在的问题，本发明提供了一种自动静脉注射系统及注射方法。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明提出了一种自动静脉注射系统及注射方法，无需医护人员参与，自动完成静脉注射，操作省时省力，减轻医务人员的劳动负担，大大提高工作效率，且能保持匀速送药。
本发明提供了一种自动静脉注射系统，包括用于注射的注射器，该系统还包括：
固定板，用于固定需要静脉注射的部位，并且所述固定板上每个位置都有确定的坐标；
红外光源，用于发出近红外光线照射需要静脉注射的部位；
摄像部件，用于拍摄固定板的区域，实时摄取静脉影像，并传输给处理器；
处理器，用于实时接收摄像部件拍摄的影像，并进行图像处理，将每一帧图像与已知每个位置坐标的固定板空白图像进行比较，从而确定通过红外显影的静脉血管位置坐标；
接近传感器，用于传感所述注射器靠近待注射部位的距离，并将所述距离发送给控制系统；
控制系统，用于根据处理器获取的静脉血管位置坐标以及接近传感器获取的距离信息，控制三维移动系统移动所述注射器到所述静脉血管位置，并控制注射装置推送注射器注射药液。
进一步地，所述注射装置包括前缸体、活塞、活塞杆、电机系统和后缸体，所述前缸体用于固定所述注射器，其内径大小与注射器外径大小相同，并且小于后缸体内径大小；所述注射器活塞柄被安装在所述活塞上，所述活塞杆用于通过所述电机系统的控制推动活塞运动；所述电机系统，用于根据控制指令控制注射器注射或吸取药物；所述后缸体内径大小与活塞直径大小相同，并用于活塞运动。
进一步地，所述电机系统包括电机和传动机构，所述电机，用于根据控制系统的指令转动一定圈数；传动机构，用于将所述电机转动的圈数转化为横向移动的位移，并带动所述活塞杆前后移动。
进一步地，所述红外光源通过内嵌方式安装在前缸体正面的上方，所述摄像部件通过内嵌方式安装在前缸体正面的下方，以保证红外光源与摄像部件尽量在一条直线上；所述前缸体正面靠近中间位置安装有所述接近传感器，用于感应注射器靠近待注射部位的距离。
进一步地，所述三维移动系统包括固定件、三维电机，所述固定件用于固定并承载所述注射装置和控制系统，所述三维电机安装在所述固定件下方，用于根据控制系统指令，控制所述固定件在三维方向上移动。
进一步地，所述固定板上安装有手臂形状的凹陷底座，用于放置静脉注射的手臂，以及夹持端，用于固定手臂，辅助手臂定位。
进一步地，所述固定板空白图像中的每个位置点对应到具体的每个坐标值通过人工神经网络前期训练获得。
进一步地，所述摄像部件初始位置位于所述固定板正中央上方一定距离，在该距离拍摄时，所述摄像部件正好拍摄所述固定板全貌。
除此以外，本发明还提供了一种基于上述自动静脉注射系统进行自动静脉注射方法，包括以下步骤：
将需要静脉注射的部位固定在固定板上；
控制红外光源发出近红外光线照射需要静脉注射的部位；
控制摄像部件拍摄固定板的区域，实时摄取静脉影像；
对拍摄的影像进行图像处理，并将每一帧图像与已知每个位置坐标的固定板空白图像进行比较，从而确定通过红外显影的静脉血管位置坐标；
根据获取的静脉血管位置坐标控制三维移动系统移动所述注射器到所述静脉血管位置坐标处；
使用接近传感器传感所述注射器靠近待注射部位的距离，并控制三维移动系统使注射器靠近，直到注射针头扎进静脉血管；
控制注射装置平稳推送注射器注射药液。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：在注射完毕以后，控制系统控制摄像部件回到所述初始位置。
与现有技术相比，本发明所述自动静脉注射系统及注射方法有益效果包括：
(1)通过全程全自动静脉注射，完全解放医护人员，无需医护人员参与，自动完成静脉注射，操作省时省力，减轻医务人员的劳动负担。
(2)通过电机控制推送药物的速率，确保匀速送药，解决一些药物推送不能过快也不能过慢的难题。
(3)本发明提供的自动静脉注射系统完全可以由病人自行完成注射，无需去医院，在家即可自行完成静脉注射，大大提高效率，且方便生活。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例一的自动静脉注射系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一中固定板空白图像与注射时图像对比图；
图3为本发明实施例二注射器的结构示意图；
图4为本发明实施例三自动静脉注射装置结构示意图；
图5为本发明实施例三图4中a-a截面示意图；
图6为本发明实施例三图4中d处的放大示意图；
图7为本发明实施例四的自动静脉注射装置结构示意图；
附图说明：1-电机系统，2-后缸体，3-活塞杆，4-活塞，5-针柄，6-前缸体，7-注射器，8-针头，9-红外光源，10-摄像部件，11-注射装置，12-固定板，13-静脉血管，14-手臂，15-控制系统，16-接近传感器，17-第一通孔，18-第二通孔，20-注射器活塞柄，21-空筒，22-空筒栓，31-前缸体固定部，32-前缸体拆卸部，33-卡扣，34-弹性凹槽，35-橡胶环，36-按钮，41-活塞凹槽，42-左固定盖，43-右固定盖，44-旋转轴。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明实施例一提供一种自动静脉注射系统，包括用于注射的注射器7，该系统还包括：
固定板12，用于固定需要静脉注射的部位，并且所述固定板12上每个位置都有确定的坐标(y,z)；
红外光源9，用于发出近红外光线照射需要静脉注射的部位；
摄像部件10，用于拍摄固定板的区域，实时摄取静脉影像，并传输给处理器15；
处理器，用于实时接收摄像部件10拍摄的影像，并进行图像处理，将每一帧图像与已知每个位置坐标(y,z)的固定板空白图像进行比较，从而确定通过红外显影的静脉血管位置坐标(y1,z1)；
接近传感器16，用于传感所述注射器7靠近待注射部位的距离，并将所述距离发送给控制系统15；
控制系统15，用于根据处理器获取的静脉血管位置坐标以及接近传感器16获取的距离信息，控制三维移动系统移动所述注射器7到所述静脉血管位置，并控制注射装置11推送注射器7注射药液。
处理器可以设置在控制系统15内部，集成在一起，减小体积。
本发明中，红外光源发射的近红外光波长为700-900nm，近红外光对人体组织穿透深度强于可见光，且静脉血液中脱氧血红蛋白对近红外光能量吸收明显高于脂肪和黑色素等血管周边组织，近红外光可以穿透到皮下15毫米左右，这些光会被血中的脱氧血红蛋白吸收，但会被周围组织反射。因此，采用近红外光成像的方法可以显著提高静脉血管与周围组织的对比度，得到比较清晰的静脉结构图像。
摄像部件10，用于接收反射回来的光，拍摄固定板的区域，实时摄取静脉影像，并传输给处理器15；所述摄像部件10为红外摄像头和带可见光滤镜的数字摄像头；
所述摄像部件10初始位置位于所述固定板12正中央上方一定距离，在该距离拍摄时，所述摄像部件正好拍摄所述固定板12全貌。每一次静脉注射完毕后，控制系统15控制摄像部件回到初始位置。在初始位置，摄像部件10拍摄12的全貌，其中包括待注射部位和静脉血管，将该图像发送给处理器后，处理器将该图像进行增强、去噪、分割等图像处理后，将其与已知每个位置坐标(y,z)的固定板空白图像进行比较，如图2所示，为固定板空白图像与注射时图像对比图，左边图示为固定板空白图像，其中每一个点都有一个确定固定坐标(y,z)，该固定板空白图像，也是摄像部件10在所述初始位置拍摄的，进一步地，所述固定板空白图像中的每个位置点对应到具体的每个坐标值通过人工神经网络前期训练获得。
因此，将图2中的右边图像与左边图像进行比较，即可确定图2中静脉血管13上的每一点的坐标值，取其中一点a，比如中间的一点，作为静脉注射的点，则通过对比即可获取a点的坐标值(y1,z1)。
下一步，控制系统15根据所述获取的a点的坐标值(y1,z1)，控制三维移动系统中与y向传动轴和z向转动轴相匹配的伺服电机进行转动，控制所述注射器针头8到达三维空间中的yz方向坐标系中的(y1,z1)点，在这整个过程中，x方向的电机不动，一直控制针头在yz平面内移动。
此后，启动接近传感器16，传感所述注射器7靠近待注射部位的距离，并将所述距离发送给控制系统15；所述注射器处于初始位置时，注射器除去针头部分(图中接近传感器16的位置)离固定板在20cm～60cm左右，在这里取最优值30cm，其中，针头约2-2.5cm，在此取2cm，因此，接近传感器即使不工作，控制系统在最开始的初始位置，在yz平面确定坐标后，也会向x方向向前移动约20cm，待针头靠近肌肉时，接近传感器实时传感传感器离肌肉的距离，待只剩下针头的2cm时，发出滴滴声，此时，控制系统控制注射器开始扎针，只需要保持x方向不变，向前移动1-2cm，即可保持针头扎进静脉血管a点。
随后，控制系统15，控制注射装置11平稳匀速推送注射器7注射药液。注射完毕后，控制系统15控制整个系统回到初始状态。
进一步地，所述注射装置包括前缸体6、活塞4、活塞杆3、电机系统1和后缸体2，所述前缸体6与后缸体2为一体成型，如图1所示，前缸体6通过喇叭状缸体一体连接到后缸体2，前缸体6用于可拆卸地安置并密封固定所述注射器7，其内径大小与注射器外径大小相同，并且小于后缸体2内径大小；连接所述注射器活塞的针柄5被可拆卸地安装在所述活塞4上，所述活塞杆3用于通过所述电机系统1的控制推动活塞4运动；所述电机系统1连接所述控制系统15，用于根据控制系统15指令控制转动圈数，进而控制注射器7注射或吸取药物；所述后缸体内径大小与活塞直径大小相同，并用于活塞运动。所述后缸体1的后端采用的是一体成型的后端体，另一种方式可以采用后端旋有后盖的方式，图中没示出来。
在这里，由于注射器活塞非常小，不利于电机控制注射器活塞运动，因此，将注射器活塞的针柄5可拆卸地固定安装在所述活塞4上，通过放大的方式，将注射器活塞的推动放大为由电机控制的活塞杆3来推动，这样形成两层活塞推动，后活塞推动注射器活塞运动，这样没那么灵敏，电机控制前后移动的精度更高。
进一步地，所述电机系统1包括电机和传动机构，所述电机，用于根据控制系统的指令转动一定圈数；传动机构，用于将所述电机转动的圈数转化为横向移动的位移，并带动所述活塞杆前后移动。
进一步地，所述三维移动系统11包括固定件(图1中11的固定台面)、三维电机，所述固定件用于固定并承载所述注射装置和控制系统，所述三维电机安装在所述固定件下方，用于根据控制系统指令，控制所述固定件在三维方向上移动。
进一步地，所述固定板12上安装有手臂形状的固定凹陷，用于放置静脉注射的手臂。
进一步地，所述红外光源9通过内嵌方式安装在前缸体6正面的上方，所述摄像部件10通过内嵌方式安装在前缸体6正面的下方，以保证红外光源9与摄像部件10尽量在一条直线上。
进一步地，所述前缸体6正面靠近中间位置安装有所述接近传感器16，用于感应注射器靠近待注射部位的距离。
进一步地，所述前缸体6与后缸体2为一体成型，所述后缸体后端旋有后盖，且中间设有通孔，用于活塞杆3运动；所述活塞4上有若干个第一通孔17，用于活塞运动时挤压空气流通。
如图3所示，为本发明实施例二注射器的结构示意图，所述注射器可以为常规注射器，包括针头8，空筒21，空筒栓22，针柄5以及注射器活塞柄20，通过注射器活塞柄20的前后推动，对药液进行吸取和注射，除此以外，该注射器也可以根据前缸体大小、形状进行定制，本发明为了适应现有注射器规格，设计前缸体的大小符合现有注射器的大小尺寸。
如图4所示，为本发明实施例三自动静脉注射装置结构示意图；图5为本发明实施例三图4中a-a截面示意图；图6为本发明实施例三图4中d处的放大示意图；该实施例三中，所述注射器7被可拆卸地安装在前缸体6；
进一步地，所述注射器7被可拆卸地固定安装在前缸体6的具体方式为：所述前缸体6分为与后缸体一体成型的前缸体固定部31以及可拆卸的前缸体拆卸部32，所述注射器被前缸体固定部31和前缸体拆卸部32夹在中间固定。
如图5所示，所述前缸体拆卸部32通过弹簧卡扣的方式与所述前缸体固定部31进行固定，其中，所示前缸体拆卸部32上设有固定卡扣33，所述前缸体拆卸部32上设有供卡扣插入进行倒扣的弹性凹槽34，与所述弹性凹槽34连接有弹簧及按钮36，通过按压按钮36控制弹性凹槽34变大，打开卡扣33，从而更换注射器。
进一步地，所述前缸体固定部和所述前缸体拆卸部二者大小等同，将所述前缸体一分为二，且沿前缸体固定部和前缸体拆卸部内侧边缘分别设置有橡胶环35，用于紧密固定。
如图6所示，所述注射器活塞柄20被可拆卸地安装在所述活塞4上，所述活塞4上设有活塞凹槽41，用于内置所述注射器活塞柄20；所述活塞4上还设有固定盖，包括图中的左固定盖42和右固定盖43，用于通过旋转覆盖固定所述注射器活塞柄，所述左固定盖42和右固定盖43都可以围绕旋转轴44进行旋转，当从水平位置旋转到竖直位置时，固定活塞凹槽41中的注射器活塞柄20，反之则用于拆卸注射器活塞柄20。
在另一实施方式中，所述注射器与前缸体成为一体，不可分割，在生产时，注射器就被固定在前缸体中，只有前面的针头可以更换，每次用药后，清洗注射器，下次用药时更换新的针头8。
如图7所示，为本发明实施例四，该实施例四与上述实施例一～三唯一的区别就在于：所述前缸体与后缸体通过带有若干个第二通孔18的连接件固定连接，且在后缸体的后端或者后盖上设置有第三通孔，而不用在所述活塞4上设置第一通孔17，当吸取药液时，空气从第二通孔18进，从第三通孔出，当注射药液时，空气从第三通孔进，从第二通孔18出，从而实现缓慢平稳控制注射器注射药液。
除此以外，本发明还提供了一种基于上述自动静脉注射系统进行自动静脉注射方法，包括以下步骤：
自动静脉注射系统处于初始位置，注射器上药后，装载在前缸体6中；
将需要静脉注射的部位固定在固定板上；
控制红外光源发出近红外光线照射需要静脉注射的部位；
控制摄像部件拍摄固定板的区域，实时摄取静脉影像；
对拍摄的影像进行图像处理，并将每一帧图像与已知每个位置坐标的固定板空白图像进行比较，从而确定通过红外显影的静脉血管位置坐标；
根据获取的静脉血管位置坐标控制三维移动系统移动所述注射器到所述静脉血管位置坐标处；
使用接近传感器传感所述注射器靠近待注射部位的距离，并控制三维移动系统使注射器靠近，直到注射针头扎进静脉血管；
控制所述注射装置平稳推送注射器注射药液。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：在注射完毕以后，控制系统控制摄像部件回到所述初始位置。
以上对本发明所提供的一些实施例进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。