一种皮试注射机构及其控制方法与流程

本发明涉及皮试技术领域，更具体的是，本发明涉及一种皮试注射机构及其控制方法。

背景技术：

医护工作中，输液时常规操作，但是在注射青霉素等一些容易引起过敏反应的药物时，皮试是必不可少的步骤，更是极为重要的一步。目前皮试操作基本由医务人员手动完成，一次皮试注射成功率与医务人员的经验有很大关系，也导致一次皮试注射成功率参差不齐。不仅降低了医疗效率，也增加患者的痛苦。并且人工皮试时不可避免会有人人接触，更高概率因接触传播导致传染病爆发，危害医务人员。

中国发明专利202010405311.1公开一种自动微量注射装置及其控制方法，取代人工，实现机器自动注射，提供了注射针的多维调节方法，并能够精调进针深度，提高了注射成功率。

中国发明专利202010063352.7公开一种自动静脉穿刺机及其控制方法，通过对穿刺臂的水平方向，高度方向和穿刺臂的转角调节，且穿刺臂与连接架的角度也可调，实现采血针的进针的五维调节。

但是上述方法为微量药液注射操作或者是采血操作，均需将注射器或者采血针注射至血管中以进行后续操作，与皮试(皮内注射或者是皮下注射，绝不能是血管中)有着本质上的区别，因此，在具体操作上也完全不同。皮试操作的成功与否直接影响皮试结果，而皮试结果是医生判断患者药物过敏与否的标准，直接关系着患者的生命健康。

技术实现要素：

本发明的一个目的是设计开发了一种皮试注射机构，取代人工，实现机器自动皮试注射，大大提高了一次皮试注射成功率。

本发明的另一个目的是设计开发了一种皮试注射机构的控制方法，提供了皮试过程的具体操作方法，排出了针筒内皮试液中的空气，也精确控制了皮试液的注射量，提高了皮试过程的安全性和测量结果准确性。

本发明还精确控制了皮试液注射过程中的推进速度以及校正系数，提高了注射舒适性以及注射量的准确性，进一步提高试敏结果精度。

本发明提供的技术方案为：

一种皮试注射机构，包括：

连接架；以及

注射架，其水平可旋转设置在所述连接架上；

注射臂，其竖直可旋转设置在所述注射架上；

穿刺动力机构，其固定设置在所述注射臂上；

穿刺架，其固定设置在所述穿刺动力机构的输出端；

夹持装置，其固定设置在远离所述穿刺动力机构的穿刺架轴向一端，用于夹持皮试注射针；

注射动力机构，其固定设置在所述穿刺架轴向另一端；

推动板，其固定设置在所述注射动力机构的输出端，用于与所述皮试注射针的推动杆配合，并驱动所述推动杆推进给药。

优选的是，所述夹持装置包括：

第一夹持部，其可滑动设置在所述穿刺架径向一端；

第二夹持部，其可滑动设置在所述穿刺架径向另一端；

夹持动力机构，其输出端分别与所述第一夹持部和第二夹持部连接，用于驱动所述第一夹持部和第二夹持部相向或者相背运动。

优选的是，所述推动板为l型结构，且一端与所述注射动力机构的输出端固定连接，所述推动板包括：

u型凹槽，其设置在所述推动板另一端的外端面上，用于容纳所述推动杆的推柄；

矩形通槽，其设置在靠近所述夹持装置的所述u型凹槽一侧中部，用于容纳所述推动杆。

优选的是，还包括：

挡板，其固定设置在位于所述夹持装置和所述推动板之间的所述穿刺架上，且与所述推动板另一端平行设置；

限位槽，其设置在远离所述穿刺架的所述挡板一侧，用于限位所述皮试注射针的针筒；

其中，所述注射架通过旋转电机水平可旋转设置在所述连接架上；所述注射臂通过旋转电机竖直可旋转设置在所述注射架上。

优选的是，还包括：

一对激光传感器，其分别设置在所述挡板和所述u型凹槽相对一侧，用于检测所述挡板和所述u型凹槽相对一侧的距离；

震动器，其设置在第一夹持部和第二夹持部的外侧面上；

红外传感器，其设置在所述注射架上，用于检测所述皮试注射针的针头射出药液情况；

控制器，其与所述激光传感器、红外传感器、旋转电机、震动器、穿刺动力机构、夹持装置和注射动力机构连接，用于接收所述激光传感器和红外传感器的检测数据并控制所述旋转电机、震动器、穿刺动力机构、夹持装置和注射动力机构工作。

一种皮试注射机构的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：控制夹取皮试注射针，使得皮试注射针的针筒远离针头一端抵靠在限位槽上，推柄置于u型凹槽，控制推动杆推至针筒底部，记录挡板和u型凹槽相对一侧的初始距离l0；

步骤2：进行皮试液抽取操作，完成皮试液抽取后，控制皮试注射针旋转，使得皮试注射针的针头竖直向上，控制震动器震动15～20s后，并缓慢推动推动杆，直至针头射出药液并持续射出药液2～3s；

步骤3：检测当前状态下，所述挡板和u型凹槽相对一侧的距离l；

当时，直接进行下一步；

当时，重复步骤2，直至时，进行下一步；

式中，π为圆周率，d为注射筒的内径；

步骤4：控制皮试注射针旋转，并进行皮试注射操作，并控制推动杆的推进距离满足：

式中，y为推动杆的推进距离，ε为校正系数，k为回抽距离。

优选的是，包括：在所述步骤4中，完成穿刺后，注射给药前，控制推动杆进行回抽操作；

当有回血时，逐级向外拔出所述针头，直至没有回血为止；

其中，所述针头的每级拔出距离为0.05～0.1mm；

当没有回血时，直接进行注射操作，并控制推动杆的推进速度满足：

式中，h0为针头的初始注射深度，n为回抽级数，s为针头的每级拔出距离，v0为推动杆的基础推进速度，e为自然对数的底数。

优选的是，在所述步骤4中，所述校正系数ε的确定包括：

输入针筒与针头连接处的内径b和针筒与针头连接处的轴向长度a的比值针筒与针头连接处的轴向长度a和针筒的内径d的比值以及推动杆的推进速度v；

将推动杆的推进速度v进行规格化：

其中，x3为输入层向量中的一个参数，vmax和vmin分别为推动杆的最大推进速度和最小推进速度；

确定三层bp神经网络的输入层神经元向量x＝{x1，x2，x3}；其中，x1针筒与针头连接处的内径b和针筒与针头连接处的轴向长度a的比值x2为针筒与针头连接处的轴向长度a和针筒的内径d的比值x3为推动杆的推进速度系数；

步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y1，y2，…，ym}；m为中间层节点个数；

步骤四、得到输出层神经元向量o＝{o1}；其中，o1为校正系数的调节系数，使

ε＝o1·εmax，

其中，εmax为校正系数的最大值。

优选的是，所述校正系数的最大值为εmax＝1。

优选的是，所述中间层节点个数为式中，m为中间层节点个数，n为输入层神经元个数，p为输出层神经元个数；所述中间层及所述输出层的激励函数均采用s型函数f(x)＝1/(1+e^-x)。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明设计开发的皮试注射机构，取代人工，实现机器自动皮试注射，大大提高了一次皮试注射成功率。

(2)本发明设计开发的皮试注射机构的控制方法，提供了皮试过程的具体操作方法，排出了针筒内皮试液中的空气，也精确控制了皮试液的注射量，提高了皮试过程的安全性和测量结果准确性。本发明还精确控制了皮试液注射过程中的推进速度以及校正系数，提高了注射舒适性以及注射量的准确性，进一步提高试敏结果精度，同时也避免了人与人之间的直接接触或者间接接触，很大程度上避免了因接触传播导致的传染病爆发。

附图说明

图1为本发明所述皮试注射机构的结构示意图。

图2为本发明所述皮试注射机构的结构示意图。

图3为本发明所述皮试注射机构的结构示意图。

图4为本发明所述皮试注射机构的结构示意图。

图5为本发明所述皮试注射机构的剖视结构示意图。

附图标记说明

110.连接架；120.注射架；130.注射臂；140.穿刺动力机构；150.穿刺架；160.夹持装置；161.第一夹持部；162.第二夹持部；163.夹持动力机构；170.注射动力机构；180.推动板；181.u型凹槽；182.矩形通槽；190.挡板；191.限位槽；200.皮试注射针。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再此阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-5所示，本发明提供一种皮试注射机构，其包括连接架110。在连接架110上通过旋转电机水平可旋转设置有注射架120。在注射架120上通过旋转电机竖直可旋转设置有注射臂130，在注射臂130上固定设置有穿刺动力机构140，在穿刺动力机构140的输出端固定设置穿刺架150，在远离穿刺动力机构140的穿刺架150轴向一端固定设置有夹持装置160(用于夹持皮试注射针200)，穿刺动力机构140用于驱动夹持装置160沿穿刺动力机构140轴向运动，进而驱动皮试注射针200进针。在穿刺架150轴向另一端固定设置有注射动力机构170，在注射动力机构170的输出端固定设置有推动板180，其与皮试注射针200的推动杆配合，并驱动推动杆推进实现皮试液给药。

所述的推动板180为l型结构，且一端与注射动力机构170的输出端固定连接，该推动板180具体包括：u型凹槽181，其设置在推动板180另一端的外端面上，用于容纳皮试注射针200的推动杆的推柄。并在靠近夹持装置160的u型凹槽一侧中部设置有矩形通槽182，用于容纳推动杆。u型凹槽181的槽口大小能够使得皮试注射针200的推动杆进入，同时不能让推动杆上的推柄通过，使得皮试注射针200的推动杆顺利进入槽口内且推柄置于u型凹槽181内，在推板180运动时，能够与推柄配合，在推板180运动时，推动该推柄使得推动杆推进给药。在位于夹持装置160和推动板180之间的穿刺架150上固定设置有挡板190，其与推动板180另一端平行设置。在远离穿刺架150的挡板190一侧设置有限位槽191，用于限位该皮试注射针200的针筒远离针头的一端，能够进一步的固定皮试注射针200。

所述的夹持装置160包括第一夹持部161，其可滑动设置在穿刺架150径向一端。在穿刺架150径向另一端可滑动设置有二夹持部162，与第一夹持部161、第二夹持部162连接设置有夹持动力机构163，优选为双活塞杆气缸，其活塞杆分别与第一夹持部161、第二夹持部162连接，用于驱动第一夹持部161和第二夹持部162相向或者相背运动，实现对皮试注射针200的夹持和放下。

本实施例中还包括一对激光传感器，其分别设置在挡板190和u型凹槽181相对一侧，用于检测挡板和u型凹槽相对一侧的距离；震动器，其设置在第一夹持部和第二夹持部的外侧面上，能够对皮试注射针200进行震动，排出针内皮试液中的气泡；红外传感器，其设置在注射架120上，用于检测皮试注射针的针头射出药液情况，；控制器，其与激光传感器、红外传感器、旋转电机、震动器、穿刺动力机构、夹持装置和注射动力机构连接，用于接收激光传感器和红外传感器的检测数据并控制旋转电机、震动器、穿刺动力机构、夹持装置和注射动力机构工作。

本发明设计开发的皮试注射机构，取代人工，实现机器自动皮试注射，大大提高了一次皮试注射成功率。

本发明还提供一种皮试注射机构的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：控制夹取皮试注射针，使得皮试注射针的针筒远离针头一端抵靠在限位槽上，推柄置于u型凹槽，控制推动杆推至针筒底部，使得针筒固定更加稳定，记录挡板和u型凹槽相对一侧的初始距离l0；

步骤2：进行皮试液抽取操作，完成皮试液抽取后，控制皮试注射针旋转，使得皮试注射针的针头竖直向上，控制震动器震动15～20s后，排出皮试液中的气泡并使气泡位于靠近针头的针筒一侧，再缓慢推动推动杆，直至针头射出药液并持续射出药液2～3s，则针筒内的空气(皮试液内的空气)被排出；

步骤3：检测当前状态下，所述挡板和u型凹槽相对一侧的距离l；

当时，直接进行下一步；

当时，重复步骤2，直至时，进行下一步；

式中，π为圆周率，d为注射筒的内径；

步骤4：控制皮试注射针旋转，并进行皮试注射操作；

完成穿刺后，注射给药前，控制推动杆进行回抽操作；

当有回血时，逐级向外拔出所述针头，直至没有回血为止；

其中，所述针头的每级拔出距离为0.05～0.1mm；

当没有回血时，直接进行注射操作，并控制推动杆的推进速度满足：

式中，h0为针头的初始注射深度，n为回抽级数，s为针头的每级拔出距离，v0为推动杆的基础推进速度，e为自然对数的底数。

并控制推动杆的推进距离满足：

式中，y为推动杆的推进距离，ε为校正系数，k为回抽距离。

所述的校正系数ε的确定包括：

步骤一、建立bp神经网络模型；

本发明采用的bp神经网络体系结构由三层组成，第一层为输入层，共n个节点，对应了表示n个输入信号，这些信号参数由数据预处理模块给出。第二层为中间层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。第三层为输出层，共p个节点，由系统实际需要输出的响应确定。

该网络的数学模型为：

输入层向量：x＝(x1，x2，…，xn)^t

中间层向量：y＝(y1，y2，…，ym)^t

输出层向量：z＝(z1，z2，…，zp)^t

本发明中，输入层节点数为n＝3，输出层节点数为p＝1。中间层节点数m由下式估算得出：

按照采样周期，输入的3个参数为：x1针筒与针头连接处的内径b和针筒与针头连接处的轴向长度a的比值x2为针筒与针头连接处的轴向长度a和针筒的内径d的比值x3为推动杆的推进速度系数；

x3为将推动杆的推进速度v进行规格化后得到的：

其中，x3为输入层向量中的一个参数，vmax和vmin分别为推动杆的最大推进速度和最小推进速度；

输出信号的1个参数表示为：o1为校正系数的调节系数，

校正系数的调节系数o1表示为校正系数与设定的最大校正系数之比，即确定对应条件下的校正系数，使其满足ε＝o1·εmax。

所述的校正系数的最大值为εmax＝1。

步骤二：进行bp神经网络的训练。

建立好bp神经网络节点模型后，即可进行bp神经网络的训练。根据产品的经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的连接权值wij，中间层节点j和输出层节点k之间的连接权值wjk，中间层节点j的阈值θj，输出层节点k的阈值wij、wjk、θj、θk均为-1到1之间的随机数。

在训练过程中，不断修正wij和wjk的值，直至系统误差小于等于期望误差时，完成神经网络的训练过程。

如表1所示，给定了一组训练样本以及训练过程中各节点的值。

表1训练过程各节点值

步骤三、采集数据运行参数输入神经网络得到调控系数；

训练好的人工神经网络固化在芯片之中，使硬件电路具备预测和智能决策功能，从而形成智能硬件。智能硬件加电启动后，输入皮试注射针的参数以及推动杆的推进速度，并进行规格化，得到输入向量x＝{x1，x2，x3}；通过bp神经网络的运算得到输出向量o＝{o1}；

得到输出向量o＝{o1}后，得到校正系数：

ε＝o1·εmax，

通过上述设置，通过采用bp神经网络算法，得到校正系数。可根据皮试注射针的参数以及推动杆的推进速度调节校正系数，使得皮试液注射量更加准确，测量结果更加可靠。

本发明设计开发的皮试注射机构的控制方法，提供了皮试过程的具体操作方法，排出了针筒内皮试液中的空气，也精确控制了皮试液的注射量，提高了皮试过程的安全性和测量结果准确性。本发明还精确控制了皮试液注射过程中的推进速度以及校正系数，提高了注射舒适性以及注射量的准确性，进一步提高试敏结果精度，同时也避免了人与人之间的直接接触或者间接接触，很大程度上避免了因接触传播导致的传染病爆发。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。