本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于力傳感和電阻抗的穿刺輔助裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，針對患者的穿刺都是依賴于醫(yī)務(wù)人員的經(jīng)驗(yàn)去判斷，由于患者所患疾病本身的差異，以及正常人體結(jié)構(gòu)的個體差異，臨床操作醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)不同，在各種臨床穿刺中不可避免地會產(chǎn)生穿刺深度不準(zhǔn)，穿刺到達(dá)目標(biāo)位置后沒有提示，甚至?xí)斐蛇^度穿刺，而引起穿刺損傷。

而隨著人工智能的發(fā)展，智能穿刺也將逐漸成為趨勢，但要滿足機(jī)器智能穿刺技術(shù)的完美應(yīng)用，單純依靠血管成像設(shè)備對血管識別是不夠的，還需要匹配各種各樣的根尖探測技術(shù)，來實(shí)時反饋穿刺過程中針尖在皮下組織中的一些信息以保證機(jī)器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確穿刺。

中國專利文獻(xiàn)CN104856649A，專利名稱為一種通過紅外成像和壓力變化來識別和穿刺，它是利用紅外成像原理和穿刺不同階段壓力變化原理指導(dǎo)機(jī)器人自動完成穿刺過程。首先利用紅外成像技術(shù)對人或者動物體表面的血管進(jìn)行定位，自動篩選可以穿刺的血管。然后機(jī)器人自動夾取穿刺針，對準(zhǔn)目標(biāo)血管進(jìn)行穿刺，同時抽氣泵開始抽氣。當(dāng)穿刺針刺入皮膚后，針頭被堵住，采血管內(nèi)的負(fù)壓上升，到達(dá)一定負(fù)壓值后暫停抽氣；當(dāng)穿刺針繼續(xù)穿刺到血管后，采血管內(nèi)的負(fù)壓下降，機(jī)器人停止穿刺，抽氣泵繼續(xù)抽氣，直到血液達(dá)到所需量后停止。

該技術(shù)中的負(fù)壓抽血，是基于真空負(fù)壓下的反饋，來判斷是否到達(dá)血管，因?yàn)樵摷夹g(shù)認(rèn)為只有血管是正壓的系統(tǒng)，然后，在實(shí)際操作中，穿刺進(jìn)入皮下肌肉或組織液時，很可能會將組織液誤認(rèn)為是血液，抽入采集管，造成錯誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提出一種穿刺輔助裝置及方法。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種穿刺輔助裝置10，其中，包括：

力傳感測量設(shè)備11；

電阻抗測量設(shè)備13；

處理器15，分別與所述力傳感測量設(shè)備11及所述電阻抗測量設(shè)備13電連接以根據(jù)所述力傳感測量設(shè)備11及所述電阻抗測量設(shè)備13獲取的反饋數(shù)據(jù)確定針頭是否刺入血管從而輔助穿刺操作。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述力傳感測量設(shè)備11包括連接件111、力傳感器113及末端連接板115；其中，

所述連接件111為T型結(jié)構(gòu)且其前連接部1111與穿刺設(shè)備的針頭夾持部固定連接；

所述力傳感器113的前拉壓工作面1131與所述連接件111的后反饋部1113接觸以用于接收穿刺針的反饋力；

所述末端連接板115分別與所述力傳感器113的后端部和穿刺設(shè)備的推送軸機(jī)構(gòu)固定連接。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電阻抗測量設(shè)備13包括電阻抗穿刺針131、電阻抗測量正極133、電阻抗測量負(fù)極135、直流恒流源I_o及電壓測試器V；其中，所述電阻抗穿刺針131由外向內(nèi)包括外導(dǎo)電層1311、絕緣層1313及內(nèi)導(dǎo)電層1315；

所述電阻抗測量正極133分別電連接至所述外導(dǎo)電層1311、所述直流恒流源I_o的正極及所述電壓測試器V的一端；

所述電阻抗測量負(fù)極135分別至所述內(nèi)導(dǎo)電層1315、所述直流恒流源I_o的負(fù)極及所述電壓測試器V的另一端。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述處理器15獲取由所述力傳感測量設(shè)備11和所述電阻抗測量設(shè)備13發(fā)送的力反饋數(shù)據(jù)和電阻抗數(shù)據(jù)，并根據(jù)同步的所述力反饋數(shù)據(jù)和電阻抗數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)確定針頭刺入血管。

本發(fā)明另一個實(shí)施例提供了一種穿刺輔助方法，通過設(shè)置于針頭處的力傳感測量設(shè)備和電阻抗測量設(shè)備完成；所述方法包括：

同步獲取所述力傳感測量設(shè)備的力反饋數(shù)據(jù)及所述電阻抗測量設(shè)備的電阻抗反饋數(shù)據(jù)；

設(shè)置時間窗口并根據(jù)所述時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)確定所述針頭刺入血管。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)的確定方式為：

對所述力反饋數(shù)據(jù)設(shè)置第一閾值，當(dāng)在所述時間窗口中出現(xiàn)所述力反饋值的斜率變化超過所述第一閾值時，確定當(dāng)前的所述時間窗口存在所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)；

對所述電阻抗數(shù)據(jù)設(shè)置第二閾值，當(dāng)在所述時間窗口中出現(xiàn)所述電阻抗值的變化超過所述第二閾值時，確定當(dāng)前的所述時間窗口存在所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，根據(jù)所述時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)確定所述針頭刺入血管，包括：

在第一時間窗口內(nèi)同時出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，確定所述第一時間窗口為所述針頭刺入血管的時間區(qū)間。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，根據(jù)所述時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)確定所述針頭刺入血管，包括：

在第一時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)且未出現(xiàn)所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第一窗口的時間區(qū)間；

在第二時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第二時間窗口的時間區(qū)間；

設(shè)置時間閾值，若所述第一時間窗口與所述第二時間窗口的時間差小于所述時間閾值，則由所述第一時間窗口為起點(diǎn)并由所述第二時間窗口為終點(diǎn)形成第三時間窗口，確定所述第三時間窗口為所述針頭刺入血管的時間區(qū)間。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，根據(jù)所述時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)確定所述針頭刺入血管，包括：

在第一時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)且未出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第一窗口的時間區(qū)間；

在第二時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第二時間窗口的時間區(qū)間；

設(shè)置時間閾值，若所述第一時間窗口與所述第二時間窗口的時間差小于所述時間閾值，則由所述第一時間窗口為起點(diǎn)并由所述第二時間窗口為終點(diǎn)形成第三時間窗口，確定所述第三時間窗口為所述針頭刺入皮膚或者刺入血管的時間區(qū)間。

在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在確定所述針頭刺入血管之后，還包括：

在時間窗口內(nèi)監(jiān)測是否再次出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)或所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)，在出現(xiàn)拐點(diǎn)時判定為所述針頭刺穿血管。

本發(fā)明實(shí)施例，通過力傳感測量設(shè)備和電阻抗測量設(shè)備集成于穿刺設(shè)備上，利用力傳感和電阻抗測試技術(shù)相結(jié)合的辦法輔助穿刺設(shè)備完成穿刺功能，能夠在穿刺作業(yè)過程中準(zhǔn)確反饋針尖所處的位置以確保穿刺的可靠性和安全性。

通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計(jì)，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因?yàn)槠鋺?yīng)當(dāng)參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅試圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種雙目近紅外成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多軸穿刺機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺路徑的軌跡示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種力傳感測量設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種反饋力與穿刺深度的關(guān)系示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種反饋力值隨時間變化的示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于二電極測量系統(tǒng)的電阻抗測試方法原理示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電阻抗穿刺針的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電阻抗值隨時間變化的示意圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助裝置的數(shù)據(jù)反饋示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助方法的示意圖；

圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種時間窗口選取示意圖；

圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種時間窗口選取示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

實(shí)施例一

本發(fā)明的穿刺輔助裝置可以為穿刺設(shè)備提供血管識別和預(yù)警，尤其是自動穿刺設(shè)備。自動穿刺設(shè)備例如包括多軸穿刺機(jī)構(gòu)、紅外圖像采集設(shè)備及處理器。其中，在患者將手臂伸入自動穿刺設(shè)備并固定好后，紅外圖像采集設(shè)備采集患者的手臂或者手部的紅外圖像，由處理器根據(jù)該紅外圖像確定最優(yōu)穿刺點(diǎn)位置，之后由處理器控制多軸穿刺機(jī)構(gòu)按照設(shè)定軌跡完成穿刺動作。

其中，請參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種雙目近紅外成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該紅外圖像采集設(shè)備優(yōu)選為雙目近紅外成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)由CCD相機(jī)獲取到人或動物體表圖像，圖像采集卡將圖像數(shù)據(jù)由模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，交給DSP進(jìn)行圖像處理，DSP對采集到的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，然后提取血管特征，再經(jīng)過視屏采集卡轉(zhuǎn)換為USB接口可以識別的信號，此時，經(jīng)過圖像處理的人或動物體表圖像就進(jìn)入了工控機(jī)(即處理器)，由上位軟件對兩幅圖像進(jìn)行匹配，該上位軟件例如由OpenCV編寫，經(jīng)過立體匹配處理以完成對原始圖像的三維重建，之后在顯示屏中顯示，標(biāo)記出合適的穿刺點(diǎn)。

其中，請參見圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多軸穿刺機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。該多軸穿刺機(jī)構(gòu)優(yōu)選為6軸穿刺機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括3個直線軸機(jī)構(gòu)、2個回轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)及1個推送軸機(jī)構(gòu)。其中，所述直線軸機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動副X1,X2、X軸動力源XD、Y軸運(yùn)動副Y1,Y2、Y軸動力源YD、Z軸運(yùn)動副Z1,Z2、Z軸動力源ZD，所述X軸動力源XD、所述Y軸動力源YD及所述Z軸動力源ZD根據(jù)處理器15的指令分別控制所述X軸運(yùn)動副X1,X2、所述Y軸運(yùn)動副Y1,Y2及所述Z軸運(yùn)動副Z1,Z2運(yùn)動。其中，X、Y、Z三直線軸分別表示空間直角坐標(biāo)系三坐標(biāo)軸，用于定位針尖穿刺點(diǎn)。回轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu)包括水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動副U1,U2、水平回轉(zhuǎn)動力源UD、俯仰回轉(zhuǎn)運(yùn)動副V1,V2、俯仰回轉(zhuǎn)動力源VD，所述水平回轉(zhuǎn)動力源UD及所述俯仰回轉(zhuǎn)動力源VD根據(jù)處理器15的指令分別控制所述水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動副U1,U2及所述俯仰回轉(zhuǎn)運(yùn)動副V1,V2運(yùn)動。水平調(diào)整回轉(zhuǎn)軸用于調(diào)整針頭與待穿刺血管走向之間的水平方向夾角；俯仰調(diào)整回轉(zhuǎn)軸用于調(diào)整針頭與待穿刺血管的豎直方向夾角。所述推送軸機(jī)構(gòu)包括直線運(yùn)動副W1,W2、直線運(yùn)動動力源WD，所述直線運(yùn)動動力源WD根據(jù)處理器的指令控制所述直線運(yùn)動副W1,W2運(yùn)動。推送直線軸用于完成針頭穿刺與退出血管動作。

請參見圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺路徑的軌跡示意圖。本發(fā)明提供的穿刺機(jī)構(gòu)的工作原理如下：

該處理器在確定好穿刺點(diǎn)后，控制多軸穿刺機(jī)構(gòu)按照設(shè)定的路徑進(jìn)行穿刺。該穿刺路徑劃分為分快速粗定位段、慢速準(zhǔn)確定位段、穿刺段、刺穿調(diào)整段、平推段、退針段和快速退回段，共計(jì)7段。

(1)快速粗定位段(A段)：這段軌跡由U、V兩個回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z三直線軸聯(lián)動，針尖從零位(X₀,Y₀,Z₀)向(X_m,Y_m,Z_m-a)以特定姿態(tài)快速逼近形成該軌跡曲線；

(2)慢速準(zhǔn)確定位段(B段)：這段軌跡由U、V兩回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z三直線軸聯(lián)動，針尖從(X_m,Y_m,Z_m-a)向(X_m＇,Y_m＇,Z_m＇)以特定姿態(tài)慢速逼近形成該軌跡曲線；

(3)穿刺段(C段)：這段軌跡，在U、V兩回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z三直線軸鎖定前提下，針尖隨W推送軸移動距離L₁，刺破血管壁從(X_m＇,Y_m＇,Z_m＇)到達(dá)(X_n,Y_n,Z_n)形成該軌跡曲線；

(4)刺穿調(diào)整段(E段)：這段軌跡，在U回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z三直線軸鎖定前提下，針尖隨W推送軸移動距離L₂，同時V回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動α角度后，從(X_n,Y_n,Z_n)到達(dá)(X_n＇,Y_n＇,Z_n＇)形成該軌跡曲線；

(5)平推段(F段)：這段軌跡，在U、V兩回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z三直線軸鎖定前提下，針尖隨W直線軸移動距離L₃，從(X_n＇,Y_n＇,Z_n＇)到達(dá)(X₁,Y₁,Z₁)時所形成的軌跡曲線。

(6)退針段(G段)：這段軌跡，在U、V兩回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z三直線軸鎖定前提下，針尖隨W推送軸移動距離L₄，退出皮膚以外，從(X₁,Y₁,Z₁)到達(dá)(X₂,Y₂,Z₂)形成該軌跡曲線。

(7)快速退回段(H段)：這段軌跡由U、V兩回轉(zhuǎn)軸及X、Y、Z、W四直線軸聯(lián)動，針尖從(X₂,Y₂,Z₂)回到(X₀,Y₀,Z₀)時所形成的軌跡曲線。

請參見圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。該穿刺輔助裝置10可以包括：力傳感測量設(shè)備11、電阻抗測量設(shè)備13及處理器15，該處理器15分別與所述力傳感測量設(shè)備11及所述電阻抗測量設(shè)備13電連接以根據(jù)所述力傳感測量設(shè)備11及所述電阻抗測量設(shè)備13獲取的反饋數(shù)據(jù)確定針頭是否刺入血管從而輔助穿刺操作。

以下分別對力傳感測量設(shè)備和電阻抗測量設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)描述如下：

【力傳感測量設(shè)備】

請參見圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種力傳感測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。所述力傳感測量設(shè)備11包括連接件111、力傳感器113及末端連接板115；其中，所述連接件111為T型結(jié)構(gòu)且其前連接部1111與穿刺設(shè)備的針頭夾持部固定連接；所述力傳感器113的前拉壓工作面1131與所述連接件111的后連接部1113接觸以用于接收穿刺針的反饋力；所述末端連接板115分別與所述力傳感器113的后端部和穿刺設(shè)備的推送軸機(jī)構(gòu)固定連接。

當(dāng)針尖一旦進(jìn)入血液，針頭必須停止前進(jìn)，醫(yī)務(wù)人員通過感受穿刺力的變化判斷針頭是否扎入血管中。將安裝有力傳感的穿刺針加持裝置，用于采集作用在針尖上的作用力，穿刺力的變化用力傳感器測量，通過連接高精度的AD轉(zhuǎn)換模塊，將采集到模擬電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳輸?shù)教幚砥鳎M(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

請參見圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種反饋力與穿刺深度的關(guān)系示意圖。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明在整個插入過程中，處于出現(xiàn)兩個明顯的力變化峰值，當(dāng)最后一個峰過后可以確定針已經(jīng)扎入到血管中。即可以通過輔助投影儀器得出圖中的A區(qū)域?yàn)榇┢破つw的深度區(qū)域，B區(qū)域?yàn)殪o脈血管壁被穿透的深度區(qū)域。

請參見圖7，圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種反饋力值隨時間變化的示意圖。在實(shí)際的操作過程中，輔助裝備難以介入，再加之穿刺深度難以測量，所以在例如固定了穿刺角度為15度，固定穿刺速度的情況下，根據(jù)不同粗細(xì)的穿刺針穿刺又得到一組數(shù)據(jù)。圖中可以明確得到兩個力變大點(diǎn)又突然變小的拐點(diǎn)，即前一個拐點(diǎn)為皮膚，后一個拐點(diǎn)為血管壁。力傳感技術(shù)在穿刺過程中的應(yīng)用，確保了穿刺的精度，也可以確保針尖進(jìn)入靜脈后不會發(fā)生過沖。

【電阻抗測量設(shè)備】

電阻抗法測量人體成分的原理在于，由于人體是由不同的成分組成，所以當(dāng)電流刺激人體時會以不同的速率穿過人體，人體主要的組成部分是以離子形式存在于人體的水。另外人體的組成部分還包括一些非導(dǎo)電成分例如脂肪，將以電阻的形式阻礙電流在人體中的流動，脂肪組織對電流的傳導(dǎo)性比肌肉和骨骼的還要小，因此根據(jù)人體不同成分對電流的傳導(dǎo)性不同便可以區(qū)分不同的人體成分。即，人體不同成分的離子濃度與電導(dǎo)率之間存在著直接的關(guān)系，而人體不同成分的離子濃度與人體溶液的阻抗之間存在著間接關(guān)系。對于血管中血液的檢測則相對較為容易，因?yàn)檠鼙诤脱旱碾娮杩瓜嗖詈艽?，因此對于針尖在皮膚組織或者血管中的電阻抗變化的曲線相當(dāng)明顯。

基于此，請參見圖8，圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于二電極測量系統(tǒng)的電阻抗測試方法原理示意圖。采用二電極測量系統(tǒng)的生物電阻抗法對人體組織的電阻抗測量時，恒流源I₀通過兩個電極刺激于人體的組織，同時又通過這兩個電極測量人體組織的電壓信號。即這兩個電極既作為激勵電極又作為測量電極。二電極系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是電極的極數(shù)少，用于測量人體組織時候操作比較簡捷，適用于穿刺輔助中的應(yīng)用。二電極測量系統(tǒng)的等效電路如圖8所示。電極與皮膚之間的接觸阻抗為Z_e1、Z_e2，人體的測量阻抗為Z_x。在測量中針尖扎破血管的一瞬間測量電壓V發(fā)生明顯改變時，即電阻抗值會有明顯的下降。因此，本發(fā)明采用電阻抗測試方法來輔助穿刺過程。

具體地，請參見圖9及圖10，圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電阻抗穿刺針的結(jié)構(gòu)示意圖。所述電阻抗測量設(shè)備13包括電阻抗穿刺針131、電阻抗測量正極133、電阻抗測量負(fù)極135、直流恒流源I_o(圖中未示出)及電壓測試器(圖中未示出)；其中，所述電阻抗穿刺針131由外向內(nèi)包括外導(dǎo)電層1311、絕緣層1313及內(nèi)導(dǎo)電層1315；所述電阻抗測量正極133分別電連接至所述外導(dǎo)電層1311、所述直流恒流源I_o的正極及所述電壓測試器V的一端；所述電阻抗測量負(fù)極135分別至所述內(nèi)導(dǎo)電層1315、所述直流恒流源I_o的負(fù)極及所述電壓測試器V的另一端。

請一并參見圖10及圖11，圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電阻抗值隨時間變化的示意圖。該電阻抗測量設(shè)備主要通過對穿刺針的改造，分為外導(dǎo)電層、中間絕緣層內(nèi)導(dǎo)電層。外導(dǎo)電層和電阻抗測量系統(tǒng)的正極相連，內(nèi)導(dǎo)電層和電阻抗測量系統(tǒng)的負(fù)極相連。測量時，當(dāng)針進(jìn)入人體組織后，由于所人體各部分組織的電導(dǎo)率不同，而血液和血管壁等其他組織的電導(dǎo)率相差較大，所以當(dāng)夾有電阻抗測量電極的穿刺針進(jìn)入血管時，在兩個電極之間的電壓會產(chǎn)生一個明顯的電壓變化，可以轉(zhuǎn)換成其電阻抗Zx的變化。

然而，單純地使用力傳感測量設(shè)備或者電阻抗測量設(shè)備，均存在一定的誤差率。例如，圖8中所述的電阻抗測試方法，當(dāng)測量電壓V發(fā)生改變時，一方面，很難說明是接觸阻抗Z_e1、Z_e2造成的電勢差改變，還是由于人體組織電阻抗Z_x造成的電勢差改變；另一方面由于激勵電極和測量電極是同一對電極，這對電極被當(dāng)作為激勵刺激人體組織時，那么它附近的電流密度要比被測組織其他地方的電流密度要大；當(dāng)作為測量電極時，它只是測量了處于電極附近大的電流密度組織的電勢差，所以測量電極并沒有測量電流密度比較均勻處的電勢差，因此測量的電阻抗會有一定的誤差，雖然這種誤差在一定程度上是容許的，但是在穿刺過程中，為了確保高的可靠性和安全性，需要降低這種誤差。另外，力傳感測量設(shè)備也存在一定的誤差率。為了進(jìn)一步提高穿刺設(shè)備，尤其是自動穿刺設(shè)備的可靠性和安全性，本發(fā)明提出了一種力傳感技術(shù)和電阻抗測試技術(shù)相結(jié)合的方式來降低單一方式的誤差率，真正做到穿刺設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。

請參見圖12，圖12為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助裝置的數(shù)據(jù)反饋示意圖。通過兩種測量設(shè)備的配合，可以準(zhǔn)確地判斷針尖刺入皮膚并刺入血管的整個過程，輔助刺穿設(shè)備進(jìn)行精確穿刺。

本發(fā)明實(shí)施例，通過在穿刺設(shè)備上設(shè)置由力傳感器和電阻抗設(shè)備形成的穿刺輔助設(shè)備，由力傳感和電阻抗相結(jié)合的辦法用來識別血管，并確保在穿刺作業(yè)過程中反饋針尖所處的位置，給出及時的反饋，來確保穿刺的可靠性。

實(shí)施例二

請參見圖13，圖13為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種穿刺輔助方法的示意圖。本實(shí)施在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對本發(fā)明的穿刺輔助方法和原理進(jìn)行詳細(xì)說明。該方法可以包括：

步驟1、同步獲取所述力傳感測量設(shè)備的力反饋數(shù)據(jù)及所述電阻抗測量設(shè)備的電阻抗反饋數(shù)據(jù)；

步驟2、設(shè)置時間窗口并根據(jù)時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)確定所述針頭刺入皮膚或者刺入血管。

其中，所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)的確定方式為：

請?jiān)俅螀⒁妶D7，對所述力反饋數(shù)據(jù)設(shè)置第一閾值，當(dāng)在所述時間窗口中出現(xiàn)所述力反饋值的斜率變化超過所述第一閾值時，確定當(dāng)前的所述時間窗口存在所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)；

請?jiān)俅螀⒁妶D11，對所述電阻抗數(shù)據(jù)設(shè)置第二閾值，當(dāng)在所述時間窗口中出現(xiàn)所述電阻抗值的變化超過所述第二閾值時，確定當(dāng)前的所述時間窗口存在所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)。

可選地，步驟2可以包括：

請參見圖14，圖14為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種時間窗口選取示意圖。在第一時間窗口內(nèi)同時出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，確定所述第一時間窗口為所述針頭刺入血管的時間區(qū)間。

例如，設(shè)置t＝0.5s為第一時間窗口的大小，按照該時間窗口的大小捕獲力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)。當(dāng)同一時間窗口中出現(xiàn)兩個拐點(diǎn)時，則認(rèn)為該時間窗口為針頭刺入血管的時間區(qū)域。

可選地，步驟2也可以包括：

請參見圖15，圖15為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種時間窗口選取示意圖。在第一時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)且未出現(xiàn)所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第一窗口的時間區(qū)間；

在第二時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第二時間窗口的時間區(qū)間；

設(shè)置時間閾值，若所述第一時間窗口與所述第二時間窗口的時間差小于所述時間閾值，則由所述第一時間窗口為起點(diǎn)并由所述第二時間窗口為終點(diǎn)形成第三時間窗口，確定所述第三時間窗口為所述針頭刺入皮膚或者刺入血管的時間區(qū)間。

例如，設(shè)置t＝0.1s為第一時間窗口和第二時間窗口的大小，按照該時間窗口的大小捕獲力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)和電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)。當(dāng)在第一時間窗口中出現(xiàn)力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)且為出現(xiàn)電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄第一時間窗口的時間區(qū)間。繼續(xù)從后續(xù)的時間窗口中截取反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)，當(dāng)在第二時間窗口中出現(xiàn)電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄該第二時間窗口的時間區(qū)間，計(jì)算第一時間窗口與第二時間窗口的時間差(例如為0.3s)，若未超過設(shè)定的時間閾值(例如0.5s)，則認(rèn)為在以第一時間窗口為起點(diǎn)，以第二時間窗口為終點(diǎn)形成的第三時間窗口的時間區(qū)間認(rèn)為是針頭刺入血管的時間區(qū)間。

可選地，步驟2還可以包括：

在第一時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)且未出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第一窗口的時間區(qū)間；

在第二時間窗口內(nèi)出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)時，記錄所述第二時間窗口的時間區(qū)間；

設(shè)置時間閾值，若所述第一時間窗口與所述第二時間窗口的時間差小于所述時間閾值，則由所述第一時間窗口為起點(diǎn)并由所述第二時間窗口為終點(diǎn)形成第三時間窗口，確定所述第三時間窗口為所述針頭刺入皮膚或者刺入血管的時間區(qū)間。

該步驟與圖15所示的方法類似，此處不再贅述。

另外，該方法還可以用作對血管穿刺的異常報(bào)警，例如，由于手臂移動導(dǎo)致刺穿血管等異常事件。具體地，該方法還可以包括：

在時間窗口內(nèi)監(jiān)測是否再次出現(xiàn)所述力反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)或所述電阻抗反饋數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)，在出現(xiàn)拐點(diǎn)時判定為所述針頭刺穿血管并向發(fā)送報(bào)警信息。

本發(fā)明實(shí)施例，通過設(shè)置時間窗口，從時間窗口中判斷力反饋數(shù)據(jù)和電阻抗數(shù)據(jù)的拐點(diǎn)，從而準(zhǔn)確確定發(fā)生針尖刺入皮膚或者刺入血管的時間以輔助刺穿設(shè)備的操作，確保刺穿的準(zhǔn)確性和安全性。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。