本發(fā)明涉及一種透析器中空纖維膜絲孔檢測系統(tǒng)及檢測方法，屬于透析器質(zhì)量檢測。

背景技術(shù)：

1、血液透析器是一種用于慢性腎功能衰竭患者進行血液凈化的醫(yī)療設(shè)備。它的主要用途是清除患者血液中的代謝廢物和多余的水分，以代替失去功能的腎臟。透析器的基本原理是利用半透膜進行物質(zhì)交換，通過彌散(擴散)和對流(超濾)兩個過程來達到凈化血液的目的。

2、中空纖維膜是透析器中的關(guān)鍵部件，由數(shù)千根細微的中空纖維組成，每根纖維都具有半透性。中空纖維膜的主要作用包括：(1)選擇性過濾。中空纖維膜的半透性允許小分子(如尿素、肌酐等代謝廢物)通過，而阻止大分子(如血細胞和蛋白質(zhì))通過，從而實現(xiàn)血液凈化。(2)高效傳質(zhì)。由于中空纖維的微小孔徑和巨大的表面積，血液和透析液在膜兩側(cè)的接觸面積大，傳質(zhì)效率高，使廢物能迅速從血液中轉(zhuǎn)移到透析液中。(3)機械強度。中空纖維膜具有較高的機械強度，能承受透析過程中血液和透析液的流動壓力，確保透析過程的安全和穩(wěn)定。中空纖維膜的設(shè)計和材料選擇對血液透析器的性能至關(guān)重要，直接影響到透析效果和患者的治療結(jié)果。

3、中空纖維膜絲孔的典型缺陷有絲孔不通、扁絲和殘膠三種類型。絲孔不通主要呈現(xiàn)為孔內(nèi)有明顯的切割刀痕，與孔外的切割紋理相似。扁絲表現(xiàn)為絲孔形狀扁平化。殘膠主要表現(xiàn)為絲孔內(nèi)壁有殘留膠體，并非完全阻塞。以上三種缺陷可能會導(dǎo)致：(1)降低透析效率，增加透析時間。有效透析表面積減少，廢物和多余液體無法充分清除，導(dǎo)致血液中的毒素積累，需要更長時間才能達到預(yù)期的清除效果。(2)血流阻力增加。透析器內(nèi)的血流阻力增大，可能引發(fā)心血管并發(fā)癥。(3)凝血風(fēng)險。局部血液滯留和凝血風(fēng)險增加，可能導(dǎo)致血栓形成。

4、目前，透析器中空纖維膜絲孔的檢測方法主要有以下幾種：(1)顯微鏡觀察法，使用光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡(sem)觀察中空纖維膜的微觀結(jié)構(gòu)和絲孔狀況，該種方法，觀察范圍有限，難以檢測大面積或大量樣品，此外，人工操作和設(shè)備成本較高；(2)壓力測試法，通過向中空纖維膜施加氣壓，檢測氣泡從絲孔中冒出的壓力，以確定絲孔的存在和大小，該方法只能檢測絲孔的通透性，無法識別其他缺陷類型，如扁絲、殘膠，同時，對檢測環(huán)境要求較高，測試過程中需要精確控制氣壓。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了提供一種透析器中空纖維膜絲孔檢測系統(tǒng)及檢測方法，利用硬件與軟件交互，并結(jié)合自動光學(xué)檢測技術(shù)，以實現(xiàn)對透析器絲孔異常區(qū)域的快速、精確定位和分割，從而確保透析器中空纖維膜的質(zhì)量。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種透析器中空纖維膜絲孔檢測系統(tǒng)，包括以下：

3、圖像采集子系統(tǒng)，在光環(huán)境中，利用相機及鏡頭獲取透析器中空纖維膜兩端的絲孔圖像，并形成數(shù)據(jù)集；

4、運動控制子系統(tǒng)，利用傳送機構(gòu)驅(qū)動限位槽攜帶透析器中空纖維膜沿傳輸帶移動，當(dāng)透析器中空纖維膜到達檢測位置時，利用舉升機構(gòu)舉升透析器中空纖維膜至拍照位置，然后利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動透析器中空纖維膜作周向旋轉(zhuǎn)動作，以輔助圖像采集子系統(tǒng)對透析器中空纖維膜進行旋轉(zhuǎn)拍照；

5、視覺檢測子系統(tǒng)，用于對圖像采集子系統(tǒng)獲取的絲孔圖像數(shù)據(jù)集進行分析處理并識別絲孔圖像的缺陷區(qū)域，其包括圖像預(yù)處理模塊、檢測模塊和結(jié)果顯示模塊，其中，所述圖像預(yù)處理模塊，用于對透析器中空纖維膜的膜束邊緣進行粗定位，獲取roi區(qū)域，對roi區(qū)域進行檢測；所述檢測模塊，用于將粗定位后的roi區(qū)域輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行推理，預(yù)測各像素類別；所述結(jié)果顯示模塊，用于顯示檢測模塊預(yù)測的結(jié)果，標注出分割的缺陷區(qū)域并進行缺陷計數(shù)。

6、優(yōu)選地，所述圖像采集子系統(tǒng)中，將透析器中空纖維膜置于兩側(cè)對向設(shè)置的光源之間，采用一對相機分別設(shè)置在兩側(cè)光源的外側(cè)，使相機的鏡頭朝向透析器中空纖維膜的端面。

7、優(yōu)選地，所述光源通過活動槽安裝在光源支架上以實現(xiàn)光源在豎直方向上位置可調(diào)，使所述光源與鏡頭同軸心。

8、優(yōu)選地，所述光源采用環(huán)形紫外光源。

9、優(yōu)選地，所述運動控制子系統(tǒng)中還包括一對塑料夾板，該對塑料夾板分布在透析器中空纖維膜的兩側(cè)并共同與氣動機構(gòu)驅(qū)動連接，用于在拍照前對透析器中空纖維膜進行正位。

10、一種透析器中空纖維膜絲孔檢測方法，包括以下步驟：

11、步驟一、啟動運動控制子系統(tǒng)，利用傳送機構(gòu)驅(qū)動限位槽攜帶透析器中空纖維膜(11)沿傳輸帶移動，當(dāng)透析器中空纖維膜到達檢測位置時，利用舉升機構(gòu)(9)舉升透析器中空纖維膜至拍照位置；

12、步驟二、啟動圖像采集子系統(tǒng)中相機、鏡頭以及光源，在光環(huán)境中，通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動透析器中空纖維膜作周向旋轉(zhuǎn)動作，同時，利用相機及鏡頭對透析器中空纖維膜進行拍照，以獲取透析器中空纖維膜兩端的絲孔圖像，并形成數(shù)據(jù)集；

13、步驟三、將步驟二獲取的絲孔圖像的數(shù)據(jù)集傳輸至視覺檢測子系統(tǒng)，利用圖像預(yù)處理模塊，對透析器中空纖維膜的膜束邊緣進行粗定位，獲取roi區(qū)域，對roi區(qū)域進行檢測；利用檢測模塊，將粗定位后的roi區(qū)域輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行推理，通過絲孔檢測算法預(yù)測各像素類別，并對透析器中空纖維膜缺陷位置進行定位和像素級分割；利用結(jié)果顯示模塊，顯示檢測模塊預(yù)測的結(jié)果，并標注出分割的缺陷區(qū)域并進行缺陷計數(shù)。

14、優(yōu)選地，所述絲孔檢測算法，具體為：

15、s1、圖像預(yù)處理及標注，對絲孔圖像形成的數(shù)據(jù)集進行預(yù)處理操作，重建數(shù)據(jù)集，并進行數(shù)據(jù)標注；

16、s2、模型訓(xùn)練，通過訓(xùn)練多尺度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，構(gòu)建絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)模型；

17、s3、模型部署，將訓(xùn)練好的絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入機器視覺軟件子系統(tǒng)，進行優(yōu)化加速，使其應(yīng)用于實際場景中；

18、s4、實時缺陷檢測，運動控制子系統(tǒng)輔助圖像采集子系統(tǒng)對透析器中空纖維膜進行實時旋轉(zhuǎn)拍照，實現(xiàn)透析器中空纖維膜絲孔多類別缺陷的定位及像素級分割。

19、優(yōu)選地，所述s1圖像預(yù)處理及標注的具體步驟包括：

20、s101、形態(tài)學(xué)操作，使用大尺寸的矩形結(jié)構(gòu)元對圖像進行閉合操作，即先膨脹后腐蝕，通過閉合操作連接相鄰的白色區(qū)域，白色區(qū)域即絲孔區(qū)域，使白色區(qū)域形成一個整體，消除其中的黑色間隙；

21、s102、圖像去噪，使用高斯濾波降低圖像噪聲，提升圖像質(zhì)量；

22、s103、二值化，設(shè)定灰度閾值進行二值化處理，獲得二值圖像，凸顯膜束邊緣；

23、s104、邊緣檢測，利用一階水平差分算子提取二值圖像的邊緣點，僅計算水平方向的梯度即可得到膜束邊緣，一階水平差分算子定義為：

24、gx(,y)＝i(x+1,y)-i(x,y)

25、其中，g表示圖像在x方向上的梯度，i表示圖像像素值。

26、s105、線段擬合，通過最小二乘法對邊緣點(xi，yi)進行線段擬合，得到代表膜束邊緣的線段，線段擬合的目標是找到一條直線，使得該直線與所有邊緣點的距離平方和最??；

27、s106、裁剪，以線段中點為基準點，設(shè)置矩形框裁剪圖像，獲取roi區(qū)域，roi區(qū)域為膜束邊緣往內(nèi)延伸n個像素；

28、s107、標注，使用labelme進行像素級標注，標注像素類別有背景、絲孔不通、扁絲和殘膠四種類型。

29、優(yōu)選地，所述s2的模型訓(xùn)練具體包括：

30、s201、構(gòu)建多尺度語義分割網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)由收縮路徑、擴張路徑和跳躍連接組成，其中，

31、收縮路徑，對輸入樣本進行下采樣，通過卷積和池化操作提取絲孔圖像的特征，同時減小空間分辨率，生成多個初步有效特征層；

32、擴張路徑，對收縮路徑的最后一組特征圖進行上采樣，通過卷積和轉(zhuǎn)置卷積操作恢復(fù)空間分辨率，包含多個子模塊；

33、跳躍連接，以并聯(lián)方式將收縮路徑中同特征層的特征圖與擴張路徑中的子模塊特征圖相連接，以彌補分割細節(jié)；

34、s202、預(yù)測像素類別，采用1*1卷積核進行卷積操作，輸出通道數(shù)量對應(yīng)四種像素類別，應(yīng)用sigmoid激活函數(shù)，將輸出轉(zhuǎn)換為每個像素的類別概率分布，最終預(yù)測出各像素類別。

35、優(yōu)選地，所述s3的模型部署具體包括：

36、將訓(xùn)練好的絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)模型從深度學(xué)習(xí)框架pytorch導(dǎo)出為onnx格式，將該絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)模型權(quán)重導(dǎo)入到視覺軟件中；軟件調(diào)用tensorrt庫中的python?api，首次運行軟件會將onnx格式的模型轉(zhuǎn)換為.engine格式文件的tensorrt引擎；轉(zhuǎn)換過程中對絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)模型進行優(yōu)化，以提高優(yōu)化后絲孔缺陷區(qū)域分割網(wǎng)絡(luò)模型的推理速度，使其應(yīng)用于實際場景中。本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將自動光學(xué)檢測技術(shù)應(yīng)用于透析器中空纖維膜絲孔檢測，通過利用高分辨率相機、鏡頭和光源系統(tǒng)拍攝中空纖維膜圖像，并借助圖像處理技術(shù)識別和分析絲孔的形態(tài)、大小和分布，能夠識別微小的絲孔缺陷，識別精度高，最終實現(xiàn)透析器高效、精確的無損檢測；本發(fā)明能快速掃描大面積樣品，適用于大批量生產(chǎn)線上的實時在線檢測。