BRPI0520423A2 - projeção de estrututa subsuperficial na superfìcie de um objeto - Google Patents

Abstract

PROJEçãO DE ESTRUTURA SUBSUPERFICIAL NA SUPERFìCIE DE UM OBJETO. Um sistema de geração de imagem que ilumina um objeto com luz infravermelha para realçar a visibilidade da estrutura subsuperficial que se encontra abaixo da superfície do objeto e projeta uma imagem visível da estrutura subsuperficial sobre a superfície do objeto. O sistema inclui uma fonte de luz infravermelha para gerar a luz infravermelha e uma estrutura para difundir a luz infravermelha. A estrutura difusora deve incluir uma ou mais camadas do material difusor para difundir a luz. O sistema inclui, ainda, um dispositivo de imagem por video para receber a luz infravermelha refletida a partir do objeto e para gerar uma imagem de vídeo da estrutura subsuperficial baseada na luz infravermelha refletida. A estrutura subsuperficial pode ser um vaso sanguíneo subcutâneo. O procedimento de calibração é descrito, bem como o de materialização, para assegurar que o objeto será mantido em foco na distância correta.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

PROJEÇÃO DE ESTRUTURA SUBSUPERFICIAL NA SUPERFÍCIE DE UM OBJETO. A pele e outros tecidos do corpo refletem luz infravermelha no intervalo de infravermelho próximo de cerca de 700 a 900 nanômetros, enquanto o sangue absorve radiação nesse intervalo. Assim, em imagens de vídeo de tecidos do corpo feitas sob iluminação infravermelha, os vasos sangüíneos aparecem como linhas escuras contra um fundo mais claro de tecido adjacente. No entanto, devido à natureza refletora da gordura subcutânea, os vasos sangüíneos dispostos abaixo de depósitos significativos de gordura podem ser difíceis ou impossíveis de visualizar quando iluminados por luz direta, ou seja, a luz que normalmente chega de uma única direção.

Benefícios adicionais da invenção ficarão aparentes através da referência à descrição detalhada das configurações preferidas quando consideradas em conjunto com os diagramas, que não se encontram em escala, nos quais letras de referência semelhantes designam elementos semelhantes ou similares ao longo de diversos diagramas, da seguinte forma: A FIG. 1 representa um sistema de geração de imagem para visualização

de um objeto sob iluminação infravermelha de acordo com uma configuração preferida da invenção;

As FIGS. 2a e 2b são vistas em perspectiva de um sistema de geração de imagem usando uma luz infravermelha difusa de acordo com uma configuração preferida da invenção;

As FIGS. 3 e 4 são vistas de seção transversal do sistema de geração de imagem de acordo com uma configuração preferida da invenção;A FIG. 5 é um diagrama de blocos do sistema de geração de imagem de acordo com uma configuração preferida da invenção;

A FIG. 6a é uma vista em perspectiva de um sistema de geração de imagem usando luz infravermelha difusa de acordo com uma configuração alternativa da invenção;

A FIG. 6b é uma vista transversal do sistema de geração de imagem da FIG. 6a;

A FIG 7a é uma vista em perspectiva de um sistema de geração de imagem usando uma luz infravermelha difusa de acordo com outra configuração da invenção;

A FIG. 7b é uma vista transversal do sistema de geração de imagem da FIG. 7a;

A FIG. 8 é uma vista isométrica de ainda outro aspecto de um sistema de geração de imagem;

A FIG. 9 é uma vista frontal de uma parte do sistema de geração de imagem conforme visualizado na direção das setas adotadas ao longo da linha A-A da FIG. 8;

A FIG. 10 é uma vista lateral transversal adotada ao longo da linha B-B da FIG. 9e,

A FIG. 11 é um diagrama de blocos de um sistema de geração de imagem.

A FIG. 12 é uma vista interna em perspectiva de uma terceira versão do sistema de geração de imagem da presente invenção.A FIG. 13 é uma vista interna de uma quarta versão do sistema de geração de imagem da presente invenção com algumas partes mostradas na seção para fins de explicação.

5 A FIG. 14 é uma vista em diagrama da quarta versão do sistema de

geração de imagem da presente invenção.

A FIG. 15 é uma vista interna de uma quinta versão do sistema de geração de imagem da presente invenção, que usa a luz ambiente para iluminar o objeto visualizado.

As FIGS. 16a e 16b, tomadas em conjunto em seqüência, são uma listagem do programa de processamento de imagem de remoção de artefatos da imagem recebida.

As FIGS. 17a, 17b, 17c, 17d, 17e e 17f, tomadas em conjunto em seqüência, são listagem de programa na linguagem de programação C++ para processamento de imagem de remoção de artefatos da imagem recebida.

A FIG. 18 é uma vista em perspectiva em diagrama mostrando como um

par de indicadores a laser é usado para posicionar o objeto a ser visualizado.

A FIG. 19 é uma vista em perspectiva em diagrama mostrando o procedimento de calibragem para o sistema de geração de imagem da presente invenção.

As FIGS. 20a, 20b e 20c são fotografias de uma imagem processada de vasos sangüíneos subcutâneos projetados sobre o tecido corporal que cobre os vasos sangüíneos.A FIG. 21 é uma fotografia de uma imagem processada tendo uma margem de texto ao redor.

A FIG, 22 é outra fotografia de uma imagem projetada tendo uma margem de texto ao redor, similar à FIG. 21, mas na qual o objeto visualizado foi movido para fora da posição, mostrando como a margem de texto se torna fora de foco para indicar que o objeto não está posicionado adequadamente.

A FIG. 23 mostra uma margem de texto combinada a uma imagem projetada para projeção conjunta sobre o objeto para garantir o posicionamento adequado.

A FIG. 24 é uma fotografia de uma imagem processada de veias subsuperficiais projetada sobre uma mão através da presente invenção, similar à FIG. (que omite a margem de texto) e a FIG. 21, mas mostrando como a margem de texto se torna fora de foco para indicar que a mão não está posicionada adequadamente.

A FIG. 25a e a FIG. 25b são listagens de computador mostrando a solução 20 para coeficientes de transformação bilinear do procedimento de calibragem do sistema de geração de imagem da presente invenção.

A FIG. 26 é uma listagem de programa na linguagem de programação C++, que executa a correção de tempo de execução para a imagem visualizada do objeto usando os coeficientes determinados durante o procedimento de calibragem.

O inventor determinou que, quando uma área de tecido do corpo apresentando um depósito significativo de gordura subcutânea é convertida em imagem no intervalo de infravermelho próximo sob iluminação de luz infravermelha altamente difusa, há um contraste significativamente maior entre os vasos sangüíneose o tecido adjacente do que quando o tecido é visualizado sob iluminação infravermelha direta. Embora a invenção não deva ser limitada por nenhuma teoria de operação específica, parece que a maior parte da luz infravermelha refletida pela gordura subcutânea é direcionada para longe da direção de visualização. Assim, quando luz infravermelha altamente difusa é usada para iluminar o tecido, o contraste visual desejado entre os vasos sangüíneos e o tecido adjacente é mantido.

Mostrado na FIG. 1 está um sistema de geração de imagem 2 para iluminação de um objeto 32, como um tecido do corpo, com luz infravermelha altamente difusa e para produção de uma imagem de vídeo do objeto 32 com base na luz infravermelha refletida a partir do objeto 32. Conforme descrito em detalhes no presente documento, quando o objeto 32 constitui tecido do corpo, os vasos sangüíneos dispostos abaixo da gordura subcutânea no tecido podem ser claramente visualizados em uma imagem de vídeo produzida pelo sistema 2.

O sistema de geração de imagem 2 inclui um sistema de iluminação 10 que ilumina o objeto 32 com luz infravermelha a partir de várias direções de iluminação diferentes. O sistema 10 inclui vários provedores de luz infravermelha 10a-10f, cada um fornecendo luz infravermelha para o objeto 32 a partir de uma direção de iluminação diferente. As direções de chegada da luz infravermelha a partir de cada provedor de luz 10a-10f são representadas na FIG. 1 pelos raios 4a-4f. Conforme mostrado na FIG. 1, a direção de chegada da luz infravermelha varia do perpendicular ou quase perpendicular à superfície do objeto 32 ao paralelo ou quase paralelo à superfície do objeto 32. Uma vez que a iluminação infravermelha chega ao objeto 32 apartir de uma ampla variedade de direções de iluminação, a iluminação infravermelha é altamente difusa.

Conforme descrito em mais detalhes adiante, os provedores de luz 10a-10f são preferencialmente superfícies refletoras de luz que direcionam a luz de uma únicafonte de luz na direção do objeto 32. Em outras configurações, os provedores de luz 10a-10f são fontes de luz individuais ou combinações de fontes de luz e refletores.

O sistema de geração de imagem 2 também inclui um dispositivo de geração de imagem 38, como uma câmera de vídeo, para visualização do objeto 32. O dispositivo de geração de imagem 38 visualiza o objeto 32 a partir da direção de visualização representada na FIG. 1 pela seta 6. O dispositivo de geração de imagem 38 recebe a luz infravermelha difusa refletida a partir do objeto 32 e gera uma imagem de vídeo eletrônica do objeto 32 com base na luz infravermelha refletida.

Mostrado nas FIGS. 2a e 2b é uma configuração preferida do sistema de iluminação 10. A FIG. 3 descreve uma vista transversal do sistema 10 correspondendo à seção A-A, conforme mostrado nas FIGS. 2a-b. O sistema 10 preferencialmente inclui uma fonte de luz 12 que emite luz em uma extremidade de uma estrutura de difusão 14. A estrutura de difusão 14 inclui um gabinete externo alongado 16 com superfícies internas reflexivas. Preferencialmente, as superfícies internas do gabinete externo alongado 16 são da cor branca. Como alternativa, essas superfícies reflexivas são superfícies espelhadas ou uma combinação de superfícies brancas e espelhadas. Na extremidade da estrutura de difusão 14 oposta à fonte de luz 12, há uma guia de luz 22 vazada. Conforme descrito em mais detalhes abaixo, a guia de luz 22 serve como uma abertura de saída da luz difusa.

O gabinete externo alongado 16 inclui a primeira e segunda seções 16a e 16b, cada uma contendo uma extremidade grande e uma extremidade pequena. Preferencialmente, a primeira e segunda seções 16a e 16b são substancialmente piramidais no formato, cada uma contendo quatro faces trapezoidais. Na configuração preferida, as quatro faces trapezoidais das seções 16a e 16b são idênticas, de modo que cada extremidade das seções 16a e 16b formam uma abertura quadrada. Conforme mostrado nas FIGS. 2a e 2b, as extremidades grandes da primeira e segunda seções 16a e 16b são unidas para formar o gabinete 16.Na extremidade pequena da primeira seção 16a há uma abertura de entrada 18 formada pelos quatro lados curtos das quatro faces trapezoidais da seção 16a. A fonte de luz 12 é preferencialmente conectada à extremidade pequena da primeira seção 16a na abertura de entrada 18. Assim, a luz gerada pela fonte de luz 12 entra no gabinete alongado 16 na abertura de entrada 18 e ilumina as superfícies interiores do gabinete 16.

Na extremidade pequena da segunda seção 16b há uma abertura de saída 20 formada pelos quatro lados curtos das quatro faces trapezoidais da seção 16b. Conectada á abertura de saída 20 está uma extremidade da guia de luz 22 vazada. A guia de luz 22 preferencialmente possui superfícies internas reflexivas similares às superfícies internas conectada do gabinete 16.

O sistema 10 também inclui um refletor interno alongado 24 que é disposto dentro e preferencialmente de modo coaxial ao gabinete externo 16. Para esclarecimento, o refletor 24 é mostrado na FIG. 2b removido do gabinete externo 16. Na configuração preferida, o refletor interno 24 é formado a partir de uma seção tubular quadrada 24a unida a uma base quadrada de uma seção piramidal 24b. Preferencialmente, a seção piramidal 24b apresenta quatro lados que se afunilam até uma ponta. Conforme mostrando na FIG. 3, a ponta da seção piramidal 24b é disposta próxima à abertura de entrada 18 no gabinete externo 16. O refletor interno 24 possui superfícies externas brancas reflexivas similares àquelas das superfícies internas do gabinete externo 16.

As características de difusão da luz da estrutura 14 são melhores compreendidas com Referência á FIG. 3. Dentro da fonte de luz 12 encontra-se uma lâmpada 26, como uma lâmpada de quartzo-halogênío e refletor revestido em ouro fabricado pela Gilway e tendo um número de peça L517A-G. Quando energizada, a lâmpada 26 produz radiação eletromagnética na forma de luz branca.Para os fins desta descrição, a lâmpada 26 pode ser entendida como uma fonte indicadora que irradia luz em várias direções, conforme representado pelos raios de exemplo 28 e 30. Conforme mostrado na FIG. 3, o raio 28 reflete a partir da superfície interna da seção 16b do gabinete externo 16. O raio 28 então viaja através da abertura de saída 20 para a guia de luz 22 e, após várias reflexões das superfícies internas da guia de luz 22, é emitido a partir da abertura de saída 23. O raio 30, que sai da fonte de luz 12 a partir de um ângulo diferente do raio 28, é refletido a partir do refletor interno 24. O raio 30 é então refletido a partir da superfície interna da seção 16b do gabinete externo 16 e viaja através abertura de saída 20 para a guia de luz 22. Após várias reflexões das superfícies internas da guia de luz 22, o raio 30 também é emitido a partir da abertura de saída 23, mas em um ângulo diferente do raio 28.

Quando um objeto 32 é colocado próximo à abertura de saída 23, os raios 28 e 30 chegam ao objeto 32 a partir de ângulos diferentes. Será observado que a luz que irradia da fonte de luz 12 pode ser representada como um número infinito de raios que atingem e são refletidos pelo refletor interno 24 e as superfícies internas do gabinete externo 16 a partir de um número infinito de ângulos. Assim, a luz emitida a partir da abertura de saída 23 chega ao objeto 32 a partir de muitos ângulos diferentes e é, portanto, altamente difusa. Esses ângulos de chegada variam do quase perpendicular ao quase paralelo ao plano da abertura de saída 23. Uma vez que a estrutura de difusão 14 é tridimensional, será observado que a luz também é refletida a partir de outras superfícies do gabinete externo 16 e do refletor interno 24, do mesmo modo que aquelas perpendiculares às superfícies mostradas na FIG. 3. Portanto, a luz emitida na abertura de saída 23 do sistema de iluminação 10 é altamente difusa, parecendo ser gerada por muitas fontes de luz diferentes.

Em virtude da disposição das superfícies reflexivas internas do gabinete externo 16 e das superfícies reflexivas externas do refletor interno 24, uma estrutura de difusão 14 transfere de forma eficiente a luz irradiada da lâmpada 26 para aabertura de saída 23. Assim, uma grande fração da luz fornecida pela lâmpada 26 atinge o objeto 32 e muito pouca energia luminosa é desperdiçada.

Conforme descrito em mais detalhes abaixo, o sistema de iluminação 10 pode ser usado para fornecer luz difusa para fins de geração de imagem médica. No entanto, será observado que o escopo da invenção não se limita a usos médicos. O sistema 10 também pode ser usado como uma fonte de luz difusa para fins fotográficos em geral.

Em uma configuração preferida da invenção, conforme representado na FIG. 3, a fonte de luz 12 inclui um espelho frio 34 disposto entre a lâmpada 26 e a abertura de entrada 18 do gabinete externo 16. O espelho frio 34 reflete substancialmente toda a luz com comprimento de onda fora de um intervalo infravermelho selecionado de comprimentos de onda. Preferencialmente, o intervalo selecionado inclui comprimentos de onda de aproximadamente 700 a 1000 nanômetros. Imediatamente próximo ao espelho frio 34 e disposto entre o espelho frio 34 e a abertura de entrada 18, encontra-se um filtro de transmissão infravermelha 36 que atenua ainda mais a luz com comprimentos de onda fora do intervalo infravermelho selecionado. Assim, a luz que atravessa o espelho frio 34 e o filtro 36 para o gabinete externo 16 constitui luz infravermelha com comprimentos de onda dentro do intervalo infravermelho selecionado.

Deve-se observar que há outras formas nas quais a fonte de luz 12 pode ser configurada para gerar luz infravermelha. Por exemplo, a fonte de luz 12 consiste em um diodo de emissão de luz (LED) infravermelha ou em uma matriz de LEDs infravermelhos. Assim, a configuração da fonte de luz 12 mostrada na FIG. 3 e descrita acima é apenas uma configuração preferida e a invenção não está limitada a nenhuma configuração específica da fonte de luz 12.A FIG. 4 descreve as dimensões da uma configuração preferida do sistema de iluminação 10. Conforme mostrado na FIG. 4, o comprimento total da estrutura de difusão de luz 14 é de aproximadamente 34,82 polegadas. A altura e a largura do gabinete externo 16 na junção da primeira e segunda seções 16a e 16b é de aproximadamente 10,04 polegadas. O comprimento preferencial da guia de luz 22 é de aproximadamente 14,00 polegadas e sua altura e largura são aproximadamente 5,08 polegadas. Preferencialmente, o comprimento total da seção tubular 24 é aproximadamente 15,86 polegadas. O comprimento preferido da seção tubular 24a do refletor interno 24 é de aproximadamente 7,93 polegadas. A altura e largura da seção tubular 24a são de aproximadamente 3,5 polegadas. A altura e a largura da fonte de luz 12 são de aproximadamente 2,11 polegadas.

Conforme mostrado na FIG. 4, uma configuração preferencial da invenção inclui uma lente 40 usada em conjunto com um dispositivo de geração de imagem 38 para produzir uma imagem de vídeo do objeto 32 com base na luz difusa refletida a partir do objeto 32. Preferencialmente, o dispositivo de geração de imagem 38 desta configuração corresponde a uma câmera de vídeo de dispositivo de carga acoplado (CCD) 38 fabricado pela Cohu, com número de modelo 631520010000. A lente 40 da configuração preferida de uma lente de câmera de filme de 25 mm f-0,95 fabricada pela Angenieux.

A câmera 38 e a lente 40 da configuração preferida são dispostas dentro da seção tubular 24a do refletor interno 24.Conforme mostrado na FIG. 4, a extremidade aberta da seção tubular 24a forma uma abertura na direção na qual a câmera 38 a lente 40 estão apontadas. Dessa forma, a guia de luz vazada 22 é substancialmente centralizada dentro do campo de visão da câmera 38. Assim, a câmera 38 recebe luz refletida a partir do objeto 32 que entra na guia de luz 22, viaja através do gabinete 16 e entra na extremidade aberta da seção 24a.Conforme mostrado na FIG. 4, a configuração preferida da invenção inclui um filtro de transmissão infravermelha 42 disposto na extremidade aberta da seção tubular 24a. Esse filtro recebe a luz refletida a partir do objeto 32 e qualquer outra luz que possa entrar no gabinete 16, além de eliminar substancialmente toda a luz com comprimento de onda fora do intervalo infravermelho de aproximadamente 700 a 1000 nanômetros. Na configuração preferida, o filtro 42 elimina substancialmente a luz com comprimentos de onda fora de um intervalo infravermelho selecionado de aproximadamente 800 a 850 nanômetros. Assim, a luz que atravessa o filtro 42 e entra na lente 40 é luz infravermelha dentro do intervalo de comprimento de onda selecionado. Portanto, a câmera 38 recebe principalmente luz infravermelha que se origina dentro do sistema de iluminação 10 e que é refletida a partir do objeto 32.

Com base na luz refletida a partir do objeto 32, a câmera 38 gera uma imagem de vídeo do objeto 32 na forma de um sinal elétrico de vídeo. Conforme mostrado na FIG. 5, o sinal de vídeo é referencialmente fornecido para uma placa de otimização de imagem 44, como uma placa fabricada pela DigiVision com número de modelo ICE-3000. A placa 44 gera um sinal de imagem de vídeo otimizada com base no sinal de vídeo da câmera 38. O sinal otimizado de imagem de vídeo é fornecido para uma captura de vídeo e placa de exibição 46, como uma placa modelo 20-TC Live fabricada pela Miro. A placa 46 captura imagens paradas a partir do sinal de imagem que podem ser salvas no formato digital em um dispositivo de armazenamento digital. A placa 46 também formata o sinal da imagem de vídeo para exibição em tempo real em um monitor de vídeo 48.

Deve-se observar que o sistema de iluminação 10 pode usar outros meios para geração de luz infravermelha difusa em conformidade com a invenção. Por exemplo, os provedores de luz 10a-10f da FIG. 1 podem ser configurados por uma luz estroboscópica de iluminação em anel. Como alternativa, um matriz circular de LEDs pode ser usada para iluminar um difusor de transmissão plástico colocado próximo àsuperfície do objeto 32. Na última configuração, os provedores de luz 10a-10f correspondem a LEDs individuais na matriz.

Em uma configuração alternativa da invenção descrita nas FIGS. 6a e 6b, o sistema de geração de imagem 2 inclui um projetor de vídeo 50 para iluminação do objeto 32 com uma imagem do objeto 32 para otimizar o contraste visual entre áreas mais claras ou mais escuras do objeto 32. Conforme descrito na Patente Norte-Americana N° 5.969.754, intitulada ILUMINADOR DE OTIMIZAÇÃO DE CONTRASTE, cujo conteúdo está incorporado a este documento por referência, as características de um objeto são visualmente otimizadas para um observador quando os recursos de uma imagem de luz visível projetada do objeto se sobrepõem às características correspondentes do objeto. A imagem de luz visível sobreposta faz com que características de brilho do objeto apareçam mais brilhantes enquanto as áreas escuras permanecem as mesmas.

A configuração da invenção mostrada nas FIGS. 6a e 6b fornece luz infravermelha difusa (representada pelos raios 52) para o objeto 32 de uma forma similar à descrita anteriormente. No entanto, na configuração mostrada nas FIGS. 6a e 6b, o caminho óptico da luz de iluminação é dobrado, de forma que a abertura de saída 23 da guia de luz 22 é girada em 90 graus relativos à abertura de saída mostrada nas FIGS. 1-3.

Conforme mostrado na FIG. 6b, um separador de feixe, como um espelho quente 54, recebe a luz infravermelha 52 da estrutura de difusão de luz 14 e reflete a luz infravermelha 52 na guia de luz 22 e na direção do objeto 32. O espelho quente 54 também recebe uma imagem infravermelha do objeto 32 (representada pelo raio 56) e a reflete na direção da câmera 38. O espelho quente 54 recebe a imagem de luz visível (representada pelo raio 58) a partir do projetor 50 e a transmite para a guia de luz 22 e na direção do objeto 32.Conforme explicado em mais detalhes na Patente Norte-Americana N° 5.969.754, o sinal de saída de vídeo da câmera de vídeo 38 é fornecido como um sinal de entrada de vídeo para o projetor 50. Com base no sinal de entrada de vídeo, o projetor 50 projeta uma imagem de luz visível 58 do objeto 32 na direção do espelho quente 54. O espelho quente 54 recebe a imagem de luz visível 58 e a transmite para a guia de luz 22 na direção do objeto 32. Através do alinhamento adequado da imagem de luz visível 58 a partir do projetor 50 com a imagem infravermelha 56 do objeto 32 sentido pela câmera 38, as características na imagem de luz visível imagem de luz visível 58 projetada são compostas para sobrepor as características correspondentes do objeto 32.

Quando o objeto 32 é um tecido do corpo e a invenção é usada para localizar vasos sangüíneos subcutâneos no tecido do corpo, os vasos sangüíneos aparecem como linhas escuras na imagem de luz visível 58. Assim, quando a imagemde luz visível 58 é projetada sobre o tecido do corpo, os vasos sangüíneos subcutâneos estarão diretamente abaixo das linhas escuras na imagem de luz visível 58. Dessa maneira, a invenção aprimora significativamente a capacidade de um profissional da área médica em localizar vasos sangüíneos subcutâneos enquanto minimiza o desconforto do paciente.

As FIGS. 7a e 7b descrevem um configuração alternativa da invenção para

uso como um iluminador de otimização e contraste. A configuração das FIGS. 7a-b opera de forma similar à configuração das FIGS. 6a e 6b. No entanto, na configuração das FIGS. 7a-b, a câmera 38 está localizada fora da estrutura de difusão 14. para acomodar a localização diferente da câmera 38, o espelho quente 54 mostrado nas FIGS. 7a-b é girado em 90 graus no sentido horário em relação à sua posição nas FIGS. 6a-b. Caso contrário, o espelho quente 54 oferece uma função similar àquela descrita acima em relação às FIGS. 6a-b. Também para acomodar a diferente localização da câmera, o filtro de transmissão infravermelha 42 é montado em uma parede da guia de luz 22. Um painel reflexivo 60 é fornecido nessa configuração para direcionar ainda mais a luz da fonte de luz 12 para a guia de luz 22 e na direção daabertura de saída 23. Preferencialmente, o painel 30 corresponde a uma lâmina reflexiva plana com um orifício para permitir que a luz passe entre o objeto 32 e a câmera 38 e o projetor 50.

A configuração preferida de um sistema de imagem relativamente compacto e altamente confiável 70 é representada na FIGS. 8-11. O sistema de imagem 70 é preferencialmente configurado para iluminar um objeto 71, assim como em o tecido do corpo e o similar, e para produzir uma imagem de vídeo do objeto 71 baseada na luz refletida pelo infravermelho advindo do objeto 71. O sistema de imagem 70 preferencialmente inclui um alojamento 72, que contém as características de imagem do sistema 70.

Conforme mostrado na FIG. 8, o alojamento 72 preferencialmente possui uma configuração retangular. O alojamento 72 preferencialmente possui um comprimento entre cerca de três e cerca de cinco polegadas e uma largura de cerca de três e uma e meia polegadas. Será observado por aqueles versados na técnica que o sistema de geração de imagem 70 pode ser configurado em uma variedade de formas e a invenção não deve ser limitada por nenhum exemplo ou configuração específica descrito neste documento. Por exemplo, na FIG. 8, o alojamento é descrito como sendo substancialmente retangular; no entanto, as formas circular, poligonal e outras formas geométricas e tamanhos também são possíveis.

Um dispositivo de geração de imagem 74, como uma câmera de vídeo com uma lente 75, e os componentes de vídeo residem dentro do alojamento 72. O dispositivo de geração de imagem e os componentes de processamento de vídeo operam para detectar luz infravermelha e para processar a luz infravermelha detectada a partir do objeto 71. O sistema de geração de imagem 74 produz uma imagem baseada na luz infravermelha refletida a partir do objeto 71, conforme descrito no presente documento. Conforme mostrado nas FIGS. 8 e 9, o dispositivo de geração de imagem 74 é preferencialmente montado dentro de uma abertura 76 da parede demontagem 78, com as lentas 75 se estendendo para o interior do alojamento 77, conforme descrito em mais detalhes abaixo. Mais especificamente, a câmera 74 é preferencialmente centralizada e simetricamente montada dentro do alojamento 72. Esse local de câmera simétrica preferido tende a maximizar a quantidade de luz detectada pela câmera, que otimiza a imagem produzida pelo sistema 70, otimizando assim a iluminação dos vasos sangüíneos dispostos abaixo da gordura subcutânea no tecido do corpo.

O alojamento 72 mais preferencialmente contém vários componentes operáveis para transmissão da luz difusa a partir do sistema 70 na direção do objeto 71. As setas 80 representam a luz difusa transmitida pelo sistema 70. As setas 82 representam a luz refletida a partir do objeto 71. Conforme mostrado na FIG. 9, conforme visualizado na direção das setas ao longo da linha de seção A-A da FIG. 8, a parede 78 contém um número de diodos de emissão de luz (LEDs) infravermelha 84 dispostos em uma matriz de LEDs 85 para emissão de luz infravermelha. A matriz de LEDs 85 define um plano de referência dos LEDs. Quando ativado, cada LED 84 preferencialmente transmite luz em um comprimento de onda de cerca de 740 nanômetros (nm). Na configuração preferencial, cada LED 84 é fabricado pela Roithner Lasertechnik da Áustria sob o número de modelo ELD-740-524.

Conforme mostrado na FIG. 10 e de acordo com a configuração preferida,

os LEDs 84 são montados em uma placa de circuito 86 localizada adjacente á parede 78. Conforme mostrado na FIG. 9, há oito grupos 92, 94 mais preferenciais de LEDs 84 dispostos de forma concêntrica ao redor do sistema de geração de imagem 74. A disposição concêntrica dos LEDs tende a fornecer a dispersão e transmissão máximas de luz difusa do sistema 70. É preferido que cada grupo 92, 94 de LEDs 84 contenha ao menos dez LEDs 84. No entanto, o sistema 70 pode incluir mais ou menos LEDs dentro de um grupo específico, dependendo de uma implementação desejada do sistema 70. Ademais, o sistema 70 pode incluir mais ou menos grupos de LEDs na matriz de LEDs 85.Ainda em referência à FIG. 9, há quatro grupos 92 de LEDs 84 localizados próximos às regiões dos cantos 96 da matriz de LEDs 85. Mais preferencialmente, ao menos quinze LEDs 84 estão dispostos em cada região dos cantos 96 na matriz de LEDs 85. Há preferencialmente quatro grupos 94 de LEDs 84 dispostos nas regiões laterais 98 da matriz de LEDs 85. Cada região lateral 98 está localizada substancialmente entre cada região dos cantos 94. Mais preferencialmente, ao menos dez LEDs 84 estão dispostos em cada região lateral 98 da matriz de LEDs 85.

Conforme descrito acima, a matriz de LEDs 85 é mais preferencialmente disposta na placa de circuito 86. Juntamente com o sistema de controle 90, a placa de circuito 86 inclui circuito de controle que controla a ativação de um ou mais LEDs 84 dentro de um grupo específico ou grupos 92,0 94 de LEDs 84 da matriz de LEDs 85. Conforme mostrado no diagrama de blocos da FIG. 11, uma fonte de alimentação 88 e um sistema de controle 90, como um micro processador ou dispositivo de controle similar, são eletricamente conectados à placa de circuito 86. Será observado que também é possível controlar os LEDs sem usar o sistema de controle 90, ou seja a fonte de alimentação 88 pode ser "ligada" e "desligada" para ativar e desativar a matriz de LEDs 85. Será observado que as técnicas de modulação de pulso também podem ser usadas em conjunto com a fonte de alimentação 88 para ativar e desativar um ou mais LEDs 84 na matriz de LEDs 85 de acordo com um ciclo de trabalho preferido, aqui definido como tempo de LED "ligado" relativo ao tempo de LED "desligado".

Conforme mostrado no diagrama de blocos da FIG. 11, em uma configuração preferida do sistema de geração de imagem 70, a matriz de LEDs 85 é eletronicamente conectada através da placa de circuito 86 à fonte de alimentação 88 e ao sistema de controle 90. O sistema de controle 90 inclui características de controle para controle da matriz de LEDs 85 para emissão de luz infravermelha na direção do oLEDs 84 pode ser selecionada e controlada para emitir luz infravermelha de forma intermitente ou contínua na direção do objeto 71. Assim, o sistema 70 pode ser configurado para transmitir luz infravermelha a partir da matriz de LEDs em várias permutações e combinações de LEDs 84 e/ou grupos de LEDs 92, 94.

Agora com referência à FIG. 10, uma primeira camada de difusão 100 é disposta adjacente às superfícies de emissão 102 dos LEDs 84 na matriz de LEDs 85. De acordo com uma configuração preferida, a primeira camada de difusão 100 é colada, da mesma forma que utilizando adesivos conhecidos, nas superfícies de emissão 102 da matriz de LEDs 85, operando com isso de modo a difundir a luz emitida por um ou mais LEDs 84 na matriz de LEDs 85. A primeira camada de difusão 100 é mais preferencialmente um difusor holográfico de vinte graus, como um produto com código de identificação LSD20PC10-F10x10/PSA, fabricado pela Physical Optics Corporation de Torrance, Calif. Mais preferencialmente, a primeira camada de difusão 100 possui um comprimento de cerca de três e uma e meia polegadas, com uma largura de cerca de três e uma e meia polegada, e uma espessura de 0,10 polegada. Quando um ou mais dos LEDs 84 na matriz de LEDs 85 são ativados, a primeira camada de difusão 100 difunde a luz infravermelha emitida a partir da matriz de LEDs 85, fornecendo assim uma primeira quantidade de difusão a luz infravermelha emitida.

As superfícies interiores 104 do alojamento 72 são mostradas na FIG. 10. Mais preferencialmente, as superfícies interiores 104 são revestidas com um revestimento reflexivo, como uma pintura branca ou similar, que reflete e difunde ainda mais a luz já difusa produzida pela primeira camada de difusão 100. Ainda em referência à FIG. 10, uma segunda camada de difusão 106 é separada da primeira camada de difusão 100 por um LDD de distância. Mais preferencialmente, o LDD de distância entre a primeira e a segunda camadas de difusão 100 e 106 é de cerca de três polegadas. A segunda camada de difusão 106 é, preferencialmente, um difusor holográfico de vinte graus, similar ou igual à primeira camada de difusão 100 descrita acima. A segunda camada de difusão 106 possui um comprimento preferencial decerca de três e uma e meia polegada, uma largura de cerca de três e uma e meia polegada e uma espessura de cerca de 0,10 polegada.

A segunda camada de difusão 106 difunde ainda mais a luz já difusa refletida a 5 partir das superfícies interiores 104 e fornecida pela primeira camada de difusão 100. Como mostrado na FIG. 8, a primeira e segunda camadas de difusão são substancialmente planas, ou seja as camadas 100 e 106 cada definem uma geometria plana. De acordo com a configuração mais preferida, os planos definidos pela primeira e segunda camadas de difusão 100 e 106 são substancialmente paralelas uma em 10 relação à outra. A disposição plana em paralelo preferida das camadas de difusão 100, 106 tendem a promover uma quantia uniforme e quantificável de luz difusa emanando do sistema 70 quando um ou mais LEDs 84 são ativados.

Ainda em referência à FIG. 10, um material de reforço 108, como o material LUCITE enviado sob a marca LUCITE e fabricado pela DuPont de Wilmington, Delaware, é disposto adjacente á segunda camada de difusão 106. Mais preferencialmente, o material de reforço apresenta uma espessura de cerca de 0,125 polegada. Um polarizador visível 110 é disposto adjacente ao material de reforço 108. O polarizador visível 110 é preferencialmente fabricado pela Visual Pursuits de Vernon Hills, Illinois, sob o número de peça VP-GS-12U e apresenta uma espessura de cerca de 0,075 polegada.

Assim, o sistema 70 é operável para produzir vários níveis de difusão conforme a luz emitida progride através da primeira camada de difusão 100, reflete para fora das superfícies interiores 104 do primeiro compartimento 72a, e continua a progredir através da segunda camada de difusão 106, material de reforço 108 e polarizador 110. Assim, ocorre um nível de difusão após a luz emitida atravessar a primeira camada de difusão 100. Outro nível de difusão ocorre a partir da reflexão das superfícies interiores 104 do primeiro compartimento 72a da luz já difusa fornecidapela primeira camada de difusão 100. Um outro nível de difusão ainda ocorre após a luz difusa atravessar a segunda camada de difusão 106.

Conforme mostrado na FIG. 8, o polarizador visível 110 preferencialmente inclui uma parte central 112, mais preferencialmente no formato de um circulo com cerca de uma polegada de diâmetro. A geometria da parte central 112 preferencialmente coincide com o formato e dimensão da lente 75 da câmera. A polarização da parte central 112 é preferencialmente girada aproximadamente noventa graus em relação á polarização da área ao redor 114 do polarizador 110. Na configuração preferida, a lente 75 da câmera entra e contato com o material de reforço 108. Conforme mostrado na FIG. 8, o local da posição da lente 75 dentro do alojamento 70 preferencialmente coincide com ou partilha do mesmo eixo central que a parte central 112 do polarizador 110. A parte central 112 do polarizador 110 que coincide com a parte frontal da lente 75 tende a remover qualquer ofuscamento da superfície ("reflexão especular") na imagem da câmera resultante.

Conforme mostrado na FIG. 10, o material de reforço 108 e o polarizador visível 110 possuem superfícies planas que preferencialmente incluem uma orientação plana similar em relação aos planos definidos pela primeira e segunda camadas dedifusão 100, 106. De acordo com uma configuração mais preferida, a primeira camada de difusão 100, as superfícies interiores 104, a segunda camada de difusão 106, o material de reforço 108 e o polarizador visível 110 definem um sistema de difusão 116 (FIG. 10) para fornecimento de luz difusa para um objeto 71. Será observado que a estrutura de difusão pode incluir mais ou menos componentes e a invenção não está limitada pelos exemplos ou configurações específicas divulgadas neste documento. Por exemplo, o sistema de difusão 116 pode incluir a primeira ou a segunda camada de difusão 100, 106, com ou sem o polarizador 110, ou pode incluir a primeira ou a segunda camada de difusão 100, 106 sem o polarizador 110.Uma vez acionado, o sistema 70 opera para transmitir luz difusa 80 na direção do objeto 71 e produzir uma imagem de vídeo do objeto 71 com o sistema de geração de imagem 74, conforme descrito acima. Mais especificamente, uma vez que a fonte de alimentação 88 esteja ativada, um ou mais dos LEDs 84 na matriz de LEDs 85 emitem luz infravermelha a partir da(s) superfície(s) de emissão 102. A primeira camada de difusão 100 fornece uma primeira quantidade de difusão para a luz infravermelha emitida. As superfícies interiores 104 difundem ainda mais a luz difusa que emana da primeira camada de difusão 100. A segunda camada de difusão 106 difunde ainda mais a já difusa luz que é transmitida através do material de reforço 108 e do polarizador antes de iluminar o objeto 71. Conforme descrito acima, o objeto 71 reflete a luz difusa 80 emitida produzindo uma luz difusa refletida 82 capturada pelo sistema de geração de imagem 74. O sistema de geração de imagem 74 produz então uma imagem de vídeo do objeto 71. De modo correspondente, através da emissão de luz difusa de acordo com um sistema de fornecimento de difusão 70 exclusivo, o sistema 70 ajuda na localização e diferenciação entre as propriedades dos diferentes materiais do objeto 71, como entre vasos sangüíneos e tecido.

É observado, e será aparente para aqueles versados na técnica a partir da descrição precedente e dos diagramas de acompanhamento, que modificações e/ou 20 alterações podem ser feitas nas configurações da invenção. Por exemplo, os planos definidos pela primeira ou segunda camadas de difusão 100 e 106 podem ser ajustados para não estarem em paralelo um em relação ao outro, fornecendo assim diferentes níveis de luz difusa a partir do sistema 70. Ademais, o plano definido pela matriz de LEDs 85 é preferencial na relação paralela substancial em relação ao plano 25 definido pela primeira camada de difusão 100. No entanto, os planos definidos pela matriz de LEDs 85 e a primeira camada de difusão 100 podem ser variados para acomodar várias condições operacionais, como será observado por aqueles versados na técnica. De forma correspondente, é a intenção explicita que a descrição anterior e os diagramas de acompanhamento sejam ilustrativos apenas das configuraçõespreferidas, não se limitando a elas, e que o verdadeiro espírito e escopo da presente invenção sejam determinados através da referência ás reivindicações anexas.

As FIGS. 20a, 20b e 20c são fotografias de objetos de testes mostrando imagens processadas de vasos sangüíneos subcutâneos sendo projetados sobre a superfície de cada tecido do corpo do objeto que cobre os vasos sangüíneos visualizados.

Configurações adicionais serão descritas agora mostrando uma variedade de configurações de fontes de iluminação, dispositivos de geração de imagem para visualização da estrutura oculta sob a superfície do objeto iluminado e projetores para projeção da imagem processada novamente sobre a superfície do objeto. Como todas as configurações da presente invenção possuem muitas características estruturais em comum, apenas as diferenças entre as estruturas precisam ser discutidas em detalhes, sendo compreendido que características estruturais similares a todas as configurações apresentam funções similares. Aqueles versados na técnica reconhecerão imediatamente as características estruturais similares que aparecem em todas as configurações da presente invenção.

Em virtude do afastamento da presente invenção em relação à técnica

anterior através da projeção da imagem da estrutura oculta novamente sobre a superfície do objeto (ao invés de na tela ou monitor remoto em relação à superfície do objeto), um observador que utilize a presente invenção não está sujeito aos erros de paralaxe que de outro modo ocorrem com os dispositivos da técnica anterior caso um observador estivesse fazendo a visualização fora do eixo. Uma característica importante de todas as configurações é a de que a imagem da estrutura oculta visualizada pelo dispositivo de geração de imagem deve estar substancialmente dentro de um primeiro espectro fora de um segundo espectro da imagem projetada novamente sobre a superfície do objeto, fazendo assim com que o dispositivo de geração de imagem seja cego para a imagem projetada novamente sobre a superfíciedo objeto. A não sobreposição substancial do espectro da imagem visualizada da estrutura oculta com o espectro da imagem projetada da estrutura oculta efetivamente separa o processamento de imagens da imagem da estrutura oculta da interferência gerada pela imagem projetada. Como a imagem projetada encontra-se à luz de um espectro de luz visível e a iluminação do objeto para o dispositivo de geração de imagem se encontra no primeiro infravermelho, uma não sobreposição substancial dos dois espectros é mantida. Em outra configuração divulgada no presente documento, ao invés de iluminar o objeto com luz que se encontra principalmente no primeiro infravermelho, o objeto pode ser iluminado por luz ambiente de amplo espectro e um filtro infravermelho do primeiro espectro é colocado na frente do dispositivo de geração de imagem para remover todos os componentes espectrais fora do espectro infravermelho, fazendo assim com que o dispositivo de geração de imagem enxergue apenas o componente infravermelho do amplo espectro da luz difusa refletida a partir do objeto.

Uma terceira configuração preferida 130 do sistema de geração de imagem é mostrada na FIG. 12. A câmera CCD bem conhecida de iluminação de infravermelho próximo A com lentes 132 é usada como o dispositivo de geração de imagem, como em todas as configurações. Um segundo filtro de polarização 134 é interposto entre a câmera CCD e a luz refletida a partir do objeto visualizado, conforme descrito anteriormente para configurações anteriores, de forma a reduzir a reflexão especular da superfície do objeto. A fonte de iluminação, primeiro filtro de polarização, anel difusor de iluminação holográfica e tampa de vidro oticamente neutra, todos esses componentes geralmente em 136, são mais bem descritos abaixo na discussão da quarta configuração do sistema de geração de imagem mostrado nas FIGS. 13 e 14, que possui a mesma estrutura 136 mostrada na seção transversal para essa configuração.

Como em todas as outras configurações, a terceira configuração preferida 30 inclui um projetor de vídeo 138 bem conhecido ou o chamado "mecanismo de luz" paraprojeção de uma imagem visível sobre o objeto O sob exame. Uma característica desejável do projetor de vídeo 138 é a alta intensidade de luz de saída, uma vez que a intensidade da saída da luz do projetor é um fator determinante sobre quão bem a imagem projetada por ser visualizada sob condições de iluminação ambiente normais. O projetor de vídeo 138 inclui uma fonte de luz 140 de LED verde de alta intensidade que emite luz para um conjunto de prismas 142 bem conhecido, fazendo assim com que a luz se curve de volta, através da reflexão interna dentro do conjunto de primas 142 e seja direcionada para trás na direção do bem conhecido dispositivo de Processamento de Luz Digital ("DLP") 144, também conhecido como Dispositivo de Espelho Digital ("DMD"), com uma matriz de pequenos espelhos dispostos de forma próxima que podem mudar individualmente a direção do feixe de luz refletido a partir desse ponto, de forma a fazer com que o feixe de luz seja direcionado para o objeto alvo através de lentes de projeção 146 bem conhecidas ou fazer com que o feixe de luz não seja direcionado para o objeto alvo, desligando assim o feixe de luz em uma base pixel-por-pixel de uma maneira bem conhecida para aqueles versados na técnica. Deve-se compreender que o conjunto de prismas 142 permite um aparelho mais compacto para as diversas configurações do sistema de geração de imagem e que o uso dos referidos conjuntos de primas é bem conhecido por aqueles versados na técnica de projetores de vídeo.

Da mesma forma com que ocorre nas configurações descritas

anteriormente, um chamado "espelho quente" 148 bem conhecido é interposto em um Ângulo de 45 graus para interceptar a luz infravermelha refletida a partir do objeto visualizado e refletir o que a luz infravermelha faz [ilegível] para a câmera 132. O "espelho quente" 148 age como um espelho para comprimentos de onda de luz mais longos (como a luz infravermelha), mas luzes de freqüência mais alta, como a luz verde do projetor 138 atravessa sem refletir e na direção do objeto visualizado.

O sistema de geração de imagem 130 ainda apresenta um primeiro e segundo laser 150, 152 para garantir que o alvo seja localizado de forma apropriada 30 para visualização em foco pela câmera 132, conforme descrito a seguir.Agora em referência às FIGS. 13 e 14, uma quarta configuração 154 do sistema de geração de imagem da presente invenção será explicada.

A quarta configuração 154 é montada sobre uma haste 156 que se estende para cima a partir do carro móvel 158, permitindo que o sistema de geração de imagem 154 seja facilmente transportado. Um estágio de foco fino 160 permite que o sistema de geração de imagem 154 seja elevado e baixado de forma a ser posicionado de modo apropriado acima do objeto alvo O. Como ocorre com todas as configurações, o projetor de vídeo 162 é fornecido com uma fonte de iluminação de LED verde de 525 nm ("mecanismo de fóton") 164 para iluminação do chip de DMD/DLP 166. Um mecanismo de fóton 164 adequado para uso com a quarta configuração é o iluminador Teledyne Lighting modelo PE09-G, com uma intensidade de saída de 85 lumens. O chip de DMD 166 pode ser um chip SDR DMD da Texas Instruments número de peça 0.7SVGA com resolução de 848 x 600 pixels e um ângulo de inclinação de espelho de dez graus e uma velocidade de exibição de 30 Hz. O conjunto de prismas 168 bem conhecido, como antes, reflete internamente a luz do mecanismo de fóton 164 na direção do chip DMD 166 e, em seguida, direciona a luz refletida do chip DMD 166 em direção ao objeto O. O chip DMD 166 é controlado por uma placa eletrônica de acionamento 167 bem conhecida que pode ser fabricada pela Optical Sciences Corporation.

Interposta entre o mecanismo de fóton 164 e o conjunto de prismas 168 há uma lente de condensador 170 como uma lente BK7 Bíoconvex, número da peça 013-2790-A55, vendida pela OptoSigma, com um revestimento de superfície revestida BBAR/AR para luz de 425-675 nm. Conforme a luz do projetor emerge do conjunto de prismas 168, ela atravessa as lentes de projeção 172 bem conhecidas, lentes de aumento de formato médio Besler número da peça 8680 e, em seguida, através do "espelho quente" (filtro passa altas) 174 bem conhecido, que reflete a imagem de luz infravermelha recebida a partir do objeto O através do segundo filtro de polarização178 e, em seguida, para a câmera 176. Uma câmera 176 adequada é a Firefly Câmera, número de peça FIRE-BW-XX, vendida pela Point Grey Research, que utiliza um chip CCD de 640 x 480, número de peça Sony ICX084AL, e que se comunica sua imagem para o computador ("CPU") 180 através da interface IEEE-1394 ("FireWire"). Deve-se observar que o computador 180 possui um número de sinais de interface 181 que se comunicam com o sistema de geração de imagem de uma maneira bem conhecida para aqueles versados na técnica. Como mencionado brevemente para a terceira configuração, a quarta configuração também possui o primeiro e segundo laser 150, 152 para garantir que o alvo O seja localizado de forma apropriada para visualização em foco pela câmera 176.

Como ocorre com a terceira configuração mostrada na FIG. 12 e em referências as FIGS. 12, 13 e 14, a quarta configuração 154 apresenta um conjunto 136 que inclui fonte de iluminação infravermelha 182, primeiro filtro de polarização 184(em formato de anel com um orifício central de forma a não afetar a imagem projetada pelo projetor 162 ou a imagem visualizada do objeto), anel difusor de iluminação holográfica 186 (que, da mesma forma, possui um orifício central para passagem da imagem projetada do projetor 162 e da imagem visualizada do objeto) e que difunde a luz dos LEDs 190, e a tampa de vidro oticamente neutra 188. A fonte de iluminação infravermelha 182 é um grupo de LEDs preferencialmente dispostos em um padrão selecionado, como um anel circular com um orifício disposto de forma central através do qual a imagem projetada e a imagem do objeto visualizado passam. Os LEDs são preferencialmente LEDs 190 de infravermelho próximo de 740 nm que ilumina o objeto O e pesquisas determinaram que a referida estrutura fornece luz infravermelha difusa suficiente para iluminação satisfatória do objeto O.

[ Em referência à FIG. 15, uma quinta configuração 192 do sistema de geração de imagem da presente invenção será explicada agora. A diferença significativa entre esta quinta configuração e as outras configurações é que a quinta 30 configuração não fornece uma fonte de luz infravermelha difusa integral (por exemplo,fonte de iluminação 182 com um anel de LEDs 190) para iluminação do objeto, mas sim visualizações do objeto conforme iluminado pela luz ambiente L (ou solar S) com um espectro mais amplo do que as fontes de iluminação infravermelha difusa integrais até aqui divulgadas. Enquanto a luz ambiente possui alguns componentes espectrais infravermelhos e é bastante difusa, os referidos componentes espectrais infravermelhos são geralmente de menor intensidade do que a luz infravermelha produzida pelas fontes de iluminação infravermelha difusas até aqui divulgadas. Da mesma forma, uma câmera de dispositivo de imagem melhor (ou seja, mais sensível) é necessária para essa configuração, com características óticas melhores que as configurações descritas anteriormente.

Como outras configurações, a quinta configuração 192 inclui um projetor de vídeo 162, incluindo um "mecanismo de fótons" 164 verde, conjunto de prismas 168, lente de projetor 172 e chip DMD 166. Para permitir um design compacto, a quintaconfiguração 192, como poderia ocorrer com qualquer um das configurações, inclui um "espelho dobrado" 194 que dobra o feixe em um ângulo reto dentro do projetor entre o mecanismo de fóton 164 e o conjunto de prismas 168. Também como outras configurações, a quinta configuração 192 inclui um "espelho quente" 174.

A quinta configuração 192 apresenta ainda um filtro infravermelho 196 interposto no caminho ótico entre o dispositivo de geração de imagem (câmera 198) e o objeto O de forma a filtrar todos os componentes exceto o componente infravermelho da imagem visualizada pela câmera 198. A câmera 198 é preferencialmente uma câmera Basler CMOS, modelo A600-HDR, fabricada pela Basler Vision Technologies da Alemanha, que possui uma interface IEEE 1394 ("FireWire") e permite a captura de imagens com um intervalo dinâmico de até 112 dB. Uma vantagem da quinta configuração é que ela pode (e deve ser) usada em um cômodo bastante iluminado.

Testes experimentais revelaram que algumas pessoas possuem braços ou pernas tão recobertos por pêlos superficiais que é difícil ver com clareza a estruturasubcutânea projetada sobre a superfície da pele. A investigação revelou que todos os pêlos, mesmo os brancos, parecem pretos próximos ao infravermelho. Assim, o processamento de imagem é realizado na imagem recebida para remover todos os pequenos artefatos escuros, como pêlos, da imagem, enquanto retém os grandes objetos escuros para manter a visibilidade das veias. As FIGS. 16a e 16 b, tomadas juntas em seqüência, são uma listagem de programa para processamento de imagem de remoção de artefatos da imagem recebida. O mesmo procedimento de remoção de artefatos é executado duas vezes e, em seguida, um procedimento de otimização de bordas adaptável bem conhecido é executado, como por exemplo, mascaramento de desfocagem [unsharp masking], seguido por uma uniformização para limpar os artefatos da imagem produzidos pela remoção dos pêlos. A listagem do programa é bem comentada e explica àqueles versados na técnica as etapas de processamento de imagem aplicadas à imagem.

A imagem recebida, tendo valores de pixel inteiros no intervalo de (0... 255)

é convertida em valores de ponto flutuantes entre 0,0 e 1,0m inclusive A imagem resultante é então convertida para uniformizada (embaçada) usando a convolução gaussiana contendo um sigma de 8 pixels. Este é um valor razoavelmente baixo de sigma e deixa pequenas características, como pêlos finos, na imagem uniformizada resultante. A "imagem de diferenciação" é criada, correspondendo à imagem original menos a imagem uniformizada gaussiana, produzindo um conjunto de valores centrado em zero de -1,0 a 1,0. Os pêlos, mesmo os brancos, aparecem em preto no infravermelho próximo, de forma que valores de pixel negativos são indicativos de pêlos e os referidos pixels de valor negativo são então substituídos com os pixelscorrespondentes da imagem uniformizada gaussiana. Esta é a primeira etapa no processamento da imagem recebida. Em seguida, uma matriz de valores é criada para a imagem, de forma que todas as localizações de pixels em que a "imagem de diferenciação" original era negativa (a localização dos "pêlos") sejam configuradas para 1,0 e todos as outras localizações de pixels sejam configuradas para zero, criando assim uma matriz ocupada por valores 0,0 ou 1,0, com cada "pixel de pêlo"apresentando um valor de 1,0 e todos os outros apresentando um valor de zero. A imagem original ("im1"), apresentando valores de pixel que varia de 0,0 a 1,0, é então "otimizada" em cada localização de "pixel de pêlo" em 0,015. Como esta é uma operação altamente não linear, a quantidade de "otimização|" é bem pequena, apenas 1,5%.

Esse mesmo conjunto de operações (uniformização gaussiana com um sigma de 8 pixels, criação de uma imagem de diferenciação, identificação das localizações dos pixels negativos e "otimização" da imagem nos locais em que seencontram os pixels negativos (características e ruídos pequenos)) é executado novamente e a imagem resultante é então uniformizada novamente com uma convolução gaussiana com um sigma de 64 pixels. Uma terceira imagem de diferenciação é criada, que novamente é a imagem "otimizada" menos a imagem uniformizada, e uma imagem é criada a partir do valor absoluto de cada pixel na terceira imagem de diferenciação. A imagem de valor absoluto resultante é então uniformizada com uma convolução gaussiana que apresenta um sigma de 64 pixels e a terceira imagem de diferenciação é então dividida pela imagem de valor absoluto uniformizada e a imagem dividida resultante é uniformizada com uma convolução gaussiana com sigma de 4 pixels.

O algoritmo de Remoção de Artefatos permite que o contraste seja definido pelo contraste da veia subcutânea (a estrutura de subsuperfície de interesse), ignorando os artefatos (pêlos), e com isso prepara a imagem para otimização de bordas de mascaramento de desfocagem para definir o contraste da imagem final. Parâmetros como valores de sigma, limites, etc, podem ser variados dependendo da idade do objeto, grau de pigmentação, etc.

As FIGS. 17a, 17b, 17c, 17d, 17e e 17f, tomadas em conjunto em seqüência, são uma listagem de programa na linguagem de programação C++ para processamento de imagem de remoção de artefatos da imagem recebida, baseada noprograma de pesquisa/ investigação mostrado nas FIGS. 16 a e 16b, mas utiliza em seu lugar a biblioteca de processamento de imagens Intel para executar as operações matemáticas mais rapidamente.

Qualquer uma ou todas as configurações da presente invenção

preferencialmente incluem um mecanismo para manter a imagem da estrutura oculta, conforme vista pelo dispositivo de geração de imagem, em foco para a câmera do dispositivo de imagem com uma distância apropriada da lente ao objeto. Conforme mais bem visualizado na FIG. 18, a primeira configuração do mecanismo usa um par de lasers, 150, 152, cada laser emitindo respectivamente um feixe 200, 202, os feixes 200 e 202 sendo não paralelos um em relação ao outro e, assim, sendo direcionados para o objeto a partir de diferentes ângulos, de forma que os dois feixes de laser apenas convergem para o mesmo ponto 204 e fazem intersecção quando o alvo se encontra na distância apropriada da lente para o objeto a partir do dispositivo de geração de imagem, conforme mostrado pela posição do plano de intersecção 206. Se o alvo estiver mais próximo do aparelho do que a distância adequada da lente ao objeto, conforme mostrado no plano 208, ou se o alvo estiver mais distante do aparelho do que a distância apropriada da lente ao objeto, conforme mostrado no plano 210, os dois feixes de laser não farão a intersecção em um ponto único 204 mas, ao invés disso, aparecerão sobre a superfície do objeto como um par de pontos visíveis 212, 214 (para o plano 208) ou como um segundo par de pontos visíveis 216, 218 (para o plano 210), indicando que a estrutura oculta não está em foco para a câmera do dispositivo de geração de imagem e que a distância do objeto para o aparelho deve ser alterada para trazer a imagem visualizada da estrutura oculta para o foco. Os lasers 150 e 152 também podem ser vistos nas FIGS. 12, 13 e 14. Laser adequados para uso com a presente invenção são os módulos de laser modelo LM-03 fabricados pela Roithner Lasertechnik, de Viena, Áustria.

Uma segunda configuração do mecanismo de posicionamento do alvo inclui um padrão de luz visível reconhecível, como uma margem de texto, independente daestrutura oculta que está sendo observada na imagem projetada para projeção mútua dela. O padrão reconhecível projetado só será reconhecido pelo observador humano como estando em foco na superfície do objeto alvo quando o alvo estiver à distância desejada do projetor, fazendo assim com que a estrutura oculta abaixo da superfície do alvo também esteja à distância apropriada da lente ao objeto do dispositivo de geração de imagem. Se desejado, desenhos agradáveis a crianças podem ser fornecidos como um incentivo para que elas posicionem adequadamente as partes do corpo para visualização de vasos sangüíneos subcutâneos, ou um logotipo ou nome do hospital ou clínica pode ser usado como padrão. Enquanto a imagem projetada da estrutura oculta está muitas vezes borrada de algum modo pelo processamento de imagem para remoção de artefatos, seres humanos podem dizer rapidamente se um padrão de luz visível bem conhecido ou reconhecível está fora de foco. Uma vantagem dessa segunda configuração do mecanismo de posicionamento do alvo, a saber, a projeção de um padrão de luz visível reconhecível ao invés do uso dos lasers, é a possibilidade de risco de ferimento, como cegueira, se as precauções de segurança adequadas não forem utilizadas com os lasers.

A fotografia da FIG. 21 mostra uma imagem projetada com uma margem de texto ao seu redor.

A FIG. 22 é outra fotografia de uma imagem projetada com uma margem de texto ao seu redor, similar à FIG. 21, mas na qual o objeto visualizado foi movido para fora da posição, mostrando como a margem de texto fica fora de foco para indicar que o objeto não está posicionado de forma adequada em relação à câmera do dispositivo de geração de imagem.

A FIG. 23 mostra uma imagem de margem de texto combinada com uma imagem projetada para projeção da junção sobre o objeto para garantir o posicionamento adequado. Em virtude da reversão de imagem que ocorre em algumas configurações da invenção conforme a imagem é refletida no interior da estrutura de prismas descrita até o momento, a referida margem de texto é apropriadamenteisolada antes da combinação com a margem de texto, de forma que a margem de texto continue nítida e distinta quando projetada.

A FIG. 24 é uma fotografia de uma imagem processada das veias subsuperficiais projetadas sobre a mão através da presente invenção, similar à FIG. 20 (que omite a margem de texto) e a FIG. 21, mas mostrando como a margem de texto fica fora de foco para indicar que a mão não se encontra na posição apropriada.

Conforme mostrado na FIG. 19, é fornecido um método de calibragem em que o projetor de vídeo 138 (ou 162, ou qualquer projetor da presente invenção) projeta um padrão de alvo verde 220 sobre a tela fluorescente 222, que converte o padrão de alvo verde 220 de quatro pontos projetado em uma linha vermelha profunda visível pelo dispositivo de geração de imagem infravermelha 132. Um programa de computador registra a posição observada do padrão visualizado de quatro pontos P1, P2, P3 e P4 projetados, em coordenadas cartesianas, isto é, (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) e (x4, y4) em comparação á posição desejada ou "verdadeira" dos pontos se o alinhamento estivesse correto, isso é, (X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3) e (X4, Y4) e calcula os coeficientes de calibragem (a, b, c, d, g, h, k, f) a serem utilizados nas equações e transformação bilinear (os argumentos para a função de "solução" na FIG. 25a e FIG. 25b) para corrigir a ampliação, rotação e desalinhamento de translação entre o dispositivo de geração de imagem e o projetor. A FIG. 25a e FIG. 25b mostram o uso do programa de resolução de equação de computador MAPLE 9 para resolução dos coeficientes de transformação bilinear como uma função dos valores medidos durante a calibragem. Esses coeficientes de calibragem são usados durante a operação do dispositivo para transformar o sistema de coordenadas da imagem (x, y) no sistema de coordenadas corretas (X, Y) necessário para produzir uma imagem calibrada. A FIG. 26 mostra como essas coordenadas, uma vez calculadas durante a calibragem, são usadas como parâmetros para uma rotina matemática da biblioteca de processamento de imagens bem conhecida fornecida pelo circuito integrado da empresa Intel para usocom seus processadores, para atingir correção de alinhamento de imagem de altodesempenho usando a equação de transformação bilinear. Os cálculos de tempo de execução são feitos usando aritmética de inteiro escalada ao invés da aritmética de ponto flutuantes, para processamento mais rápido de imagens.

O procedimento de calibragem projeta um padrão de teste 220, consistindo em quatro pontos P1, P2, P3 e P4, cada um com um raio de 25 pixels (conforme visualizado pela câmera do dispositivo de geração de imagem) nos cantos de um retângulo com dimensões de 320 x 240 pixels (conforme visualizado pela câmera do dispositivo de geração de imagem), sobre a fluorescência. Por exemplo, a câmera 132 pode ter uma resolução de 640 x 480 pixel, enquanto o projetor 138 pode ter uma resolução de 1024 x 780 pixels. Os testes experimentais para os raios dos pontos variando de 4 a 50 pixels mostraram que o desvio padrão de 100 amostras caiu rapidamente de um raio de ponto de 5 pixels para cerca de 25 pixels e, em seguida, caíram muito mais lentamente fora de um raio de 50 pixels.

Para praticar o método de calibragem da presente invenção, um padrão de teste de quatro pontos P1, P2, P3 e P4 espaçados é projetado dentro de um primeiro espectro, preferencialmente utilizando luz verde, em uma tela fluorescente 222, que por sua vez brilha e produz luz dentro de um segundo espectro, preferencialmente luz adjacente ou dentro do espectro infravermelho, como uma luz vermelha, visível para a câmera do dispositivo de geração de imagem 132, embora o filtro de transmissão de infravermelho através do qual a câmera do dispositivo de geração de imagem visualize seu objeto alvo. O software de calibragem mede então a posição observada dos quatro pontos e computa os coeficientes de correção (a, b, c, d, g, f, h, k) para a equação de transformação bilinear e, em seguida, usa esses coeficientes como parâmetros para transformações bilineares para corrigir erros de desalinhamento (rotação, translação e ampliação) entre a câmera do dispositivo de geração de imagem e o projetor distorcendo a imagem antes da projeção, de forma que a imagem projetada esteja correta em relação ao desalinhamento. Deve-se observas que esse procedimento permite a correção de erros de ampliação diferentes na posiçãohorizontal e vertical e também permite a correção de erros de translação diferentes nas direções horizontal e vertical.

Os testes mostraram que esse procedimento de calibragem pode corrigir desalinhamentos até +/- 25_4 mm a dentro de cerca de metade do tamanho dos pixels da câmera de imagem. O alinhamento é melhor para parte da imagem próxima aos quatro pontos de padrão de teste, mas permanece notavelmente bom ao longo de toda a imagem.

Deve-se compreender que os recursos de qualquer uma dessas configurações podem ser usados com outros de uma maneira que será compreendida agora na visualização da divulgação precedente. Por exemplo, qualquer configuração pode escolher iluminar o objeto usando componente infravermelhos dentro da iluminação ambiente, ao invés de fornecer uma fonte de luz infravermelha difusa separada e/ou pode escolher entre um posicionador de alvo a laser e uma padrão reconhecível que é combinado com a imagem projetada da estrutura oculta para manutenção da distância desejada da câmera do dispositivo de geração de imagem em relação ao objeto.

Embora a presente invenção tenha sido descrita e ilustrada em relação a uma configuração preferida e um uso preferido da mesma, a configuração não deve ser tão limitada, uma vez que podem ser feitas modificações e alterações na referida configuração que se encontram dentro do escopo total pretendido da invenção.

Claims (12)

1. Um aparelho para otimizar a visibilidade de estruturas ocultas sob a superfície de um objeto, o aparelho compreendendo:- um dispositivo de geração de imagem para recebimento de Luz difusa refletida a partir do objeto e para produção de uma imagem; e- um primeiro laser tendo um primeiro feixe emitido e um segundo laser tendo um segundo feixe emitido, o referido primeiro feixe emitido e o referido segundo laser emitido sendo não paralelos um em relação ao outro e os referidos primeiro e segundo feixes emitidos fazendo uma intersecção na distância desejada do alvo a partir do referido aparelho na qual, quando a intersecção dos referidos primeiro e segundo feixes emitidos estiver sobre a superfície do objeto, a referida estrutura estando no foco do referido dispositivo de geração de imagem.

2. O aparelho conforme descrito na reivindicação 1, compreendendo ainda um projetor de vídeo para projeção de uma imagem de luz visível da estrutura oculta sobre a superfície do objeto.

3. Um método de calibragem de um aparelho que otimiza a visibilidade da estrutura oculta sob a superfície de um objeto, o referido aparelho compreendendo:- um dispositivo de geração de imagem para recebimento da luz difusa dentro de um primeiro espectro refletido a partir do objeto e para produção de uma imagem; e- um projetor de vídeo para projeção de uma imagem de luz visível dentro de um segundo espectro da estrutura oculta sobre a superfície do objeto, o referido primeiro e referido segundo espectros estando substancialmente não sobrepostos;- o referido método compreendendo as etapas de:(a) projeção de um padrão de pontos separados no segundo espectro sobre uma tela fluorescente que brilha nesse local no segundo espectro; em seguida(b) observação das posições do padrão de pontos fluorescente; em seguida(c) uso das posições observadas para calcular os coeficientes de calibragem para uma transformação bilinear; em seguida(d) correção de uma imagem projetada subseqüente usando a transformação bilinear com os coeficientes de calibragem.

4. Um método para otimização da visibilidade de uma estrutura oculta abaixo da superfície de um objeto, compreendendo as etapas de:(a) fornecimento de um dispositivo de geração de imagem para recebimento de luz difusa refletida a partir do objeto;(b) produção de uma imagem recebida; em seguida(c) remoção de pequenos artefatos escuros da imagem recebida ao mesmo tempo em que retém objetos grandes escuros na imagem recebida para produção de uma imagem processada; em seguida(d) projeção da imagem processada sobre a superfície de um objeto no espectro visível.

5. O método conforme descrito na reivindicação 4, compreendendo ainda, após a produção da imagem processada e antes da projeção da imagem processada, a etapa de desempenho da otimização de bordas adaptáveis sobre a imagem processada.

6. Um aparelho para otimizar a visibilidade da estrutura oculta sob a superfície de um objeto, o aparelho compreendendo:- um dispositivo de geração de imagem para recebimento de uma luz difusa refletida a partir do objeto e para produção de uma imagem; e- meios do projetor de vídeo para projeção de uma imagem de luz visível da estrutura oculta sobre a superfície do objeto, a referida imagem de Luz visível projetada incluindo um padrão reconhecível incluído independente da referida estrutura oculta.

7. O aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o padrão incluído corresponde a uma margem de texto.

8. Um aparelho para otimizar a visibilidade da estrutura oculta sob a superfície de um objeto, o aparelho compreendendo:- um dispositivo de geração de imagem para recebimento de luz difusa refletida pelo objeto e para produção de uma imagem;- meios do projetor de vídeo para projeção de uma imagem de luz visível da estrutura oculta sobre a superfície do objeto; e- um filtro infravermelho interposto entre o referido dispositivo de geração de imagem e o referido objeto.

9. Um aparelho para otimizar a visibilidade de estrutura oculta sob a superfície de um objeto, o aparelho compreendendo:- um dispositivo de geração de imagem para recebimento de luz difusa refletida pelo objeto e para produção de uma imagem;- meios do projetor de vídeo para projeção de uma imagem de luz visível da estrutura oculta sobre a superfície do objeto; e- uma fonte de iluminação para iluminação da estrutura oculta.

10. O aparelho da reivindicação 9, no qual o referido dispositivo de geração de imagem recebe apenas a referida luz difusa refletida dentro de um primeiro espectro, e a referida imagem de luz visível da estrutura oculta projetada sobre asuperfície do objeto possui um segundo espectro substancialmente não sobreposto com o referido primeiro espectro.

11. O aparelho da reivindicação 9, no qual o referido aparelho compreende ainda um filtro infravermelho interposto entre o referido dispositivo de geração de imagem e o referido objeto.

12. Um aparelho para otimizar a visibilidade da estrutura oculta sob a superfície de um objeto, no qual a referida estrutura oculta é iluminada pela luz ambiente, o aparelho compreendendo:- um dispositivo de geração de imagem para recebimento de luz difusa refletida pelo objeto e para produção de uma imagem;- meios do projetor de vídeo para projeção de uma imagem de luz visível da estrutura oculta sobre a superfície do objeto; e- uma luz infravermelha interposta entre o dispositivo de geração de imagem e o referido objeto.