CN102065928A - 注射针引导装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种注射针引导装置（4），其具有监视器（3），能够对以肉眼无法直接观察的血管（9）、和插入体内的注射针（10）进行图像化，识别该血管（9）和针（10）的三维的位置关系。以近红外线对血管（9）进行透视，通过虚拟图像再现插入体内并无法透视的针（10），在监视器3中显示血管（9）和针（10）的虚拟合成图像。而且，提供一种注射针诱导装置（4），在其图像中显示插入针（10）的目标88、方向、距离（12-A）、针相对于血管的角度（12-B）等，能够三维地识别血管（9）和针（10）的位置关系。

Description

注射针引导装置
技术领域
本发明涉及一种用于使向血管内插入注射针变得容易的引导装置。
背景技术
在为了静脉注射或采血而将注射针插入血管内的技术中，医生或护士以皮肤的观察或触觉对血管的所在进行预测并插入针。但是，在该技术中，依赖于经验或直觉的要素多，并不一定用一次插入就能够可靠地达成目的。
将针插入静脉的技术不能具有可靠性的重要原因在于，由于无法直接观察位于体内的血管，所以难以把握血管的位置、走向、形状等信息，除此之外，由于不能目视插入到体内的注射针部分，所以血管和针的位置关系不被正确地识别。
对于这些问题，在专利文献1中公开了一种利用红外线对血管的状态进行视频化的发明。此外，在专利文献2中公开了一种通过具有700~800nm的波长的光从而目视血管的状态的方法。进而，在专利文献3中公开了一种将通过红外线检测器获得的热点（hot spot）看作血管，通过颜料或者点光源表示其位置的方法。进而，在专利文献4中公开了一种根据注射器的形状推定进入体内的注射针的顶端位置，与血管的图像进行合成并显示的装置。进而，在专利文献5中公开了一种以超声波感测出静脉的位置，在反射波的方向推进注射针的装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开第2004-267534号公报，
专利文献2：日本特开第2000-316866号公报，
专利文献3：日本特开第2002-507446号公报，
专利文献4：日本特开第2006-130201号公报，
专利文献5：日本特开第2005-66310号公报。
发明内容
发明要解决的问题
可是，将注射针插入血管的现有技术如上述那样，均是利用以从体外的目视、触觉等推测血管的所在的不可靠的信息的、类似摸索的操作。例如，在专利文献4中公开了如下技术，对血管进行图像化，推定插入体内的针的顶端位置，显示血管与针的顶端位置的合成图像。但是，在专利文献4记载的装置中，虽然能获知平面上的血管的位置与针的顶端位置的关系，但是深度方向的位置关系不明确。
也就是说，为了对血管进行注射，需要将针的顶端嵌入血管内并固定，但在平面图像中，反而存在弄错血管的位置关系、例如错误识别针的顶端在血管跟前的情况、穿透血管的情况等而进行注射的可能性。即，只有在血管与针的顶端三维地进行位置对准后才能进行注射。
因此，本发明提供一种注射针引导装置，该装置具有监视器，能够在以肉眼无法直接观察的血管中，利用在静脉中流过的还原血红蛋白对特定的近红外线进行吸收、反射的性质，以近红外线对血管进行透视并虚拟地图像化，此外，以可见光等识别注射器、针的形状（信息），对插入体内并无法透视的针进行虚拟再现并图像化，并且明示上述血管和针的三维的位置关系。
血管注射辅助装置的理想方式优选是透视血管和针并以立体视频进行直接观察，但是实现其存在如下问题：装置变得复杂、可能暴露于对针进行透视的X射线等中、以及需要用于观看三维视频的累赘的偏振光眼镜或装置等，在实用面问题较多。
因此，本发明以预先特别指定使用的注射针的形状为前提，着眼于注射针向肌肉的插入是纯粹的直线运动的情况，通过对针及针的延长线进行虚拟图像化，将直线前进操作所需要的针的方向、目标、距离、和角度作为纵深信息在血管图像显示，从而实现提供与立体视频相等的有效信息的二维的视频监视器（活动图像）。
用于解决课题的方案
用于达成上述目的本发明的注射针引导装置的特征在于，具有：利用近红外线对血管进行图像化的单元；以可见光对针进行图像化的单元；以及对插入体内的针及针延长线虚拟地进行图像化的单元。
上述注射针引导装置的特征在于，根据以朝向血管并排设置的2台摄影机取得的注射器、针、以及血管的图像信息，对血管和针以及针的延长线虚拟地进行图像化，按每个摄影机视点将血管和针及针的延长线作为合成图像。
上述注射针引导装置的特征在于，在上述合成图像中，在将第1图像以坐标轴X-Y、第2图像以坐标轴X-Z表示时，将第2图像的血管与虚拟针的延长线交叉的交点的X轴的值，作为在位于第1图像的X轴的相同值的血管位置插入针的假定目标进行标记，在通过注射器的方向操作第1图像的虚拟针的延长线与该标记一致时，对该处进行针的插入。
上述注射针引导装置的特征在于，在上述合成图像中，显示上述标记、从针尖到标记的距离、以及针相对于血管的角度的至少一方。
上述注射针引导装置的特征在于，利用以上述标记为中心的图形表示从上述针尖到标记的距离、和上述针相对于血管的角度，来做成纵深示意图像，该纵深示意图像对应于针的运动，以图形大小来表现距离、以图形形状变化来表现角度。
上述注射针引导装置的特征在于，对针和针落在皮肤的影子进行摄影，根据其图像形状识别针的接触稍前的情况，在监视器以预告显示或以声音对针接近皮肤的状况进行警告。
上述注射针引导装置的特征在于，将上述合成图像在立体视频显示器中作为立体视频进行显示。
发明的效果
如上所述，本发明是对血管与针进行视频化并识别该血管与针的位置关系的装置，期待如下效果。
1) 不以肉眼的灵敏度观察血管，而能够以使用透视技术、图像处理技术将画质最优化了的血管像进行识别。
2) 因为能够正确识别血管的形状、走向、曲折的状况等，所以能够容易地选定适于插入针的血管与其插入处所。
3) 能够根据上述的血管识别，预先选定注射针的种类、尺寸。
4) 能够准确地把握血管与针以三维方式交叉的针的插入目标、方向、角度。
5) 因为与注射操作者的针的方向操作、插入操作连动地，实时显示注射针的目标（距离、插入角度、方向），所以仅以监视器诱导就能容易且正确地将针插入血管。
如上所述，本发明在静脉注射的操作性、正确性、安全性等任一方面均谋求大幅的改善。
附图说明
图1是本发明的实施方式的注射针引导装置的外观立体图。
图2是例示图1所示的监视器的图像内容的图。
图3是例示作为图2的一部分的综合图像的内容的图。
图4是表示决定插入目标的控制流程的图。
图5是表示对示出插入目标与针的顶端的位置关系的图形的形状进行计算的控制流程的图。
具体实施方式
本发明通过近红外线对肉眼无法把握的血管虚拟地进行图像化，此外，基于以可见光等识别的注射器、针的信息，将插入体内的针、和针的直线前进线虚拟地图像化。
而且，将该血管虚拟图像、针（以及虚拟地再现的针）、及针的延长线的各图像，以反映了现实的位置关系的合成图像（Mixed Reality），在监视器中显示。
再有，为了以三维方式识别血管与针的位置关系，上述合成图像在视点不同的2点进行图像化，在监视器中显示2个图像，或者记录其图像数据。
而且，通过该2个图像数据，对成为针的插入目标的血管的位置、从针尖到目标血管的距离、以及针相对于血管的角度进行计测（用计算机解析），并在监视器中显示。
实施例1
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是注射针引导装置4的概略立体图，该注射针诱导装置4内置有：具有用于对血管进行摄影的近红外线等光源的摄影机；和对注射器及针10进行摄影的摄影机。
平面摄影机1、侧面摄影机2都是兼具对血管进行摄影的近红外线摄影机、和对注射器及针进行摄影的可见光摄影机的摄影机，平面摄影机1从上方对血管9和注射器及针10进行摄影，侧面摄影机2从侧面对血管9和注射器及针10进行摄影。
在平面图像5中，将以平面摄影机1摄影的血管9和注射针10、以及虚拟针10及其延长线11的各图像以混合现实（Mixed Reality）的方式进行合成，在该合成图像中，在预测针10的插入的血管位置显示有插入目标88。
侧面图像6与平面图像同样，将以侧面摄影机2摄影的图像及虚拟图像以混合现实的合成图像进行显示。
此外，平面图像5的插入目标88是检测出侧面图像6的虚拟针的延长线11与血管9在画面上交叉的交点8，并标绘于平面图像5的血管的相同位置的目标，通过注射器的方向操作，实时地在9上移动并被显示 。
再有，关于上述平面图像5的“插入目标88”、“血管的相同位置”，以如下方式定义。
当将立体坐标轴设为X、Y、Z时，能够以X-Y坐标表示平面图像5，以X-Z坐标表示侧面图像6，但通过将X轴作为两图像共同的坐标轴，则将侧面图像6的针10的延长线11与血管9的交点8具有的X坐标值，作为平面图像5的相同X坐标的值的血管的同位置88。再有，平面图像5的插入目标88的显示通过图像引擎程序被自动显示。
此外，在综合图像7中，在将平面图像5的插入目标88作为中心的扩大图像中，以椭圆表示从针尖到插入目标88的距离、和侧面图像6的针的延长线11与血管9交叉而成的角度。在本实施例中，虽然采用椭圆，但是方形或星形也可，并不特别指定形状。
接下来，距离12-A和角度12-B，是计测平面、侧面的两图像数据（用计算机解析），表示从针尖到插入目标88的距离、和针相对于血管的角度。
椭圆以插入目标88作为中心点进行显示，距离12-A以椭圆的横轴直径的大小来表示，角度12-B是由表示距离的横轴直径的大小乘以角度系数后的纵轴直径的大小表示。
为了将注射针10插入血管9，通常需要一定的角度，但上述角度12-B指的是侧面图像6的虚拟针的延长线11和血管9交叉而成的角度，当假设30度为优选角度时，将角度30时的角度系数设为1，此时显示距离12-A的椭圆的横轴直径和纵轴直径的大小相等。也就是说，在角度保持为恰当的30度时，不过距离如何，椭圆总是采用显示圆的设定。
而且角度显示以如下方式设定，即，将表示距离12-A的横轴直径作为基准。当角度大于30度时与横轴的大小成反比例而变为纵轴短的横长椭圆，如果与30度相比是锐角的话，成为纵长椭圆。
图3 为综合图像7的显示的一个例子，针的延长线11与插入目标8交叉，角度表示为圆，显示了能将注射针插入体内的状态。
即，在图3中，表示在用手动的注射器的方向操作，使虚拟针的延长线11与插入目标88一致的状态下，检测出血管和虚拟针的延长线在三维空间中交叉的位置的情况。
此外，表示注射器方向操作的结果是相对于血管的针的插入角度为恰当的圆。
因此，当在图3状态下使注射针直线行进插入体内时，在圆形的状态下逐渐变小而成为点，针被插入血管。
接下来，对各监视器3的作用进行说明，平面图像5、侧面图像6的主要目的是从其两图像数据取得插入目标、距离、方向、角度等的纵深信息（三维信息）。
为便于说明本发明的技术思想，在本实施例中，在监视器中显示平面图像5、侧面图像6，并不一定必须在监视器3中表示，只要把握并记录图像数据即可。
综合图像7汇集了平面图像5和侧面图像6的两部分信息，并在平面图像5中附加显示了血管注射所需要的纵深信息（三维信息），如果注射操作者注视该综合图像监视器引导针的话，则自然而然准确安全地完成血管注射。
如上所述，在本实施例中在说明中将3个画面在监视器3中显示，但在实际运用中，优选仅将综合图像7的画面在监视器整个面显示。
接下来，在注射操作者注视监视器进行操作时，为了避免用针不慎弄伤皮肤，需要对针接近皮肤的情况进行警告。
因此，用可见光摄影机（在平面摄影机1、侧面摄影机2中装备）对针10、及针10落在皮肤的影子进行摄影，根据针和影子形成的形状检测出（通过视频引擎程序自动检测）接近状况并在监视器中显示，或者用声音来唤起注意。
图4表示决定平面图像5的插入目标88的控制流程，在以下简单地进行说明。首先、通过开始侧面摄影机的控制的步骤（S20）、对血管9和针10进行图像化的步骤（S21）、以及检测出血管9与针10的延长线11的交点8的步骤（S22），进行读入交点8的X坐标的值x（S23）的处理。另一方面，通过开始平面摄影机的控制的步骤（S10）、和对血管9和针10进行图像化的步骤（S11），预先取得平面图像5。在这里，平面图像5的X坐标的值为x，并且，通过将与血管9交叉的点作为插入目标88进行显示（S15）的控制，决定该插入目标88。
图5表示对综合图像7中表示的图形、即表示血管注射所需要的纵深信息（三维信息）的图形的形状进行决定的控制流程，以下简单地进行说明。在这里，表示通过椭圆形的图形显示的例子。首先，具有：检测出从针尖到插入目标88的距离12-A的步骤（S30）；和基于该距离12-A决定椭圆形的横轴直径的长度的步骤（S32）。
另一方面，具有：检测出血管9与针10的延长线11的夹角12-B的步骤（S40）；用夹角12-B除以最佳夹角（例如30°）计算角度系数的步骤（S41）；对在步骤S32中得到的横轴直径乘以角度系数，决定椭圆形的纵轴直径的长度的步骤（S42）。
依据通过以上方式得到的横轴直径与纵轴直径决定椭圆形的形状，在综合图像7中显示（S33）。通过该操作，能够获得针尖与血管的相对的三维的位置信息，因此，能够提供实用性高的注射针引导装置。
实施例2
在本实施例中，将上述实施例的综合图像监视器作为立体视频，需要偏振光眼镜等，在立体视频监视器中显示平面图像5和侧面图像6的两图像数据（包含插入目标88、针的延长线）。
以上，叙述了实施例，但反映本发明技术思想的实施方式并不仅限于上述实施例。此外，自动识别插入目标、距离、角度、合成等图像数据、通过图像进行通知的视频引擎程序能应对各种情况，本发明的实施方式、专利请求的范围不会根据程序等的形式而受到制约。
产业上的利用可能性
对血管和针虚拟地进行图像化并示出该血管与针的纵深关系的本发明的注射针诱导装置不限于静脉注射，作为采血、输血、点滴以及对大腿、大腿内侧、锁骨下/正中等的静脉、动脉进行针、导管、支撑管等医疗器具进行穿刺时的引导辅助装置也是有用的。
符号说明
1  平面摄影机
2  侧面摄影机
3  监视器画面
4  注射针引导装置
5  平面图像
6  侧面图像
7  综合图像
8  交点（在侧面图像上，针的延长线与血管的交叉的点）
9  血管
10  针、虚拟针
11  针的延长线（前进假想线）
12  表示距离及角度的圆或椭圆
12-A  圆或椭圆的横轴的长度（表示从针尖到插入目标的距离）
12-B  圆或椭圆的纵轴的长度（表示针相对于血管的角度）
88  插入目标

Claims (7)

1.一种注射针引导装置，其特征在于，具有：
利用近红外线对血管进行图像化的单元；
以可见光对针进行图像化的单元；以及
对插入体内的针及针的延长线虚拟地进行图像化的单元。
2.根据权利要求1所述的注射针引导装置，其特征在于，
根据以朝向血管并排设置的2台摄影机取得的注射器、针、以及血管的图像信息，对血管和针以及针的延长线虚拟地进行图像化，按每个摄影机视点将血管和针及针的延长线作为合成图像。
3.根据权利要求2所述的注射针引导装置，其特征在于，
在上述合成图像中，在将第1图像以坐标轴X-Y、第2图像以坐标轴X-Z表示时，将第2图像的血管与虚拟针的延长线交叉的交点的X轴的值，作为在位于第1图像的X轴的相同值的血管位置插入针的假定目标进行标记，在通过注射器的方向操作第1图像的虚拟针的延长线与该标记一致时，对该处进行针的插入。
4.根据权利要求3所述的注射针引导装置，其特征在于，
在上述合成图像中，显示上述标记、从针尖到标记的距离、以及针相对于血管的角度的至少一方。
5.根据权利要求4所述的注射针引导装置，其特征在于，
利用以上述标记为中心的图形表示从上述针尖到标记的距离、和上述针相对于血管的角度，来做成纵深示意图像，该纵深示意图像对应于针的运动，以图形大小来表现距离、以图形形状变化来表现角度。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的注射针引导装置，其特征在于，
对针和针落在皮肤的影子进行摄影，根据其图像形状识别针的接触稍前的情况，在监视器以预告显示或以声音对针接近皮肤的状况进行警告。
7.根据权利要求2~6的任一项所述的注射针引导装置，其特征在于，
将上述合成图像在立体视频显示器中作为立体视频进行显示。
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