CN102274004B

CN102274004B - 血管找寻器

Info

Publication number: CN102274004B
Application number: CN 201110129018
Authority: CN
Inventors: 郑勇; 易定容; 李志刚; 孔令华
Original assignee: 易定容
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: CN102274004A

Abstract

本发明涉及一种血管找寻器，包括光源装置，包括含多个不同中心波长的窄带LED光源构成的窄带LED光源组；成像装置，包括图像传感器，图像传感器的感光元件表面覆盖设置有面阵式多通道窄带滤光层；处理装置；显示装置，包括显示器。本发明血管找寻器具有的有益效果是：1、克服了红外成像技术存在的红外光在其它组织血管的相对模糊效应和强烈的光散射效应，可以穿透更深的血管，及时准确的寻找到细小难辨的浅静脉血管位置，且体积小，成本低。2、消除了与血管图像无关的噪声信号，不仅提高了信噪比，同时也提高了待测血管和周围组织的视觉反差和对比度，大幅提高血管图像的对比度和客观准确度，可以更准确、更灵敏地确定靶目标血管。

Description

血管找寻器

技术领域

本发明涉及一种血管找寻器，尤其是一种多光谱浅静脉血管寻找器。

背景技术

静脉注射是临床上最基本也是最频繁的医疗处置，医护人员要进行大量的针刺操作。目前医护人员对病人注射药物、提供输液、导管插入等均采取直视下穿刺。医护人员首先要对所穿刺血管进行定位，如患者体表血管较粗且充盈较好，操作者可通过肉眼直接进行血管穿刺点的定位，穿刺也很容易成功；但很多患者因肤色较深、体表血管充盈不好、血管较细、皮下脂肪较厚等原因(如老年、体弱者、儿童、体胖者等)，操作者无法直接看到所要穿刺的血管，熟练的操作者可依照以往的操作经验进行穿刺，如改变进针角度，采取各种措施使血管充盈，通过手指探测血管搏动等方法定位血管。穿刺的成功率与操作者的经验及熟练程度有关，这就不能保证每一名操作者穿刺的成功率，操作者如一次穿刺不成功有可能进行第二次或多次操作，这样就增加了患者的痛苦和医疗风险。特别是在抢救危重病人和战地救护过程中，有些患者由于失血过多、血管不充盈，静脉血管无法用肉眼直接观察到，不能及时找到血管不仅导致病人承受痛苦，还会延误抢救和治疗的最佳时机。

目前寻找静脉血管的公知技术，通常采用的照明源为普通光源或红外线光源，主要的照射方式为透明照射和背面散射。

透明照射方式采用高功率光源，利用组织与血管对光线吸收的差异性，产生颜色对比来寻找血管位置。高能量的电源不仅使操作者受强光刺激，而且也会灼伤患者；同时仪器的体积大，不便于操作使用。分立的滤光方式也会造成血管图像噪声，影响寻找血管图像的准确度。

背面散射方式采用延伸臂结构，在两个延伸臂内设置照明光源，寻找浅静脉血管时可阻隔侧面的光线，降低侧面光与组织表面的反射光强度。但这种结构降低了投射光的强度，阻碍了照明光源深压组织血管的部位，影响了血管位置的判定。

采用红外线光源寻找浅静脉血管，公知的技术是红外光发射器发射波长为850nm的照明光，静脉血管中血红蛋白对透射组织的波长为850nm近红外光的吸收峰较大，利用组织与血管对光谱吸收的差异性，产生颜色对比，由近红外接收并在摄像机成像。但是该公知技术在红外光的传输成像过程中，使用分立的滤色镜滤光会产生噪声信号，这种噪声信号会影响获取图像的准确性。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能实时、准确、高灵敏度地判定静脉血管位置的血管找寻器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种血管找寻器，包括

光源装置，用于均匀照射待测组织血管，所述光源装置包括窄带LED光源组和可自动控制的开关，所述开关可以分别对不同的窄带LED光源进行开关控制；

成像装置，用于接收待测组织血管的反射光和散射光并同时生成多幅窄带血管图像，所述成像装置包括图像传感器，图像传感器的感光元件表面覆盖设置有面阵式多通道窄带滤光层，所述面阵式多通道窄带滤光层由M×N个纵横按周期排列的多通道窄带滤光元组成，所述多通道窄带滤光元由K个按矩阵排列的不同中心波长的窄带滤光微元组成，所述窄带滤光微元的中心波长一一对应于血管指纹物质的特征波长，所述感光元件的每个像素单元表面有且仅覆盖有一种窄带滤光微元，所述M、N、K均为大于或等于1的正整数；

处理装置，用于处理成像装置生成的窄带血管图像并将处理后的血管图像输送到显示装置；

显示装置，包括显示器，用于显示处理装置处理后的血管图像。

为进一步优化本发明，所述面阵式多通道窄带滤光层贴附在所述成像装置图像传感器的感光元件表面上。

为进一步优化本发明，所述面阵式多通道窄带滤光层以光刻或真空镀膜方式直接制作在所述成像装置图像传感器的感光元件表面上。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源的出光端还包含一个窄带滤光片来允许比该窄带LED光源的辐射带更窄的波段的光透过照射到待测组织血管表面。

为进一步优化本发明，所述面阵式多通道窄带滤光层所透过的中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰，所述窄带LED光源组由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源组成。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源组由辐射中心波长分别为440nm、570nm、850nm和970nm的窄带LED光源组成，所述多通道窄带滤光元由4个纵横按矩阵周期排列的中心波长分别为440nm、570nm、850nm和970nm的窄带滤光微元组成。

为进一步优化本发明，所述面阵式多通道窄带滤光层包含透过中心波长分别对应于去氧血红蛋白吸收峰、水吸收峰、皮肤黑色素吸收峰、脂肪吸收峰的窄带滤光微元，所述窄带LED光源组由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源、辐射中心波长对应于水吸收峰的窄带LED光源、辐射中心波长对应于皮肤黑色素的窄带LED光源、辐射中心波长对应于脂肪的吸收峰的窄带LED光源构成。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源组由辐射中心波长分别为577nm，650nm、810nm、910nm的窄带LED光源组成，所述多通道窄带滤光元由4种纵横按矩阵周期排列的中心波长分别为577nm、650nm、810nm、910nm的窄带滤光微元组成。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源组由辐射中心波长分别为440nm、570nm、850nm、970nm、770nm、810nm、910nm的窄带LED光源组成，所述多通道窄带滤光元由7种纵横按矩阵周期个水平排列的中心波长分别为440nm、570nm、850nm、970nm、770nm、810nm、910nm的窄带滤光微元组成。

本发明血管找寻器的创新点在于：

1、本发明以辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源或辐射中心波长分别对应于去氧血红蛋白吸收峰、水吸收峰、皮肤黑色素吸收峰和脂肪吸收峰的窄带LED光源作为照射光源，充分利用组织和血管对光谱的吸收特异产生颜色对比，尤其是利用血液中去氧血红蛋白对辐射中心波长对应于其吸收峰的吸收特异，与其他组织产生明显的颜色对比；

2、本发明的图像传感器的感光元件表面覆盖设置有面阵式多通道窄带滤光层，其中的窄带滤光微元只允许对应于血液中去氧血红蛋白吸收峰波长的光或者对应于水吸收峰、皮肤黑色素吸收峰和脂肪吸收峰波长的光通过，消除了与血管图像无关的噪声信号，提高了待测血管和周围组织的视觉反差和对比度，从而使图像传感器在同一瞬间获得多幅客观准确的窄带血管图像；

4、本发明设置有处理装置对成像装置生成的多幅窄带血管图像进一步分析、校正、综合成像等处理，合成为一幅实时客观、清晰准确的血管图像并将处理后的血管图像输送到显示装置；

5、本发明的显示装置用于显示处理装置处理后的血管图像。

本发明血管找寻器与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、克服了红外成像技术存在的红外光在其它组织血管的相对模糊效应和强烈的光散射效应，可以穿透更深的血管，及时准确的寻找到细小难辨的浅静脉血管位置，且体积小，成本低。

2、消除了与血管图像无关的噪声信号，不仅提高了信噪比，同时也提高了待测血管和周围组织的视觉反差和对比度，大幅提高了血管图像的对比度和客观准确度，可以更准确、更灵敏地确定靶目标血管。

本发明血管找寻器可广泛应用于各种医疗场合下对血管施诊的过程，比如医护人员对病患者的静脉输液、插入导管、结扎手术、疏通手术等静脉血管的引导，尤其对于低龄幼童患者或者失血过多的危重病人和战地救护伤员，本发明血管找寻器能快速准确的找到静脉血管的位置进行穿刺，赢得抢救和治疗的最佳时机。

附图说明

图1为本发明血管找寻器的原理结构示意图。

图2为本发明面阵式多通道窄带滤光层的结构示意图。

标号说明：

1、窄带LED光源组 11窄带LED光源

12、窄带滤光片 2、成像装置 3、图像传感器

4、面阵式多通道窄带滤光层 5、多通道窄带滤光元

6、窄带滤光微元 7、处理装置 8、显示装置

9、待测组织血管

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

参照图1，本发明血管找寻器的结构包括

光源装置，用于照射待测组织血管，所述光源装置1包括窄带LED光源组1，所述窄带LED光源组1由辐射中心波长对应于静脉血管指纹物质特征吸收波长的LED光源组成。静脉血管指纹物质主要包含去氧血红蛋白(又称为血管血色素、血红素、没有与氧气结合的血红蛋白等)，还可以包含水；同时为了降低皮肤黑色素及皮下脂肪对静脉血管的覆盖，这些LED光源还可以包含中心波长对应于皮肤黑色素和皮下脂肪的吸收峰的相应波长的窄带LED光源。相应地，LED光源组由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源11或辐射中心波长分别对应于血管血色素吸收峰、水吸收峰、皮肤黑色素吸收峰和皮下脂肪吸收峰的窄带LED光源11或同时包含辐射中心波长分别对应于去氧血红蛋白吸收峰和血管血色素、水、皮肤黑色素和皮下脂肪吸收峰的窄带LED光源组成；为进一步将窄带LED光源发出光的光谱范围变窄从而与静脉血管的指纹物质特征光谱中心波长匹配，光源装置1的每一个窄带LED光源11前还可以配备一个中心透过波长位于该窄带LED光源的辐射中心波长的窄带滤光片12来允许比该窄带LED辐射带更窄的波段的光透过照射到待测组织血管9表面上；

成像装置，用于接收滤光装置的滤过光并生成窄带血管图像，所述成像装置2包括图像传感器3，图像传感器的感光元件表面覆盖设置有面阵式多通道窄带滤光层4，所述面阵式多通道窄带滤光层4的构造参照图2所示，由M×N个纵横按周期排列的多通道窄带滤光元5(也是图2放大图中“A“)组成：在横向上有M个水平排列的重复的多通道窄带滤光元5组成，在纵向上有N个垂直排列的重复的多通道窄带滤光元5组成，其中M和N均为大于或等于1的正整数。所述多通道窄带滤光元5由K个按矩阵排列的不同透过中心波长的窄带滤光微元6组成(图2右边放大图例中K＝4)，窄带滤光微元6的结构与公知常用的窄带滤光片的结构相同，所述窄带滤光微元6的中心波长一一对应于窄带LED光源的辐射中心波长，所述感光元件的每个像素单元表面有且仅覆盖有一种窄带滤光微元6，以使感光区域的每个像素单元只感应到窄带滤光微元的滤过光且为单一波长的光，保证成像的准确度，所述K为大于或等于1的正整数；由于图像传感器的感光元件表面覆盖设置有面阵式多通道窄带滤光层4，所述图像成像装置2能够在同一瞬间获得空间位置关系自动校准的K幅有助于寻找静脉血管的多幅单色光谱图像，提高图像传感器多光谱终极图像的帧频率，使得用户在操作过程中获得实时的关于穿透针尖与静脉血管的相对位置的成像，用以指导用户寻找血管；

处理装置7，用于处理成像装置生成的窄带血管图像并将处理后的血管图像输送到图像显示装置，所述处理装置内预先设计的程序对多幅窄带血管图像进行分析、校正与综合成像等处理，合成为一幅实时客观、清晰准确的血管图像；

显示装置8，包括显示器，用于显示处理装置处理后的血管图像，指导用户寻找血管。

参照图1与图2，本发明血管找寻器的工作原理为：使用时，窄带LED光源组1在待测组织血管9的上方产生一个均匀的光场，光透入待测组织血管9时，由于组织与血管对光谱吸收有差异性，特别是血管内血液中的去氧血红蛋白、水、皮肤和脂肪的吸收光谱明显不同于周围组织，其反射光和散射光会产生明显的颜色对比，反射光和散射光经图像传感器3的感光元件表面覆盖设置的面阵式多通道窄带滤光层4，其窄带滤光微元6只允许对应于血液中去氧血红蛋白吸收峰、水吸收峰、皮肤黑色素和皮下脂肪吸收峰波长的光通过，消除了与血管图像无关的噪声信号，提高了待测血管和周围组织的视觉反差和对比度，从而在图像传感器3上同一瞬间形成多幅直接反映血液中去氧血红蛋白或血管血色素、水、皮肤和脂肪的图像，这些图像均可以作为反应血管特征的图像。当窄带LED光源组1由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源组成时，图像传感器3上获得的图像为直接反映血液中去氧血红蛋白的图像；当窄带LED光源组1由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白、水、皮肤黑色素和皮下脂肪吸收峰的窄带LED光源组成时，图像传感器3上获得的图像为直接反映去氧血红蛋白、水、皮肤和脂肪的图像。这些图像都是可以反映出待测组织血管9的血管情况的窄带血管图像。图像传感器3获得这些窄带血管图像后传递给处理装置7，处理装置7内预先设计的程序对多幅窄带血管图像进行分析、校正与综合成像等处理，合成为一幅实时客观、清晰准确的血管图像并输送到显示装置的显示器，使医务人员能快速准确的找到血管位置。

为进一步优化本发明，所述面阵式多通道窄带滤光层4贴附在所述感光元件表面上，此时面阵式多通道窄带滤光层4为单独制造的一个光学元件，有利于规模化生产与维修更换；

为进一步优化本发明，所述面阵式多通道窄带滤光层4以光刻或真空镀膜方式直接制作在所述感光元件表面上，这种方式的优点在于：能更好地覆盖整个感光元件表面，防止其他波段光的噪声干扰及单色透过光之间的相互干扰。

为进一步优化本发明，所述光源装置还包括开关，对不同的窄带LED光源进行自动控制。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源组1由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源组成，这样成像装置获得的窄带血管图像为直接反映待测组织血管9的血管血液中的去氧血红蛋白的图像。该优化方案的优选方式为：所述窄带LED光源的辐射中心波长分别为440nm、570nm、850nm和970nm，所述多通道窄带滤光元5由4个2×2矩阵排列的中心波长分别为440nm、570nm、850nm和970nm的窄带滤光微元6组成。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源组1由辐射中心波长对应于血管血色素、水、皮肤和脂肪吸收峰的窄带LED光源组成。这样成像装置获得的窄带血管图像为直接反映待测组织血管9的血管血色素、水、皮肤和脂肪的图像。该优化方案的优选方式为：所述窄带LED光源的辐射中心波长分别为577nm、650nm、810nm、910nm，所述多通道窄带滤光元5由4个横向与纵向紧密排列的中心波长分别为577nm、650nm、810nm、910nm的窄带滤光微元6组成。作为该优化方案的并列优选方式，所述窄带LED光源的辐射中心波长还可以选择以下几种组合：A.740nm、810nm、880nm、950nm；B.532nm、600nm、810nm；C.532nm、577nm、766nm；D.550nm、589nm、810nm，相应的，所述多通道窄带滤光元5由相应数目的中心波长一一对应于窄带LED光源的辐射中心波长的窄带滤光微元6组成。

为进一步优化本发明，所述窄带LED光源组1由同时包含辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰、水吸收峰、皮肤黑色素吸收峰和脂肪吸收峰的窄带LED光源组成。这样成像装置获得的窄带血管图像为直接反映待测组织血管9的血管血液中的去氧血红蛋白、水、皮肤和脂肪的图像。该优化方案的优选方式为：所述窄带LED光源的辐射中心波长分别为440nm、570nm、850nm、970nm、770nm、810nm、910nm，所述多通道窄带滤光元5由7个水平排列的中心波长分别为440nm、570nm、850nm、970nm、770nm、810nm、910nm的窄带滤光微元6组成。作为该优化方案的并列优选方式，所述窄带LED光源的辐射中心波长还可以选择以下几种组合：A.440nm、570nm、850nm、970nm、740nm、810nm、880nm、950nm；B.440nm、570nm、850nm、970nm、532nm、600nm、810nm；C.440nm、570nm、850nm、970nm、532nm、577nm、766nm；D.440nm、570nm、850nm、970nm、550nm、589nm、810nm，相应的，所述多通道窄带滤光元5由相应数目的水平排列的中心波长一一对应于窄带LED光源的辐射中心波长的窄带滤光微元6组成。

本发明血管找寻器与现有技术相比，具有的有益效果是：

本发明血管找寻器可广泛应用于各种医疗场合，特别适用于各种针刺或注射，尤其对于低龄幼童患者或者失血过多的危重病人和战地救护伤员，本发明血管找寻器能快速准确的找到静脉血管的位置进行穿刺，赢得抢救和治疗的最佳时机。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种血管找寻器，包括，

成像装置，用于接收待测组织血管的反射光和散射光并同时生成多幅窄带血管图像，所述成像装置包括图像传感器；

显示装置，包括显示器，用于显示处理装置处理后的血管图像；

其特征在于：所述图像传感器的感光元件表面覆盖设置有面阵式多通道窄带滤光层，所述面阵式多通道窄带滤光层由M×N个纵横按周期排列的多通道窄带滤光元组成，所述多通道窄带滤光元由K个按矩阵排列的不同中心波长的窄带滤光微元组成，所述窄带滤光微元的中心波长一一对应于血管指纹物质的特征波长，所述感光元件的每个像素单元表面有且仅覆盖有一种窄带滤光微元，所述M、N、K均为大于或等于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的血管找寻器，其特征在于：所述面阵式多通道窄带滤光层贴附在所述成像装置图像传感器的感光元件表面上。

3.根据权利要求1所述的血管找寻器，其特征在于：所述面阵式多通道窄带滤光层以光刻或真空镀膜方式直接制作在所述成像装置图像传感器的感光元件表面上。

4.根据权利要求1所述的血管找寻器，其特征在于：所述窄带LED光源的出光端还包含一个窄带滤光片来允许比该窄带LED光源的辐射带更窄的波段的光透过照射到待测组织血管表面。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的血管找寻器，其特征在于：所述面阵式多通道窄带滤光层所透过的中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰，所述窄带LED光源组由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源组成。

6.根据权利要求5所述的血管找寻器，其特征在于：所述窄带LED光源组由辐射中心波长分别为440nm、570nm、850nm和970nm的窄带LED光源组成，所述多通道窄带滤光元由4个纵横按矩阵周期排列的中心波长分别为440nm、570nm、850nm和970nm的窄带滤光微元组成。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的血管找寻器，其特征在于：所述面阵式多通道窄带滤光层包含透过中心波长分别对应于去氧血红蛋白吸收峰、水吸收峰、皮肤黑色素吸收峰、脂肪吸收峰的窄带滤光微元，所述窄带LED光源组由辐射中心波长对应于去氧血红蛋白吸收峰的窄带LED光源、辐射中心波长对应于水吸收峰的窄带LED光源、辐射中心波长对应于皮肤黑色素的窄带LED光源、辐射中心波长对应于脂肪的吸收峰的窄带LED光源构成。

8.根据权利要求7所述的血管找寻器，其特征在于：所述窄带LED光源组由辐射中心波长分别为577nm，650nm、810nm、910nm的窄带LED光源组成，所述多通道窄带滤光元由4种纵横按矩阵周期排列的中心波长分别为577nm、650nm、810nm、910nm的窄带滤光微元组成。

9.根据权利要求7所述的血管找寻器，其特征在于：所述窄带LED光源组由辐射中心波长分别为440nm、570nm、850nm、970nm、770nm、810nm、910nm的窄带LED光源组成，所述多通道窄带滤光元由7种纵横按矩阵周期个水平排列的中心波长分别为440nm、570nm、850nm、970nm、770nm、810nm、910nm的窄带滤光微元组成。