CN102415886B

CN102415886B - 一种表层血管显示方法和仪器

Info

Publication number: CN102415886B
Application number: CN201110266943.5A
Authority: CN
Inventors: 张泽兰; 曾莉娅
Original assignee: WUHAN HER MEDICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: WUHAN HER MEDICAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102415886A

Abstract

本发明公开了一种表层血管的显示方法，包括：LED光源分别发射两种波长的近红外光；所述近红外光经过偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面；人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光；对所述退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光；摄像机分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像；摄像机将两种血管图像经信号处理电子处理后发送到投影仪；投影仪放映所述血管图像，并投影到患者皮肤上。具有如下有益效果：将病人的血管图像精确地、无畸变地投影到病人的皮肤，并以不同的颜色标记静脉、动脉和皮肤组织，指导医护进行静脉注射和手术操作。

Description

一种表层血管显示方法和仪器

技术领域

本发明属于光谱成像仪器领域，涉及一种表层血管显示方法和仪器。

背景技术

在现有医疗机构，静脉注射的血管都是靠医护人员通过目视来查找。手臂静脉注射主要靠手臂上端的捆扎使静脉血管充盈来帮助发现血管。但对于体胖人员、很多儿童和一些成人患者静脉注射困难是一个重要的临床问题。临床研究表明约有50%在6岁以下的儿童很难查找静脉。在一些手术过程中，偶尔也会出现医务人员误伤到病人的动脉血管而引起病人大出血甚至死亡。

近红外光是能穿透皮肤组织最深的的光波，最深能达数十毫米。另一方面，动脉血液，静脉血液和皮肤对光的吸收在不同的波长是不同的，即所谓的光谱吸收不同。图1是动脉血液里的含氧血红蛋白（OxyHt）2，静脉中的去氧血红蛋白(DeoxyHt)1以及水3在近红外波段的吸收光谱图。可以看出动脉血液里的含氧血红蛋白，静脉中的去氧血红蛋白在760nm，800nm，850nm波长的吸收是不同的。在760nm处动脉血液里的含氧血红蛋白比静脉中的去氧血红蛋白吸收要小；但到了850nm波长处，情况反过来了，动脉血液里的含氧血红蛋白比静脉中的去氧血红蛋白吸收要大；而在这些波段，皮肤里的水对光的吸收相对小的多。因此若能收集皮下组织对光的吸收光谱图像就有可能识别出皮下的静脉和动脉血管。

从皮肤返回光的90%为皮肤表面反射光，不包含组织内部图像信息，对成像系统来说是背景噪音，降低了血管图像的对比度，但这部分光保持了其偏振性，我们通过在LED光源前面和摄像机镜头前的一对正交偏振片挡住了样品表面反射光，使之不参与成像。而返回光的约10%为入射到样品内部经散射、反射后返回的光，携带了大量组织内部结构图像的信息，这些光线在组织内部发生复散射退偏，因此能够通过正交的偏正片被摄像机检测成像。

利用Monte-Carlo方法模拟我们可以计算出，对于线偏振光，随着散射次数的增加，背向散射光的偏振度下降很快，其偏振度主要来自于散射次数小于10次的光子，即线偏振光要产生明显的退偏效果至少需要10次散射作用。这样只有在介质内相对较深处（>10次单散射的长度）发生的复散射，才会发生明显退偏现象，这些退偏后的光形成了介质内部的一个虚拟光源，照明了皮下血管等光吸收物体。因此正交偏振片的设置不仅挡住了皮肤表面反射光，更增强了皮下深部血管的图像。

现有技术中存在如下缺陷：在一些手术过程中，在有些患者很难找到静脉的前提下，医务人员误伤到病人的动脉血管而引起病人大出血甚至死亡。

发明内容

本发明提供一种表层血管显示方法和仪器。通过应用本发明，使医务人员在进行静脉注射和手术操作中，将病人的血管图像精确地、无畸变地投影到病人的皮肤，并以不同的颜色标记静脉、动脉和皮肤组织，指导医护进行静脉注射和手术操作。

为达到上述目的，本发明提供一种表层血管的显示方法，包括：

LED光源分别发射两种波长的近红外光；所述LED光源由中心波长分别为760nm和850nm的两种LED灯组成；

所述近红外光经过偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面；

人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光；

对所述退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光；

摄像机分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像，所述摄像机将所述两种血管图像经信号处理电路处理后发送到投影仪，所述信号处理电路，分别与LED光源和摄像机（7）相连接，用于接收所述两种血管图像，并对所述图像处理；

投影仪放映所述血管图像，并投影到患者皮肤上；

该方法具体为：在控制板的控制下先开760nm的LED灯，关闭850nm的LED灯，拍摄一幅图像，将此图像作为投影仪显示图像的绿色分量；然后关闭760nm的LED灯，打开850nm的LED灯，拍摄一幅图像，将此图像和前一幅图像相除，适当处理后将它作为投影仪显示图像的红色分量，合成后投影在皮肤上；如此反复，这样投影在皮肤上是一幅动态实时的血管图像，皮肤呈绿色，静脉血管呈黑色，动脉血管呈现暗红色。

另一方面，本发明还提供一种表层血管显示仪器，包括：

LED光源（4），用于分别发射两种波长的近红外光，所述LED光源由中心波长分别为760nm及850nm的两种LED灯组成，所述两种LED灯间隔放置；

第一偏振片（3），置于所述LED光源的下方，用于对近红外光进行偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面；

第二偏振片（6），置于所述LED光源的上方，并与所述第一偏振片（3）成正交放置，用于对经人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光；

摄像机（7），置于第二偏振片（6）的上方，用于分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像；

信号处理电路（8），分别与LED光源和摄像机（7）相连接，用于接收所述两种血管图像，并对所述图像处理；

投影仪（9），与信号处理电子相连接，用于接收处理后的所述血管图像，并放映所述血管图像；

长波通滤光片（5），置于所述第二偏振片（6）与所述LED光源（4）之间，并呈45°角倾斜，用于反射所述血管图像，并使所述血管图像投影到患者皮肤上；

上述仪器的使用方法具体为：在控制板的控制下先开760nm的LED灯，关闭850nm的LED灯，拍摄一幅图像，将此图像作为投影仪显示图像的绿色分量；然后关闭760nm的LED灯，打开850nm的LED灯，拍摄一幅图像，将此图像和前一幅图像相除，适当处理后将它作为投影仪显示图像的红色分量，合成后投影在皮肤上；如此反复，这样投影在皮肤上是一幅动态实时的血管图像，皮肤呈绿色，静脉血管呈黑色，动脉血管呈现暗红色。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、使医务人员在进行静脉注射和手术操作中，将病人的血管图像精确地、无畸变地投影到病人的皮肤，并以不同的颜色标记静脉、动脉和皮肤组织，指导医护进行静脉注射和手术操作。

2、将病人的血管图像精确地、无畸变地投影到病人的皮肤，而不必因为扭头去看荧光屏，从而方便了医务人员的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有技术中为含氧血红蛋白，去氧血红蛋白以及水在近红外波段的吸收光谱图；

图2示出了本发明实施例一种表层血管的显示方法流程图；

图3示出了本发明表层血管显示仪器中LED光源的配置示意图；

图4示出了本发明实施例一种表层血管显示仪器的原理框图；

图5示出了本发明表层血管显示仪器的侧面图；

图6示出了本发明表层血管显示仪器的正面图；

图7示出了本发明表层血管显示仪器的另一个实施例侧面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种表层血管的显示方法，如图2所示，包括：

步骤S201、LED光源分别发射两种波长的近红外光。

LED光源发出两种特定波长的近红外光，所述LED光源由中心波长分别为760nm和850nm的两种LED灯组成，所述两种LED灯间隔放置。如1，3，5，7…放置760nm的LED灯，则2，4，6，8…放置850nm的LED灯，反过来亦可。如图3所示。

步骤S202、所述近红外光经过偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面。

所述近两种近红外光经过偏振片的偏振处理后得到线偏振光，再经散射变成均匀的光照射在人体皮肤表面。

步骤S203、人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光；

一部分线偏振光经皮肤表面直接反射，直接反射的光偏振方向不变；另一部分光透过皮肤进入皮下组织，被皮下组织和血管散射和吸收，背散射的光偏振方向会发生一定的偏转。毛玻璃，偏振片和LED光源被做成环形，长波通滤光片会透过近红外光，反射可见光。这样反射和散射的近红外光会穿过毛玻璃，偏振片和LED光源中的空洞到达另一偏振片。

步骤S204、对所述退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光。

两个偏振片呈正交放置，因此在皮肤表面直接反射的光线将无法透过另一偏正片，而被皮下组织和血管散射的红外光能部分透过另一偏振片得到得到偏振后的退偏近红外光。

步骤S205、摄像机分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像。

步骤S206、摄像机将两种血管图像经信号处理电子处理后发送到投影仪。

摄像机拍摄的图像经信号处理电子处理，缩放，平移后发送到投影仪。

步骤S207、投影仪放映所述血管图像，并投影到患者皮肤上。

在本实施例中投影仪我们选用了微型投影仪，如TI公司的PICO投影仪。投影仪放映出血管图像，因长波通滤光片会反射波长较短的可见光，因此血管图像被投影到患者的皮肤上。摄像机和投影仪的镜头选用同一种镜头，以使二者的放大倍数和像差相近，余下的差异者通过信号处理电子缩放平移，使校正后投影到患者皮肤上的血管图像和实际血管精确重合。

具体地，在控制板的控制下先开760nm的LED灯，关闭850nm的LED灯，拍摄一幅图像，将此图像作为投影仪显示图像的绿色分量；然后关闭760nm的LED灯，打开850nm的LED灯，拍摄一幅图像，将此图像和前一幅图像相除，适当处理后将它作为投影仪显示图像的红色分量，合成后投影在皮肤上；如此反复。这样投影在皮肤上将是一幅动态实时的血管图像，皮肤呈绿色，静脉血管呈黑色，动脉血管呈现暗红色。

图4为本发明实施例一种表层血管显示方法的原理框图。

通过应用本发明，使医务人员在进行静脉注射和手术操作中，将病人的血管图像精确地、无畸变地投影到病人的皮肤，并以不同的颜色标记静脉、动脉和皮肤组织，指导医护进行静脉注射和手术操作。

本发明实施例二提供了一种表层血管的显示方法，和上一实施例不同的地方是摄像机和投影仪交换了相对位置，因此长波通滤光片也就换成了短波通滤光片。其方法和实施例一中所述的方法类似，在此不再赘述。

本发明实施例三提供一种表层血管显示仪器，如图5所示，包括：

LED光源4，用于分别发射两种波长的近红外光；所述LED光源由中心波长分别为760nm及850nm的两种LED灯组成，所述两种LED灯间隔放置。

偏振片3，置于所述LED光源的下方，用于对近红外光进行偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面。

偏振片6，置于所述LED光源的上方，并与所述偏振片3成正交放置，用于对经人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光。；

摄像机7，置于偏振片6的上方，用于分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像。如图6所示，它反映了LED光源的配置机摄像机镜头的位置。

信号处理电子8，分别于LED光源和摄像机7相连接，用于接收所述两种血管图像，并对所述图像处理。

投影仪9，与信号处理电子相连接，用于接收处理后的所述血管图像，并放映所述血管图像。

长波通滤光片5，置于所述偏振片6与所述LED光源4之间，并呈45°角倾斜，用于反射所述血管图像，并使所述血管图像投影到患者皮肤上。

还包括：

毛玻璃2，置于所述偏振片3的下方，并同所述偏振片3和所述LED光源4一起被做成环形，用于将所述线偏振光变成均匀的近红外光照射到人体皮肤表面。

本发明实施例四还提供一种表层血管显示仪器，如图7所示，和上一实施例不同的地方是摄像机7和投影仪9交换了相对位置，因此长波通滤光片也就换成了短波通滤光片5。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种表层血管的显示方法，其特征在于，包括：

投影仪放映所述血管图像，并投影到患者皮肤上；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述近红外光经过偏振处理后得到线偏振光之后，还包括：所述线偏振光经散射变成均匀的线偏振光照射到人体皮肤表面。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光之前，还包括：部分可见光通过长波通滤光片反射。

4.一种表层血管的显示仪器，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的仪器，其特征在于，还包括：

毛玻璃（2），置于所述第一偏振片（3）的下方，并同所述第一偏振片（3）和所述LED光源（4）一起被做成环形，用于将所述线偏振光变成均匀的近红外光照射到人体皮肤表面。