CN102813504A - 一种多光谱三维静脉图像显示装置 - Google Patents

一种多光谱三维静脉图像显示装置 Download PDF

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胡晓明
林俊清
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Abstract

本发明的目的是提供一种能够使在皮肤表面直接显示患者静脉位置及深度信息的辅助医疗设备，本发明所涉及的设备由多光谱红外光源、多路摄像机、可见光截止红外透过滤波片和投影显示设备及计算处理单元组成；采用的技术方案为：红外光源发出一种或多种近红外光并照射在被检测区域，该红外光经过皮肤反射后经可见光截止红外透过滤光片进入摄像机，两个摄像机可采集到不同角度的皮肤图像，经计算处理单元处理后可得到静脉血管的位置与深度图，投影显示设备作用是将计算得到的静脉图像位置与深度信息投射到对应的皮肤区域，从而辅助医生获取待注射区域血管的位置和深度信息，提高注射成功率。

Description

一种多光谱三维静脉图像显示装置
技术领域
本发明是医疗辅助仪器，具体涉及的是一种红外静脉立体成像的虚拟增强显示方法，利用该设备可实现患者静脉的采集，并直接投影到患者的体表上，辅助医生完成静脉穿刺的三维导引。
背景技术
静脉穿刺是一项非常普通而又非常重要的医疗操作，特别是在紧急情况下要迅速抢救危重病人时，能快速穿刺成功显得尤为重要。但要迅速并准确地进行静脉穿刺却并非易事：肥胖病人由于皮下脂肪较厚，静脉较深，静脉穿刺时必须把止血带扎的很紧；水肿病人由于其组织水肿的掩盖，不容易看清和摸到血管，扎紧止血带后，还需要用手指压迫血管穿刺处，并且动作要相当迅速，否则局部水肿又将导致静脉无法看清；年龄小，不合作的儿童，静脉穿刺时常常需要经验非常丰富的护士，并且至少要扎2根止血带；周围循环衰竭病人，尤其是失血性休克病人，其浅表静脉隐没，血管塌陷，其静脉穿刺非常困难。
为了解决静脉血管难以查找的问题，国内外做出了不少相关研究，主要的显影方法由激光扫描式的、透射式的和基于红外光反射式的显示仪显像和基于红外光反射式的反投影显像。
2008年浙江大学现代光学仪器国家重点实验室研究的双波长激光扫描投影显示系统是利用激光扫描来进行显影。其工作原理是红外激光器发射的红外激光经过二相色性反射镜反射，再先后经过行扫描振镜反射和场扫描振镜反射，最后以一定的轨迹扫描患者的皮肤区域。当控制单元打开可见光激光器，可见光先后经过二相色性反射镜、行扫描振镜和场扫描振镜等光学设备照射患者皮肤区域，从而显示出静脉血管的位置信息。
我国南京林康医疗科技有限公司2005年专门针对患者因浅静脉隐匿难辨设计的手背静脉显像系统，它采用独特的光谱(红光)投射原理，大大增强血管与周围组织对比度，使手背静脉清晰可见，同时保留了血管的真实性。
反射式红外成像投影系统是目前该领域研究比较多的。美国的Luminetx公司的技术人员从1999年开始研究反射式红外静脉成像技术，开发成功了静脉观察仪。红外光投射在患者穿刺部位上，含有皮下静脉分布信息的反射红外光被摄像机接受成像，计算机系统对这种图像进行实时增强处理，然后由投影仪投射到患者手臂的表面，使被照区域的皮下静脉轨迹清晰的显示在皮肤上。
然而，这些技术的最终成像都是二维信息，没有血管的深度信息，另外，不同层次的血管成像在二维图像上会产生虚相交的情况，由此带来的问题是在实施穿刺时无法正确把握穿刺的深度，以及虚交点会影响护士对血管的选择。于是，本文提出了利用双目立体视觉对静脉成三维信息图像的显示系统，并能够使所成的像准确投影到皮肤对应区域。
发明内容
本发明的目的是解决由于肥胖、深肤色、贫血、血压过低、红血球增多症、静脉质量差和外周血管收缩等引起的静脉不易查找的问题，以提高静脉穿刺的成功率，减少病患的痛苦，争取抢救的时间。
本发明是利用血液对红外光线的吸收强于周围组织的吸收，红外光线照射在皮肤区域经红外摄像机上所成的图像，其血管较周围组织明显偏暗，由此，就能得到对比度清晰的图像。
本发明由红外多光谱光源(4)、红外摄像头(3)(两个或多个)、可见光截止红外透过滤色片(2)和投影显示单元(7)。其特征为：静脉显影仪有多光谱光源(4)、红外摄像头(3)(两个或多个)、可见光截止红外透过滤色片(2)(两个或多个)和投影显示单元(7)。其中红外多光谱光源(4)包括800nm～940nm不同波长光源的LED分时复用；可见光截止红外透过滤色片(2)安置在红外摄像头(3)的前端，其特性是可有效地滤除可见光，只透过红外波段的光线，以保证红外摄像机采集到的图像成像质量；两个或多个红外摄像头(3)以一定距离安置在患者待检测区域(1)的两侧，然后将两个图像传送到计算处理单元(6)处理后形成具有深度信息的伪彩色图像传送到投影仪；投影仪将得到的图像准确无误的反投射到患者待检测区域(1)。
本发明还可以包括：
1、本发明所采用的红外多光谱光源(4)设计成圆盘的形状，以便在照射区得到均匀的光强。光盘上可安置两圈或多圈的LED灯，每圈的光源是同一种波长，不同波长光源的开关及转换时间可由电路控制，其转换频率要和红外摄像头(3)的采集频率同步。
2、本发明为了得到清晰的图像可使用提高红外光源功率的方法，也可采用提高摄像机采集光强性能的方法，例如：在被测皮肤区域涂水或者凡士林等介质以减少皮肤对红外光的直接反射；设置红外摄像机和光源的角度；在红外摄像机前加光学镜片等方法。
3、本发明所然采用了可见光截止红外透过滤色片(2)以滤除可见光的影响，但实际上滤光片不可能完全滤除可见光，由此需要对采集的图像进行处理，常用的方法如直方图均衡化增强方法和基于小波变换的图像增强方法。
4、本发明为了解决特殊病患静脉细小的难题，在采用常用红外图像增强算法的基础上引入了不同光源下的图像差分的算法。
5、本发明的结果是实时采集静脉图像并反投到实际区域，投射的图像是含有静脉深度信息的伪彩色图像，不同的颜色或灰度可表示不同深度的组织结构。
本发明的主要贡献和特点在于：解决特殊病患静脉对比度低难以成像的问题，并能对不同层次的静脉血管提供了深度信息，使静脉图像直接显示在皮肤表面，降低了静脉穿刺的难度。
附图说明
图1为系统的结构框图。其中，1为患者待检测区域，2为可见光截止红外透过滤色片，3为红外摄像机，4为红外多光谱光源，5为投影显示镜头、6为计算处理单元，7为投影显示单元。
图2红外多光谱光源(4)的照明时序。
图3为系统的算法流程框图。
具体实施方式
下面结合附图并结合具体实例对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，将患者待检测区域(1)放置于双目或者多目红外摄像机(3)的交叉区间，计算处理单元(6)控制红外多光谱光源(4)指定波长照明患者待检测区域(1)一定时间，其照明时序如图2所示，计算处理单元(6)根据双目或者多目红外摄像机(3)拍摄的图像，经过图像滤波去除噪声，并对血管图像的进行立体匹配，实现血管三维信息的计算；该三维信息经过反投影校正后经投影显示单元(7)重新投影在患者待检测区域(1)对应的血管处，并利用灰度和伪彩色信息表示血管的深度信息。

Claims (4)

1.一种多光谱静脉显示装置，其特征在于系统包含以下部分：患者待检测区域(1)、可见光截止红外透过滤色片(2)、摄像机(3)、红外多光谱光源(4)、投影显示镜头(5)、计算处理单元(6)、及投影显示单元(7)。其中红外多光谱光源(4)包含若干个不同波长的红外发光二极管，且可在计算处理单元(6)控制下实现不同的光谱的发光二极管灯分时复用；可见光截止红外透过滤色片(2)的滤除自然环境光及投影显示单元(7)投出的可见光信息；摄像机(3)采集不同时刻不同光谱照下的皮肤图像，经过处理后提出包含深度信息的静脉图像，然后传送到投影显示单元(7)，由投影显示单元(7)将结果图像投影到患者待检测区域(1)，辅助医护人员完成操作。
2.如权利要求1所述的多光谱光源，其特征为：红外多光谱光源(4)可由多种红外光源发光二极管分布在圆盘上；不同波长的发光二极管灯有控制电路控制其开关时间，即分时复用；光源盘中心有孔可使投影发出的投射光线通过，工作时光源盘在被测皮肤区域的正上方。
3.如权利要求1所述的多光谱静脉显示装置，其特征为：两个或多个红外光敏感摄像机放置在红外多光谱光源(4)的两侧，使皮肤散射的红外光线尽量多的被红外摄像机接受。
4.如权利要求1所述的多光谱静脉显示装置，其特征为：利用计算处理单元(6)对双目或者多目摄像机(3)进行血管提取与立体匹配，计算获得血管的三维位置信息，并经投影显示单元(7)反投影到患者检测区域，其投射在皮肤表面的图像能够实时更新，其位置信息直接对应在血管所在的位置，深度信息通过伪色彩、灰度来表示。
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