CN103096794A

CN103096794A - 血液采集装置

Info

Publication number: CN103096794A
Application number: CN2011800171118A
Authority: CN
Inventors: 小西聪; 小林大造; 吉田博; 和田贵志; 萩原文弘; 武山芸英
Original assignee: School Corp Ritsumeikan; Nipro Corp
Current assignee: School Corp Ritsumeikan; Nipro Corp
Priority date: 2010-03-27
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: US20130231572A1; WO2011122484A1; US9713426B2; JP2011206088A; EP2554118B1; EP2554118A4; EP2554118A1; CN103096794B; JP5681915B2

Abstract

根据使用条件、使用部件等，通过适当地选择近红外光发光单元（121）的发光单元光轴（J121）与照射面（P1）的法线（N1）之间的角度α、受光侧透镜（123c）的光轴（J123）与照射面（P1）的法线方向（N1）之间的角度β、和光电二极管阵列（123）的受光面（P3）与受光单元光轴（J123）之间的角度γ，能够更加适当地进行血管位置的确定。这样，对于皮肤下的血管，可利用光电二极管阵列（123f）中的照度的变化确定照射面（P1）的法线（N1）的深度。由此，可简单地确定皮肤下的血管的位置。

Description

血液采集装置

技术领域

本发明涉及从皮肤下的血管采集血液的血液采集装置，尤其涉及利用近红外光确定血管的位置的装置。

背景技术

参考图11对以往的作为血液位置确定装置之一的血管位置呈示装置进行说明。血管位置呈示装置为能够确认血管的位置或方向的装置。

图11的血管位置呈示装置构成为包括：拍摄单元101、图像处理单元102、照明单元103、显示单元104、标记控制单元105、标记照射单元106。

照明单元103将作为近红外波长区域的照明光的近红外照明光127照射到生物体，构成为包括例如近红外LED。

拍摄单元101为拍摄生物体的装置，例如为在可见光波长至近红外波长中的光谱灵敏度高的黑白CCD相机或黑白CMOS相机。根据来自生物体的反射光129得到的拍摄信息作为生物体映像信息121被传送至图像处理单元102。拍摄单元101获取为照射照明光时的生物体映像信息的近红外图像信息、和为未照射照明光时的生物体映像信息的无光图像信息，传送到图像处理单元。

显示单元104将基于从图像处理单元102输出的图像信息124的图像通过液晶显示器等显示的装置。

标记照射单元106向生物体的表面照射用于投影显示穿刺位置的穿刺标记的穿刺标记投影光128，构成为包括可见光激光器。标记照射单元106，以基于来自标记控制单元105的驱动信号126的照射时机和照射方向，照射穿刺标记投影光128。

标记控制单元105基于来自图像处理单元102的指示信号122生成驱动信号126。指示信号122中包括：在显示单元104显示的图像中所包含的穿刺标记的显示位置与从外部输入的穿刺标记的目标位置的偏差信息，标记控制单元105利用该偏差信息，生成使得穿刺标记的显示位置与穿刺标记的目标位置一致的驱动信号126。

图像处理单元102，基于作为照射照明光时的生物体映像信息的近红外图像信息，生成对血管像和注射针像进行图像增强的加工近红外图像信息，基于作为未照射照明光时的生物体映像信息的无光图像信息生成对穿刺标记的像进行图像增强的加工无光图像信息。从而，获得对加工近红外图像信息和加工无光图像信息进行合成的显示图像信息。

图11所示的各要素收纳于规定的框体，与要进行血管位置检测的生物体按规定的位置关系设置使用。

图12是显示血管位置呈示装置的一例的概略图。图12为血管位置呈示装置与生物体为非固定的情况下使用的实例，框体202由支架209、210支撑。支架209、210使得框体202与要检测血管位置的手腕201以相距规定的距离的状态稳定设置，通过框体202和支架209、210包围手腕201。

框体202的上表面设有：构成显示单元104的液晶显示部203、使显示于液晶显示部203的光标207移动的轨迹球204、用于将光标207的位置设定为穿刺标记的目标位置的输入用按钮208。又，图12的液晶显示部203中，显示血管206、光标207。又，手腕201的表面中，投影点状的穿刺标记205。

在使用图12的血管位置呈示装置时，医生或护士利用轨迹球204使设定穿刺标记的目标位置的光标207在液晶显示部203的画面上移动，通过按压输入用按钮208，确定光标207指示的位置为穿刺标记的目标位置。穿刺标记205为通过标记照射单元106投影的标记，以肉眼观察呈红色。在初始状态下，穿刺标记205指示手腕201表面上的任一处，通过光标207确定好了目标位置时，标记照射单元106的红色可见光激光器变更朝向，使得在拍摄单元101拍摄的映像上，穿刺标记205的位置与目标位置（此时为光标的位置）一致。

图像处理单元102将，照明单元103照射近红外光时拍摄的近红外图像信息和照明单元103不照射光时拍摄的无光图像信息，作为生物体映像信息121从拍摄单元101接收，作为一例，该两种图像信息，分时地交互地被输入。静脉血的近红外光的吸收率较高，因此基于近红外图像信息的图像中，血管部分体现为较黑，注射针体现为较白。又，基于无光图像信息的图像中，体现出由可见光的穿刺标记投影光128在手腕201上被投影的穿刺标记。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2006-102110号公报

发明内容

发明所要解决的问题

上述的血管位置呈示装置中，有以下所示的需要改善的问题点。血管位置呈示装置中，图像处理单元102合成加工近红外图像信息和加工无光图像信息生成显示图像信息。又，图像处理单元102基于近红外图像信息生成对血管像和注射针像进行了图像增强的加工近红外图像信息。进一步的，图像处理单元102基于无光图像信息生成对穿刺标记的像进行了图像增强的加工无光图像信息。

这样，以往的血管位置呈示装置中，通过加工规定的图像信息，呈示血管位置。因此，需要处理能力高的图像处理单元。

又，为了处理图像信息，需要显示图像信息的液晶显示器等的显示单元104。进一步的，需要标记照射单元106，用于在生物体的表面照射用于投影显示穿刺位置的穿刺标记的穿刺标记投影光128。

这样，以往的血管位置呈示装置中，所需的部件较多，装置本身变得过大，并不能随时随地方便使用，例如外出情况下使用不方便，因此需要改善这一点。

又，以往的血管位置呈示装置中，所需的部件较多，且需要昂贵的部件，因此个人难以拥有，因此也需要改善这一点。

由此，本发明目的在于提供容易确定血管的位置的血管位置确定装置。

发明效果

下面，说明解决本发明中的课题的手段和发明的效果。

本发明涉及的血管位置确定装置，其为确定存在于皮肤下的血管的位置的血管位置确定装置，包括：投光单元，该投光单元具有与规定的照射面的法线形成规定的角度的投光轴，并朝着所述投光轴和所述法线的交点的方向投射近红外光；分光透镜，该分光透镜相对于所述照射面位于与所述投光单元的所在侧相同的一侧，对所述投光单元所投射的所述近红外光的反射光受光并进行分光，该分光透镜具有与所述照射面的所述法线形成规定的角度的光轴；具有对所述被分光后的反射光受光的受光面的受光单元；以及利用所述受光面的所述反射光的亮度，算出所述血管的位置的血管位置算出单元，所述投光轴与所述分光透镜的所述光轴的交点相对于所述照射面位于与所述投光单元和所述分光透镜的所在侧相反的一侧。

朝着皮肤投射近红外光时，在皮肤下的血管所在位置处，被血管所吸收。另一方面，不存在血管的位置处，在皮肤表面、皮肤内部发生漫反射，一部分成为朝着皮肤外的反射光。因此，通过对朝着皮肤投射的近红外光的反射光受光，并在照射面的法线方向进行分光，通过分析反射光的亮度的变化，可确定血管的存在位置。

这样，本发明涉及的血管位置确定装置利用近红外光的反射光的亮度的变化，可容易地确定血管位置。

本发明涉及的血管位置确定装置中，所述受光单元配置为所述受光面相对所述光轴倾斜。

如此，可使得被分光的反射光在受光面处的成像位置，随着照射面的法线方向的深度发生变化。从而，本发明涉及的血管位置确定装置利用近红外光的反射光的亮度的变化，可容易地确定血管位置。

本发明涉及的血管位置确定装置中，所述投光单元的所述投光轴与所述分光透镜的所述光轴在同一平面内。

如此，可高精度确定与所述投光单元的所述投光轴和所述分光透镜的所述光轴所在的平面平行的血管的位置。

本发明涉及的血管位置确定装置中，包含所述投光单元的所述投光轴和所述照射面的所述法线的面、与包含所述分光透镜的所述光轴和所述照射面的所述法线的面配置为形成规定的角度。

如此，可高精度地确定相对于所述投光单元的所述投光轴和所述分光透镜的所述光轴所在的平面为规定角度的血管的位置。

本发明涉及的血管位置确定装置中，包含有所述投光单元的所述投光轴和所述照射面的所述法线的面、与包含所述分光透镜的所述光轴和所述照射面的所述法线的面配置为呈90度。

如此，能够高精度地确定，相对于所述投光单元的所述投光轴和所述分光透镜的所述光轴所在的平面呈90度的血管的位置。又，通过使得包含所述投光单元的所述投光轴和所述照射面的所述法线的面相互正交配置，可高精度地确定血管的位置，不论是与所述投光单元的所述投光轴和所述分光透镜的所述光轴所在平面平行的血管，还是与所述投光单元的所述投光轴和所述分光透镜的所述光轴所在平面呈90度的血管。

本发明涉及的血管位置确定装置中，所述分光透镜为非球面透镜。如此，能够对反射光进行高精度地分光。

本发明涉及的血液采集装置为从皮肤下存在的血管采集血液的血液采集装置，包括权利要求1～6中任意一项的血管位置确定装置、和具有用于采集血液的针的针射出单元，该针射出单元在算出的所述血管的位置射出所述针的针射出单元。

如此，使用者不会发生血液的采集失败，可确实而且容易地采集血液。

附图说明

图1是包含本发明涉及的血管位置确定装置111的血液采集装置100的外观图。

图2是包含本发明涉及的血管位置确定装置111的血液采集装置100的外观图。

图3是血液采集装置100的俯视图。

图4是图3中的X-X截面的截面图。

图5是图3中的Y-Y截面的截面图。

图6是说明血管位置的确定方法的原理的图。

图7是显示模拟的条件的图。

图8是显示模拟的结果的图。

图9是显示模拟的结果的图。

图10是显示模拟的结果的图。

图11是显示以往的血管位置确定装置的一例的图。

图12是显示以往的血管位置确定装置的一例的图。

具体实施方式

下面，对本发明的实施例，参考附图进行详细说明。

实施例1

第1构成

1.血液采集装置100的构成

采用图1对本发明涉及的血液采集装置100进行说明。图1为从斜上向观察血液采集装置100的立体图。血液采集装置100包括：血管位置确定装置111和穿刺装置113。穿刺装置113将注射针从体外刺入血管，以采集血液。血管位置确定装置111为确定采集血液的血管的位置的装置。

穿刺装置113安装于血管位置确定装置111，能够拆卸。穿刺装置113的内部具有穿刺针113b（参照图2）。穿刺装置113的侧面中，配置有穿刺按钮B113配置。穿刺装置113的穿刺按钮B113被按下时，配置于内部的穿刺针113b突出到外部。

从斜下方观察到的血液采集装置100的立体图如图2所示。血液采集装置100中，血管位置确定装置111在底部包括穿刺用开孔111a和贴紧面111s。贴紧面111s配置于穿刺用开孔111a的周边。穿刺装置113的穿刺针113b从穿刺用开孔111a突出到外部。

血液采集装置100的使用者将穿刺装置113安装于血管位置确定装置111。使用者对穿刺装置113进行配置，使得要采集血液的皮肤与贴紧面111s紧密贴合。此时，血管位置确定装置111的穿刺用开孔111a的位置处的皮肤形成照射面。

配置血管位置确定装置111后，按压穿刺按钮B113。如此，穿刺针113b从穿刺装置113的端部弹出，插入到体内。

2.血管位置确定装置111的构成

下面采用图3、图4、图5，对血管位置确定装置111的构成进行说明。血液采集装置100的俯视图如图3所示。又，图3所示的血液采集装置100的X-X截面显示于图4、Y-Y截面显示于图5。又，图4和图5中，显示将血液采集装置100配置于人的规定的位置的状态。又，图4显示血液采集装置100的一部分截面图。

如图4所示，血管位置确定装置111包括：近红外光发光单元121、反射光受光单元123，和框体125。近红外光发光单元121和反射光受光单元123安装于框体125的规定的位置。

近红外光发光单元121包括：近红外光发光二极管121d、发光侧透镜121c、和框体121k。近红外光发光单元121具有光轴J121（下面，称为发光单元光轴J121）。近红外光发光二极管121d固定于框体121k的规定的位置，以使近红外光发光二极管121d的中心轴与发光单元光轴J121一致。又，发光侧透镜121c固定于框体121k的规定的位置，以使发光侧透镜121c的光轴与发光单元光轴J121一致。

近红外光发光单元121的发光单元光轴J121相对于照射面P1的法线N1形成角度α。近红外光发光单元121朝着发光单元光轴J121与照射面P1的法线N1的交点Q1的方向（投光方向）出射近红外光。

近红外光发光二极管121d发出介于可见光和红外光之间的波长700nm～3000nm的近红外光。已知近红外光被血液中的血红蛋白吸收。近红外光发光二极管121d通过连接线121l与规定的控制部、电源部连接。

反射光受光单元123包括：受光侧透镜123c、光电二极管阵列123f、和框体123k。受光侧透镜123c为非球面透镜。受光侧透镜123c对近红外光发光单元121投射的近红外光的反射光进行分光。受光侧透镜123c的光轴J123与照射面P1的法线方向N1形成角度β。受光侧透镜123c固定于框体123k的规定的位置。

光电二极管阵列123f由多个光电二极管排列成规定的形状。光电二极管阵列123f的表面作为受光面P3，对由受光侧透镜123c分光的反射光进行受光。光电二极管阵列123f的受光面P3与受光单元光轴J123形成角度γ。这样，通过使得受光面P3相对受光单元光轴J123倾斜地配置光电二极管阵列123f，从而可获得入射面P1的法线方向N1的物质的变化作为受光面P3中的反射光的照度的变化。

光电二极管阵列123f通过连接线123l连接于分析电路（图未示）等。

发光单元光轴J121与受光侧透镜123c的光轴在同一平面内。发光单元光轴J121与受光侧透镜123c的光轴J123配置为，在从照射面P1朝着体内方向距离d的位置处交差。血管位置确定装置111检测发光单元光轴J121与光轴J123C的交点处的血管的有无。

近红外光发光单元121的发光单元光轴J121与照射面P1的法线N1之间的角度α、受光侧透镜123c的光轴J123与照射面P1的法线方向N1之间的角度β、和光电二极管阵列123的受光面P3与受光单元光轴J123之间的角度γ，可随着使用条件、使用器件等，进行适当地选择，从而能够更适当地确定血管位置。

分析电路连接于光电二极管阵列123f。分析电路根据光电二极管阵列123f的受光结果计算照射面P1的法线N1的深度方向的照度。

如图5所示，血管位置确定装置111还包括另一近红外光发光单元127。近红外光发光单元127的构成与近红外光发光单元121相同。但，包含近红外光发光单元127的发光单元光轴J127和照射面P1的法线N1的面、与包含受光侧透镜123c的光轴J123和照射面P1的法线N1的面呈90度配置。

这样，相对于反射光受光单元123，在不同位置处配置多个近红外光发光单元，这样，不过血管的配置状況如何，都可确定血管的位置。

框体125的内部包括近红外光发光单元121、127和反射光受光单元123。框体125在底面具有与皮肤的表面接触的贴紧面111s。又，框体125在贴紧面111s具有穿刺用开孔111a。穿刺用开孔111a的开口面形成照射面P1。穿刺用开孔111a使得红外光发光单元121、127投射的近红外光通过外部，又，仅使得确定血管位置所需要的反射光通过内部，并防止周围光线等不必要的反射光的通过。

又，当设于框体125的测定开始按钮（图未示）被操作时，血管位置确定装置111开始血管位置的确定。

第2血管位置的确定原理和模拟结果

采用图6对血管位置确定装置111中的血管位置的确定方法的原理进行说明。从近红外光发光二极管121d出射的近红外光R1经过发光侧集光透镜121c入射到皮肤。入射到皮肤的近红外光R1的一部分成为皮肤的表面的反射光R3。又，另一部分入射到皮肤的内部。入射到皮肤内部的近红外光在皮肤内部反复发生漫反射，一部分成为来自皮肤内部的反射光R5，从皮肤的表面出射到外部。

又，入射到皮肤内部的近红外光中的到达血管的近红外光R7被血管内的血红蛋白吸收。

这样，近红外光发光单元121d所投射的近红外光R1的反射光中，不包括被血液吸收的近红外光R7。因此，通过分析近红外光R1的反射光，能够确定血液的存在位置，即血管的位置。

血管位置确定装置111确定的血管的位置的实验结果如图7～图10所示。图7～图10显示，近红外光发光单元121d投射的近红外光R1所经过的路径的计算机模拟结果。

图7显示模拟时构筑的模型的条件。如图7所示，本模拟中，血管被当作米氏散射体。因此，到达血管的近红外光不被血管中的血液吸收，而由血管反射。因此，通过血管位置确定装置111实际分析反射光时，血管所在深度处反射光的强度变小，而在模拟中，血管所在深度处的反射光的强度变大。

图8显示皮肤下，上下平行的两根血管为与近红外光的入射面正交的情况下的模拟结果。如图8左图所示，血管分别存在于皮肤下1mm、5mm的深度。

此时，如图8右图所示的检测面上的照度分布所示，深度1mm附近，和深度5mm附近的照度变大。即，血管位置确定装置111能够确定，与近红外光的入射面正交的血管存在于皮肤下1mm、5mm的深度处。

图9显示皮肤下一根血管与近红外光的入射面正交的情况的模拟结果。如图9左图所示，血管在皮肤下3mm的深度。

此时，如图9右图所示的检测面上的照度分布所示，深度3mm附近，照度变大。即，血管位置确定装置111能够确定，与近红外光的入射面正交的血管位于皮肤下3mm的深度。

图10显示，皮肤下一根的血管与近红外光的入射面平行的情况的模拟结果。图10左图所示，血管位于皮肤下3mm的深度。

此时，如图10右所示的检测面上的照度分布，比深度3mm更深的位置处照度变大。即，血管位置确定装置111将皮肤下深度3mm处的血管确定为位于比皮肤下3mm更深的位置。

根据图9和图10的模拟的结果，血管位置确定装置111中，相比血管与近红外光的入射面平行的情况，血管与近红外光的入射面正交的情况下，能够更适当地确定深度。因此，血管位置确定装置111中，两个近红外光发光单元121配置为，使得近红外光的入射面相互正交。如此，能够更加适当地确定血管的位置。

[其他的实施例]

（1）血液采集装置100的构成：上述的实施例1中，血液采集装置100为，由能够相互分离的血管位置确定装置111和穿刺装置113构成，但也可由不可分离的血管位置确定装置111和穿刺装置113形成为一体。

（2）近红外光发光单元的配置：上述的实施例1中，两个近红外光发光单元121、127配置在与反射光受光单元123为正交的位置，但也可是其他的位置而不限于例示。

又，血液采集装置100也可仅配置一个近红外光发光单元121。进一步的，也可在相对于反射光受光单元123在不同的位置配置三个以上近红外光发光单元。

（3）受光侧透镜123c：所述的实施例1中，受光侧透镜123c为非球面透镜，只要是能够对反射光进行分光的透镜即可，不限于例示的。例如，也可为球面透镜。

（4）光电二极管阵列123f：所述的实施例1中，作为获取反射光的亮度的装置示出了光电二极管阵列123f，但只要能够获得反射光的亮度即可，不限于例示的。

工业上的利用可能性

本发明涉及的血管位置确定装置可用于，例如，采集血液检查时所需的血液的血液采集装置。

符号说明

100·····血液采集装置

111·····血管位置确定装置

121····近红外光发光单元

121d··近红外光发光二极管

121c··发光侧透镜

123····反射光受光单元

123c··受光侧透镜

123f··光电二极管阵列

113·····穿刺装置

113b···穿刺针

Claims

1.一种血管位置确定装置，其为确定存在于皮肤下的血管的位置的血管位置确定装置，其特征在于，包括：

投光单元，该投光单元具有与规定的照射面的法线形成规定的角度的投光轴，并朝着所述投光轴和所述法线的交点的方向投射近红外光；

分光透镜，该分光透镜相对于所述照射面位于与所述投光单元的所在侧相同的一侧，对所述投光单元所投射的所述近红外光的反射光受光并进行分光，该分光透镜具有与所述照射面的所述法线形成规定的角度的光轴；

具有对所述被分光后的反射光受光的受光面的受光单元；以及

利用所述受光面的所述反射光的亮度，算出所述血管的位置的血管位置算出单元，

所述投光轴与所述分光透镜的所述光轴的交点相对于所述照射面位于与所述投光单元和所述分光透镜的所在侧相反的一侧。

2.如权利要求1所述的血管位置确定装置，其特征在于，所述受光单元的所述受光面相对于所述光轴倾斜地配置。

3.如权利要求1或权利要求2所述的血管位置确定装置，其特征在于，所述投光单元的所述投光轴和所述分光透镜的所述光轴在同一平面内。

4.如权利要求1或权利要求2所述的血管位置确定装置，其特征在于，包含所述投光单元的所述投光轴和所述照射面的所述法线的面，与包含所述分光透镜的所述光轴和所述照射面的所述法线的面配置为呈规定的角度。

5.如权利要求4所述的血管位置确定装置，其特征在于，包含所述投光单元的所述投光轴和所述照射面的所述法线的面，与包含所述分光透镜的所述光轴和所述照射面的所述法线的面配置为呈90度。

6.如权利要求1～6中任意一项所述的血管位置确定装置，其特征在于，所述分光透镜为非球面透镜。

7.一种血液采集装置，其为从位于皮肤下的血管中采集血液的血液采集装置，其特征在于，包括：

如权利要求1～6所述的任意一项所述的血管位置确定装置；和

具有用于血液采集的针的针射出单元，该针射出单元将所述针射出到算出的所述血管的位置处。

8.一种血液采集方法，其为从位于皮肤下的血管中采集血液的血液采集方法，其特征在于，

以相对于规定的照射面的法线方向为规定的角度的方向作为投光方向，投射近红外光；

采用分光透镜对所述投光单元所投射的所述近红外光的反射光进行分光，该分光透镜相对于所述照射面位于与所述投光单元的所在侧相同的一侧，并以相对于所述照射面的所述法线方向为规定的角度的方向作为光轴方向；

所述被分光后的反射光由受光面受光；

利用所述受光面的所述反射光的亮度，算出所述血管的位置；

在算出的所述血管的位置处，射出用于血液采集的针。