CN103417196A - 一种静脉显影仪及显影方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静脉显影仪及显影方法，显影仪包括一个用于对较深静脉进行显影的光学系统和一个液晶显示系统，光学系统包括近红外光源、静脉图像采集器；静脉图像采集器将反射光分作两路以分离近红外光和可见光，近红外反射光包含了较深处（>3mm）静脉的信息，对其进行图像增强后与可见光图像进行图像融合，并显示在液晶显示屏上供医生行静脉穿刺时参考。由于采用了动态的逐帧图像融合算法，由近红外光激发得到的静脉增强图像可以实时地叠加在普通图像上，整个静脉穿刺过程可以完整的显示在液晶屏上。

Description

一种静脉显影仪及显影方法

 

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，更具体地，涉及一种静脉显影仪及显影方法。

背景技术

在医疗领域，抽血化验、静脉输液、输血等都需要进行静脉穿刺。然而，肤色较深、静脉较深较细者的静脉穿刺难度较大。首次静脉穿刺成功率的下降给病人心理和血管本身都造成负担和损害；另外，在某些特殊情况下，静脉穿刺成功率还直接影响危重、急诊病人的抢救。

近几年市面上出现了一种帮助医生定位皮下静脉的仪器——静脉显影仪，利用近红外有较深的组织穿透深度以及静脉对近红外光有较强的吸收这两个特点来对静脉进行显影。代表产品是Christies公司的VeinViewer和Accuvein公司的AV 300和AV 400。它们都采用投影式显影方法，将增强的静脉图像用绿光或红光直接投射到待行穿刺的皮肤表面。这种方式较为直观，医生可利用投影直接在穿刺的皮肤上感知静脉的位置。然而，Accuvein采用的光源是激光，一定能量的近红外激光辐射会灼伤视网膜，甚至引起白内障；Christies的产品体积较大，在易用性方面有待改善。 

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种静脉显影仪，该静脉显影仪能够克服上述激光引起的伤害，且具有有效、使用方便的特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种静脉显影仪，包括近红外波段LED光源、图像采集器和图像处理器，所述近红外波段LED光源用于照射覆盖待进行静脉穿刺的皮肤表面；所述图像采集器用于采集照射在皮面表面的近红外光束和可见光束，将近红外光束和可见光束分开，分别转换成近红外的成像和可见光的成像；所述图像处理器用于叠加处理近红外的成像和可见光的成像，图像处理器上装设有用于显示成像图像的显示器；

所述图像采集器包括孔径光阑、聚焦系统、分光系统及光电检测器，所述光束通过孔径光阑的孔进入聚焦系统聚焦，聚焦后由分光系统分光，继而进入光电检测器成像；所述聚焦系统用于通过一系列透镜使得皮肤和静脉能够在光电检测器上形成清晰的像，所述分光系统用于将近红外光束和可见光束分开，所述光电检测器用于完成光电转换，实现成像。

光源、图像采集器和图像处理器可以被集成在一个主机壳内，该外壳上可设计一个翻转铰链的接口，显示器通过翻转铰链连接主机，以使得显示器可以盖在主机上或沿垂直转轴的方向翻开；图像采集器和图像处理器上显示器分开放置，区别于以往的一体化显影仪，本发明中图像采集器和显示器可独立的设置其方位和角度，前者以保证最佳图像采集效果为设置依据，后者以最方便于医生操作为设置依据；上述近红外光束包含了较深处（>3 mm）静脉的信息。

更进一步的，所述近红外波段LED光源由若干个LED以组合的方式对称地排列在图像采集器的孔径光阑周围。

其中LED光源所属为近红外波段，即700 nm~1320 nm的静脉光学窗口。若干个LED以组合的方式形成均匀、功率足够的近红外辐射面，覆盖待进行静脉穿刺的皮肤表面。

更进一步的，分光系统的实现分光的具体方式可以为：由50/50二向分光镜将混合光均分为两束；用平面镜调整二向分光镜的反射光光束角度；其中一束通过窄带带通近红外滤光片滤光，例如带宽为15 nm的850 nm带通滤光片滤光后进入光电检测器；另外一束通过短波通型可见光滤光片滤光，例如410~700 nm滤光片滤光接着进入光电检测设备。

更进一步的，分光系统的实现分光的具体方式还可以为：将混合光通入反热镜，75%以上的可见光透过形成可见光束；95%以上的红外光反射，用平面镜调整二向分光镜的红外反射光光束角度形成近红外光束；已分离的可见光和近红外光分别接入光电检测器。

更进一步的，所述光电检测器包括用于接收红外光束的近红外光电检测器和用于接收可见光的可见光检测器，所述近红外光电检测器采用单色面阵CCD，可见光检测器采用彩色或单色面阵CCD。

更进一步的，所述光电检测器包括用于接收红外光束的近红外光电检测器和用于接收可见光的可见光检测器，所述近红外光电检测器采用单色线阵CCD，可见光检测器采用彩色或单色线阵CCD；采用线阵CCD可降低CCD设备的成本，但是需要配以控制装置实现扫描和同步。

更进一步的，所述光电检测器包括用于接收红外光束的近红外光电检测器和用于接收可见光的可见光检测器，所述近红外光电检测器和可见光检测器采用CMOS以降低成本。

更进一步的，所述光电检测器采集时序以可编程逻辑器件实现，可编程逻辑器件采用动态的逐帧图像融合方法，由近红外光激发得到的静脉增强图像可以实时地叠加在普通图像上；可编程逻辑器件可采用FPGA。

更进一步的，所述图像处理器为DSP处理器，采用DSP处理器进行图像的叠加，图像处理算法也可以用可编程逻辑器件FPGA实现。

图像采集器与图像处理器分离，可以通过电缆进行信号传输，图像处理器上装设的显示器可以根据用户使用需要调整方位和角度以形成最佳的观测视角。

图像采集器上还可以增加显示设备的接口，以使得叠加图像连续的以视频方式显示在尺寸更大、配交流电源的外部显示器上，采用这种方式可以在医生使用该仪器时供有需要的查看。

图像处理器在进行图像融合方法时，静脉近红外图像被显著的增强，并以灰度或伪彩的形式叠加在可见光图像上；静脉的中心位置被确定，并以线条显示地标注在图像上供医生参考。

本发明的有一目的是提出一种静脉显影方法，该方法可以在无害的状态下辅助静脉穿刺，在提高静脉穿刺的准确率的同时，提高使用操作的便利性。

其具体技术方案为：一种静脉显影方法，近红外波段LED作为光源照射静脉穿刺目标的皮肤表面；近红外光束和可见光束混合形成混合光进入光路，采用分光系统将近红外光束和可见光束分开，并分别进入近红外检测器和可见光检测器成像，采用图像融合方法将近红外检测器的成像叠加在可见光检测器的成像上，并在显示器上显示。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：采用LED作为近红外光源能够避免激光光束对人体的伤害，且相比激光成本更低；与以往液晶显示器仅提供用户命令接口、或仅显示增强的静脉分支图相比，本发明的静脉穿刺仪将人体皮肤和静脉叠加成像在同一显示界面，为医生提供更多信息；医生（使用者）只需要通过观察显示界面即可清楚的了解穿刺的具体情形，给使用者的操作带来便利性，且能够显著的提高穿刺的准确率；图像采集器和显示器的分离，区别于以往的一体化显影仪，本发明中图像采集器和显示器可独立的设置其方位和角度，前者以保证最佳图像采集效果为设置依据，后者以最方便于医生操作为设置依据。

附图说明

图1是本发明实施提供的静脉显影仪原理图。

图2是本发明实施例中图像采集器的分光系统的一种分光示意图。

图3是本发明实施例中图像采集器的分光系统的又一种分光示意图。

图4为本发明实施例中图像采集器的分光系统的第三种分光示意图。

图5是本发明实施例中图像融合方法的组成。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1，一种静脉显影仪，包括近红外波段LED光源、图像采集器和图像处理器，所述近红外波段LED光源用于照射覆盖待进行静脉穿刺的皮肤表面；所述图像采集器用于采集照射在皮面表面的近红外光束和可见光束，将近红外光束和可见光束分开，分别转换成近红外的成像和可见光的成像；所述图像处理器用于叠加处理近红外的成像和可见光的成像，图像处理器上装设有用于显示成像图像的显示器；

所述图像采集器包括孔径光阑1、聚焦系统2、分光系统3及光电检测器4，所述光束通过孔径光阑1的孔进入聚焦系统2聚焦，聚焦后由分光系统3分光，继而进入光电检测器4成像；所述聚焦系统2用于通过一系列透镜使得皮肤和静脉能够在光电检测器4上形成清晰的像，所述分光系统3用于将近红外光束和可见光束分开，所述光电检测器4用于完成光电转换，实现成像。

在具体实施时，可以将光源、图像采集器和图像处理器被集成在一个主机壳内，该外壳上可设计一个翻转铰链的接口，显示器通过翻转铰链连接主机，以使得显示器可以盖在主机上或沿垂直转轴的方向翻开。图像采集器和图像处理器上显示器分开放置，区别于以往的一体化显影仪，本发明中图像采集器和显示器可独立的设置其方位和角度，前者以保证最佳图像采集效果为设置依据，后者以最方便于医生操作为设置依据。

其中，近红外波段LED光源是700 nm~1320 nm的静脉光学窗口，若干个LED以组合的方式形成均匀、功率足够的近红外辐射面，覆盖待进行静脉穿刺的皮肤表面。近红外波段LED光源由若干个LED以组合的方式对称地排列在图像采集器的孔径光阑1周围。

在具体实施时，光电检测器4包括用于接收红外光束的近红外光电检测器41和用于接收可见光的可见光检测器42，近红外光电检测器41采用单色面阵CCD，可见光检测器42采用彩色或单色面阵CCD。

其中可见光检测器4还可以采用彩色或单色线阵CCD；采用线阵CCD可降低CCD设备的成本，但是需要配以控制装置实现扫描和同步。

其中近红外光电检测器41和可见光检测器42还可以采用CMOS以降低成本。

如图2所示，分光系统3的实现分光的具体方式可以为：由50/50二向分光镜31将混合光均分为两束；用平面镜调整二向分光镜的反射光光束角度；其中一束通过窄带带通近红外滤光片滤光，例如带宽为15 nm的850 nm带通滤光片滤光后进入近红外光电检测器41；另外一束通过短波通型可见光滤光片滤光，例如410~700 nm滤光片滤光接着进入可见光检测器42。

如图3所示，分光系统3的实现分光的具体方式还可以为：将混合光通入反热镜32，大部分（例如，75%以上）的可见光透过形成可见光束；大部分（例如，95%以上）的红外光反射，用平面镜调整二向分光镜的红外反射光光束角度形成近红外光束；已分离的可见光接入可见光检测器42和近红外光接入近红外光电检测器41。

如图4所示，为了节约成本，可以用一个光电检测器分时的对近红外图像和可见光图像进行采样。挡光板在开关的控制下每次选通一条光路，两光路被轮流采样。

如图5所示，采集到的近红外图像和可见光图像通过图像融合算法进行叠加。由于两幅原始图像可能存在角度和大小的差异，首先需要进行图像的自动配准，这一过程的关键步骤是边缘检测。近红外图像在边缘检测之后，进行图像增强以提高感兴趣部分，即静脉血管的对比度。增强后的近红外静脉图像经过角度和大小的校正，最后与可见光图像叠加在一起，校正参数由图像配准过程得到。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静脉显影仪，其特征在于，包括近红外波段LED光源、图像采集器和图像处理器，所述近红外波段LED光源用于照射覆盖待进行静脉穿刺的皮肤表面；所述图像采集器用于采集照射在皮面表面的近红外光束和可见光束，将近红外光束和可见光束分开，分别转换成近红外的成像和可见光的成像；所述图像处理器用于叠加处理近红外的成像和可见光的成像，图像处理器上装设有用于显示成像图像的显示器；

所述图像采集器包括孔径光阑、聚焦系统、分光系统及光电检测器，所述光束通过孔径光阑的孔进入聚焦系统聚焦，聚焦后由分光系统分光，继而进入光电检测器成像；所述聚焦系统用于通过一系列透镜使得皮肤和静脉能够在光电检测器上形成清晰的像，所述分光系统用于将近红外光束和可见光束分开，所述光电检测器用于完成光电转换，实现成像。

2.根据权利要求1所述的静脉显影仪，其特征在于，所述近红外波段LED光源由若干个LED以组合的方式对称地排列在图像采集器的孔径光阑周围。

3.根据权利要求2所述的静脉显影仪，其特征在于，分光系统的实现分光的具体方式为：由50/50二向分光镜将混合光均分为两束；用平面镜调整二向分光镜的反射光光束角度；其中一束通过窄带带通近红外滤光片滤光，另外一束通过短波通型可见光滤光片滤光。

4.根据权利要求2所述的静脉显影仪，其特征在于，分光系统的实现分光的具体方式为：将混合光通入反热镜，75%以上的可见光透过形成可见光束；95%以上的红外光反射，用平面镜调整二向分光镜的红外反射光光束角度形成近红外光束。

5.根据权利要求3或4所述的静脉显影仪，其特征在于，所述光电检测器包括用于接收红外光束的近红外光电检测器和用于接收可见光的可见光检测器，所述近红外光电检测器采用单色面阵CCD，可见光检测器采用彩色或单色面阵CCD。

6.根据权利要求3或4所述的静脉显影仪，其特征在于，所述光电检测器包括用于接收红外光束的近红外光电检测器和用于接收可见光的可见光检测器，所述近红外光电检测器采用单色线阵CCD，可见光检测器采用彩色或单色线阵CCD。

7.根据权利要求3或4所述的静脉显影仪，其特征在于，所述光电检测器包括用于接收红外光束的近红外光电检测器和用于接收可见光的可见光检测器，所述近红外光电检测器和可见光检测器采用CMOS。

8.根据权利要求3或4所述的静脉显影仪，其特征在于，所述光电检测器采集时序以可编程逻辑器件实现。

9.根据利要求8所述的静脉显影仪，其特征在于，所述图像处理器为DSP处理器。

10.一种静脉显影方法，其特征在于，近红外波段LED作为光源照射静脉穿刺目标的皮肤表面；近红外光束和可见光束混合形成混合光进入光路，采用分光系统将近红外光束和可见光束分开，并分别进入近红外检测器和可见光检测器成像，采用图像融合方法将近红外检测器的成像叠加在可见光检测器的成像上，并在显示器上显示。

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