CN105107067B - 一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外引导超声定位的浅静脉穿刺辅助系统，其特征在于,所述穿刺系统包括红外引导单元和超声定位单元，所述红外引导单元包括红外光源，信号采集单元，红外图像处理单元，图像投射单元，红外图像显示单元，所述超声定位单元包括高频超声探头，超声图像处理单元，超声图像显示单元，以及固定在超声探头上的穿刺针连接架。该系统不仅能通过红外成像对浅静脉血管进行定位显示，还能在红外图像的引导下，通过超声单元识别静脉血管的深度，从而实现对进针角度和穿刺针深度的实时观察，降低静脉穿刺难度，提高穿刺精度。

Description

一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统

技术领域

本发明涉及一种静脉穿刺辅助器械，具体涉及一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统，属于医疗器械设备技术领域。

背景技术

静脉输液在临床医学上是减缓病情促进病人恢复的一个很重要的方式。静脉穿刺是医护人员必需的技能，对医护人员的专业技能和工作经验要求极高。目前大部分静脉穿刺主要依靠医护人员进肉眼观察和手指触摸来进行血管位置的判断。由于浅静脉纤细，少儿、肥胖患者因皮下脂肪较厚无法显示静脉，年老体弱患者因长期静脉穿刺导致浅静脉硬化而失去弹性，水肿、皮肤较黑的患者其静脉也难以发现。这些情况下无法通过观看和触摸来识别静脉，穿刺极为困难，常常多次穿刺都无法成功，不仅给医护人员增加心理压力，也给患者带来巨大痛苦。

近年，临床上使用超声引导中心静脉穿刺、股静脉穿刺，超声引导深静脉穿刺置管术具有很好的发展。然而深静脉置管需要大量的准备工作以及复杂的杀菌消毒的过程，为了保证患者安全需要专门的护理人员，避免患者感染和并发症。而且静脉置管操作技术难度高，需要对医护人员进行专门的培训。另外，静脉置管的医疗成本也很高。由于浅静脉穿刺定位困难，很多患者选择深静脉穿刺置管，这样不仅增加了患者的医疗风险和医疗成本，也增加了医护人员的工作量。因此，解决浅静脉穿刺的定位问题非常必要。

为了解决上述问题，技术人员开始研发各种医疗器械来帮助医护人员对血管进行定位，例如专利号为201410026491.7中所描述的“血管影像定位装置”。该系统通过透射式光源向人体发射检测光，实现了被测血管原位成像的功能。然后上述专利只能确定静脉血管的位置，医护人员无法对血管深度进行判断，影响对入针角度和走针深度的掌握，无法确定针头是否穿刺成功。因此，迫切需要新的医疗器械既能定位静脉血管，又能检测血管深度。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统，该技术方案不仅具有静脉血管定位功能，而且超声探头对血管进行深度识别，实现实时观察穿刺针动态和深度，调整穿刺针角度，降低静脉穿刺难度，提高穿刺精度。

为了解决上述存在的问题，本发明公开的技术方案如下：红外引导超声定位的静脉穿刺系统，其特征在于, 所述穿刺系统包括红外引导单元和超声定位单元，所述红外引导单元包括红外光源，信号采集单元，红外图像处理单元以及图像投射单元或者红外图像显示单元或者图像投射单元和红外图像显示单元，所述超声定位单元包括高频超声探头，超声图像处理单元，超声图像显示单元，以及固定在超声探头上的穿刺针连接架。

作为本发明的一种改进，所述红外光源发射波长为730nm~990nm的红外光照射在人体被测部位，信号采集单元对光信号进行采集并通过图像处理单元进行信号分析和处理，对图像进行优化并凸显血管部分后得到清晰可视的血管影像；图像投射单元将处理过的图像在人体被测部位进行投射，实现原位成像功能；红外图像显示单元将图像处理单元处理的图像在显示屏进行显示。在实际应用中，图像投射单元和红外图像显示单元选择其中一个，红外图像处理单元将处理后的图像传送至图像投射单元，即在人体被测部位进行投射；或者红外图像处理单元将处理后的图像传送至红外图像显示单元，将处理过的图像在显示屏进行显示；当然图像投射单元和红外图像显示单元也可以同时设置，图像投射单元和红外图像显示单元同时设置时可通过开关进行切换，医护人员可根据最便于观察及穿刺的方式进行选择切换。

作为本发明的一种改进，所述超声探头在血管位置通过发射和接收超声波，接收到血管图像信号通过超声图像处理单元进行信号处理，在超声图像显示单元显示出血管的超声图像。医护人员可根据显示的超声图像来观察穿刺针的动态和穿刺深度，判断是否穿刺成功。所述的高频超声探头可设置为线阵探头，或凸阵探头，或相控阵探头，频率范围是8~100MHz。

作为本发明的一种改进，所述红外图像处理单元和超声图像处理单元均可由FPGA处理器、DSP处理器或者ARM处理器电子电路实现。

作为本发明的一种改进，所述红外图像显示单元和超声图像显示单元由两个显示屏单独进行显示，或者通过图像处理单元进行数据处理，将红外单元获得的血管图像和超声探测的血管图像进行融合计算为三维图像由一个显示屏显示。

一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统，所述静脉穿刺系统包括底座，设置在底座上的支撑杆、固定在支撑杆上的血管定位装置、以及超声探头，所述血管定位装置上设置有血管定位显示屏，所述超声探头通过超声装置连接杆设置在支撑杆上。

作为本发明的一种改进，所述支撑杆上设置有高度调节装置。调节装置对红外引导装置的高度进行微度调节，使血管图像显示处在更加清晰的状态。

作为本发明的一种改进，所述超声装置连接杆实现360°扭转。方便医护人员使用超声探头。

作为本发明的一种改进，所述超声探头上设置有穿刺针连接架，穿刺针通过连接架固定在超声探头上，所述穿刺针连接架固定在超声探头的正面或者侧面。所述穿刺针连接架使穿刺针可在一定角度内进行调节，该角度范围为0—60°。

作为本发明的一种改进，所述底座上设置有穿刺部位放置区，以及调节开关，通过调节开关调节穿刺部位放置区的大小，适应不同人群及不同部位。

作为本发明的一种改进，所述底座上设置有超声显示屏，用于显示血管深度和血管走向，便于医护人员进行穿刺。

相对于现有技术，本发明的优点如下：1）本发明整体结构设计巧妙，结构紧凑；2）该技术方案将血管影响定位以及血管深度检测的方案合二为一，实现实时观察走针角度和深度，降低静脉穿刺难度，提高穿刺精度；3）该技术方案彻底解决血管穿刺困难问题，定位准确，穿刺过程可视化。通过红外技术进行原位成像和显示屏显示，可以准确定位血管，使医护人员快速方便找到血管，超声技术彻底解决了以前血管穿刺盲穿的缺点，超声显示屏使穿刺过程可视化，方便医护人员调整进针角度和穿刺针深度；4）该技术方案中红外光源选择的波长范围是730nm~990nm，该波长范围内的红外光更易被血管吸收，而人体组织吸收较弱，根据这一原理可实现血管成像。红外单元通过驱动电路向人体发射探测光；5）该技术方案中设置了高度调节装置，实现对红外引导装置进行调节，使得血管图像显示处在更加清晰的状态。6）该系统中的超声波显示屏清晰的显示了血管的深度和走向，便于医护人员对血管进行穿刺，提高穿刺的成功率；7）该技术方案降低穿刺难度，提高穿刺精度，大大减少患者痛苦，同时节约医护人员的时间，缩小医护人员的工作量，操作简单方便，易于掌握，并且成本较低，便于市场推广应用。

附图说明

图1是红外引导超声定位的静脉穿刺系统示意图；

图2是静脉穿刺系统的一种实施例结构示意图；

图3是血管穿刺结构示意图；

其中：201是装置底座；202血管定位装置；203超声探头；204血管定位显示屏；205超声显示屏；206穿刺部位放置区；207穿刺部位放置区调节开关；208支撑杆；209超声装置连接杆；210穿刺针连接架；211穿刺针；212高度调节装置。301超声传导凝胶；302静脉血管。

具体实施方式

为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：参见图1，一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统, 所述穿刺系统包括红外引导单元101和超声定位单元107，所述红外引导单元101包括红外光源102，信号采集单元103，红外图像处理单元104，图像投射单元105或者红外图像显示单元106，所述超声定位单元107包括超声探头108，超声图像处理单元109，以及超声图像显示单元110。该技术方案中所述红外光源102发射波长为730nm~990nm的红外光照射在人体被测部位，信号采集单元103对光信号进行采集并通过图像处理单元104进行信号分析和处理，对图像进行优化并凸显血管部分后得到清晰可视的血管影像；图像投射单元105将处理过的图像在人体被测部位进行投射，实现原位成像功能；红外图像显示单元106将图像处理单元104处理的图像在显示屏进行显示。所述超声探头108在血管位置通过发射和接收超声波，接收到血管图像信号通过超声图像处理单元109进行信号处理，在超声图像显示单元110显示出血管的超声图像。医护人员可根据显示的超声图像来观察穿刺针的动态和穿刺深度，判断是否穿刺成功。该技术方案中，信号采集单元103用于采集红外光源投射的人体表面被测部位的漫反射光或透射光的空间分布图像。红外光源发射到人体后，不同组织对红外光吸收不同，信号采集单元103对光信号进行采集，得到的信号通过图像处理单元进行分析处理。图像处理单元对信号采集单元103采集的图像进行信号处理，去除噪音部分，分辨出血管和非血管部分，并将处理结果传递到图像显示单元。图像投射单元105和红外图像显示单元106，接收图像处理单元的信号，将图像投射到人体表面被测部位显示血管影像实现原位成像。根据需要，可将图像处理单元得到的图像信号传输到显示屏上显示被测部位血管图像。在实际应用中，图像投射单元105和红外图像显示单元106选择其中一个，红外图像处理单元将处理后的图像传送至图像投射单元，即在人体被测部位进行投射；或者红外图像处理单元将处理后的图像传送至红外图像显示单元，将处理过的图像在显示屏进行显示；当然图像投射单元和红外图像显示单元也可以同时设置，图像投射单元和红外图像显示单元同时设置时可通过开关进行切换，医护人员可根据最便于观察及穿刺的方式进行选择切换；红外显像技术主要用于血管定位功能，在现有技术的的基础上进行改进，实现血管原位成像以及显示屏成像，促进判断静脉血管位置。通过红外光源向人体发射探测光，通过信号采集单元和图像处理单元，得到血管影像图投射到被测部位形成原位成像，或者显示在显示屏上便于医护人员观察。超声技术主要实现血管深度检测，以及实时观察穿刺针进入血管的情况。在静脉血管通过红外显像技术进行定位以后，通过超声技术实时观察穿刺过程，根据血管的超声图像，判断入针角度和穿刺针深度，达到精确穿刺的目的。主要包括高频超声探头，用于对被测人员发射和接收的超声波；超声波图像处理单元，用于处理超声传感器接收的超声波信号；超声波图像显示单元，接收图像处理单元的信号，并显示被测部位超声图像；穿刺针根据图像显示单元显示的血管深度选择合适的入针角度以及穿刺针深度。

实施例2：参见图1，作为本发明的一种改进，该技术方案中还可以包括测距单元，所述测距单元用于测量人体被测部位和投射单元之间的距离。该设计是为了提示使用人员将人体被测部位和投射单元之间的距离保持在预设范围之内，以获得更好的血管定位效果。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例3：参见图1，所述红外图像处理单元104和超声图像处理单元109均可由FPGA处理器、DSP处理器或者ARM处理器电子电路实现。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例4：参见图1，作为本发明的一种改进，所述红外图像显示单元106和超声图像显示单元110由两个显示屏单独进行显示，或者通过图像处理单元进行数据处理，将红外单元获得的血管图像和超声探测的血管图像进行融合计算为三维图像由一个显示屏显示。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例5：参见图2、3，一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统，所述静脉穿刺系统包括底座201，设置在底座201上的支撑杆208、固定在支撑杆208上的血管定位装置202、以及超声探头203，所述血管定位装置上设置有血管定位显示屏，所述超声探头通过超声装置连接杆设置在支撑杆上，所述超声探头上设置有穿刺针连接架210，所述穿刺针211通过连接架210固定在超声探头上。超声探头具有发射超声信号的功能，用于发射超声信号探测血管深度和走向。超声探头具有接收的超声信号的功能，用于根据探头接收的超声信号检测血管已经检测穿刺针插入血管的情况；用于接收超声信号传递给图像处理单元进行图像处理，并通过图像显示器进行图像显示。超声探头具有用于引导穿刺针作用。通过穿刺架将穿刺针卡在超声探头上，角度可根据静脉血管的分布情况进行调节。

实施例6：参见图2、3，作为本发明的一种改进，所述支撑杆上设置有高度调节装置。调节装置212对红外引导装置202的高度进行微度调节，使血管图像显示处在更加清晰的状态。其余结构和优点与实施例5完全相同。

实施例7：参见图2、3，作为本发明的一种改进，所述超声装置连接杆可360°扭转。方便医护人员使用超声探头。其余结构和优点与实施例5完全相同。

实施例8：参见图2、3，作为本发明的一种改进，所述底座201上设置有穿刺部位放置区206，以及调节开关207，通过调节开关207调节穿刺部位放置区206的大小，适应不同人群及不同部位；所述底座上设置有超声显示屏205。其余结构和优点与实施例5完全相同。

实施例9：参见图2、3，穿刺针连接架210可以对穿刺针211进行角度调节，使穿刺针211与皮肤表面之间实现不同角度，例如在0~60°之间任意转换，医护人员可根据血管深度选择合适的角度和方向进行穿刺。

工作过程：参见图1—图3，在对患者进行静脉穿刺时，防止患者需要穿刺的部位如胳膊、腿、手等乱动，医护人员需要腾出一只手来按住患者，为了使得医护人员方便穿刺得到更好的穿刺效果，将患者胳膊、腿等固定在穿刺部位放置区206处并根据患者情况，通过调节开关207调节放置区的大小，适应不同人群及不同部位；红外引导位装置202固定在一定距离内，例如在红外引导装置与被测部位距离在15~35cm内时定位效果较好，使用时医护人员根据得到的血管影像使用高度调节装置212对红外引导装置202的高度进行微度调节，使血管图像显示处在更加清晰的状态。根据红外引导装置202选定好血管后，根据投射到被测部位的血管原位成像或者显示屏中的血管影像，扭转超声装置连接杆209将超声探头203置于血管部位，对选定血管进行超声探测。超声装置连接杆209可360度灵活扭转，方便医护人员使用超声探头。参见图3，根据超声图像显示屏205显示了血管深度和血管走向，医护人员对通过红外确定的血管进行穿刺。根据显示内容调节穿刺针连接架210，选择合适的入针角度，将穿刺针211刺入血管301。观察穿刺针211在超声图像显示屏中的图像，选择合适的走针深度，直到穿刺成功。

本发明适用于临床需要静脉血管穿刺的各科室，特别适用于需要静脉穿刺的肥胖、浮肿或肤色较深的患者。该技术方案不仅能解决了医护人员无法确定患者血管位置的困难，也解决了穿刺过程中入针角度和走针深度的问题。满足对血管穿刺困难患者的需要，也有利于穿刺初学者掌握血管穿刺技术。

本发明还可以将实施例2、3、4所述技术方案中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。本发明还可以将实施例6、7、8所述技术方案中的至少一个与实施例5组合，形成新的实施方式。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种红外引导超声定位的静脉穿刺系统，其特征在于,所述静脉穿刺系统包括红外引导单元、超声定位单元、底座、设置在所述底座上的支撑杆、固定在所述支撑杆上的血管定位装置、以及测距单元；

所述底座上设置有穿刺部位放置区以及调节开关，通过所述调节开关调节所述穿刺部位放置区的大小，以适应不同人群及不同部位；所述血管定位装置上设置有血管定位显示屏；

所述红外引导单元包括红外光源、信号采集单元、红外图像处理单元、图像投射单元和红外图像显示单元；所述红外光源发射波长为730nm～990nm的红外光照射在人体被测部位；所述信号采集单元用于采集所述红外光源投射的人体表面被测部位的漫反射光或透射光的空间分布图像，所述红外光源发射到人体后，不同组织对红外光吸收不同，所述信号采集单元对红外光信号进行采集并通过所述红外图像处理单元进行信号分析和处理，对图像进行优化并凸显血管部分后得到清晰可视的血管影像，并将处理结果传递到所述红外图像显示单元；所述图像投射单元将处理过的图像在所述人体被测部位进行投射，实现原位成像功能；所述红外图像显示单元将所述红外图像处理单元处理的图像在显示屏进行显示；

所述超声定位单元包括高频超声探头、超声图像处理单元、超声图像显示单元以及穿刺针连接架；所述穿刺针连接架固定在所述高频超声探头的正面或者侧面；所述高频超声探头通过超声装置连接杆设置在所述支撑杆上；所述高频超声探头通过发射和接收超声波，接收到血管图像信号，并通过所述超声图像处理单元进行信号处理，以在所述超声图像显示单元显示出血管的超声图像；所述支撑杆上设置有高度调节装置；

所述红外图像显示单元和所述超声图像显示单元通过图像处理单元进行数据处理，将所述红外引导单元获得的血管图像和超声探测的血管图像进行融合计算为三维图像由一个显示屏显示；所述红外引导单元实现引导浅静脉血管定位，所述超声定位单元进行血管深度识别，实现实时观察穿刺针动态和深度；

所述测距单元用于测量所述人体被测部位和所述图像投射单元之间的距离，以使所述人体被测部位和所述图像投射单元之间的距离保持在预设范围之内。

2.根据权利要求1所述的静脉穿刺系统，其特征在于，所述高频超声探头为线阵探头、凸阵探头或相控阵探头。

3.根据权利要求1所述的静脉穿刺系统，其特征在于，所述高频超声探头频率范围是8～100MHz。

4.根据权利要求1所述的静脉穿刺系统，其特征在于，所述穿刺针连接架使所述穿刺针在一定角度内进行调节，该角度范围为0—60°。

5.根据权利要求1或4所述的静脉穿刺系统，其特征在于，所述超声装置连接杆实现360°扭转。

6.根据权利要求5所述的静脉穿刺系统，其特征在于，所述底座上设置有超声图像显示屏。