CN106805939A - 一种近红外波段led光源影像成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近红外波段LED光源影像成像系统，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、影像采集器；影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，对其进行影像增强后与可见光影像进行影像融合，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影像融合算法，由近红外光激发得到的静脉增强影像可以实时地叠加在普通影像上，整个静脉穿刺过程可以完整的显示在液晶屏上。

Description

一种近红外波段LED光源影像成像系统

技术领域

本申请属于医用成像仪器技术领域，具体的说，涉及一种近红外波段LED光源影像成像系统。

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AV300和AV400。

它们都采用投影式显影方法，将增强的静脉影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)，提供一种近红外波段LED光源影像成像系统，

该近红外波段LED光源影像成像系统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：

一种近红外波段LED光源影像成像系统，包括近红外波段LED光源、影像采集器和影像处理器，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；所述影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；所述影像处理器用于叠加处理近红外的成像和可见光的成像，影像处理器上装设有用于显示成像影像的显示器；

所述影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、影像采集器和影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；影像采集器和影像处理器上显示器分开放置，区别于以往的一体化显影仪，本发明中影像采集器和显示器可独立的设置其方位和角度，前者以保证最佳影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(>3mm)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影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700nm～1320nm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15nm的850nm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410～700nm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影像融合方法，由近红外光激发得到的静脉增强影像可以实时地叠加在普通影像上；可编程逻辑器件可采用FPGA。

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

影像采集器与影像处理器分离，可以通过电缆进行信号传输，影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。

影像采集器上还可以增加显示设备的接口，以使得叠加影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。

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

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，采用影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；影像采集器和显示器的分离，区别于以往的一体化显影仪，本发明中影像采集器和显示器可独立的设置其方位和角度，前者以保证最佳影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近红外波段LED光源影像成像系统原理图。

图2是本发明实施例中影像采集器的分光系统的一种分光示意图。

图3是本发明实施例中影像采集器的分光系统的又一种分光示意图。

图4为本发明实施例中影像采集器的分光系统的第三种分光示意图。

图5是本发明实施例中影像融合方法的组成。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1，一种近红外波段LED光源影像成像系统，包括近红外波段LED光源、影像采集器和影像处理器，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；所述影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；所述影像处理器用于叠加处理近红外的成像和可见光的成像，影像处理器上装设有用于显示成像影像的显示器；

所述影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、影像采集器和影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。影像采集器和影像处理器上显示器分开放置，区别于以往的一体化显影仪，本发明中影像采集器和显示器可独立的设置其方位和角度，前者以保证最佳影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700nm～1320nm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影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15nm的850nm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410～700nm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影像和可见光影像进行采样。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，采集到的近红外影像和可见光影像通过影像融合算法进行叠加。由于两幅原始影像可能存在角度和大小的差异，首先需要进行影像的自动配准，这一过程的关键步骤是边缘检测。近红外影像在边缘检测之后，进行影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影像经过角度和大小的校正，最后与可见光影像叠加在一起，校正参数由影像配准过程得到。

最后应说明的是：以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种近红外波段LED光源影像成像系统，其特征在于，包括近红外波段LED光源、影像采集器和影像处理器，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；所述影像采集器用于采集照射在皮肤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；所述影像处理器用于叠加处理近红外的成像和可见光的成像，影像处理器上装设有用于显示成像影像的显示器；

所述影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；

近红外波段LED光源、影像采集器和影像处理器集成在一个主机壳内，该外壳上设有一个翻转铰链的接口，显示器通过翻转铰链连接主机，以使得显示器能够盖在主机上或沿垂直转轴的方向翻开；影像采集器和影像处理器上显示器分开放置；

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影像采集器的孔径光阑周围，LED光源是波长为700nm～1320nm的光源。

2.根据权利要求1所述的近红外波段LED光源影像成像系统，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。

3.根据权利要求1所述的近红外波段LED光源影像成像系统，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。

4.根据权利要求2或3所述的近红外波段LED光源影像成像系统，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。

5.根据权利要求2或3所述的近红外波段LED光源影像成像系统，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。

6.根据权利要求2或3所述的近红外波段LED光源影像成像系统，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。

7.根据权利要求2或3所述的近红外波段LED光源影像成像系统，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。

8.根据利要求7所述的近红外波段LED光源影像成像系统，其特征在于，所述影像处理器为DSP处理器。