CN108992042B - 一种便携式静脉显像仪及其控制方法 - Google Patents

一种便携式静脉显像仪及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种便携式静脉显像仪及其控制方法，其包括手持式本体以及电源，本体的一端为凹形头部，凹形头部内依次设有铝基板、LED灯群和玻璃罩，LED灯群沿凹形头部的缺口边沿呈弧形阵列排布，LED灯群由多种不同光线波长且按波长大小进行分级的LED灯组合排列而成，相同波长的LED灯在电路上串联形成一组LED灯组，各不同的LED灯组在电路上并联连接，LED灯的波长范围为600‑700nm；在本体的侧面设有开关电位器；本体内部设有MCU控制模块、LED驱动模块和色彩检测装置。本发明改变了现有技术中投影显像的方式，操作便携简单，精准度高，无偏差，显示效果好，是医护人员的好工具，便于大力推广使用。

Description

一种便携式静脉显像仪及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种便携式静脉显像仪及其控制方法，主要用于辅助医护人员进行静脉穿刺的医用光学仪器，属于医用光学组合系统技术领域。
背景技术
在医院中常常需要给病人通过静脉注射药物，而有些比较胖的，或者是小孩子和不同肤色的人群（尤其是黑人），由于皮下脂肪较厚或者肤色较深，血管不容易看到，这就给静脉穿刺带来了困难，此发明就是为了解决这个问题而设计的。
现有技术中也有部分针对该技术问题所发明的技术方案，均是通过图像采集模块采集人体静脉红外图像，并使用投影模块直接投影到人体皮肤表面，直接覆盖在原本的血管静脉位置，增加静脉血管的可视度，显像方法及原理可划分为：图像采集、图像处理、图像投影，采用该种方式虽然能将静脉血管的影像显现在患者的皮肤部位，便于医护人员的操作，但是实施该方案的图像采集及处理过程中，不同皮肤颜色及脂肪的厚度等因素影响较大，且在图像投影过程中，由于显像部位与投影装置之间的距离很难确定等因素影响，实际投影出的静脉图像与实际静脉的粗细程度会有所区别，以及静脉图像的对比度与质量较难把控，容易造成医护人员对静脉血管位置判断错误等现象。
目前地球上主要有4种肤色的人种，黄、白、黑、褐，但实际上，人类的肤色是无数种，因为人的肤色是千变万化的，加上不同地区差异、不同种族通婚、不同工作环境等，形成多色的皮肤。人种是根据体质上可遗传的性状而划分的人群。通常根据肤色、发形等体质特征把全世界的人划分为4个人种：蒙古利亚人或称黄种人，肤色黄、头发直、脸扁平、鼻扁、鼻孔宽大；高加索人或称白种人。皮肤白、鼻子高而狭，眼睛颜色和头发类型多种多样；尼格罗人或称黑种人，皮肤黑、嘴唇厚、鼻子宽、头发卷曲；澳大利亚人或称褐种人，皮肤棕色或巧克力色，但是白种人就有很多不同白色，偏黄，偏红，色彩深浅都不是一致的。因此，现有设计的静脉显像设备无法满足不同肤色人群的变化，若采用固定波长的光照射，则无法满足显像精度和效果。
现有技术中，还有部分是在选取的可见光的特定波长范围内，采用较小和较大两种不同波长的光源同时照射皮肤，以防止不同肤色的视觉效果影响，然而该种方式只是针对皮肤的显像做出了一定的优化，并未做到针对具体的肤色而采用对应的波长光源，其显像精度和效果还会存在一定的差异，且若采用较小和较大两种不同波长的光源同时照射皮肤，两种光源会造成视觉差干扰，且针对不同的肤色，视觉差效果会加大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种便携式静脉显像仪及其控制方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种便携式静脉显像仪，包括手持式本体以及为各电器件提供能量的电源，所述本体的一端为凹形头部，所述凹形头部内依次设有铝基板、LED灯群和玻璃罩，所述LED灯群沿凹形头部的缺口边沿呈弧形阵列排布，所述LED灯群由多种不同光线波长且按波长大小进行分级的LED灯组合排列而成，相同波长的LED灯在电路上串联形成一组LED灯组，各不同的LED灯组在电路上并联连接，且所述LED灯的波长范围为600-700nm；在所述本体的侧面设有开关电位器；在所述本体内部还设有MCU控制模块、LED驱动模块和色彩检测装置，所述色彩检测装置位于所述凹形头部内；所述色彩检测装置包括壳体以及安装在壳体上的光强感应器和光源，所述光源的照射方向与被检测皮肤的平面平行，在壳体的内部还固定设有分光镜，用于将光源发出的光折射于被检测皮肤上并将由皮肤反射的光透射于光强感应器内；所述开关电位器与LED驱动模块、LED灯群形成一电路，通过开关电位器控制LED灯亮灭以及亮度调节；所述MCU控制模块与色彩检测装置、LED驱动模块、LED灯群形成一电路，通过色彩检测装置检测到的信号控制LED灯群中对应光线波长的LED灯组开启。
本发明首先将整体结构设计成手持式本体的结构，便于医护人员的操作使用；将本体的一端设计为凹形头部，在凹形头部设置LED灯群，该LED灯群沿凹形头部排列组合，形成U状透光角度，可以从不同的角度将光射向皮肤和血管，便于更好的将血管部位与皮肤区别开；而LED灯群由多种不同光线波长且按波长大小进行分级的LED灯组合排列而成，且LED灯的波长范围为600-700nm，该波长范围的光源属于血管内血液吸收效果较佳的光谱范围。按波长大小分级设置，目的是根据不同肤色可以选择不同的LED灯的波长，不同波长的LED灯照射，人眼的视觉效果是不同的，通过LED灯的波长的选择，进一步可以提高皮肤和血管的视觉区分效果；结合色彩检测装置的检测数据，可以作为LED波长选择时的数据参考依据。本发明通过凹形头部、LED灯群的排列结构、LED灯群由多种不同光线波长的LED灯组合而成、色彩检测装置以及色彩检测装置的具体结构设计，不仅通过色彩检测装置的设计提高了皮肤反射光谱的检测精度，通过凹形头部、LED灯群的排列结构等技术特征的结合，使该静脉显像仪既方便操作又照射效果好，还通过LED灯群由多种不同光线波长的LED灯组合而成和色彩检测装置的配合使用，可以针对不同的皮肤采用对应波长的LED灯组照射，最终形成既便携又使用效果好的便携式血管显像仪。
进一步地，本发明的所述凹形头部从上往下凹陷呈虎口状。虎口状可提高医护人员的视野范围。
进一步地，本发明还包括近红外灯，所述近红外灯与LED灯群共同组合排列，且与所述开关电位器、LED驱动模块形成一电路。近红外灯所产生的近红外光是指波长在780nm～2526nm范围内的电磁波，在近红外区域，血液中的含氧血红蛋白和血管外的软组织吸收光谱不同，可以明显的看出对比度差别。波长600-700nm的光源作为主光源，而近红外光作为辅助光源，进一步加强血管与皮肤等其它组织间的视觉效果。
进一步地，本发明的控制方法包括以下步骤，
（1）将LED灯群设为n组不同波长的LED灯组，各LED灯组的波长在设定的波长范围内按n等分且数值依次递增，分别为λ1、λ2、λ3…λn-2、λn-1、λn；
（2）将色阶0-255的范围分为与LED灯组相同的n等分组且数值依次递减，分别为S1、S2、S3…Sn-2、Sn-1、Sn；
（3）通过色彩检测装置检测光源经皮肤反射后的光谱色阶并将该信号传送至MCU控制模块；
（4）MCU控制模块根据上述步骤（3）中测得的光谱色阶，确定色阶数值在0-255的范围分布，并选择控制对应光线波长的LED灯组开启，
MCU控制模块控制方法遵循以下规则：同一组号的色阶范围对应同一组号的波长，当光谱色阶在S1范围时，控制波长范围在λ1的灯组开启；当光谱色阶在S2范围时，控制波长范围在λ2的灯组开启；……；当光谱色阶在Sn范围时，控制波长范围在λn的灯组开启。
采用该种控制方法，将LED灯群分成n组不同波长的LED灯组，同时将色阶0-255范围也分成n组，当皮肤越黑时，色彩检测装置检测到光源经皮肤反射后的光谱色阶范围则越小，这时则需要采用尽可能大的波长的LED灯照射，波长越长的光，皮肤透射率越高，皮肤和血管的视觉差较大，便于区别；而当皮肤越白时，色彩检测装置检测到光源经皮肤反射后的光谱色阶范围则越大，这时则需要采用尽可能小的波长的LED灯照射，波长越长的光，皮肤透射率越高，反而导致皮肤和血管的视觉差较弱，不利于区别，故选择较小波长的LED灯照射。
本发明与现有技术对比，具有以下有益效果：本发明根据血管内血液与皮肤及其它组织之间光谱吸收效果的差异化原理，结合本发明的结构设计，通过特定波长范围内的LED灯照射皮肤与血管部位，使皮肤与血管之间呈现不同的视觉差异效果，同时根据不同波长的光对不同颜色皮肤的反射效果不同，进而影响人眼视觉效果的原理，采用先检测皮肤的色阶范围，再选择对应光波长的方式，实现了同一仪器在不同肤色人群中均显示最佳的效果，还可以通过调节开关电位器来控制光照强弱，以适应不同光线强度刺激反应的使用者，改变了现有技术中投影显像的方式，操作便携简单，精准度高，无偏差，显示效果好，是医护人员的好工具，便于大力推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的仰视结构示意图。
图3为本发明的色彩检测装置结构示意图。
图4为本发明的各模块连接结构示意图。
附图中：1为本体，2为凹形头部，21为玻璃罩，22为铝基板，23为LED灯群，3为色彩检测装置，31为壳体，32为光强感应器，33为光源，34为分光镜，4为开关电位器，5为近红外灯。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1-图3，本实施例包括手持式本体1以及为各电器件提供能量的电源。
本体1的一端为凹形头部2，凹形头部2从上往下凹陷呈虎口状。
凹形头部2内依次设有铝基板22、LED灯群23和玻璃罩21。
LED灯群23沿凹形头部2的缺口边沿呈弧形阵列排布，LED灯群23由多种不同光线波长且按波长大小进行分级的LED灯组合排列而成，相同波长的LED灯在电路上串联形成一组LED灯组，各不同的LED灯组在电路上并联连接，且LED灯的波长范围为600-700nm。
在本体1的侧面设有开关电位器4。
在本体1内部还设有MCU控制模块、LED驱动模块和色彩检测装置3，色彩检测装置3位于凹形头部2内。
色彩检测装置3包括壳体31以及安装在壳体31上的光强感应器32和光源33，光源33的照射方向与被检测皮肤的平面平行，在壳体31的内部还固定设有分光镜34，用于将光源33发出的光折射于被检测皮肤上并将由皮肤反射的光透射于光强感应器32内。
如图4所示，开关电位器4与LED驱动模块、LED灯群23形成一电路，通过开关电位器4控制LED灯亮灭以及亮度调节；MCU控制模块与色彩检测装置3、LED驱动模块、LED灯群23形成一电路，通过色彩检测装置3检测到的信号控制LED灯群23中对应光线波长的LED灯组开启。
本实施例还包括近红外灯5，近红外灯5与LED灯群23共同组合排列，且与开关电位器4、LED驱动模块形成一电路。
本实施例的控制方法包括以下步骤，
（1）将LED灯群23设为n组不同波长的LED灯组，各LED灯组的波长在设定的波长范围内按n等分且数值依次递增，分别为λ1、λ2、λ3…λn-2、λn-1、λn；
（2）将色阶0-255的范围分为与LED灯组相同的n等分组且数值依次递减，分别为S1、S2、S3…Sn-2、Sn-1、Sn；
（3）通过色彩检测装置3检测光源33经皮肤反射后的光谱色阶并将该信号传送至MCU控制模块；
（4）MCU控制模块根据上述步骤（3）中测得的光谱色阶，确定色阶数值在0-255的范围分布，并选择控制对应光线波长的LED灯组开启，
MCU控制模块控制方法遵循以下规则：同一组号的色阶范围对应同一组号的波长，当光谱色阶在S1范围时，控制波长范围在λ1的灯组开启；当光谱色阶在S2范围时，控制波长范围在λ2的灯组开启；……；当光谱色阶在Sn范围时，控制波长范围在λn的灯组开启。
。
若LED灯的波长范围取值为600-700nm，共设为5组LED灯组，则可采用下表，
。
本实施例中的MCU控制模块可采用STM32微控制器芯片，光强感应器可采用硅光电二极管，型号为S2387-33R。
以上实施例对本发明作出了较为详细的描述，但是这些描述并非是对本发明的限制，即本发明并不局限于上述实施例的具体结构及描述。本发明的保护范围包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (4)

1.一种便携式静脉显像仪，包括手持式本体以及为各电器件提供能量的电源，其特征在于：所述本体的一端为凹形头部，所述凹形头部内依次设有铝基板、LED灯群和玻璃罩，所述LED灯群沿凹形头部的缺口边沿呈弧形阵列排布，所述LED灯群由多种不同光线波长且按波长大小进行分级的LED灯组合排列而成，相同波长的LED灯在电路上串联形成一组LED灯组，各不同的LED灯组在电路上并联连接，且所述LED灯的波长范围为600-700nm；在所述本体的侧面设有开关电位器；在所述本体内部还设有MCU控制模块、LED驱动模块和色彩检测装置，所述色彩检测装置位于所述凹形头部内；所述色彩检测装置包括壳体以及安装在壳体上的光强感应器和光源，所述光源的照射方向与被检测皮肤的平面平行，在壳体的内部还固定设有分光镜，用于将光源发出的光折射于被检测皮肤上并将由皮肤反射的光透射于光强感应器内；所述开关电位器与LED驱动模块、LED灯群形成一电路，通过开关电位器控制LED灯亮灭以及亮度调节；所述MCU控制模块还与色彩检测装置、LED驱动模块、LED灯群形成一电路，通过色彩检测装置检测到的色阶信号控制LED灯群中对应光线波长的LED灯组开启。
2.根据权利要求1所述的便携式静脉显像仪，其特征在于：所述凹形头部从上往下凹陷呈虎口状。
3.根据权利要求1所述的便携式静脉显像仪，其特征在于：还包括近红外灯，所述近红外灯与LED灯群共同组合排列，且与所述开关电位器、LED驱动模块形成一电路。
4.根据权利要求1所述的便携式静脉显像仪，其特征在于：其控制方法包括以下步骤，
（1）将LED灯群设为n组不同波长的LED灯组，各LED灯组的波长在设定的波长范围内按n等分且数值依次递增，分别为λ1、λ2、λ3…λn-2、λn-1、λn；
（2）将色阶0-255的范围分为与LED灯组相同的n等分组且数值依次递减，分别为S1、S2、S3…Sn-2、Sn-1、Sn；
（3）通过色彩检测装置检测光源经皮肤反射后的光谱色阶并将该信号传送至MCU控制模块；
（4）MCU控制模块根据上述步骤（3）中测得的光谱色阶，确定色阶数值在0-255的范围分布，并选择控制对应光线波长的LED灯组开启，MCU控制模块控制方法遵循以下规则：同一组号的色阶范围对应同一组号的波长，当光谱色阶在S1范围时，控制波长范围在λ1的灯组开启；当光谱色阶在S2范围时，控制波长范围在λ2的灯组开启；……；当光谱色阶在Sn范围时，控制波长范围在λn的灯组开启。
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