CN109171905A - 基于红外成像的穿刺引导设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于红外成像的穿刺引导设备，所述设备包括：红外摄像头、显像仪、穿刺针头、红外发射器；所述穿刺针头通过光纤与红外发射器连接，所述红外发射器发射的红外光通过所述光纤传输至所述穿刺针头，并在待穿刺部位处形成光斑。所述红外摄像头与所述显像仪连接，所述红外摄像头用于采集所述穿刺针头作用于所述待穿刺部位的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显像仪。所述显像仪用于处理接收到的所述图像信息得到处理结果，并将接收的所述图像信息及所述处理结果进行显示，以进行穿刺引导。通过红外光在不同的环境下形成的不同形式的光斑，判断穿刺针头是否进入血管，通过显像仪对判断结果进行显示，从而对穿刺过程进行引导。

Description

基于红外成像的穿刺引导设备

技术领域

本申请涉及医疗设备领域，具体而言，涉及一种基于红外成像的穿刺引导设备。

背景技术

穿刺，在医疗中具有特别广泛的应用。在实际穿刺操作中，医生通常是依靠经验和对解剖学的理解直接从体表进行穿刺，对医护人员的专业技能和工作经验要求极高。

目前的核磁、CT和超声三大成像技术都能在穿刺中进行应用，其中，利用核磁、CT成像的引导穿刺，一般是先对人体结构进行成像，在人体表面做好标记并规划进针路线，在穿刺的过程中无法通过实时影像进行穿刺引导。

利用超声成像的穿刺引导是目前应用最为广泛的实时成像手段，但缺点在于分辨率较低、图像噪声大、组织器官区分度低且成像方式单一，无法对穿刺进行实时引导。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种基于红外成像的穿刺引导设备。

本申请实施例提供一种基于红外成像的穿刺引导设备，所述设备包括：

红外摄像头、显像仪、穿刺针头、红外发射器；

所述穿刺针头通过光纤与红外发射器连接，所述红外发射器发射的红外光通过所述光纤传输至所述穿刺针头，并在待穿刺部位处形成光斑。

所述红外摄像头与所述显像仪连接，所述红外摄像头用于采集所述穿刺针头作用于所述待穿刺部位的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显像仪。

所述显像仪用于处理接收到的所述图像信息得到处理结果，并将接收的所述图像信息及所述处理结果进行显示，以进行穿刺引导。

可选地，在本实施例中，所述显像仪包括图像接收单元、图像处理单元和图像显示单元，所述图像接收单元与所述图像处理单元和所述图像显示单元连接，所述图像处理单元与所述图像显示单元连接。

所述图像接收单元用于接收所述红外摄像头采集的图像信息并发送至所述图像处理单元及所述图像显示单元。

所述图像处理单元用于对所述图像信息进行处理，并将处理结果发送至所述图像显示单元。

所述图像显示单元用于显示所述图像信息及所述处理结果。

可选地，在本实施例中，所述图像处理单元包括计算模块和判断模块：

所述计算模块用于计算光斑的面积值及光斑的亮度值。

所述判断模块用于根据所述光斑的面积值及光斑的亮度值的变化判定所述穿刺针头是否进入血管，并将判定结果发送至所述图像显示单元。

可选地，在本实施例中，所述图像处理单元还包括监控模块，所述监控模块用于实时获取光斑的位置、面积大小及亮度值信息，根据获取的信息判断所述穿刺针头是否位于血管中，并将获取的信息发送给所述图像显示单元，以便在所述图像显示单元上进行穿刺引导提醒。

可选地，在本实施例中，所述图像处理单元还包括滤波模块；所述滤波模块用于对所述图像信息进行滤波处理，降低所述图像信息的噪声，并将处理后的图像信息发送至所述计算模块，所述滤波处理包括中值滤波处理和均值滤波处理。

可选地，在本实施例中，所述计算模块具体用于：

通过阈值分割算法对背景和光斑进行分离，计算光斑的位置；

通过连通区域求取连通区域以计算光斑的面积值；

计算光斑中像素点的灰度平均值，并将所述灰度平均值作为光斑的亮度值。

可选的，在本实施例中，所述判断模块具体用于：

当检测到所述光斑的面积值由小变大时，判定所述穿刺针头进入所述待穿刺部位的皮肤表层；

当检测到所述光斑的面积值再由大变小时，判定所述穿刺针头进入所述待穿刺部位的血管中。

可选的，在本实施例中，所述计算模块还用于：

根据接收到的待穿刺部位的图像信息计算所述待穿刺部位血管的宽度及长度。

可选的，在本实施例中，所述图像处理单元还包括自动定位模块；所述自动定位模块用于根据所述计算模块计算的血管的宽度和长度推荐最佳穿刺血管及最佳穿刺点，并通过图像显示单元标注出最佳穿刺点。

可选的，在本实施例中，所述图像显示单元为触摸显示单元或按键显示单元。

相对于现有技术，本申请实施例具有以下有益效果：

本申请提供了一种基于红外成像的穿刺引导设备，所述设备包括：红外摄像头、显像仪、穿刺针头、红外发射器；所述穿刺针头通过光纤与红外发射器连接，所述红外发射器发射的红外光通过所述光纤传输至所述穿刺针头，并在待穿刺部位处形成光斑。所述红外摄像头与所述显像仪连接，所述红外摄像头用于采集所述穿刺针头作用于所述待穿刺部位的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显像仪。所述显像仪用于处理接收到的所述图像信息得到处理结果，并将接收的所述图像信息及所述处理结果进行显示，以进行穿刺引导。通过红外光在不同的环境下形成的不同形式的光斑，判断穿刺针头是否进入血管，通过显像仪对判断结果进行显示，从而对穿刺过程进行引导。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的基于红外成像的穿刺引导设备的结构图；

图2为本申请实施例提供的显像仪的系统结构框图；

图3为本申请实施例提供的图像处理单元的功能模块图之一；

图4为本申请实施例提供的图像处理单元的的功能模块图之二；

图5为本申请实施例提供的图像显示单元的功能模块图之三。

图标：1-基于红外成像的穿刺引导设备；10-红外摄像头；11-显像仪；12-穿刺针头；13-光纤；14-红外发射器；110-图像接收单元；111-图像处理单元；112-图像显示单元；1111-计算模块；1112-判断模块；1113-监控模块；1114-滤波模块；1115-自动定位模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的基于红外成像的穿刺引导设备的结构图，所述设备1包括：红外摄像头10、显像仪11、穿刺针头12、红外发射器14。

所述穿刺针头12通过光纤13与所述红外发射器14连接，所述红外发射器14发出的红外光通过所述光纤13传输至所述穿刺针头12，并在待穿刺部位处形成光斑。

所述红外摄像头10与所述显像仪11连接，所述红外摄像头10用于采集所述穿刺针头12作用于所述待穿刺部位的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显像仪11。

所述显像仪11用于处理接收到的所述图像信息得到处理结果，并将接收的所述图像信息及所述处理结果进行显示，以进行穿刺引导。

在本实施例中，所述显像仪11能够直接显示所述红外摄像头10采集的光斑的图像信息和待穿刺部位的图像信息，也能显示所述显像仪11处理所述图像信息后得到的处理结果，其中，所述处理结果包括所述光斑的面积值和光斑的亮度值，所述处理结果还包括所述穿刺针头12是否进入血管，以文字的形式显示在所述显像仪上。

请参照图2，图2为本申请实施例提供的显像仪的系统结构框图，所述显像仪11包括图像接收单元110、图像处理单元111和图像显示单元112，所述图像接收单元110与所述图像处理单元111和所述图像显示单元112连接，所述图像处理单元111与所述图像显示单元112连接。

所述图像接收单元110用于接收所述红外摄像头采集的图像信息并发送至所述图像处理单元111及所述图像显示单元112；所述红外摄像头10采集的图像信息包括红外光照射所述待穿刺部位形成的光斑以及待穿刺部位。

所述图像处理单元111用于对所述图像信息进行处理，并将处理结果发送至所述图像显示单元112。

所述图像显示单元112用于显示所述图像信息及所述处理结果。

在本申请实施例中，所述图像处理单元111计算所述光斑的面积值和光斑的亮度值，通过检测光斑的面积值的大小变化，以及光斑的亮度值的大小变化，得到穿刺针头是否进入血管的判定结果，并将判定结果通过所述图像显示单元112显示，所述光斑和所述待穿刺部位的图像信息也通过所述图像显示单元112显示。

请参照图3，图3为本申请实施例提供的图像处理单元的功能模块图之一，所述图像处理单元111包括计算模块1111和判断模块1112。

所述计算模块1111用于计算光斑的面积及光斑的亮度值；

所述判断模块1112用于根据所述光斑的面积值及光斑的亮度值的变化判定所述穿刺针头是否进入血管，并将判定结果发送至所述图像显示单元112。

其中，所述计算模块1111通过阈值分割算法将所述光斑与背景图像分割，确定光斑的位置，再通过连通区域算法计算与亮度值的差值小于一定阈值的联通的区域中的像素点数量，用所述像素点的数量表示所述光斑的面积值；所述计算模块1111计算所述光斑中所述像素点的灰度平均值，并将所述灰度平均值作为光斑的亮度值。

由于红外光在不同的介质中散射情况的不同，可通过观察所述光斑的面积值和光斑的亮度值的变化来判断穿刺针头是否进入血管中，例如，当穿刺针头还未进入肌肉组织时，由于空气对红外光的散射较弱，因此红外摄像头接收到的是一个较小、较暗的光斑；当开始穿刺时，穿刺针头首先进入皮肤的浅表组织，红外光在受到皮肤组织的散射之后，红外摄像头接收到的是一个较大较亮的光斑；随着穿刺针头的推进，当针头进入血管后，由于血液中的血红蛋白对红外光具有较强的吸收能力，此时红外摄像头接收到的是一个较小较暗的光斑，因此，在本申请实施例中，通过检测光斑面积值和光斑的亮度值的变化情况，即可判断穿刺针头是否进入血管。

请参照图4，图4为本申请实施例提供的图像处理单元的功能模块图之二，在本实施方式中，所述图像处理单元111还包括监控模块1113；

所述监控模块1113用于实时获取光斑的位置、面积大小及亮度值信息，根据获取的信息判断所述穿刺针头12是否位于血管中，并将获取的信息发送给所述图像显示单元112，以便在所述图像显示单元112上进行穿刺引导提醒。

穿刺过程中所述穿刺针头12需要沿着血管朝向穿刺方向前进，为了避免在穿刺过程中针头脱离血管，需要对穿刺过程进行实时监控，对光斑的位置进行实时监控，并实时监控光斑的面积值及光斑的亮度值，实时判断所述穿刺针头是否在血管中，并将判断结果通过所述图像显示单元112实时显示，直到穿刺完成。

在本实施例中，所述图像处理单元111还包括滤波模块1114；所述滤波模块1114用于对所述图像信息进行滤波处理，降低所述图像信息的噪声，并将处理后的图像信息发送至所述计算模块1111，所述滤波处理包括中值滤波处理和均值滤波处理。

在计算光斑的面积值和光斑的亮度值之前，可进入预处理阶段，对图像信息进行滤波处理，去除图像信息的噪声，使得后续的计算结果更加精确。

在上述任意一种实施方式中，所述计算模块1111具体用于：通过阈值分割算法对背景和光斑进行分离，计算光斑的位置；通过连通区域求取连通区域以计算光斑的面积；计算光斑中像素点的灰度平均值，并将所述灰度平均值作为光斑的亮度值。

所述判断模块1112具体用于：当检测到所述光斑的面积由小变大时，判定所述穿刺针头进入所述待穿刺部位的皮肤表层；当检测到所述光斑面积再由大变小时，判定所述穿刺针头进入所述待穿刺部位的血管中。

在本申请实施例中，所述计算模块1111还用于：根据接收到的待穿刺部位的图像信息计算所述待穿刺部位血管的宽度及长度。

请参照图5，图5为本申请实施例提供的图像显示单元的功能模块图之三，所述图像处理单元111还包括自动定位模块1115；

所述自动定位模块1115用于根据所述计算模块1111计算的血管的宽度和长度推荐最佳穿刺血管及最佳穿刺点，并通过图像显示单元112标注出最佳穿刺点。

在本实施方式中，所述自动定位模块1115根据血管的宽度及长度值，选择宽度值最大及长度值最大的血管作为最佳穿刺血管，值得说明的是，当宽度值最大的血管不是长度值最大的血管时，根据算法自动选择长度值超过某一阈值的血管中宽度值最大的血管作为最佳穿刺血管或是选择宽度值超过某一阈值的血管中长度值最长的血管作为最佳穿刺血管；在选择了最佳穿刺血管后，根据算法，所述自动定位模块在所述最佳穿刺血管中选择最直的一段血管的三分之一处的一点作为最佳穿刺点。

值得说明的是，在本实施例的其他实施方式中，也可以选择最佳穿刺血管中最直的一段中的其他点作为最佳穿刺点，所述最佳穿刺点的位置可根据使用者的习惯在显像仪中进行调整，在此不对最佳穿刺点的位置的选择方式作任何限定。

在本实施例中，所述图像显示单元112为触摸显示单元或按键显示单元，使用者可通过触摸或按键的方式选择不同的模式，例如最佳穿刺点的自动推荐算法。

综上所述，本申请提供了一种基于红外成像的穿刺引导设备，所述设备包括：红外摄像头、显像仪、穿刺针头；所述穿刺针头与光纤连接，用于供红外光传输至所述穿刺针头，并在待穿刺部位处形成光斑。所述红外摄像头与所述显像仪连接，所述红外摄像头用于采集所述穿刺针头作用于所述待穿刺部位的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显像仪。所述显像仪用于处理接收到的所述图像信息得到处理结果，并将接收的所述图像信息及所述处理结果进行显示，以进行穿刺引导。由于红外光在空气、皮肤组织及血液中的传播情况不同，根据红外摄像头接收到的不同的光斑图像信息，可判断所述穿刺针头是否进入血管中，且能实时监控对穿刺过程进行监控，避免针头脱离血管。通过对穿刺过程进行引导及监控，能降低患者及医护人员在穿刺过程中的心理压力，提高穿刺的成功率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述设备包括：

红外摄像头、显像仪、穿刺针头、红外发射器；

所述穿刺针头通过光纤与红外发射器连接，所述红外发射器发射的红外光通过所述光纤传输至所述穿刺针头，并在待穿刺部位处形成光斑；

所述红外摄像头与所述显像仪连接，所述红外摄像头用于采集所述穿刺针头作用于所述待穿刺部位的图像信息，并将所述图像信息发送至所述显像仪；

所述显像仪用于处理接收到的所述图像信息得到处理结果，并将接收的所述图像信息及所述处理结果进行显示，以进行穿刺引导。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述显像仪包括图像接收单元、图像处理单元和图像显示单元，所述图像接收单元与所述图像处理单元和所述图像显示单元连接，所述图像处理单元与所述图像显示单元连接；

所述图像接收单元用于接收所述红外摄像头采集的图像信息并发送至所述图像处理单元及所述图像显示单元；

所述图像处理单元用于对所述图像信息进行处理，并将处理结果发送至所述图像显示单元；

所述图像显示单元用于显示所述图像信息及所述处理结果。

3.根据权利要求2所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述图像处理单元包括计算模块和判断模块：

所述计算模块用于计算光斑的面积值及光斑的亮度值；

所述判断模块用于根据所述光斑的面积值及光斑的亮度值的变化判定所述穿刺针头是否进入血管，并将判定结果发送至所述图像显示单元。

4.根据权利要求3所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述图像处理单元还包括监控模块；

所述监控模块用于实时获取光斑的位置、面积大小及亮度值信息，根据获取的信息判断所述穿刺针头是否位于血管中，并将获取的信息发送给所述图像显示单元，以便在所述图像显示单元上进行穿刺引导提醒。

5.根据权利要求4所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述图像处理单元还包括滤波模块；

所述滤波模块用于对所述图像信息进行滤波处理，降低所述图像信息的噪声，并将处理后的图像信息发送至所述计算模块，所述滤波处理包括中值滤波处理和均值滤波处理。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述计算模块具体用于：

通过阈值分割算法对背景和光斑进行分离，计算光斑的位置；

通过连通区域求取连通区域以计算光斑的面积值；

计算光斑中像素点的灰度平均值，并将所述灰度平均值作为光斑的亮度值。

7.根据权利要求3-5任意一项所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述判断模块具体用于：

当检测到所述光斑的面积值由小变大时，判定所述穿刺针头进入所述待穿刺部位的皮肤表层；

当检测到所述光斑的面积值再由大变小时，判定所述穿刺针头进入所述待穿刺部位的血管中。

8.根据权利要求6所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述计算模块还用于：

根据接收到的待穿刺部位的图像信息计算所述待穿刺部位血管的宽度及长度。

9.根据权利要求8所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述图像处理单元还包括自动定位模块；

所述自动定位模块用于根据所述计算模块计算的血管的宽度和长度推荐最佳穿刺血管及最佳穿刺点，并通过图像显示单元标注出最佳穿刺点。

10.根据权利要求9所述的一种基于红外成像的穿刺引导设备，其特征在于，所述图像显示单元为触摸显示单元或按键显示单元。