專利名稱：透射式手背靜脈三維紅外成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是醫(yī)療輔助儀器，具體涉及的是一種紅外靜脈立體成像的儀器，利用該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)患者手背靜脈的采集，并通過計(jì)算機(jī)處理獲得手背靜脈的三維結(jié)構(gòu)圖，輔助醫(yī)生完成靜脈穿刺的三維導(dǎo)引。
背景技術(shù)：
靜脈穿刺是一項(xiàng)非常普通而又非常重要的醫(yī)療操作，特別是在緊急情況下要迅速搶救危重病人時，能快速穿刺成功顯得尤為重要。但要迅速并準(zhǔn)確地進(jìn)行靜脈穿刺卻并非易事肥胖病人由于皮下脂肪較厚，靜脈較深，靜脈穿刺時必須把止血帶扎的很緊；水腫病人由于其組織水腫的掩蓋，不容易看清和摸到血管，扎緊止血帶后，還需要用手指壓迫血管
穿刺處，并且動作要相當(dāng)迅速，否則局部水腫又將導(dǎo)致靜脈無法看清；年齡小，不合作的兒童，靜脈穿刺時常常需要經(jīng)驗(yàn)非常豐富的護(hù)士，并且至少要扎2根止血帶；周圍循環(huán)衰竭病人，尤其是失血性休克病人，其淺表靜脈隱沒，血管塌陷，其靜脈穿刺非常困難。為了解決靜脈血管難以查找的問題，國內(nèi)外做出了不少相關(guān)研究，主要的顯影方法由激光掃描式的、透射式的和基于紅外光反射式的顯不儀顯像和基于紅外光反射式的反投影顯像。2008年浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究的雙波長激光掃描投影顯示系統(tǒng)是利用激光掃描來進(jìn)行顯影。其工作原理是紅外激光器發(fā)射的紅外激光經(jīng)過二相色性反射鏡反射，再先后經(jīng)過行掃描振鏡反射和場掃描振鏡反射，最后以一定的軌跡掃描患者的皮膚區(qū)域。當(dāng)控制單元打開可見光激光器，可見光先后經(jīng)過二相色性反射鏡、行掃描振鏡和場掃描振鏡等光學(xué)設(shè)備照射患者皮膚區(qū)域，從而顯示出靜脈血管的位置信息。我國南京林康醫(yī)療科技有限公司2005年專門針對患者因淺靜脈隱匿難辨設(shè)計(jì)的手背靜脈顯像系統(tǒng)，它采用獨(dú)特的光譜(紅光)投射原理，大大增強(qiáng)血管與周圍組織對比度，使手背靜脈清晰可見，同時保留了血管的真實(shí)性。反射式紅外成像投影系統(tǒng)是目前該領(lǐng)域研究比較多的。美國的Luminetx公司的技術(shù)人員從1999年開始研究反射式紅外靜脈成像技術(shù)，開發(fā)成功了靜脈觀察儀。紅外光投射在患者穿刺部位上，含有皮下靜脈分布信息的反射紅外光被攝像機(jī)接受成像，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對這種圖像進(jìn)行實(shí)時增強(qiáng)處理，然后由投影儀投射到患者手臂的表面，使被照區(qū)域的皮下靜脈軌跡清晰的顯示在皮膚上。然而，這些技術(shù)的最終成像都是二維信息，沒有血管的深度信息，另外，不同層次的血管成像在二維圖像上會產(chǎn)生虛相交的情況，由此帶來的問題是在實(shí)施穿刺時無法正確把握穿刺的深度，以及虛交點(diǎn)會影響護(hù)士對血管的選擇。并且現(xiàn)有的手背靜脈成像系統(tǒng)大都是利用反射光成像的，而反射光只能反映手背的表層靜脈信息，無法對手掌較深層靜脈成像。利用透射光主動照明的方法，光源所發(fā)出的光透過整個手掌，可獲取手掌的各層靜脈圖像。且通過手掌時相當(dāng)于一個漫反射的過程，可使成像光束能量更加均勻，便于后續(xù)處理。
所以本文提出了一種新的儀器利用紅外的透射光主動照明的方法獲取手背靜脈的圖像，并利用雙目立體視覺對采集到的靜脈圖像進(jìn)行處理，獲取手背靜脈的三維信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決由于肥胖、深膚色、貧血、血壓過低、紅血球增多癥、靜脈質(zhì)量差和外周血管收縮等引起的靜脈不易查找的問題，以提高靜脈穿刺的成功率，減少病患的痛苦，爭取搶救的時間。本發(fā)明是利用血液對紅外光線的吸收強(qiáng)于周圍組織的吸收，紅外光線照射在皮膚區(qū)域經(jīng)紅外攝像機(jī)上所成的圖像，其血管較周圍組織明顯偏暗，由此，就能得到對比度清晰的圖像。本發(fā)明由紅外光源(I)、紅外攝像頭(4)(兩個或多個)、可見光截止紅外透過濾色片(3)和計(jì)算機(jī)處理器(5)。其中紅外光源(I)為850nm波長(或其它波長)的LED光源；可見光截止紅外透過濾色片(3)安置在紅外攝像頭(4)的前端，其特性是可有效地濾除可 見光，只透過紅外波段的光線，以保證紅外攝像機(jī)采集到的圖像成像質(zhì)量；兩個或多個紅外攝像頭(4)以一定距離安置在患者待檢測區(qū)域(2)的兩側(cè)，然后將兩個圖像傳送到計(jì)算處理單元(5)處理后形成具有深度信息的靜脈三維結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明還可以包括I、本發(fā)明所采用的紅外光源⑴設(shè)計(jì)成圓盤的形狀，以便在照射區(qū)得到均勻的光強(qiáng)。2、本發(fā)明為了得到清晰的圖像可使用提高紅外光源功率的方法，也可采用提高攝像機(jī)采集光強(qiáng)性能的方法，例如在被測皮膚區(qū)域涂水或者凡士林等介質(zhì)以減少皮膚對紅外光的直接反射；設(shè)置紅外攝像機(jī)和光源的角度；在紅外攝像機(jī)前加光學(xué)鏡片等方法。3、本發(fā)明所采用的可見光截止紅外透過濾色片⑵以濾除可見光的影響，但實(shí)際上濾光片不可能完全濾除可見光，由此需要對采集的圖像進(jìn)行處理，常用的方法如直方圖均衡化增強(qiáng)方法和基于小波變換的圖像增強(qiáng)方法。4、本發(fā)明的結(jié)果是實(shí)時采集靜脈圖像并利用雙目立體視覺對采集到的靜脈圖像進(jìn)行處理，獲取手背靜脈的三維信息。所得到的三維信息是含有靜脈深度信息的偽彩色圖像，不同的顏色或灰度可表示不同深度的組織結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的主要貢獻(xiàn)和特點(diǎn)在于解決特殊病患靜脈對比度低難以成像的問題，并能對不同層次的靜脈血管提供了深度信息，降低了靜脈穿刺的難度。


圖I為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中，I為紅外光源，2為患者待檢測區(qū)域，3為可見光截止紅外透過濾色片，4為紅外攝像機(jī)，5為計(jì)算處理單元。圖2為系統(tǒng)的算法流程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但不作為對本發(fā)明的限定。
如圖I所示，將患者待檢測區(qū)域(2)放置于雙目或者多目紅外攝像機(jī)(4)以及紅外光源(I)的中間，由紅外攝像機(jī)采集到手背靜脈的紅外圖像，計(jì)算處理單元(5)根據(jù)雙目或者多目紅外攝像機(jī)(4)拍攝的圖像，經(jīng)過圖像濾波去除噪聲，并對靜脈圖像進(jìn)行立體匹 配，實(shí)現(xiàn)靜脈血管三維信息的計(jì)算，并利用灰度和偽彩色信息表示靜脈血管的深度信息。
權(quán)利要求
1.一種透射式手背靜脈三維紅外成像裝置，其特征在于系統(tǒng)包含以下部分患者待檢測區(qū)域(2)、可見光截止紅外透過濾色片(3)、攝像機(jī)(4)、紅外光源(I)、計(jì)算處理單元(5)。其中紅外光源(I)為850nm波長(或其它波長)的LED光源，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主動照明；可見光截止紅外透過濾色片(3)的濾除自然環(huán)境光的可見光信息；攝像機(jī)(4)采集不同位置下的皮膚圖像，經(jīng)過處理后提出包含深度信息的靜脈圖像，輔助醫(yī)護(hù)人員完成靜脈的穿刺。
2.如權(quán)利要求I所述的透射式手背靜脈三維紅外成像裝置，其特征為紅外多光譜光源(4)可由紅外光源發(fā)光二極管分布在圓盤上；光源盤中心有孔可使投影發(fā)出的投射光線通過，工作時光源盤處于被測手背區(qū)域的正下方。
3.如權(quán)利要求I所述的透射式手背靜脈三維紅外成像裝置，其特征為兩個或多個紅外光敏感攝像機(jī)放置于被測手背區(qū)域的正上方，使透過手背的紅外光線盡量多的被紅外攝像機(jī)接受。
4.如權(quán)利要求I所述的透射式手背靜脈三維紅外成像裝置，其特征為利用計(jì)算處理單元(5)對雙目或者多目攝像機(jī)(4)進(jìn)行血管提取與立體匹配，計(jì)算獲得血管的三維位置信息，其深度信息通過偽色彩或灰度來表示。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種能夠獲取人體手背靜脈位置及深度信息的輔助醫(yī)療設(shè)備，本發(fā)明所涉及的設(shè)備由紅外光源、多路攝像機(jī)、可見光截止紅外透過濾波片及計(jì)算處理單元組成；采用的技術(shù)方案為紅外光源發(fā)出一種近紅外光并照射在被檢測區(qū)域，該紅外光穿透手背后經(jīng)可見光截止紅外透過濾光片進(jìn)入攝像機(jī)，兩個攝像機(jī)可采集到不同角度的皮膚圖像，經(jīng)計(jì)算處理單元處理后可得到靜脈血管的位置與深度圖，從而輔助醫(yī)生獲取待注射區(qū)域血管的位置和深度信息，提高注射成功率。
文檔編號A61B5/00GK102894960SQ20121031154
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者周雅, 胡曉明, 林俊欽, 吳兆國, 代曉彬, 高海波, 劉明, 王夏天, 程憶涵, 張彤, 宋磊 申請人:北京理工大學(xué)