一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，包括投影光路和攝像光路，攝像光路的前部分光軸與投影光路的光軸重合，后部分光軸與投影光路的光軸垂直，攝像光路的前、后部分光軸的交點(diǎn)處設(shè)有熱鏡；投影光源、第二菲涅耳透鏡、LED屏、第一菲涅耳透鏡、熱鏡、共用物鏡和近紅外光源依次設(shè)置在投影光路的光軸上；近紅外攝像機(jī)設(shè)置在攝像光路后部分光軸上，近紅外攝像機(jī)的信號(hào)輸出端與LED屏的信號(hào)輸入端相連。本實(shí)用新型中近紅外攝像成像和投影圖像能夠準(zhǔn)確覆蓋重合，實(shí)現(xiàn)了外周血管靜脈顯像裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和體積小型化，滿足了其手持化的需要，擴(kuò)大了其穿刺部位的適用范圍和人體穿刺部位的活動(dòng)容許范圍，提高了臨床應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于醫(yī)用光學(xué)組合系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外靜脈顯像裝置是輔助醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行臨床靜脈穿刺的一種醫(yī)用光學(xué)儀器。該裝置從光學(xué)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，其光學(xué)系統(tǒng)一般是由紅外成像攝影和投影光路組成，類似于反射式紅外成像投影系統(tǒng)。為了進(jìn)一步擴(kuò)大該裝置的輔助穿刺部位的適用范圍，克服該裝置和穿刺部位在靜脈穿刺過程中相對(duì)位置變化所帶來的圖像覆蓋偏差，一般需要通過光路組合，使得該裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，易于微型化，從而滿足裝置手持式的要求。而光路組合的優(yōu)劣不僅關(guān)系到最終產(chǎn)品的便攜性，同時(shí)也直接影響到整個(gè)裝置的性能和質(zhì)量。如果上述光學(xué)系統(tǒng)通過光路組合后所產(chǎn)生的誤差過大，將會(huì)帶來嚴(yán)重的圖像覆蓋偏差，進(jìn)而阻礙其進(jìn)一步的臨床應(yīng)用。而目前我國(guó)絕大多數(shù)靜脈顯像裝置由于沒有能夠?qū)⒓t外成像攝影和投影光路很好地組合在一起，因而只能在人體手部皮膚區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)單地靜脈成像，無法在人體皮膚其它部位上進(jìn)行有效顯影，限制了該裝置的應(yīng)用臨床范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，將攝像光路中的一部分和投影光路組合在一條光路上，滿足了適用于外周血管靜脈顯像裝置體積小型化的需要。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0005]包括投影光路和攝像光路，攝像光路的前部分光軸與投影光路的光軸在X軸方向上重合，攝像光路的后部分光軸位于與投影光路的光軸互相垂直的y軸方向上；
[0006]投影光路包括沿投影光路方向依次設(shè)置在投影光路光軸上的投影光源、用于將投影光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為平行光的第二菲涅耳透鏡、LED屏、用于匯聚從LED屏出射的平行光的第一菲涅耳透鏡、將光先聚焦再發(fā)散的兩塊共用物鏡和皮膚穿刺區(qū)域；
[0007]攝像光路包括沿投影光路反方向依次設(shè)置在投影光路光軸上的皮膚穿刺區(qū)域、近紅外光源、兩塊共用物鏡和將共用物鏡射出的光轉(zhuǎn)化為平行光的熱鏡，以及設(shè)置在攝像光路后部分光軸上的用于接收熱鏡反射的平行光的近紅外攝像機(jī)；近紅外攝像機(jī)的信號(hào)輸出端與LED屏的信號(hào)輸入端相連；熱鏡位于共用物鏡和LED屏之間；投影光路和攝像光路共用皮膚穿刺區(qū)域和兩塊共用物鏡。
[0008]所述的投影光源位于第二菲涅耳透鏡的物方焦平面上。
[0009]所述的X軸和y軸所處的平面為軸平面，熱鏡所處的平面在軸平面上的投影與投影光路光軸的正向夾角為-45°，且軸平面與熱鏡所處的平面互相垂直。
[0010]所述的近紅外攝像機(jī)的鏡頭上裝有紅外濾光片。
[0011 ] 所述的近紅外攝像機(jī)的內(nèi)部設(shè)有采集近紅外圖像信號(hào)的CXD傳感器并將上述信號(hào)傳遞至紅外攝像機(jī)的信號(hào)輸出端的圖像采集輸出電路，紅外攝像機(jī)的信號(hào)輸出端與用于采集圖像增強(qiáng)處理的計(jì)算機(jī)的輸入端相連，計(jì)算機(jī)的輸出端與LED屏的信號(hào)輸入端相連。
[0012]所述的兩片共用物鏡均為非球面透鏡。
[0013]所述的近紅外光源為波長(zhǎng)在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列光源。
[0014]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果為:
[0015]本實(shí)用新型利用熱鏡本身可以反射近紅外光和透射可見光的物理特性，將攝像光路中的一部分和投影光路組合在一條光路上，使靜脈圖像能夠進(jìn)行有效準(zhǔn)確的顯影，保證了近紅外攝像成像和投影圖像能夠準(zhǔn)確覆蓋重合，實(shí)現(xiàn)了外周血管靜脈顯像裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和體積小型化，滿足了該裝置的手持化的需要，擴(kuò)大了外周血管靜脈顯像裝置穿刺部位的適用范圍和人體穿刺部位的活動(dòng)容許范圍，提高了其臨床應(yīng)用價(jià)值。
[0016]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中熱鏡所處的平面不僅與投影光路光軸的正向夾角為-45°，而且與軸平面互相垂直，保證了攝像光路中的前部分光軸和投影光路的光軸在X軸方向上準(zhǔn)確重合，攝像光路中的后部分光軸位于y軸方向上且與投影光路的光軸垂直，從而減少了本實(shí)用新型的投影區(qū)域與攝像區(qū)域的位置偏差，提高了投影圖像的覆蓋精度。
[0017]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中在近紅外攝像機(jī)的鏡頭上安裝紅外濾光片，能夠減少可見光對(duì)近紅外攝像機(jī)的成像影響，通過設(shè)置的圖像采集電路和計(jì)算機(jī)內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像增強(qiáng)處理算法，有助于提高投影圖像的顯示效果，保證臨床應(yīng)用的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的雙光路組合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中:1為皮膚穿刺區(qū)域、2為近紅外光源、3為共用物鏡、4為熱鏡、5為第一菲涅耳透鏡、6為IXD屏、7為第二菲涅耳透鏡、8為投影光源、9為紅外濾光片、10為近紅外攝像機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]圖1為本實(shí)用新型的雙光路組合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中帶箭頭的實(shí)線代表攝像光路和投影光路，虛線代表信號(hào)傳輸，點(diǎn)劃線代表投影光路的光軸。參見圖1，本實(shí)用新型包括投影光路和攝像光路，攝像光路的前部分光軸與投影光路的光軸在X軸方向上完全重合，攝像光路的后部分光軸與投影光路的光軸互相垂直，攝像光路的后部分光軸位于I軸方向上，X軸和I軸所處的平面為軸平面，在攝像光路上，信號(hào)光束經(jīng)熱鏡4反射后發(fā)生偏轉(zhuǎn)并沿著I軸的負(fù)方向傳播至近紅外攝像機(jī)10進(jìn)行圖像采集。投影光路包括沿投影光路方向(X軸的負(fù)方向)依次設(shè)置在投影光路光軸上的投影光源8、第二菲涅耳透鏡7、LED屏
6、第一菲涅耳透鏡5、將光先聚焦再發(fā)散的兩塊共用物鏡3和皮膚穿刺區(qū)域I。投影光路的光軸垂直穿過兩塊共用物鏡3、第一菲涅耳透鏡5、LED屏6和第二菲涅耳透鏡7的中心處。投影光源8位于第二菲涅耳透鏡7的物方焦平面上，第二菲涅耳透鏡7用于將投影光源8發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為平行光，第一菲涅耳透鏡5用于匯聚從LED屏6出射的平行光。攝像光路包括沿投影光路反方向(X軸方向)依次設(shè)置在投影光路光軸上的皮膚穿刺區(qū)域1、近紅外光源2、兩塊共用物鏡3和將共用物鏡3射出的光轉(zhuǎn)化為平行光的熱鏡4，以及設(shè)置在攝像光路后部分光軸上的用于接收熱鏡4反射的平行光的近紅外攝像機(jī)10。投影光路和攝像光路共用皮膚穿刺區(qū)域I和兩塊共用物鏡3。兩片共用物鏡3均為非球面透鏡。近紅外光源2為波長(zhǎng)在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列光源。熱鏡4位于共用物鏡3和LED屏6之間，熱鏡所處的平面在軸平面上的投影與投影光路光軸的正向夾角為-45°，且軸平面與熱鏡所處的平面互相垂直。通過熱鏡4，將攝像光路與投影光路有機(jī)的組合起來。近紅外攝像機(jī)10的鏡頭上裝有紅外濾光片9。近紅外攝像機(jī)10的內(nèi)部設(shè)有采集圖像并將圖像信號(hào)傳遞至紅外攝像機(jī)10信號(hào)輸出端的圖像傳感器，紅外攝像機(jī)10的信號(hào)輸出端與用于圖像處理的計(jì)算機(jī)的輸入端相連，計(jì)算機(jī)的輸出端與LED屏6的信號(hào)輸入端相連。
[0022]根據(jù)人體待穿刺部位的皮膚在一定波長(zhǎng)的近紅外光照射下，由于皮下靜脈中去氧血紅蛋白和周圍組織部位對(duì)近紅外光的吸收特性存在一定的差異，可以通過近紅外攝像機(jī)獲得皮下靜脈反射圖像，再對(duì)獲取的上述反射圖像進(jìn)行相應(yīng)的圖像增強(qiáng)處理后輸入至投影系統(tǒng)，然后利用該投影系統(tǒng)將上述反射圖象實(shí)時(shí)地投影到上述待穿刺部位的皮膚表面，通過清晰顯現(xiàn)在待穿刺部位皮膚表面上的皮下靜脈圖象，醫(yī)護(hù)人員即可順利完成輔助穿刺靜脈操作?；谏鲜龉ぷ髟?，本實(shí)用新型利用熱鏡本身可以反射近紅外光和透射可見光的物理特性，將攝像光路中的一部分和投影光路組合在一條光路上，保證了近紅外攝像成像和投影圖像能夠準(zhǔn)確覆蓋重合，實(shí)現(xiàn)了外周血管靜脈顯像裝置的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，滿足了外周血管靜脈顯像裝置的手持化的需要，擴(kuò)大了外周血管靜脈顯像裝置穿刺部位的適用范圍和人體穿刺部位的活動(dòng)容許范圍，提高了臨床應(yīng)用價(jià)值。
[0023]本實(shí)用新型的工作過程為:
[0024]當(dāng)近紅外光源2照射到人體的皮膚穿刺區(qū)域I時(shí)，攜帶人體皮下靜脈信息的近紅外漫反射光束經(jīng)過皮膚穿刺區(qū)域I出射至兩片非球面透鏡的共用物鏡3上，由共用物鏡3成像后，經(jīng)熱鏡4反射成平行光線后，由加裝在紅外攝像機(jī)鏡頭上的紅外濾光片9進(jìn)入近紅外攝像機(jī)10內(nèi)，然后以近紅外攝像機(jī)10內(nèi)部圖像傳感器CCD為中心器件電路進(jìn)行采集成像后，再利用計(jì)算機(jī)對(duì)近紅外攝像機(jī)10的近紅外成像進(jìn)行實(shí)時(shí)圖象增強(qiáng)和噪聲處理后，傳輸至IXD屏6上；同時(shí)為了保證IXD屏能夠比較均勻地成像，由第二菲涅耳透鏡7將投影光源8發(fā)出的可見光轉(zhuǎn)化為平行光，再通過第一菲涅耳透鏡5匯聚從LCD屏出射的平行光，透過熱鏡4后，再入射至共用物鏡3成像后投影顯示在皮膚穿刺區(qū)域I的表面上。由此，醫(yī)護(hù)人員就可以憑借本實(shí)用新型順利完成人體皮下靜脈輔助穿刺操作。
[0025]為了保證本實(shí)用新型能夠順利實(shí)施，近紅外光源2可選用波長(zhǎng)在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列作為實(shí)際照射光源，該波段的近紅外光可以提高熱鏡4的近紅外光反射率，減少共用物鏡3的色差。利用有關(guān)光學(xué)仿真計(jì)算軟件還可模擬確定入射到皮膚穿刺區(qū)域I的最佳光照強(qiáng)度，從而推斷出近紅外光源2的近紅外LED陣列的合理分布尺寸，以及近紅外光源2與皮膚穿刺區(qū)域I之間的最佳照射距離和角度等參數(shù)。共用物鏡3可選擇利用模壓成型技術(shù)，能夠進(jìn)行大批量穩(wěn)定生產(chǎn)的非球面透鏡，以便提高近紅外攝像機(jī)10的光學(xué)成像質(zhì)量，減少共用物鏡裝配過程中所產(chǎn)生的光學(xué)誤差。為了避免可見光中的近紅外成分被熱鏡4反射后對(duì)紅外攝像機(jī)10成像所帶來的干擾，需選用具有很高的近紅外光反射率和可見光透射率的熱鏡4，作為本光路組合系統(tǒng)的關(guān)鍵器件。為了防止投影與攝像光路經(jīng)過熱鏡4時(shí)相互產(chǎn)生干擾，可選用與近紅外光波長(zhǎng)差異明顯的其它波長(zhǎng)光作為投影光源1，比如大功率綠光LED。第一菲涅耳透鏡5和第二菲涅耳透鏡7的作用就是一個(gè)透鏡，可由聚烯烴材料注壓而成。為了減小本實(shí)用新型的體積，應(yīng)盡可能選取尺寸較小的LCD屏。同時(shí)為了濾除可見光，減少可見光對(duì)近紅外攝像機(jī)10的成像影響，需要在近紅外攝像機(jī)鏡頭上加裝紅外濾光鏡9，并根據(jù)實(shí)際光譜響應(yīng)曲線和光學(xué)成像質(zhì)量等綜合因素來選擇近紅外攝像機(jī)10。
[0026]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施實(shí)例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，任何未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施實(shí)例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)的方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:包括投影光路和攝像光路，攝像光路的前部分光軸與投影光路的光軸在X軸方向上重合，攝像光路的后部分光軸位于與投影光路的光軸互相垂直的y軸方向上； 投影光路包括沿投影光路方向依次設(shè)置在投影光路光軸上的投影光源(8)、用于將投影光源(8)發(fā)出的光轉(zhuǎn)化為平行光的第二菲涅耳透鏡(7)、LED屏(6)、用于匯聚從LED屏(6)出射的平行光的第一菲涅耳透鏡(5)、將光先聚焦再發(fā)散的兩塊共用物鏡(3)和皮膚穿刺區(qū)域(I); 攝像光路包括沿投影光路反方向依次設(shè)置在投影光路光軸上的皮膚穿刺區(qū)域(I)、近紅外光源(2)、兩塊共用物鏡(3)和將共用物鏡(3)射出的光轉(zhuǎn)化為平行光的熱鏡(4)，以及設(shè)置在攝像光路后部分光軸上的用于接收熱鏡(4)反射的平行光的近紅外攝像機(jī)(10);近紅外攝像機(jī)(10)的信號(hào)輸出端與LED屏(6)的信號(hào)輸入端相連；熱鏡(4)位于共用物鏡(3)和LED屏(6)之間；投影光路和攝像光路共用皮膚穿刺區(qū)域(I)和兩塊共用物鏡(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:所述的投影光源(8)位于第二菲涅耳透鏡(7)的物方焦平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:所述的X軸和I軸所處的平面為軸平面，熱鏡(4)所處的平面在軸平面上的投影與投影光路光軸的正向夾角為-45°，且軸平面與熱鏡(4)所處的平面互相垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:所述的近紅外攝像機(jī)(10)的鏡頭上裝有紅外濾光片(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:所述的近紅外攝像機(jī)(10)的內(nèi)部設(shè)有采集近紅外圖像信號(hào)的C⑶傳感器并將上述信號(hào)傳遞至紅外攝像機(jī)(10)的信號(hào)輸出端的圖像采集輸出電路，紅外攝像機(jī)(10)的信號(hào)輸出端與用于采集圖像增強(qiáng)處理的計(jì)算機(jī)的輸入端相連，計(jì)算機(jī)的輸出端與LED屏(6)的信號(hào)輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:所述的兩片共用物鏡(3)均為非球面透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統(tǒng)，其特征在于:所述的近紅外光源(2)為波長(zhǎng)在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列光源。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK203408033SQ201320376695
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】黃洋清, 王慶源, 王廣濤 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)