專利名稱：一種多光譜三維靜脈圖像顯示裝置的制作方法
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虛擬增強顯示方法，利用該設(shè)備可實現(xiàn)患者靜脈的采集，并直接投影到患者的體表上，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。但要迅速并準確地進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)驗非常豐富的護士，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)儀器國家重點實驗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)計的手背靜脈顯像系統(tǒng)，它采用獨特的光譜(紅光)投射原理，大大增強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接受成像，計算機系統(tǒng)對這種圖像進行實時增強處理，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施穿刺時無法正確把握穿刺的深度，以及虛交點會影響護士對血管的選擇。于是，本文提出了利用雙目立體視覺對靜脈成三維信息圖像的顯示系統(tǒng)，并能夠使所成的像準確投影到皮膚對應(yīng)區(qū)域。

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)明由紅外多光譜光源(4)、紅外攝像頭(3)(兩個或多個)、可見光截止紅外透過濾色片(2)和投影顯示單元(7)。其特征為靜脈顯影儀有多光譜光源(4)、紅外攝像頭
(3)(兩個或多個)、可見光截止紅外透過濾色片(2)(兩個或多個)和投影顯示單元(7)。其中紅外多光譜光源(4)包括800nm 940nm不同波長光源的LED分時復(fù)用；可見光截止紅外透過濾色片(2)安置在紅外攝像頭(3)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，以保證紅外攝像機采集到的圖像成像質(zhì)量；兩個或多個紅外攝像頭(3)以一定距離安置在患者待檢測區(qū)域(I)的兩側(cè)，然后將兩個圖像傳送到計算處理單元(6)處理后形成具有深度信息的偽彩色圖像傳送到投影儀；投影儀將得到的圖像準確無誤的反投 射到患者待檢測區(qū)域(I)。本發(fā)明還可以包括I、本發(fā)明所采用的紅外多光譜光源(4)設(shè)計成圓盤的形狀，以便在照射區(qū)得到均勻的光強。光盤上可安置兩圈或多圈的LED燈，每圈的光源是同一種波長，不同波長光源的開關(guān)及轉(zhuǎn)換時間可由電路控制，其轉(zhuǎn)換頻率要和紅外攝像頭(3)的采集頻率同步。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采集光強性能的方法，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)置紅外攝像機和光源的角度；在紅外攝像機前加光學(xué)鏡片等方法。3、本發(fā)明所然采用了可見光截止紅外透過濾色片(2)以濾除可見光的影響，但實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行處理，常用的方法如直方圖均衡化增強方法和基于小波變換的圖像增強方法。4、本發(fā)明為了解決特殊病患靜脈細小的難題，在采用常用紅外圖像增強算法的基礎(chǔ)上引入了不同光源下的圖像差分的算法。5、本發(fā)明的結(jié)果是實時采集靜脈圖像并反投到實際區(qū)域，投射的圖像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)明的主要貢獻和特點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，使靜脈圖像直接顯示在皮膚表面，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為患者待檢測區(qū)域，2為可見光截止紅外透過濾色片，3為紅外攝像機，4為紅外多光譜光源，5為投影顯示鏡頭、6為計算處理單元，7為投影顯示單元。圖2紅外多光譜光源(4)的照明時序。圖3為系統(tǒng)的算法流程框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并結(jié)合具體實例對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實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(I)放置于雙目或者多目紅外攝像機(3)的交叉區(qū)間，計算處理單元(6)控制紅外多光譜光源(4)指定波長照明患者待檢測區(qū)域(I) 一定時間，其照明時序如圖2所示，計算處理單元(6)根據(jù)雙目或者多目紅外攝像機(3)拍攝的圖像，經(jīng)過圖像濾波去除噪聲，并對血管圖像的進行立體匹配，實現(xiàn)血管三維信息的計算；該三維信息經(jīng)過反投影校正后經(jīng)投影顯示單元(7)重新投影在患者待檢測區(qū)域(I)對應(yīng)的血管處，并利用灰度和偽彩色信息表示血管的深度信息。·
權(quán)利要求
1.一種多光譜靜脈顯示裝置，其特征在于系統(tǒng)包含以下部分患者待檢測區(qū)域(I)、可見光截止紅外透過濾色片(2)、攝像機(3)、紅外多光譜光源(4)、投影顯示鏡頭(5)、計算處理單元￠)、及投影顯示單元(7)。其中紅外多光譜光源(4)包含若干個不同波長的紅外發(fā)光二極管，且可在計算處理單元(6)控制下實現(xiàn)不同的光譜的發(fā)光二極管燈分時復(fù)用；可見光截止紅外透過濾色片(2)的濾除自然環(huán)境光及投影顯示單元(7)投出的可見光信息；攝像機(3)采集不同時刻不同光譜照下的皮膚圖像，經(jīng)過處理后提出包含深度信息的靜脈圖像，然后傳送到投影顯示單元(7)，由投影顯示單元(7)將結(jié)果圖像投影到患者待檢測區(qū)域(I)，輔助醫(yī)護人員完成操作。
2.如權(quán)利要求I所述的多光譜光源，其特征為紅外多光譜光源(4)可由多種紅外光源發(fā)光二極管分布在圓盤上；不同波長的發(fā)光二極管燈有控制電路控制其開關(guān)時間，即分時復(fù)用；光源盤中心有孔可使投影發(fā)出的投射光線通過，工作時光源盤在被測皮膚區(qū)域的正上方O
3.如權(quán)利要求I所述的多光譜靜脈顯示裝置，其特征為兩個或多個紅外光敏感攝像機放置在紅外多光譜光源(4)的兩側(cè)，使皮膚散射的紅外光線盡量多的被紅外攝像機接受。
4.如權(quán)利要求I所述的多光譜靜脈顯示裝置，其特征為利用計算處理單元(6)對雙目或者多目攝像機(3)進行血管提取與立體匹配，計算獲得血管的三維位置信息，并經(jīng)投影顯示單元(7)反投影到患者檢測區(qū)域，其投射在皮膚表面的圖像能夠?qū)崟r更新，其位置信息直接對應(yīng)在血管所在的位置，深度信息通過偽色彩、灰度來表示。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種能夠使在皮膚表面直接顯示患者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)備由多光譜紅外光源、多路攝像機、可見光截止紅外透過濾波片和投影顯示設(shè)備及計算處理單元組成；采用的技術(shù)方案為紅外光源發(fā)出一種或多種近紅外光并照射在被檢測區(qū)域，該紅外光經(jīng)過皮膚反射后經(jīng)可見光截止紅外透過濾光片進入攝像機，兩個攝像機可采集到不同角度的皮膚圖像，經(jīng)計算處理單元處理后可得到靜脈血管的位置與深度圖，投影顯示設(shè)備作用是將計算得到的靜脈圖像位置與深度信息投射到對應(yīng)的皮膚區(qū)域，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A61B5/00GK102813504SQ20121031305
公開日2012年12月12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, 林俊清, 吳兆國, 代曉彬 申請人:北京理工大學(xué)