近紅外血管顯像儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種近紅外血管顯像儀，包括近紅外光發(fā)射裝置、數(shù)碼攝像裝置、微型移動(dòng)投影裝置，近紅外發(fā)射裝置向皮膚發(fā)射光線，皮膚向數(shù)碼攝像裝置反射，數(shù)碼攝像裝置與微型移動(dòng)投影裝置相聯(lián)，微型移動(dòng)投影裝置將血管分布的圖像信息投射至皮膚進(jìn)行顯示。本發(fā)明近紅外血管顯像儀具有如下技術(shù)效果：圖像清晰、定位準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)成像。
【專利說明】近紅外血管顯像儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種近紅外血管顯像儀。

【背景技術(shù)】
[0002]近紅外二極管光源可根據(jù)其特定的波長(zhǎng)，將皮下靜脈或動(dòng)脈的血紅細(xì)胞和周圍組織區(qū)別開來。其基本原理是近紅外光在生物組織中收到強(qiáng)散射(102-103cm-l)和弱吸收(lO-2-lO-lcm-l)，在700_900nm近紅外區(qū)域內(nèi)，存在一個(gè)“光譜窗”。在該“光譜窗”內(nèi)，生物組織對(duì)光線的吸收作用大大降低，光線可進(jìn)入更深一些的組織。由于血液中氧合血紅蛋白(Hb02)和還原血紅蛋白(Hb)在近紅外光區(qū)有獨(dú)特的吸收光譜，因而近紅外光譜信號(hào)分析方法(NIRS)成為組織中血液成分研宄的簡(jiǎn)單可靠方法。利用光譜學(xué)方法對(duì)生物組織進(jìn)行檢測(cè)，具有安全可靠、連續(xù)實(shí)時(shí)及無損傷等特點(diǎn)，是一種具有研宄和應(yīng)用價(jià)值的無創(chuàng)傷檢測(cè)方法。
[0003]Hb02和Hb的近紅外吸收光譜如圖1所示。如圖1可見，血液中Hb02和Hb對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收系數(shù)差異明顯。在紅光譜區(qū)(600nm?800nm)，Hb的吸收系數(shù)遠(yuǎn)大于Hb02 ；而在紅外光譜區(qū)(800nm?100nm)，Hb的吸收系數(shù)小于Hb02 ;在805nm左右，Hb和Hb02具有相同的吸收系數(shù)。
[0004]運(yùn)用該效應(yīng)，美國Christie公司已研制出VeinViewer系統(tǒng)，用于幫助醫(yī)療專業(yè)人員快速清晰地觀察到患者的體表靜脈。另外，此項(xiàng)技術(shù)還可應(yīng)用于蜘蛛狀血管病的美化工程。蜘蛛狀血管病的傳統(tǒng)療法包括局部皮膚的激光治療和注射硬化治療。局部激光治療技術(shù)適用于小的蜘蛛狀血管，但滲入的皮膚深度很淺，且會(huì)對(duì)健康皮膚造成灼燒傷害。硬化療法是將刺激化學(xué)物質(zhì)直接注射至體表的小型網(wǎng)狀的蜘蛛狀靜脈血管，這需要多次注射以使蜘蛛網(wǎng)現(xiàn)象終止。利用近紅外技術(shù)，醫(yī)療工作者不僅可看到體表的蜘蛛狀血管，還可看到距皮膚Icm深度下較大的喂養(yǎng)血管。根據(jù)投影的血管分布，硬化溶劑和硬化泡沫可直接被注射到喂養(yǎng)網(wǎng)狀血管，使之硬化和終止喂養(yǎng)。這種終止喂養(yǎng)血管的方法可以根除體表的蜘蛛狀血管現(xiàn)象，從而達(dá)到美化的效果。
[0005]另外，近紅外光譜法可用于人體各組織器官血氧飽和度的定量檢測(cè)，由于腦組織供血供氧的重要性，對(duì)腦組織的研宄受到格外關(guān)注，對(duì)肌肉等重要器官和組織的血氧狀態(tài)研宄也備受矚目。這種檢測(cè)方法的有效性已被大部分的手術(shù)室和監(jiān)護(hù)室所接受。
[0006]但，現(xiàn)有的近紅外血管顯像儀在圖像清晰、定位準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)成像等方面存在一定的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種近紅外血管顯像儀。
[0008]本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:近紅外血管顯像儀，包括近紅外光發(fā)射裝置、數(shù)碼攝像裝置、微型移動(dòng)投影裝置，近紅外發(fā)射裝置向皮膚發(fā)射光線，皮膚向數(shù)碼攝像裝置反射，數(shù)碼攝像裝置與微型移動(dòng)投影裝置相聯(lián)，微型移動(dòng)投影裝置將血管分布的圖像信息投射至皮膚進(jìn)行顯示。
[0009]優(yōu)選的，近紅外發(fā)射裝置采用760和850nm波長(zhǎng)的近紅外線LED陣列。
[0010]優(yōu)選的，LED共設(shè)8個(gè)，LED成環(huán)形排列。
[0011]優(yōu)選的，數(shù)碼攝像裝置包括近紅外鏡頭、光電傳感器、模擬信號(hào)處理器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流基準(zhǔn)模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、格式化模塊，近紅外鏡頭、光電傳感器、模擬信號(hào)處理器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、格式化模塊依次相聯(lián)，直流基準(zhǔn)與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相聯(lián)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器與靜態(tài)/動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)相聯(lián)。
[0012]優(yōu)選的，微型移動(dòng)投影裝置包括可見光LED陣列、濾鏡、聚光鏡和偏振片、LCD液晶面板、鏡頭、圖像控制器，可見光LE D陣列向?yàn)V鏡、聚光鏡和偏振片發(fā)射光線，濾鏡、聚光鏡和偏振片與LCD液晶面板相聯(lián)，LCD液晶面板與鏡頭、圖像控制器相聯(lián)，圖像控制器接收數(shù)碼攝像裝置傳輸?shù)难芊植紙D像信息，鏡頭向皮膚投射。
[0013]根據(jù)圖Hb02和Hb的近紅外吸收光譜(如圖1所示)可知，760nm和850nm分別位于還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的吸收峰附近，是比較理想的波長(zhǎng)組合。血液的光吸收程度主要與血紅蛋白含量有關(guān)。
[0014]使用760和850nm波長(zhǎng)的近紅外線照射患者皮膚，血管則因血紅蛋白的存在而將光線吸收，而其他組織則對(duì)光線產(chǎn)生強(qiáng)散射和弱吸收。因此，使用近紅外數(shù)碼攝影裝置捕獲反射或散射的近紅外光，經(jīng)過近紅外鏡頭、(XD、模擬信號(hào)放大、ADC、DSP等一系列處理，可確定血管的具體位置。
[0015]將數(shù)碼攝影裝置捕獲到的近紅外光進(jìn)行數(shù)字化處理之后，微型移動(dòng)投影裝置根據(jù)接收的近紅外光情況，LCD液晶片上的各像素點(diǎn)有序開閉，產(chǎn)生圖像。選擇波長(zhǎng)為530nm的可見光LED，對(duì)其發(fā)射的光經(jīng)濾光片濾除紅外線和紫外線，以消除它們對(duì)LCD液晶面板的損害作用。再使用聚光鏡和偏振片，以使光線集中且振動(dòng)方向一致，經(jīng)過LCD液晶面板則可直接把血管分布圖投影到皮膚上。整個(gè)過程實(shí)時(shí)進(jìn)行，因此血管分布會(huì)隨病人的移動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)變化。
[0016]本發(fā)明近紅外血管顯像儀在減輕患者痛苦、服務(wù)醫(yī)療工作者等方面發(fā)揮著重大的作用，本發(fā)明在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)充，嘗試將近紅外觀察淺表動(dòng)脈的理論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)工程，該產(chǎn)品具有創(chuàng)新性。觀察Hb02和Hb的近紅外吸收光譜發(fā)現(xiàn)，760nm和850nm分別位于還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的吸收峰附近，可分別作為觀察淺表靜脈和動(dòng)脈的波長(zhǎng)選擇。
[0017]本發(fā)明近紅外血管顯像儀具有如下技術(shù)效果:
[0018]—、圖像清晰:
[0019](I)經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后，確定最佳的LED個(gè)數(shù)(8個(gè))及安裝位置(呈環(huán)形安裝在攝像頭前方)，結(jié)合勻光片燈保障光的均勻性，消除偽影；
[0020](2)使用了多重透鏡組成鏡頭，消除相差以及可見光的干擾；
[0021](3)采用傳感器對(duì)特定波長(zhǎng)區(qū)域的近紅外光敏感，進(jìn)一步減少可見光帶來的組織信息的干擾；
[0022](4)使用多種圖像處理算法優(yōu)化圖像，如自動(dòng)曝光算法可以保持圖像相對(duì)對(duì)比度，濾波可以消除無效或缺陷像素等；
[0023](5)使用數(shù)字信號(hào)處理器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像。
[0024]二、定位準(zhǔn)確:
[0025](I)使用投影技術(shù)Lcos投影；
[0026](2)可以實(shí)時(shí)進(jìn)行一對(duì)一投影，保障投影定位的準(zhǔn)確性。
[0027]三、實(shí)時(shí)成像:
[0028](I)使用FPGA雙處理器進(jìn)行圖像處理和顯示，快速實(shí)時(shí)；
[0029](2)投影和LED面板兩種顯示方式；
[0030](3)便攜輕巧，適用于人體各種部位的成像。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是血紅蛋白吸收光譜。
[0032]圖2是近紅外體表血管顯像儀設(shè)計(jì)框圖。
[0033]圖3是數(shù)碼攝影裝置組成框圖。
[0034]圖4是圖像采集結(jié)構(gòu)框圖。
[0035]圖5是近紅外鏡頭組成示意圖。
[0036]圖6是CMOS傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0037]圖7是圖像處理流水線。
[0038]圖8是微型移動(dòng)投影裝置組成框圖。
[0039]圖9是投影儀結(jié)構(gòu)框圖。
[0040]圖10是主控程序的控制流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0042]本實(shí)施例近紅外血管顯像儀主要由近紅外光發(fā)射裝置、數(shù)碼攝像裝置、微型移動(dòng)投影裝置以及其他裝置等部分構(gòu)成，功能框圖如圖2所示。近紅外發(fā)射裝置向皮膚發(fā)射光線，皮膚向數(shù)碼攝像裝置反射，數(shù)碼攝像裝置與微型移動(dòng)投影裝置相聯(lián)，微型移動(dòng)投影裝置將血管分布的圖像信息投射至皮膚進(jìn)行顯示。數(shù)碼攝像裝置還與圖像壓縮模塊相聯(lián)，圖像壓縮模塊與附加邏輯模塊相聯(lián)，附加邏輯模塊與主控模塊、固定/可移動(dòng)存儲(chǔ)器、USB高速串行接口都相聯(lián)，主控與用戶控制模塊相聯(lián)，固定/可移動(dòng)存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)控制器相聯(lián)，存儲(chǔ)控制器與USB高速串行接口相聯(lián)。
[0043]近紅外發(fā)射裝置:
[0044]本發(fā)明采用760和850nm波長(zhǎng)的近紅外線LED陣列為發(fā)射裝置，多次試驗(yàn)確定顯像效果最佳的亮度和LED個(gè)數(shù)。發(fā)射近紅外光的LED圍繞鏡頭形成環(huán)形排列，并使用勻光片，使近紅外光均勻照射到皮膚表面。勻光片又稱PC光擴(kuò)散板，由聚碳酸酯為基材加入擴(kuò)散劑而制成的一種光學(xué)PC耐力板。擴(kuò)散劑能均勾分布在板材內(nèi)，使光線經(jīng)過板材時(shí)，碰到擴(kuò)散劑顆粒時(shí)發(fā)生折射、反射、散射的效果，從而使光線可以均勻的透過板材但又不會(huì)露出光源，達(dá)到從點(diǎn)光源向面光源的變化。
[0045]數(shù)碼攝像裝置:
[0046]數(shù)碼攝像裝置用來捕獲由皮膚散射和反射的近紅外信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)暫時(shí)儲(chǔ)存在內(nèi)部。其功能模塊組成框圖如圖3所示。圖4為圖像采集結(jié)構(gòu)框圖。
[0047]數(shù)碼攝像裝置包括近紅外鏡頭、光電傳感器、模擬信號(hào)處理器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流基準(zhǔn)模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、格式化模塊，近紅外鏡頭、光電傳感器、模擬信號(hào)處理器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、格式化模塊依次相聯(lián)，直流基準(zhǔn)與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相聯(lián)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器與靜態(tài)/動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)相聯(lián)。下面詳述各子模塊的技術(shù)內(nèi)容。
[0048]近紅外鏡頭:數(shù)碼攝像裝置的鏡頭采用普通的光學(xué)鏡頭，在鏡頭前添加相應(yīng)波長(zhǎng)的近紅外光濾光片，可以使通過鏡頭到達(dá)傳感器的光為所需近紅外光?？傮w而言，近紅外鏡頭通常包括以下幾個(gè)部件:鏡頭保護(hù)玻璃、相應(yīng)波長(zhǎng)的濾光片、透鏡部件、光學(xué)低通濾波器等組成，鏡頭保護(hù)玻璃、相應(yīng)波長(zhǎng)的濾光片、透鏡部件、光學(xué)低通濾波器依次裝配，部分組件示意圖如圖5所示。
[0049]鏡頭保護(hù)玻璃對(duì)內(nèi)部的光學(xué)組件起保護(hù)作用。
[0050]近紅外濾光片(Near Infrared Filter)不同于普通相機(jī)內(nèi)置的紅外截止濾光器(IR Cut Filter)，它的作用是阻擋可見光而讓近紅外光通過，從而使得到達(dá)傳感器的只有近紅外信號(hào)。近紅外濾光片通常是帶通濾光片，由真空鍍膜而成。對(duì)于近紅外的帶通來說，是在白玻璃上鍍膜。
[0051]透鏡組件由許多獨(dú)立的磨光玻璃元件組成或用透明塑料壓制而成，功能是將光線聚集到感光面上。透鏡有其特有的球差、色差等影響成像質(zhì)量的像差存在，為了解決像質(zhì)問題，鏡頭設(shè)計(jì)中采用了不同曲率、不同材料的透鏡組合以消除或減輕其影響。此外，也可用非球面透鏡的方法，該方法有助于除去球面像差、減少透鏡片數(shù)、提高像質(zhì)效果。
[0052]光學(xué)低通濾波器大都是由兩塊或多塊石英晶體薄板構(gòu)成的，放在CCD傳感器的前面。目標(biāo)圖象信息的光束經(jīng)過OLPF后產(chǎn)生雙折射(分為尋常光ο光束和異常光e光束)。根據(jù)CCD像素尺寸的大小和總感光面積計(jì)算出抽樣截止頻率，同時(shí)也可計(jì)算出ο光和e光分開的距離。改變?nèi)肷涔馐鴮?huì)形成差頻的目標(biāo)頻率，達(dá)到減弱或消除低頻干擾條紋的目的，特別是彩色CCD出現(xiàn)的偽彩色干擾條紋的目的。
[0053]光電傳感器:光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0054]光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為:發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。
[0055]常見的光電傳感器為CXD和CMOS傳感器。
[0056]CXD型和CMOS型固態(tài)圖像傳感器在光檢測(cè)方面都利用了硅的光電效應(yīng)原理，不同點(diǎn)在于像素光生電荷的讀出方式。CCD光電傳感器的作用是將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，這里采用面陣(XD。面陣CXD包含一個(gè)光敏元件矩陣，將圖像光能量信息轉(zhuǎn)換為電子模擬量信息，并將每個(gè)像素上的電子模擬量信息通過串行掃描的方法自動(dòng)傳輸出來。矩陣中的每個(gè)元件代表圖像中的一個(gè)像素。CCD信號(hào)的讀出采用幀傳送的方式。兩路CCD信號(hào)分別作為差分放大電路的兩個(gè)輸入端，以抑制零點(diǎn)漂移及噪聲干擾。A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過處理的CCD模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，交給數(shù)字信號(hào)處理器。
[0057]典型的CMOS像素陣列是一個(gè)二維可編址傳感器陣列，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖6。傳感器的每一列與一個(gè)位線相連，行允許線允許所選擇的行內(nèi)每一個(gè)敏感單元輸出信號(hào)送入它所對(duì)應(yīng)的位線上，位線末端是多路選擇器，按照各列獨(dú)立的列編址進(jìn)行選擇。CMOS圖像傳感器在每個(gè)像素位置內(nèi)都有一個(gè)放大器，這就使其能在很低的帶寬情況下把離散的電荷信號(hào)包轉(zhuǎn)換成電壓輸出，而且也僅需要在幀速率下進(jìn)行重置。CMOS圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一就是它具有低的帶寬，并增加了信噪比。
[0058]數(shù)字信號(hào)處理器:數(shù)字信號(hào)處理器簡(jiǎn)稱DSP (Digital Signal Processor)，是子系統(tǒng)的重要部件之一，它的主要功能是通過算法對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理，包括對(duì)高頻騷動(dòng)的校正以及灰度系數(shù)的校正。它可將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化，再傳輸至微型移動(dòng)裝置進(jìn)行投影。圖像處理的一般流程見如7。
[0059]I)自動(dòng)曝光算法測(cè)量分立景物區(qū)域的亮度，通過調(diào)節(jié)快門速度和(或)光圈以對(duì)曝光過度或曝光不足的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。主要目標(biāo)是維持圖像中不同區(qū)域之間的相對(duì)對(duì)比度并且達(dá)到所要求的平均亮度。
[0060]自動(dòng)聚焦算法可分為兩類:主動(dòng)算法采用紅外線或超聲波發(fā)射器和接收器估計(jì)照相機(jī)和拍攝對(duì)象之間的距離；被動(dòng)算法是根據(jù)照相機(jī)所接收的圖像進(jìn)行聚焦。在這兩種子系統(tǒng)中，多媒體處理器通過其輸出的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制各種鏡頭和快門的電機(jī)。自動(dòng)曝光控制功能還能調(diào)節(jié)傳感器的自動(dòng)增益控制(AGC)電路。
[0061 ] 2)因?yàn)閭鞲衅魍ǔ：泻苌俚臒o效或缺陷像素，所以可以通過中值濾波消除這些缺陷，原理是當(dāng)光學(xué)處理有些模糊的圖像時(shí)像素之間的急劇變化是不正常的。
[0062]3)鏡頭的陰影畸變降低了鏡頭周圍區(qū)域的圖像亮度。色像差會(huì)使圖像周圍出現(xiàn)色彩條紋。因此多媒體處理器需要對(duì)圖像做數(shù)學(xué)變換以校正這些畸變。另外一方面是圖像穩(wěn)定性補(bǔ)償或信號(hào)交換校正。
[0063]4)雙線性插值或雙三次插值適合處理圖像的平滑區(qū)域。然而，用這些簡(jiǎn)單的算法處理邊緣或紋理豐富的區(qū)域時(shí)會(huì)遇到問題。自適應(yīng)算法根據(jù)局部圖像特點(diǎn)改變算法，從而可以提供較好的效果。自適應(yīng)算法的一個(gè)例子是基于邊緣重構(gòu)。這種算法分析圍繞像素的區(qū)域并且確定在哪個(gè)方向上完成內(nèi)插。如果它在像素附近找到了邊緣，則將沿著邊緣進(jìn)行插值，而不是越過邊緣。另一種自適應(yīng)算法是假設(shè)整個(gè)對(duì)象是恒定色調(diào)，這可以防止在個(gè)別對(duì)像中顏色梯度的突變。還有許多其它的抗馬賽克技術(shù)，包括頻域分析、貝葉斯判決準(zhǔn)則，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0064]5)將內(nèi)插后的RGB圖像變換為目標(biāo)輸出顏色空間(如果還不是合適的顏色空間)。為了壓縮或在電視機(jī)上顯示圖像，這通常包括RGB、YCbCr的矩陣轉(zhuǎn)換，通常還包括另外的灰度系數(shù)校正電路以適應(yīng)目的顯示器。
[0065]6)圖像在送到顯示器和(或)存儲(chǔ)媒體之前通過各種濾波作用完善圖像。例如，邊緣輪廓增強(qiáng)、像素閾值處理以降低噪聲、以及人工顏色刪除通常都在這階段完成。
[0066]7)后處理圖像輸出到目的顯示器，通常是集成液晶顯示(LCD)屏，同時(shí)將圖像送到多媒體處理器運(yùn)行壓縮算法軟件，并存儲(chǔ)到相應(yīng)存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0067]微型移動(dòng)投影裝置:
[0068]微型移動(dòng)投影裝置的作用是將血管分布的圖像信息投射至皮膚進(jìn)行顯示。該裝置的組成框圖如圖8所示，其包括可見光LED陣列、濾鏡、聚光鏡和偏振片、LCD液晶面板、鏡頭、圖像控制器，可見光LED陣列向?yàn)V鏡、聚光鏡和偏振片發(fā)射光線，濾鏡、聚光鏡和偏振片與LCD液晶面板相聯(lián)，LCD液晶面板與鏡頭、圖像控制器相聯(lián)，圖像控制器接收數(shù)碼攝像裝置傳輸?shù)难芊植紙D像信息，鏡頭向皮膚投射。
[0069]為實(shí)現(xiàn)攝像頭采集的圖像經(jīng)過投影儀實(shí)現(xiàn)圖像1:1比例投放，首先需要對(duì)攝像頭、投影儀成像的原理進(jìn)行分析；以幫助在實(shí)驗(yàn)的過程中起指導(dǎo)作用。攝像頭和投影儀都是基于透鏡成像的；攝像頭成像是一個(gè)縮小的像，而投影儀成像是一個(gè)放大的像，下面將結(jié)合透鏡的成像規(guī)律和實(shí)際應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行分析。
[0070]參見圖9，光學(xué)引擎:投影儀的投影光學(xué)系統(tǒng)又稱為“光機(jī)”或“光學(xué)引擎”，工作機(jī)理是:利用高亮度光源，照射顯示芯片(顯示芯片是光電轉(zhuǎn)換期間)，經(jīng)投影光學(xué)系統(tǒng)放大，可將芯片的圖像投射到屏幕上。目前市場(chǎng)上的微型投影儀依然是在二代投影儀的投影技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，有HTPSLCD (液晶微型投影技術(shù))透射微投影、DLP (德州儀器公司開發(fā)的數(shù)字光學(xué)處理技術(shù))和LCOS (硅基液晶)反射式微投影等投影技術(shù)。
[0071]LED驅(qū)動(dòng):由于微型光機(jī)一般都采用大功率白光LED來作為光源。其要求工作在可靠的恒流狀態(tài)，視使用的LED不同、內(nèi)部LED的連接方式不同，而需加載不同的電流。因此設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的大功率恒流源來給LED供電是必要的。在設(shè)計(jì)LED恒流源的時(shí)候，需要重點(diǎn)考慮光機(jī)中LED的電氣特性、連接方式等，如果是電池供電，還要考慮外部輸入電壓變動(dòng)范圍；恒流源效率、恒流源PWM調(diào)整范圍。有些帶電池供電的機(jī)器需要能工作在低亮度模式，以便延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，因此還要考慮該恒流源能比較方便地調(diào)整電流，要具有使能端，便于利用微控制器開關(guān)恒流源。
[0072]電源管理:一個(gè)穩(wěn)定的電源解決方案可以保證硬件電路的平穩(wěn)運(yùn)行。電源模塊通常由若干個(gè)相互獨(dú)立的穩(wěn)壓模塊構(gòu)成，這樣做的目的是為了減少各個(gè)電源間的相互串?dāng)_在整個(gè)系統(tǒng)中，不同模塊之間的供電方式是不一樣的，同時(shí)為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性，因此在設(shè)計(jì)電源管理是需要考慮不同電源的紋波，斷路、短路保護(hù)。
[0073]顯示面板驅(qū)動(dòng):不同的光學(xué)引擎可能采用顯示芯片也不一樣，因此需要針對(duì)相應(yīng)的顯示面板設(shè)計(jì)不同的顯示面板驅(qū)動(dòng)。FPGA處理過的視頻流信號(hào)進(jìn)過顯示面板驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化為面板能夠接收的數(shù)字視頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)圖像在屏幕上的正常顯示。
[0074]輔助電子功能:主要監(jiān)視系統(tǒng)的過壓、過流、過熱狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)中電壓、電流過高或者過低時(shí)及時(shí)切斷系統(tǒng)工作，特別是LED的電流電壓。LED由于目前的光電轉(zhuǎn)換效率還不是很高，特別是超大功率的白光LED器件，在工作中其自身發(fā)熱較厲害。而LED本身又是一個(gè)對(duì)熱很敏感的器件。如果散熱不良，將會(huì)導(dǎo)致LED內(nèi)部熒光粉的提前衰老，影響亮度輸出。在整個(gè)系統(tǒng)還有LED驅(qū)動(dòng)電路本身和顯示面板也都會(huì)產(chǎn)生大量的熱，在一個(gè)相對(duì)封閉的空間中熱量的聚集對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)很大考驗(yàn)，因此在系統(tǒng)工作時(shí)還需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的溫度變化，當(dāng)溫度過高時(shí)也要切斷系統(tǒng)工作，使系統(tǒng)盡快降溫。
[0075]FPGA視頻信號(hào)處理:通過攝像頭采集的圖像，為了能夠證實(shí)有效地反應(yīng)出人體血管的位置，需要對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行一定的處理，最后要1:1地投放在人體的某個(gè)部位上，在這過程中還需對(duì)圖像根據(jù)投影儀的距離對(duì)圖像進(jìn)行縮放；最后將處理好的視頻流信號(hào)發(fā)送給顯示面板驅(qū)動(dòng)芯片。
[0076]上述可對(duì)投射到皮膚上的血管分布圖像進(jìn)行保存并通過USB接口輸出，從而可將圖像傳輸?shù)絇C上以進(jìn)一步分析或處理。本實(shí)施例系統(tǒng)通過總體控制電路或主控程序來實(shí)現(xiàn)各個(gè)裝置或部件的邏輯控制，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)操作的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。主控程序芯片MCU對(duì)該子系統(tǒng)的所有部件及任務(wù)進(jìn)行管理。接通電源時(shí)MCU開始檢查各部件是否處于可工作狀態(tài)，如果有一個(gè)部分出現(xiàn)故障，則投射出現(xiàn)錯(cuò)誤的字樣，并停止工作。如果一切正常，那么子系統(tǒng)就處于就緒狀態(tài)了。主控程序的控制流程參見圖10。
[0077]以上對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及原理進(jìn)行了詳細(xì)說明，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，依據(jù)本發(fā)明提供的思想，在【具體實(shí)施方式】上會(huì)有改變之處，而這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.近紅外血管顯像儀，其特征是包括近紅外光發(fā)射裝置、數(shù)碼攝像裝置、微型移動(dòng)投影裝置，近紅外發(fā)射裝置向皮膚發(fā)射光線，皮膚向數(shù)碼攝像裝置反射，數(shù)碼攝像裝置與微型移動(dòng)投影裝置相聯(lián)，微型移動(dòng)投影裝置將血管分布的圖像信息投射至皮膚進(jìn)行顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的近紅外血管顯像儀，其特征是:近紅外發(fā)射裝置采用760和850nm波長(zhǎng)的近紅外線LED陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的近紅外血管顯像儀，其特征是:LED共設(shè)8個(gè)，LED成環(huán)形排列。
4.如權(quán)利要求1所述的近紅外血管顯像儀，其特征是:數(shù)碼攝像裝置包括近紅外鏡頭、光電傳感器、模擬信號(hào)處理器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流基準(zhǔn)模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器、格式化模塊，近紅外鏡頭、光電傳感器、模擬信號(hào)處理器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器、格式化模塊依次相聯(lián)，直流基準(zhǔn)與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相聯(lián)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器與靜態(tài)/動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)相聯(lián)。
5.如權(quán)利要求1所述的近紅外血管顯像儀，其特征是:微型移動(dòng)投影裝置包括可見光LED陣列、濾鏡、聚光鏡和偏振片、LCD液晶面板、鏡頭、圖像控制器，可見光LED陣列向?yàn)V鏡、聚光鏡和偏振片發(fā)射光線，濾鏡、聚光鏡和偏振片與LCD液晶面板相聯(lián)，LCD液晶面板與鏡頭、圖像控制器相聯(lián)，圖像控制器接收數(shù)碼攝像裝置傳輸?shù)难芊植紙D像信息，鏡頭向皮膚投射。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK104434033SQ201410709873
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】張文 申請(qǐng)人:深圳元華醫(yī)療設(shè)備技術(shù)有限公司