CN106264467B - 一种多功能双红外血管显像仪及其显像方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种多功能双红外血管显像仪及其显像方法，该显像仪包括便携式壳体，壳体内设有电源模块、图像采集模块、双红外光源模块、运算处理模块和投影模块，壳体内还设有无线传输模块，其中电源模块为其他模块供电；图像采集模块的输出端与运算处理模块的输入端相连，运算处理模块的输出端分别与投影模块和无线传输模块相接；双红外光源模块由850nm波长LED灯和940nm波长LED灯组成；图像采集模块包括传感器以及装设在传感器前的带通型滤光片。本发明提高了医疗穿刺的准确性与成功率；方便检查体表肿块儿、静脉血栓、血流信息或内出血情况，可在医院检测或在家自检测；无线传输功能使设备可远程诊断，降低了设备的使用局限性。

Description

一种多功能双红外血管显像仪及其显像方法

技术领域

本发明属于生物医学成像设备领域，具体涉及一种多功能双红外血管显像仪及其显像方法。

背景技术

静脉输液是一种高度专业的技术，要实现静脉输液的治疗过程，医护人员必须实施准确的静脉穿刺。传统的静脉穿刺操作中，医护人员一般采用绑扎血管前端使其突起，然后通过观察和经验来判断静脉血管位置，之后进行静脉穿刺。上述操作虽然具有一定的成功率，但主要凭借的是医护人员对患者静脉血管的触摸手感和目视观察力等经验，往往对医护人员的操作技能、工作经验乃至心理素质都有较高要求；而在临床实践中，若碰到患者为肥胖者、体弱者、皮肤颜色较深者等情况，往往使得静脉不容易显现出来，特别是在儿科，儿童的血管非常细小，难以定位，从而给医护人员的操作带来很大不便，往往需要多次穿刺尝试才可能成功。此类情况，大大降低了对病人的诊疗效率，如果情况严重还会引起医患纠纷。另外临床上还没有能够简便的观察病人皮下出血的辅助设备，为解决上述问题静脉血管显示仪器被开发出来。如专利“一种多功能基于近红外光吸收和投影的血管成像设备”(专利申请号：201410709873.X)，这是一款典型的静脉显像装置，其通过红外光照射到皮肤表面能够购穿透人体组织，利用去氧血红蛋白的特异性吸收光谱特性，明显的将静脉血管同周围的组织区分开来。并将待穿刺部位的红外影像进行拍摄并投影到原部位，可辅助医护人员定位静脉从而辅助实施穿刺。

以上的技术方案中，基本完全依靠红外光学特性对静脉血管与周围组织进行区分，虽然能够看到血管但是区分度低，视觉效果差，导致最终用户体验差强人意。

发明内容

本发明提供了一种多功能双光源静脉血管成像和投影并实时无线传输的诊疗设备，通过对图像进行增强处理，能够清晰观察人体静脉血管分布，提高血管穿刺的效率，减轻患者病痛，且具有无线传输及远程显示的功能，轻便可靠。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种多功能双红外血管显像仪，包括便携式壳体，壳体内设有电源模块、图像采集模块、双红外光源模块、运算处理模块和投影模块，壳体内还设有无线传输模块，其中所述电源模块为其他模块供电；所述图像采集模块的输出端与运算处理模块的输入端相连，运算处理模块的输出端分别与投影模块和无线传输模块相接；所述双红外光源模块由850nm波长LED灯和940nm波长LED灯组成；所述图像采集模块包括传感器以及装设在传感器前的带通型滤光片。

本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的多功能双红外血管显像仪，其中所述的运算处理模块包括顺次相接的图像预处理子模块、自校准子模块、自适应滤波子模块、形态学增强子模块以及颜色变换子模块。

前述的多功能双红外血管显像仪，其中所述的投影模块采用DLP投影。

前述的多功能双红外血管显像仪，其中所述的便携式壳体的正面设有指示灯和开关按键，其中指示灯包括电源指示灯、CPU指示灯和发热指示灯，开关按键包括自校准开关、启动停止开关、工作状态切换开关以及无线传输切换开关。

前述的多功能双红外血管显像仪，其中所述的便携式壳体的背面设有摄像与投影孔、850nm光源投射孔和940nm光源投射孔。

前述的多功能双红外血管显像仪，其中所述的便携式壳体由两个相互扣合的外壳组成，且组成壳体背面的外壳中部具有凹槽。

前述的多功能双红外血管显像仪，还包括固定支架，该固定支架上设有与所述便携式壳体匹配的固定槽。

本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种多功能双红外血管显像仪的显像方法，包括以下步骤：

1)双红外光源模块向待测皮肤发射红外光；

2)图像采集模块采集投影区域的图像，并将其传输给运算处理模块，运算处理模块的处理过程包括以下步骤：

a)利用图像预处理子模块对图像进行线性增强处理，提高图像对比度；

b)利用自校准模块通过将特制标定板放置在投影工作区域，对标定板上以及投影出的标志图形进行识别，自动检测误差并根据误差调整图像投影位置；

c)利用自适应滤波子模块通过对局部图像中与血管图形相似图形的增强，并对其他区域图像进行削弱，进一步提高血管图像的对比度与质量；

d)利用形态学增强子模块采用形态学运算处理图像，在不增大血管图像范围的前提下对图像中不均匀不连续的区域进行智能的填补，进一步增强图像的质量；

e)利用颜色变换子模块根据用户选择投影颜色的喜好对图形颜色进行变换；

3)运算处理模块将处理后的图像输出到投影模块和无线传输模块，然后通过投影模块将图像投影到待测皮肤的投影区域，通过无线传输模块将图像传输到其他设备。

采用以上技术方案，本发明具有以下优点与效益：

1)自校准功能可以根据设备配送的标定板对投影的精度进行校准，增强了投影的精度，大大提高医疗穿刺的准确性与成功率，无创式检测，降低患者的病痛。

2)自适应滤波与形态学增强功能强化了血管图像的质量，增强了图像的显示效果，并进一步提高了血管图像的准确性。方便的检查体表肿块儿、静脉血栓、血流信息或内出血情况，不仅在医院可以检测，也可在家自检测，观察康复情况，对治疗起到促进作用。

3)无线传输功能使设备不仅可以临床观察，还能远程诊断，大大降低了设备的使用局限。

附图说明

图1为本发明一种多功能双红外血管显像仪的系统组成图；

图2为本发明一种多功能双红外血管显像仪的运算处理模块的处理流程图；

图3(a)为本发明一种多功能双红外血管显像仪的立体图；

图3(b)为本发明一种多功能双红外血管显像仪的后视图。

【主要元件符号说明】

1：电源指示灯

2：CPU指示灯

3：发热指示灯

4：自校准开关

5：启动停止开关

6：工作状态切换开关

7：无线传输切换开关

8：摄像与投影孔

9：850nm光源投射孔

10：940nm光源投射孔

11：凹槽

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种多功能双红外血管显像仪其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1、图2、图3(a)和图3(b)，本发明提出的一种多功能双红外血管显像仪包括便携式壳体，壳体内设有电源模块、图像采集模块、双红外光源模块、运算处理模块、投影模块和无线传输模块，其中电源模块为其他五个模块供电；图像采集模块的输出端与运算处理模块的输入端相连，运算处理模块的输出端分别与投影模块和无线传输模块相接。

所述电源模块采用电池或适配器两种方式对设备进行供电，方便用户在自由手持、平稳固定等各种状态下进行使用，提高了设备的便利性。

所述双红外光源模块由850nm波长LED灯和940nm波长LED灯组成。表1为通过实验测试出的不同波长的图像对比度数据，其中图像对比度＝非静脉区域灰度均值/静脉区域灰度均值，该比值越大图像对比度越高。

表1图像对比度数据

波长范围	对比度均值	波长范围	对比度均值
				760	1.095 957 7	760+850	1.090 090 5
850	1.086 177 3	850+940	1.094 515 8
				940	1.089 877 4	760+850	1.090 088 2

由表1可以看出在波长760nm和850+940nm双光源阶段图像对比度最高，但760nm波长阶段容易受到自然光干扰，且在某些患者身上进行测试时会出现采集不到血管图像的问题，所以本发明采用850+940nm双红外光源。

所述图像采集模块用于采集双红外光源照射处的待测皮肤的图像，其包括近红外CMOS传感器，通过该传感器对患者体表反射回的红外光线进行采集。为了捕捉到清晰的双波段红外图像，该传感器的红外感光能力在940nm波段达到20％。另外为了降低自然光对红外图像的干扰，红外CMOS传感器前加装了带通型滤光片。

所述运算处理模块对图像采集模块采集到的血管图像进行增强处理。该运算处理模块包括顺次相接的图像预处理子模块、自校准子模块、自适应滤波子模块、形态学增强子模块以及颜色变换子模块。

其中图像预处理子模块对图像进行线性增强处理，大大提高了图像的对比度。自校准模块通过将特制标定板放置在投影工作区域，对标定板上以及投影出的标志图形的识别，自动检测误差并根据误差调整图像投影位置。

自适应滤波子模块通过对局部图像中与血管图形相似图形(连续长条形区域)的增强，并对其他区域图像进行削弱，进一步提高血管图像的对比度与质量。

形态学增强子模块采用形态学运算处理图像，其功能在于不增大血管图像范围的前提下对图像中不均匀不连续的区域进行智能的填补，进一步增强了图像的质量。

颜色变换子模块根据用户选择投影颜色的喜好对图形颜色进行变换。

所述投影模块采用DLP投影对通过运算处理模块处理后的血管图像进行投影。DLP投影的优势在于其反射性原理，在对比度和均匀性都非常出色，图像清晰度高、画面均匀、色彩锐利，并且图像无噪声，画面质量稳定，且投影位置十分精确。

无线传输模块将通过运算处理模块处理后的图像实时通过WIFI信号发射给外部显示设备。方便医生在现场大屏幕、远程、会诊等情况下进行观看。

所述便携式壳体的正面设有指示灯和开关按键，其中指示灯包括电源指示灯1、CPU指示灯2和发热指示灯3，开关按键包括自校准开关4、启动停止开关5、工作状态切换开关6以及无线传输切换开关7。

所述便携式壳体的背面设有摄像与投影孔8、850nm光源投射孔9和940nm光源投射孔10。

所述便携式壳体由两个相互扣合的外壳组成，且组成壳体背面的外壳中部具有凹槽11。

在设备充电完毕时，医护人员可直接手持该静脉血管显像仪的手柄端，通过按键打开设备并调整好工作模式后即可进行使用。这种工作模式适合医护人员需要大范围活动时使用，方便快捷。

在本发明另一实施例中，此时所述的便携式壳体还有与之匹配的固定支架，该固定支架的顶端设有与所述便携式壳体匹配的旋转固定槽。医护人员在高频率或者需要稳定对患者进行观察时，可将本设备固定在固定支架上，固定时只需要将便携式壳体的手柄端插入固定支架顶端的固定槽内，然后调整好支架的倾斜度即可使用。此状态下，可在设备工作中同时连接电源连接线进行充电。

本发明采用850nm和940nm双红外光源照射皮肤表面，使静脉血管与周围组织的对比度大大提高；采用自适应滤波等算法增强摄像机采集到的血管图像，大大提高静脉血管图像对比度，更加清晰的显示血管图像；带有自校准功能，能够通过标定板自动校准准确度，大大提高了血管投影的准确性，还采用无线传输模块实时无线传输，用以满足专家会诊或远程诊断等的需要。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种多功能双红外血管显像仪，包括便携式壳体，壳体内设有电源模块、图像采集模块、双红外光源模块、运算处理模块和投影模块，壳体内还设有无线传输模块，其特征在于，

所述电源模块为其他模块供电；

所述图像采集模块的输出端与运算处理模块的输入端相连，运算处理模块的输出端分别与投影模块和无线传输模块相接；

所述双红外光源模块由850nm波长LED灯和940nm波长LED灯组成，与之相应的，所述便携式壳体的背面设有摄像与投影孔、850nm光源投射孔及940nm光源投射孔；

所述图像采集模块包括红外CMOS传感器以及装设在所述红外CMOS传感器前的带通型滤光片；

所述的运算处理模块包括顺次相接的图像预处理子模块、自校准子模块、自适应滤波子模块、形态学增强子模块以及颜色变换子模块；

所述多功能双红外血管显像仪在使用时按照如下步骤进行血管的显像：

SS1.双红外光源模块的850nm波长LED灯和940nm波长LED灯同时向待测皮肤发射红外光；

SS2.图像采集模块采集接收被红外光照射的待测皮肤的图像，并将其传输给运算处理模块，运算处理模块的处理过程包括以下子步骤：

a)利用图像预处理子模块对图像进行线性增强处理，提高图像对比度；

b)利用自校准子模块通过将标定板放置在投影工作区域，对标定板上以及投影出的标志图形进行识别，自动检测误差并根据误差调整图像投影位置；

c)利用自适应滤波子模块通过对局部图像中与血管图形相似的连续长条形区域图形的增强，并对其他区域图像进行削弱，以进一步提高血管图像的对比度与质量；

d)利用形态学增强子模块采用形态学运算处理图像，在不增大血管图像范围的前提下对图像中不均匀不连续的区域进行智能填补，以进一步增强图像的质量；

e)利用颜色变换子模块根据用户选择投影颜色的喜好对图形颜色进行变换；

SS3.运算处理模块将处理后的图像输出到投影模块和无线传输模块，然后通过投影模块将图像投影到待测皮肤的投影区域，通过无线传输模块将图像传输到其他设备。

2.根据权利要求1所述的多功能双红外血管显像仪，其特征在于，其中所述的投影模块采用DLP投影。

3.根据权利要求1所述的多功能双红外血管显像仪，其特征在于，其中所述的便携式壳体的正面设有指示灯和开关按键，其中指示灯包括电源指示灯(1)、CPU指示灯(2)和发热指示灯(3)，开关按键包括自校准开关(4)、启动停止开关(5)、工作状态切换开关(6)以及无线传输切换开关(7)。

4.根据权利要求1所述的多功能双红外血管显像仪，其特征在于，其中所述的便携式壳体由两个相互扣合的外壳组成，且组成壳体背面的外壳中部具有凹槽(11)。

5.根据权利要求1所述的多功能双红外血管显像仪，其特征在于，还包括固定支架，该固定支架上设有与所述便携式壳体匹配的固定槽。

6.一种权利要求1所述的多功能双红外血管显像仪的显像方法，其特征在于，包括以下步骤：

SS1.双红外光源模块的850nm波长LED灯和940nm波长LED灯同时向待测皮肤发射红外光；

SS2.图像采集模块采集接收被红外光照射的待测皮肤的图像，并将其传输给运算处理模块，运算处理模块的处理过程包括以下子步骤：

a)利用图像预处理子模块对图像进行线性增强处理，提高图像对比度；

b)利用自校准子模块通过将标定板放置在投影工作区域，对标定板上以及投影出的标志图形进行识别，自动检测误差并根据误差调整图像投影位置；

c)利用自适应滤波子模块通过对局部图像中与血管图形相似图形的增强，并对其他区域图像进行削弱，进一步提高血管图像的对比度与质量；

d)利用形态学增强子模块采用形态学运算处理图像，在不增大血管图像范围的前提下对图像中不均匀不连续的区域进行智能的填补，进一步增强图像的质量；

e)利用颜色变换子模块根据用户选择投影颜色的喜好对图形颜色进行变换；

SS3.运算处理模块将处理后的图像输出到投影模块和无线传输模块，然后通过投影模块将图像投影到待测皮肤的投影区域，通过无线传输模块将图像传输到其他设备。

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