一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統的制作方法
【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，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、后部分光軸的交點處設有熱鏡；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置在投影光路的光軸上；近紅外攝像機設置在攝像光路后部分光軸上，近紅外攝像機的信號輸出端與LED屏的信號輸入端相連。本實用新型中近紅外攝像成像和投影圖像能夠準確覆蓋重合，實現了外周血管靜脈顯像裝置的光學系統結構優化和體積小型化，滿足了其手持化的需要，擴大了其穿刺部位的適用范圍和人體穿刺部位的活動容許范圍，提高了臨床應用價值。
【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
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于醫用光學組合系統【技術領域】，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。
【背景技術】
[0002]近紅外靜脈顯像裝置是輔助醫護人員進行臨床靜脈穿刺的一種醫用光學儀器。該裝置從光學系統組成結構特點來看，其光學系統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。為了進一步擴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，使得該裝置的光學系統結構緊湊，易于微型化，從而滿足裝置手持式的要求。而光路組合的優劣不僅關系到最終產品的便攜性，同時也直接影響到整個裝置的性能和質量。如果上述光學系統通過光路組合后所產生的誤差過大，將會帶來嚴重的圖像覆蓋偏差，進而阻礙其進一步的臨床應用。而目前我國絕大多數靜脈顯像裝置由于沒有能夠將紅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域進行簡單地靜脈成像，無法在人體皮膚其它部位上進行有效顯影，限制了該裝置的應用臨床范圍。
實用新型內容
[0003]本實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，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]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[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置在投影光路光軸上的投影光源、用于將投影光源發出的光轉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、將光先聚焦再發散的兩塊共用物鏡和皮膚穿刺區域；
[0007]攝像光路包括沿投影光路反方向依次設置在投影光路光軸上的皮膚穿刺區域、近紅外光源、兩塊共用物鏡和將共用物鏡射出的光轉化為平行光的熱鏡，以及設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；近紅外攝像機的信號輸出端與LED屏的信號輸入端相連；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的鏡頭上裝有紅外濾光片。
[0011 ] 所述的近紅外攝像機的內部設有采集近紅外圖像信號的CXD傳感器并將上述信號傳遞至紅外攝像機的信號輸出端的圖像采集輸出電路，紅外攝像機的信號輸出端與用于采集圖像增強處理的計算機的輸入端相連，計算機的輸出端與LED屏的信號輸入端相連。
[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在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列光源。
[0014]相對于現有技術，本實用新型的有益效果為:
[0015]本實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，使靜脈圖像能夠進行有效準確的顯影，保證了近紅外攝像成像和投影圖像能夠準確覆蓋重合，實現了外周血管靜脈顯像裝置的光學系統結構優化和體積小型化，滿足了該裝置的手持化的需要，擴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容許范圍，提高了其臨床應用價值。
[0016]進一步的，本實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，從而減少了本實用新型的投影區域與攝像區域的位置偏差，提高了投影圖像的覆蓋精度。
[0017]進一步的，本實用新型中在近紅外攝像機的鏡頭上安裝紅外濾光片，能夠減少可見光對近紅外攝像機的成像影響，通過設置的圖像采集電路和計算機內部的實時圖像增強處理算法，有助于提高投影圖像的顯示效果，保證臨床應用的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的雙光路組合系統的結構示意圖；
[0019]其中:1為皮膚穿刺區域、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。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0021]圖1為本實用新型的雙光路組合系統的結構示意圖，圖中帶箭頭的實線代表攝像光路和投影光路，虛線代表信號傳輸，點劃線代表投影光路的光軸。參見圖1，本實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，信號光束經熱鏡4反射后發生偏轉并沿著I軸的負方向傳播至近紅外攝像機10進行圖像采集。投影光路包括沿投影光路方向(X軸的負方向)依次設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、將光先聚焦再發散的兩塊共用物鏡3和皮膚穿刺區域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發出的光轉化為平行光，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)依次設置在投影光路光軸上的皮膚穿刺區域1、近紅外光源2、兩塊共用物鏡3和將共用物鏡3射出的光轉化為平行光的熱鏡4，以及設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10。投影光路和攝像光路共用皮膚穿刺區域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的組合起來。近紅外攝像機10的鏡頭上裝有紅外濾光片9。近紅外攝像機10的內部設有采集圖像并將圖像信號傳遞至紅外攝像機10信號輸出端的圖像傳感器，紅外攝像機10的信號輸出端與用于圖像處理的計算機的輸入端相連，計算機的輸出端與LED屏6的信號輸入端相連。
[0022]根據人體待穿刺部位的皮膚在一定波長的近紅外光照射下，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獲得皮下靜脈反射圖像，再對獲取的上述反射圖像進行相應的圖像增強處理后輸入至投影系統，然后利用該投影系統將上述反射圖象實時地投影到上述待穿刺部位的皮膚表面，通過清晰顯現在待穿刺部位皮膚表面上的皮下靜脈圖象，醫護人員即可順利完成輔助穿刺靜脈操作。基于上述工作原理，本實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確覆蓋重合，實現了外周血管靜脈顯像裝置的光學系統結構優化，滿足了外周血管靜脈顯像裝置的手持化的需要，擴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容許范圍，提高了臨床應用價值。
[0023]本實用新型的工作過程為:
[0024]當近紅外光源2照射到人體的皮膚穿刺區域I時，攜帶人體皮下靜脈信息的近紅外漫反射光束經過皮膚穿刺區域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，經熱鏡4反射成平行光線后，由加裝在紅外攝像機鏡頭上的紅外濾光片9進入近紅外攝像機10內，然后以近紅外攝像機10內部圖像傳感器CCD為中心器件電路進行采集成像后，再利用計算機對近紅外攝像機10的近紅外成像進行實時圖象增強和噪聲處理后，傳輸至IXD屏6上；同時為了保證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發出的可見光轉化為平行光，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域I的表面上。由此，醫護人員就可以憑借本實用新型順利完成人體皮下靜脈輔助穿刺操作。
[0025]為了保證本實用新型能夠順利實施，近紅外光源2可選用波長在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列作為實際照射光源，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。利用有關光學仿真計算軟件還可模擬確定入射到皮膚穿刺區域I的最佳光照強度，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與皮膚穿刺區域I之間的最佳照射距離和角度等參數。共用物鏡3可選擇利用模壓成型技術，能夠進行大批量穩定生產的非球面透鏡，以便提高近紅外攝像機10的光學成像質量，減少共用物鏡裝配過程中所產生的光學誤差。為了避免可見光中的近紅外成分被熱鏡4反射后對紅外攝像機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的關鍵器件。為了防止投影與攝像光路經過熱鏡4時相互產生干擾，可選用與近紅外光波長差異明顯的其它波長光作為投影光源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的作用就是一個透鏡，可由聚烯烴材料注壓而成。為了減小本實用新型的體積，應盡可能選取尺寸較小的LCD屏。同時為了濾除可見光，減少可見光對近紅外攝像機10的成像影響，需要在近紅外攝像機鏡頭上加裝紅外濾光鏡9，并根據實際光譜響應曲線和光學成像質量等綜合因素來選擇近紅外攝像機10。
[0026]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施實例，并非對本實用新型作任何形式上的限制，任何未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施實例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實用新型技術的方案的范圍。
【權利要求】
1.一種適用于外周血管靜脈顯像裝置的雙光路組合系統，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置在投影光路光軸上的投影光源(8)、用于將投影光源(8)發出的光轉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)、將光先聚焦再發散的兩塊共用物鏡(3)和皮膚穿刺區域(I); 攝像光路包括沿投影光路反方向依次設置在投影光路光軸上的皮膚穿刺區域(I)、近紅外光源(2)、兩塊共用物鏡(3)和將共用物鏡(3)射出的光轉化為平行光的熱鏡(4)，以及設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(10);近紅外攝像機(10)的信號輸出端與LED屏(6)的信號輸入端相連；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域(I)和兩塊共用物鏡(3)。
2.根據權利要求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，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.根據權利要求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，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.根據權利要求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，其特征在于:所述的近紅外攝像機(10)的鏡頭上裝有紅外濾光片(9)。
5.根據權利要求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，其特征在于:所述的近紅外攝像機(10)的內部設有采集近紅外圖像信號的C⑶傳感器并將上述信號傳遞至紅外攝像機(10)的信號輸出端的圖像采集輸出電路，紅外攝像機(10)的信號輸出端與用于采集圖像增強處理的計算機的輸入端相連，計算機的輸出端與LED屏(6)的信號輸入端相連。
6.根據權利要求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，其特征在于:所述的兩片共用物鏡(3)均為非球面透鏡。
7.根據權利要求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，其特征在于:所述的近紅外光源(2)為波長在800nm?840nm之間的近紅外LED陣列光源。
【文檔編號】A61B5/00GK203408033SQ201320376695
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年6月27日 優先權日:2013年6月27日
【發明者】黃洋清, 王慶源, 王廣濤 申請人:西安交通大學