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1、(10)授权公告号 CN 103006180 B (45)授权公告日 2014.10.22 CN 103006180 B (21)申请号 201210503489.5 (22)申请日 2012.12.01 A61B 5/00(2006.01) (73)专利权人 清华大学深圳研究生院 地址 518055 广东省深圳市南山区西丽大学 城清华校区 (72)发明人 周倩 彭诚 倪凯 许武 李阳 许明飞 田瑞 (74)专利代理机构 深圳市汇力通专利商标代理 有限公司 44257 代理人 李保明 王锁林 CN 201939343 U,2011.08.24, 说明书第 5、 6、 11-13 段及附图 3，。
2、 . CN 102411255 A,2012.04.11, 说明书第 4、 5、 37-41 段 . CN 102274004 A,2011.12.14, 全文 . US 2005285038 A1,2005.12.29, 全文 . WO 2012060353 A1,2012.05.10, 全文 . CN 202446060 U,2012.09.26, 全文 . CN 1439433 A,2003.09.03, 全文 . (54) 发明名称 一体化的静脉血管寻找投影装置及系统 (57) 摘要 本发明涉及一体化的静脉血管寻找投影装置 及系统， 该装置包括分色棱镜、 可见光光源和照明 镜组， 所述。
3、分色棱镜的第一侧设置成像镜头， 所 述分色棱镜的第二侧由近至远依次设置光学补偿 棱镜和红外成像器件， 所述分色棱镜的第三侧由 近至远依次设置分光棱镜和投影显示器件， 所述 可见光光源和照明镜组设置在所述分光棱镜的一 侧， 所述红外成像器件与所述投影显示器件连接 ； 可见光光源发出的光投射到所述投影显示器件 上， 所述红外成像器件获取静脉血管的红外图像 信息， 驱动所述投影显示器件对投射到其的可见 光进行调制， 进而将静脉血管的图像成像至皮肤 表面该静脉血管位置处。该系统由红外光源和上 述投影装置组成。本装置定位准确、 实时， 结构简 单。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 胡新。
4、芬 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (10)授权公告号 CN 103006180 B CN 103006180 B 1/1 页 2 1. 一体化的静脉血管寻找投影装置， 其特征在于 ： 包括分色棱镜 (2)、 可见光光源 (8) 和照明镜组 (7)(7 )， 所述分色棱镜的第一侧设置成像镜头 (1)， 所述分色棱镜的第二侧由 近至远依次设置光学补偿棱镜 (5)(5 ) 和红外成像器件 (6)， 所述分色棱镜的第三侧由近 至远依次设置分光棱镜 (3)(3 ) 和投影显示器件 (4)(4。
5、 )， 所述可见光光源和照明镜组设 置在所述分光棱镜的一侧， 所述红外成像器件与所述投影显示器件连接， 所述红外成像器 件 (6) 表面配有滤色片， 所述滤色片只允许近红外波段的红外线通过， 所述可见光光源 (8) 为单色 LED 光源、 或用白光光源加滤色镜组成的光源 ； 可见光光源发出的光依次经所述照 明镜组汇聚准直、 所述分光棱镜反射后投射到所述投影显示器件上， 所述红外成像器件通 过所述光学补偿棱镜、 分色棱镜和成像镜头获取静脉血管的红外图像信息， 生成图像信号， 驱动所述投影显示器件对投射到其的可见光进行调制， 调制后的光束依次经过所述分光棱 镜、 分色棱镜和成像镜头， 将静脉血管的。
6、图像成像至皮肤表面该静脉血管位置处。 2. 根据权利要求 1 所述的一体化的静脉血管寻找投影装置， 其特征在于 ： 所述分光棱 镜 (3) 为 PBS 棱镜， 所述投影显示器件 (4) 为 LCOS 面板， 所述照明镜组 (7) 包括复数片光 学透镜和一片光学偏振片。 3. 根据权利要求 1 所述的一体化的静脉血管寻找投影装置， 其特征在于 ： 所述分光棱 镜 (3 ) 为 TIR 棱镜， 所述投影显示器件 (4 ) 为 DMD 面板， 所述照明镜组 (7 ) 由复数片光 学透镜组成。 4. 静脉血管寻找投影系统， 其特征在于 ： 由红外光源和权利要求 1-3 任意一项所述的 一体化的静脉血管。
7、寻找投影装置组成。 5. 根据权利要求 4 所述的静脉血管寻找投影系统， 其特征在于 ： 所述红外光源的工作 波段为 800 850nm 或 900 950nm。 权 利 要 求 书 CN 103006180 B 2 1/4 页 3 一体化的静脉血管寻找投影装置及系统 技术领域 0001 本发明涉及静脉血管穿刺用辅助定位装置， 更具体地说， 是一种一体化的静脉血 管寻找投影装置， 并涉及采用这种装置的静脉血管寻找投影系统， 用于帮助医护人员找到 血管进行静脉穿刺。 背景技术 0002 在临床治疗中， 静脉穿刺是一种常见的给药方式和检验手段。但是， 由于诸多原 因， 如病人血管细小难找 ； 一些。
8、外伤病人失血较多， 血压偏低造成血管不充盈 ； 或是医护人 员精神紧张、 缺乏经验等， 重复性的静脉穿刺比较常见。这不仅会增大患者痛苦， 还会造成 医患关系的紧张。 因此， 市场上急需一种可以实时获取静脉血管影像， 并对血管位置进行准 确显示定位的医疗辅助仪器。 0003 现有静脉血管位置寻找基于单摄像机多位置跟踪或多摄像机多角度跟踪的原理 实现， 如图 8 所示。由于红外摄像机 81 与静脉图像投影机 82 的光轴并不重合， 因此红外摄 像机 81 获取的静脉血管图像与静脉图像投影机 82 处的静脉图像存在偏差， 不能直接用于 静脉投影定位。为保证静脉投影定位的准确性， 由一台摄像机进行不同。
9、位置的拍摄或者由 多台摄像机同时从不同位置拍摄静脉图像， 并通过计算机对这些图像进行分析和解算， 产 生一幅静脉图像投影机 82 所处位置的静脉图像。现有的这种静脉血管寻找投影装置结构 复杂， 需要进行大量图像处理运算， 同时也无法保证产生的静脉投影图像与真实图像的完 全一致性。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是 ： 针对现有技术存在的结构复杂、 运算量大、 定位不 准确等缺陷， 提供一种一体化的静脉血管寻找投影装置。 0005 本发明一体化的静脉血管寻找投影装置， 包括分色棱镜、 可见光光源和照明镜组， 所述分色棱镜的第一侧设置成像镜头， 所述分色棱镜的第二侧由近至远依次设置光。
10、学补偿 棱镜和红外成像器件， 所述分色棱镜的第三侧由近至远依次设置分光棱镜和投影显示器 件， 所述可见光光源和照明镜组设置在所述分光棱镜的一侧， 所述红外成像器件与所述投 影显示器件连接 ； 可见光光源发出的光依次经所述照明镜组汇聚准直、 所述分光棱镜反射 后投射到所述投影显示器件上， 所述红外成像器件通过所述光学补偿棱镜、 分色棱镜和成 像镜头获取静脉血管的红外图像信息， 生成图像信号， 驱动所述投影显示器件对投射到其 的可见光进行调制， 调制后的光束依次经过所述分光棱镜、 分色棱镜和成像镜头， 将静脉血 管的图像成像至皮肤表面该静脉血管位置处。 0006 优选地， 所述分光棱镜为PBS棱镜。
11、， 所述投影显示器件为LCOS面板， 所述照明镜组 包括复数片光学透镜和一片光学偏振片。 0007 优选地， 所述分光棱镜为 TIR 棱镜， 所述投影显示器件为 DMD 面板， 所述照明镜组 由复数片光学透镜组成。 说 明 书 CN 103006180 B 3 2/4 页 4 0008 优选地， 所述红外成像器件表面配有滤色片， 所述滤色片只允许近红外波段的红 外线通过。 0009 优选地， 所述可见光光源为单色 LED 光源、 或用白光光源加滤色镜组成的光源。 0010 本发明还提供一种静脉血管寻找投影系统， 它由红外光源和上述任意一项所述的 一体化的静脉血管寻找投影装置组成。 0011 优。
12、选地， 所述红外光源的工作波段为 800850nm 或 900950nm。 0012 本发明的有益效果是 ： 0013 1. 定位准确。本发明静脉血管寻找投影装置中， 红外成像光路与静脉投影光路共 用一个成像镜头， 二光路通过分色棱镜分离。在红外成像光路中， 实际静脉位置处为物面， 红外成像器件表面为像面 ； 在静脉投影光路中， 投影显示器件表面为物面， 实际静脉位置处 为像面。 实际系统工作中， 红外成像器件获取的静脉图像信号直接驱动投影显示器件， 调制 入射的可见光生成静脉图像， 二者具有一致性， 从而保证了实际静脉位置处静脉投影图像 与实际静脉图像的一致性， 静脉位置的指示定位非常准确。。
13、 0014 2. 定位实时。本发明静脉血管寻找投影装置生成投影图像时不需要复杂的图像 处理运算， 有很高的图像帧频， 静脉位置的指示定位具有实时性。 0015 3. 结构简单。本发明静脉血管寻找投影装置将红外成像光路与静脉投影光路集 成在一起， 较现有方案简化了整个静脉寻找投影设备的构造， 有利于体积的小型化。 0016 4. 指示效果好。本发明静脉血管寻找投影装置中， 静脉图像投影采用反射式投影 技术， 投射的静脉图像对比度高， 容易辨识。 附图说明 0017 图 1 为实施例 1 静脉血管寻找投影装置的光路结构示意图 ； 0018 图 2 为其分色棱镜的原理图 ； 0019 图 3 为其 。
14、PBS 棱镜的原理图 ； 0020 图 4 为 PBS 棱镜和 LCOS 面板组合的光路图 ； 0021 图 5 为实施例 2 静脉血管寻找投影装置的光路结构示意图 ； 0022 图 6 为 TIR 棱镜和 DMD 面板组合的光路图 ； 0023 图 7 为静脉血管寻找投影系统的应用示意图 ； 0024 图 8 为现有静脉血管位置寻找系统的原理图。 具体实施方式 0025 下面结合具体实施方式并参照附图对本发明作进一步详细说明。 0026 实施例 1 ： 0027 图 1 示出了实施例 1 静脉血管寻找投影装置的光路结构， 本装置实现了静脉红外 成像和静脉投影定位光学系统的一体化， 实现了小型。
15、化， 同时能够对静脉位置准确定位。 0028 如图1所示， 本一体化的静脉血管寻找投影装置包括成像镜头1、 分色棱镜2、 分光 棱镜 3、 投影显示器件 4、 光学补偿棱镜 5、 红外成像器件 6、 照明镜组 7 和可见光光源 8。成 像镜头 1 设置在分色棱镜 2 的右侧 （第一侧） ， 分光棱镜 3 和投影显示器件 4 由近至远依次 设置在分色棱镜 2 的前侧 （第三侧） ， 光学补偿棱镜 5 和红外成像器件 6 由近至远依次设置 说 明 书 CN 103006180 B 4 3/4 页 5 在分色棱镜 2 的左侧 （第二侧） ， 可见光光源 8 和照明镜组 7 设置在分光棱镜 3 的左侧。
16、。 0029 成像镜头 1 由复数片光学透镜构成， 它一方面将红外静脉血管图像成像至红外成 像器件6表面， 另一方面将投影显示器件4表面生成的静脉图像成像至静脉血管位置处。 成 像镜头 1 用于红外波段和可见光波段的成像， 因此成像镜头 1 针对红外光源工作波段和可 见光光源工作波段的成像效果进行特定优化。 0030 图 2 示出了分色棱镜 2 的原理。如图 2 所示， 分色棱镜 2 可以透射近红外波段的 红外成像光线 21 并反射可见光波段的静脉投影光线 22。 0031 分光棱镜 3 采用 PBS 棱镜， 又称为偏振分光棱镜。图 3 示出了 PBS 棱镜的原理。如 图 3 所示， 入射光 。
17、31 的光轴平行于平面时， 垂直于平面振动的 S 偏振光分量 32 被反射， 平 行于平面振动的 P 偏振光分量 33 直接透射。 0032 投影显示器件 4 采用 LCOS（硅基液晶） 面板， 为反射式光调制器件， 可以在反射照 明光束时对其进行光学调制， 从而产生带灰度的图像， LCOS 面板表面贴有 /4 波片。图 4 示出了 PBS 棱镜 3 和 LCOS 面板 4 组合的光路。如图 4 所示， 当 S 偏振光被 LCOS 面板 4 反 射后再次进入 PBS 棱镜 3 时， 两次经过 /4 波片 41 使其相位延迟 /2， 偏振状态发生改 变， 成为 P 偏振光， 直接向上透射而出。 。
18、0033 光学补偿棱镜 5 用于补偿因投影成像光路中加入 PBS 棱镜 3 所产生的投影成像光 路与红外成像光路间的光程差。光学补偿棱镜 5 所用光学材料与 PBS 棱镜 3 相同， 其光线 通过长度与 LCOS 面板 4 反射的成像光束经过 PBS 棱镜 3 时的光线通过长度相等。 0034 红外成像器件 6 用于实时接收红外静脉图像并产生静脉图像视频信号， 静脉图像 视频信号用于驱动投影显示器件 4 对投影成像光束进行调制， 生成静脉图像。红外成像器 件 6 可以是高感光度 CMOS 或 CCD。为了消除杂光的影响， 红外成像器件 6 表面配有滤光片， 该滤光片只允许红外光源工作波段内的近。
19、红外光线通过。 0035 照明镜组 7 包括复数片光学透镜， 其作用是将可见光光源 8 发出的光汇聚准直后 投射到 LCOS 面板 4 上。照明镜组 7 还包括一片光学偏振片， 用于生成 S 偏振光。 0036 可见光光源 8 用于提供静脉投影定位的成像光束， 可以是单个可见光光源， 也可 以是复数个可见光光源， 可以是单色 LED 光源， 也可以是白光光源加滤色镜组成的光源。可 见光光源 8 工作波段一般选择在人眼容易感知的色光波段内， 如 550nm 绿光附近。 0037 其工作原理如下 ： 可见光光源 8 发出的光经过照明镜组 7， 产生 S 偏振光、 汇聚准 直， 然后入射 PBS 棱。
20、镜 3， 在 PBS 棱镜 3 的光学分界面处被反射至 LCOS 面板 4。另一方面， 0038 红外成像光束 （由外部的红外光源照射皮肤表面形成） 通过成像镜头1后依次进入 分色棱镜 2、 光学补偿棱镜 5， 均直接透射而过进入红外成像器件 6， 红外成像器件 6 接收到 红外成像光线后， 获取了关于静脉血管的红外图像信息， 生成图像视频信号 （图像帧频与红 外成像器件 6 的采样速度相关） ， 驱动 LCOS 面板 4 对入射照明光进行调制， 调制后的光束再 次进入 PBS 棱镜 3 后， 成为 P 偏振光的光束透射而出， 进入分色棱镜 2 后被反射， 最终经过 成像镜头 1 成像至皮肤表。
21、面静对应的脉血管位置处。 0039 此时， 投影显示器件 4 表面的静脉图像以可见光灰度图的形式呈现在皮肤表面， 可以根据实际要求调整图像为静脉亮、 背景暗或静脉暗、 背景亮。由于投影显示器件 4 与静 脉位置处、 红外成像器件6与静脉位置处同为物像共轭关系， 且投影显示器件4的图像信号 来自红外成像器件 6 的直接采集， 因此投射的静脉图像与实际的静脉图像具有一致性， 二 说 明 书 CN 103006180 B 5 4/4 页 6 者重合。 0040 实施例 2 ： 0041 图 5 示出了实施例 2 静脉血管寻找投影装置的光路结构。如图 5 所示， 本一体化 的静脉血管寻找投影装置包括成。
22、像镜头1、 分色棱镜2、 分光棱镜3 、 投影显示器件4 、 光学 补偿棱镜 5 、 红外成像器件 6、 照明镜组 7 和可见光光源 8。 0042 实施例2静脉血管寻找投影装置与实施例1的构造基本相同， 其区别仅在于 ： 实施 例 2 中， 分光棱镜 3 为 TIR 棱镜， 投影显示器件 4 为 DMD（数字微镜） 面板， 照明镜组 7 由 复数片光学透镜组成 （不包括光学偏振片） 。对应地， 光学补偿棱镜 5 所用光学材料与 TIR 棱镜 3 相同， 其光线通过长度与 DMD 面板 4 反射的成像光束经过 TIR 棱镜 3 时的光线通 过长度相等。 0043 图 6 示出了 TIR 棱镜 。
23、3 和 DMD 面板 4 组合的光路。如图 6 所示， 当照明光束 （由 可见光光源 8 和照明镜组 7 产生） 向右入射 TIR 棱镜 3 至光学分界面时， 由于入射角大于 全反射角， 因而在光学分界面上发生全反射， 至 DMD 面板 4 ， 入射照明光束经 DMD 面板 4 调 制 （在红外成像器件 6 产生的图像信号的驱动下进行） 、 反射， 向上再次进入 TIR 棱镜 3 ， 在 光学分界面处， 由于入射角小于全反射角， 光束向上透射而过。 0044 从 TIR 棱镜 3 出来的投影成像光束进入分色棱镜 2 后被反射， 最终经过成像镜头 1 成像至静脉血管位置处。 0045 实施例 1。
24、 和 2 中， 分色棱镜 2 采用的是一种能够透射近红外波段的红外成像光线 并反射可见光波段的静脉投影光线的分色棱镜， 对应的， 红外成像器件 6 和光学补偿棱镜 与成像镜头 1 共轴， 投影显示器件和分光棱镜设置在与该成像镜头 1 的中心轴线相垂直的 方向， 分色棱镜 2 透射红外成像光束， 用于红外静脉成像， 并反射可见光投影成像光束， 用 于静脉位置的投影显示定位。可以理解地， 还可以选用能够反射近红外波段的红外成像光 线并透射可见光波段的静脉投影光线的分色棱镜， 相应地， 对红外成像光路与静脉投影光 路作相应调整， 也可以构造出静脉血管寻找投影装置。 0046 上述静脉血管寻找投影装置。
25、与红外光源结合， 即可构成静脉血管寻找投影系统。 0047 其中， 红外光源可以是单个红外光源， 也可以复数个红外光源， 可以是红外 LED 阵 列、 红外辐射黑体光源等形式。 红外光源的波长范围位于近红外波段， 一般选取静脉红外成 像的最佳波段， 如 800850nm， 900950nm 作为其工作波段。 0048 图 7 示出了静脉血管寻找投影系统的应用。如图 7 所示， 使用时， 静脉血管寻找投 影装置 701 设置于静脉血管位置 703 的正上方 ； 红外光源 702 设置在静脉血管位置 703 一 侧斜向照射 ； 静脉穿刺位置 704 位于另一侧， 三者互不影响。 0049 红外光源。
26、 702 发出的红外光束照射皮肤表面， 作为静脉红外成像的背景光源， 由 于红外线的透射、 散射等光学作用， 皮肤表面生成了静脉血管的红外图像。 0050 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在 不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型， 而且性能或用途相同， 都应当视为 属于本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103006180 B 6 1/4 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103006180 B 7 2/4 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103006180 B 8 3/4 页 9 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103006180 B 9 4/4 页 10 图 8 说 明 书 附 图 CN 103006180 B 10 。