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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610082243.3 (22)申请日 2016.02.05 A61B 5/00(2006.01) G02B 27/10(2006.01) G03B 11/00(2006.01) (71)申请人 深圳新航向科技有限公司 地址 518117 广东省深圳市龙岗区富坪中路 二号同富裕工业区厂房 501 (72)发明人 王凯 (54) 发明名称 静脉投影仪的光路系统及静脉投影仪 (57) 摘要 本发明公开了一种静脉投影仪的光路系统及 静脉投影仪。光路系统包括若干个红外 LED(5)、 CCD 摄像机 (6)、 投影仪 (7)、 分光镜 (8。
2、)， CCD 摄像 机 (6) 的进光与投影仪 (7) 的出光垂直， 分光镜 (8) 位于进光与出光路线的相交处， 且与进光及 出光路线均呈45角， 分光镜(8)为带通滤波， 选 择性的对可见光波段透过而反射近红外光， 红外 LED(5) 发射红外波段光波到皮肤表面， CCD 摄像 机 (6) 对反射的红外光进行摄像， 从皮肤表面反 射的红外光经分光镜(8)反射后方向改变90后 射入 CCD 摄像机 (6)， 投影仪 (7) 发射的可见光经 分光镜 (8) 后直接透射到皮肤表面， 进行原位投 影， 投影仪(7)发射的可见光与CCD摄像机(6)摄 取的红外光在静脉投影仪外处于同一光路上。可 应用。
3、于医疗器械领域。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 105581785 A 2016.05.18 CN 105581785 A 1.一种静脉投影仪的光路系统， 其特征在于： 包括若干个红外LED(5)、 CCD摄像机(6)、 投影仪(7)、 分光镜(8)， 所述CCD摄像机(6)的进光路线与所述投影仪(7)的出光路线相垂 直， 所述分光镜(8)位于所述进光路线与所述出光路线的相交处， 且与所述进光路线及所述 出光路线均呈45 角， 所述分光镜(8)为带通滤波， 选择性的对可见光波段透过， 而反射近红 。
4、外光， 所述红外LED(5)用于发射红外波段光波到皮肤(20)表面， 借助于皮下静脉与周围组 织对红外光的吸收率不同， 所述CCD摄像机(6)对反射的红外光进行摄像， 从皮肤(20)表面 反射的红外光经所述分光镜(8)反射后方向改变90 后射入所述CCD摄像机(6)， 所述投影仪 (7)发射的可见光经所述分光镜(8)后直接透射到皮肤(20)表面， 进行原位投影， 所述投影 仪(7)发射的可见光与所述CCD摄像机(6)摄取的红外光在所述静脉投影仪外处于同一光路 上。 2.根据权利要求1所述的静脉投影仪的光路系统， 其特征在于： 所述CCD摄像机(6)的镜 头(61)内侧设有红外滤光片(62)， 。
5、所述红外滤光片(62)为850nm窄带滤光片。 3.根据权利要求1所述的静脉投影仪的光路系统， 其特征在于： 所述红外LED(5)的中心 波长为850nm。 4.一种静脉投影仪， 其特征在于： 包括壳体组件(1)、 控制电路板(2)、 计算机数据处理 系统(3)， 以及权利要求1至3任意一项所述的静脉投影仪的光路系统， 所述计算机数据处理 系统(3)接收摄像信号并进行数字化处理和优化后将静脉增强图像信号发送到所述投影仪 (7)， 所述投影仪(7)根据静脉增强图像信号将可见光发射到皮肤(20)表面的原始位置， 在 皮肤(20)表面将皮下静脉原位同步突出显示出来， 以供寻找静脉用。 5.根据权利要。
6、求4所述的静脉投影仪， 其特征在于： 所述静脉投影仪还包括用于蓄电并 为整机供电的蓄电池(4)。 6.根据权利要求5所述的静脉投影仪， 其特征在于： 所述静脉投影仪还包括用于为所述 蓄电池(4)充电及为整机直接供电的电源接口(12)， 所述电源接口(12)通入低压直流电源。 7.根据权利要求4所述的静脉投影仪， 其特征在于： 所述计算机数据处理系统(3)采用 超微型计算机并采用Windows操作系统。 8.根据权利要求4所述的静脉投影仪， 其特征在于： 所述静脉投影仪还包括用于为所述 计算机数据处理系统(3)及所述投影仪(7)散热的散热风扇(9)。 9.根据权利要求4所述的静脉投影仪， 其特征。
7、在于： 所述静脉投影仪还包括透光板 (10)， 所述透光板(10)固定于所述壳体组件(1)上， 且位于所述投影仪(7)发射的可见光及 所述CCD摄像机(6)摄取的红外光的光路上。 10.根据权利要求4所述的静脉投影仪， 其特征在于： 若干个所述红外LED(5)设置于光 源板(11)上且呈阵列布置。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 105581785 A 2 静脉投影仪的光路系统及静脉投影仪 技术领域 0001 本发明涉及一种静脉投影仪的光路系统； 另外， 本发明还涉及一种静脉投影仪。 背景技术 0002 一百多年前， 人类的医学进步到开始运用血管穿刺术来抽血和输入血液、 生理盐 水等。
8、液体， 但实施这种医学技术的关键， 就是首先要设法找到人体的血管， 才能下针穿刺血 管进行后续的治疗。 当穿刺对象是儿童时， 因为血管较细不易看清， 穿刺对象是久病的老年 人时， 因为多次穿刺或穿刺部位受限、 血管纤弱等原因也难以找到合适的穿刺血管。 如何快 速准确地在病人身上找到血管就显得非常重要。 0003 目前， 临床所使用的定位血管的方法主要有两种： 目视法以裸视来寻找和定 位血管， 这种方法仅适合于静脉位置较表浅且突出的病人， 对于皮下组织的血管大小、 弯曲 与分叉的状态， 实际上无法保证一目了然； 触摸法以触摸的感觉来寻找和定位血管， 这 种方法是医护人员凭借多年的经验， 以触摸皮。
9、肤的感觉， 分辨出血管与周围组织的质性不 同， 从而确定出血管的位置及深浅。 目前， 手背皮下静脉穿刺注射给液是最广泛的临床治疗 手段， 而进行穿刺操作护士在为一些皮下静脉纤弱的患者进行静脉穿刺注射操作时， 失败 比例极高， 儿童患者更是会因此哭闹， 护士也经常受到病人家属的埋怨甚至训斥， 思想压力 极大。 0004 综上所述， 静脉穿刺是医学上常用的医疗手段， 但是扎针失败率比较高， 尤其是对 新生儿童以及肥胖人群等静脉不明显的患者来说失败率更高， 因此增强静脉对比度可以有 效的提高扎针成功率， 不仅减轻了医务工作者的工作量， 而且减少了因穿刺失败给患者带 来的痛苦， 具有很重要的实际意义。。
10、 0005 静脉显影的原理是由于静脉血液中红血球上的血红蛋白失去氧气后具有一种特 性， 即可以吸收波长范围在7001000nm的近红外光， 而肌肉组织和骨骼对该波长的光波则 有很好的透射性， 因此用该波长范围内的近红外光源对手指进行透射时， 由于手指静脉血 管与周围肌肉组织对红外光吸收的差异， 可以进行对浅静脉血管的造影， 实现静脉分辨。 0006 静脉显示设备具有优越的技术优势， 可以在医护人员原有工作技能基础上大大提 高工作质量， 减少病患痛苦， 改善医疗服务形象。 近些年来， 静脉投影技术飞速发展， 性能不 断提升。 静脉显示设备经过了多个发展阶段， 目前仍发展之中。 0007 第一阶段。
11、的静脉显示设备是红色或橙色大功率LED灯， 这一代产品通常选用1 3W、 波长630nm的红色LED或者13W、 波长615nm橙色LED， 这一代产品往往被设计成可以握 在手里的LED灯的结构， 患者想要增强手背静脉显示效果， 就必须抓握住LED灯光棒， 通过静 脉血液与周边组织对这一特定波长光吸收率不同在手背观察到静脉， 进而引导穿刺。 这一 代产品有如下几个缺点： 1、 婴幼儿无法配合从而无法使用； 2、 儿童不愿配合； 3、 成人手掌穿 透效果差； 4、 抓握LED灯光棒时间稍长LED灯便会产生高热； 5、 明亮环境下使用效果较差。 0008 第二阶段的静脉显示设备是静脉显影仪， 这一。
12、代产品使用波长850nm的红外光作 为光源， 为增强穿透力一般采用上下光源连用的方式。 850nm红外光穿透力较630nm红光好， 说 明 书 1/5 页 3 CN 105581785 A 3 采用下发光光源时可有效穿透成人手掌等较厚的组织。 但是850nm红外光无法用肉眼观察， 所以需要使用感红外摄像头进行成像。 成像后， 经过简单的图像处理， 比如进行对比度、 亮 度、 伽马曲线、 边缘增强等处理后通过AV等模拟信号输出到显示屏上。 这一代产品有如下几 个缺点： 1、 患者进行手背静脉穿刺时需要抓握红外下发光体， 存在交叉感染或患者不愿配 合的问题； 2、 医生需要一边观察屏幕一边进行穿刺。
13、， 使用不方便； 3、 分辨率受限。 0009 第三阶段的静脉显示设备是在静脉显影仪的基础上发展出来的静脉投影仪， 感红 外摄像头成像并处理后通过AV信号传输到投影仪上， 通过特殊的光路设计使静脉图像原位 投影到皮肤上， 它解决了医生需要一边观察屏幕一边为患者扎针的难题。 但因其固有的缺 陷造成分辨率低， 帧频慢等缺点， 影响此类产品的大规模推广。 目前的静脉投影产品普遍采 用模拟信号输入， Lcos光机投影输出， 虽然可以大幅降低成本， 但是因为图像算法薄弱， 显 示效果不尽如人意。 采用模拟视频输入使得分辨率及帧频下降， 这会导致静脉边缘粗糙、 不 平滑， 移动时时延严重等现象。 发明内容。
14、 0010 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足， 提供一种全新的静脉投影仪 的光路系统。 0011 另外， 本发明还提供一种全数字式静脉投影仪， 该静脉投影仪的信号采集、 数据传 输、 图像处理、 图像输出过程全部采用数字处理方式， 具有分辨率高、 定位精准、 帧频快的优 点。 0012 本发明的静脉投影仪的光路系统所采用的技术方案是： 本发明的静脉投影仪的光 路系统包括若干个红外LED、 CCD摄像机、 投影仪、 分光镜， 所述CCD摄像机的进光路线与所述 投影仪的出光路线相垂直， 所述分光镜位于所述进光路线与所述出光路线的相交处， 且与 所述进光路线及所述出光路线均呈45 角， 。
15、所述分光镜为带通滤波， 选择性的对可见光波段 透过， 而反射近红外光， 所述红外LED用于发射红外波段光波到皮肤表面， 借助于皮下静脉 与周围组织对红外光的吸收率不同， 所述CCD摄像机对反射的红外光进行摄像， 从皮肤表面 反射的红外光经所述分光镜反射后方向改变90 后射入所述CCD摄像机， 所述投影仪发射的 可见光经所述分光镜后直接透射到皮肤表面， 进行原位投影， 所述投影仪发射的可见光与 所述CCD摄像机摄取的红外光在所述静脉投影仪外处于同一光路上。 0013 所述CCD摄像机的镜头内侧设有红外滤光片， 所述红外滤光片为850nm窄带滤光 片。 0014 所述红外LED的中心波长为850n。
16、m。 0015 本发明的静脉投影仪所采用的技术方案是： 本发明的静脉投影仪包括壳体组件、 控制电路板、 计算机数据处理系统， 以及光路系统， 所述光路系统包括若干个红外LED、 CCD 摄像机、 投影仪、 分光镜， 所述CCD摄像机的进光路线与所述投影仪的出光路线相垂直， 所述 分光镜位于所述进光路线与所述出光路线的相交处， 且与所述进光路线及所述出光路线均 呈45 角， 所述分光镜为带通滤波， 选择性的对可见光波段透过， 而反射近红外光， 所述红外 LED用于发射红外波段光波到皮肤表面， 借助于皮下静脉与周围组织对红外光的吸收率不 同， 所述CCD摄像机对反射的红外光进行摄像， 从皮肤表面反。
17、射的红外光经所述分光镜反射 后方向改变90 后射入所述CCD摄像机， 所述投影仪发射的可见光经所述分光镜后直接透射 说 明 书 2/5 页 4 CN 105581785 A 4 到皮肤表面， 进行原位投影， 所述投影仪发射的可见光与所述CCD摄像机摄取的红外光在所 述静脉投影仪外处于同一光路上， 所述计算机数据处理系统接收摄像信号并进行数字化处 理和优化后将静脉增强图像信号发送到所述投影仪， 所述投影仪根据静脉增强图像信号将 可见光发射到皮肤表面的原始位置， 在皮肤表面将皮下静脉原位同步突出显示出来， 以供 寻找静脉用。 0016 所述CCD摄像机的镜头内侧设有红外滤光片， 所述红外滤光片为8。
18、50nm窄带滤光 片。 0017 所述红外LED的中心波长为850nm。 0018 所述静脉投影仪还包括用于蓄电并为整机供电的蓄电池。 0019 所述静脉投影仪还包括用于为所述蓄电池充电及为整机直接供电的电源接口， 所 述电源接口通入低压直流电源。 0020 所述计算机数据处理系统采用超微型计算机并采用Windows操作系统。 0021 所述静脉投影仪还包括用于为所述计算机数据处理系统及所述投影仪散热的散 热风扇。 0022 所述静脉投影仪还包括透光板， 所述透光板固定于所述壳体组件上， 且位于所述 投影仪发射的可见光及所述CCD摄像机摄取的红外光的光路上。 0023 若干个所述红外LED设置。
19、于光源板上且呈阵列布置。 0024 本发明的有益效果是： 由于本发明的静脉投影仪的光路系统包括若干个红外LED、 CCD摄像机、 投影仪、 分光镜， 所述CCD摄像机的进光路线与所述投影仪的出光路线相垂直， 所述分光镜位于所述进光路线与所述出光路线的相交处， 且与所述进光路线及所述出光路 线均呈45 角， 所述分光镜为带通滤波， 选择性的对可见光波段透过， 而反射近红外光， 所述 红外LED用于发射红外波段光波到皮肤表面， 借助于皮下静脉与周围组织对红外光的吸收 率不同， 所述CCD摄像机对反射的红外光进行摄像， 从皮肤表面反射的红外光经所述分光镜 反射后方向改变90 后射入所述CCD摄像机，。
20、 所述投影仪发射的可见光经所述分光镜后直接 透射到皮肤表面， 进行原位投影， 所述投影仪发射的可见光与所述CCD摄像机摄取的红外光 在所述静脉投影仪外处于同一光路上； 通过所述分光镜的设置， 将投影光路与采集光路汇 集到同一光路上， 保证了处理后的静脉红外图像最终准确地投影到图像采集的位置， 保证 静脉图像的原位同步再现， 实现了原位实时精确投影。 0025 同理， 采用该光路系统的静脉投影仪具有上述优点； 另外， 由于本发明的静脉投影 仪采用所述计算机数据处理系统及与之配合的所述CCD摄像机、 所述投影仪， 从信号采集、 数据传输、 图像处理、 图像输出的过程全部采用数字处理方式， 数据处理。
21、快速准确， 通过算 法配合， 使得分辨率及帧频大幅提升， 从而使得静脉显示边缘平滑， 移动时时延大大减少， 因此本发明的静脉投影仪具有分辨率高、 定位精准、 帧频快的优点， 是新一代的静脉显示设 备。 附图说明 0026 图1是本发明实施例的静脉投影仪的光路系统及控制关系的示意图； 0027 图2是本发明实施例的CCD摄像机摄取红外光的光路示意图； 0028 图3是本发明实施例的投影仪发射可见光的光路示意图； 说 明 书 3/5 页 5 CN 105581785 A 5 0029 图4是本发明实施例的静脉投影仪的立体结构示意图； ； 0030 图5是本发明实施例的静脉投影仪的爆炸结构示意图； 。
22、0031 图6是本发明实施例的分光镜的光谱图； 0032 图7是本发明实施例的静脉投影仪投影的显示效果图。 具体实施方式 0033 如图1图7所示， 本实施例的静脉投影仪包括壳体组件1、 控制电路板2、 计算机数 据处理系统3、 用于蓄电并为整机供电的蓄电池4、 用于为发热量大的所述计算机数据处理 系统3及所述投影仪7散热的散热风扇9、 用于为所述蓄电池4充电及为整机直接供电的电源 接口12， 以及光路系统， 所述电源接口12通入低压直流电源， 所述壳体组件1包括上、 下壳 体、 操作开关及控制键， 还可以再包括托盘等外挂夹持固定装置， 所述计算机数据处理系统 3采用超微型计算机并采用Wind。
23、ows操作系统， 本实施例中使用Intel公司x86构架的计算机 系统， 能够处理运算量较大的图像算法， 是一台高集成、 高性能超微型计算机， 该计算机可 运行Windows 8.1操作系统， 并在运行图像增强算法后驱动整机视频处理速度达到30帧/ 秒， 所述散热风扇9能够避免整机工作时温度过高， 保证工作的稳定性和使用寿命， 所述光 路系统包括若干个红外LED 5、 CCD摄像机6、 投影仪7、 分光镜8， ， 若干个所述红外LED 5设置 于光源板11上且呈阵列布置， 所述红外LED 5的中心波长为850nm的低功率红外LED， 所述 CCD摄像机6的进光路线与所述投影仪7的出光路线相垂直。
24、， 所述分光镜8位于所述进光路线 与所述出光路线的相交处， 且与所述进光路线及所述出光路线均呈45 角， 所述分光镜8为 带通滤波， 选择性的对可见光波段透过， 而反射近红外光， 由图6的光谱图可以看出， 所述分 光镜8对650nm以下光的透过率可以达到9095， 而对700nm以上的近红外光的透过率 非常低， 对红外光的反射基本达到了98； 所述红外LED 5用于发射红外波段光波到皮肤20 表面， 借助于皮下静脉与周围组织对红外光的吸收率不同， 所述CCD摄像机6对反射的红外 光进行摄像， 从皮肤20表面反射的红外光经所述分光镜8反射后方向改变90 后射入所述 CCD摄像机6， 所述投影仪7。
25、发射的可见光经所述分光镜8后直接透射到皮肤20表面， 进行原 位投影， 所述投影仪7发射的可见光与所述CCD摄像机6摄取的红外光在所述静脉投影仪外 处于同一光路上； 所述计算机数据处理系统3接收摄像信号并进行数字化处理和优化后将 静脉增强图像信号发送到所述投影仪7， 所述投影仪7根据静脉增强图像信号将可见光发射 到皮肤20表面的原始位置， 在皮肤20表面将皮下静脉原位同步突出显示出来， 以供寻找静 脉用； 通过所述分光镜8的设置， 将投影光路与采集光路汇集到同一光路上， 保证了处理后 的静脉红外图像最终准确地投影到图像采集的位置， 保证静脉图像的原位同步再现， 实现 了原位实时精确投影同光路收。
26、发， 提高了静脉分辨率； 所述CCD摄像机6的镜头61内侧设有 红外滤光片62， 所述红外滤光片62为850nm窄带滤光片， 即在CCD前放置一片850nm窄带滤光 片， 窄带滤光片只允许某一波段的光通过的光学器件， 作用是将宽谱光变成窄带光， 本实施 例的图像采集传感器对850nm红外光敏感， 使得CCD更好的成像。 所述静脉投影仪还包括透 光板10， 所述透光板10固定于所述壳体组件1上， 且位于所述投影仪7发射的可见光及所述 CCD摄像机6摄取的红外光的光路上。 本实施例的仪器内部电路需要多种电压， 且各子系统 对电磁辐射、 纹波等一系列参数均具有较高要求， 通过所述控制电路板2以同步整。
27、流电源管 理电路为基础进行处理。 说 明 书 4/5 页 6 CN 105581785 A 6 0034 本发明采用所述计算机数据处理系统3及与之配合的所述CCD摄像机6、 所述投影 仪7， 从信号采集、 数据传输、 图像处理、 图像输出的过程全部采用数字处理方式， 数据处理 快速准确， 通过算法配合， 使得分辨率及帧频大幅提升， 从而使得静脉显示边缘平滑， 移动 时时延大大减少， 因此本发明具有分辨率高、 定位精准、 帧频快的优点， 是新一代的静脉显 示设备。 0035 经测试， 本发明的静脉显示边缘平滑， 移动时时延大大减少， 不同位置静脉显示结 果从图7可以看到， 本发明达到了以下技术指。
28、标： 可有效识别13mm深度的皮下静脉； 可测 量13mm皮下静脉相对深度； 静脉原位投影误差不大于0.2mm； 显示帧频不小于30帧/秒， 静 脉显示效果优异。 0036 本发明巧妙利用各部件进行连接， 使得产品小型化、 便携化， 可作为医护人员手提 式医疗器械， 通过所述红外LED 5发射红外波段光波到皮肤表面， 借助于皮下静脉中去氧血 红蛋白与周围组织对红外光的吸收率不同， 进而造成不同的反射率， 通过所述CCD摄像机6 对反射的红外光进行摄像， 通过所述所述计算机数据处理系统3对摄像信号进行增强算法 处理后， 所述投影仪7发射可见光经所述分光镜8后直接透射到皮肤20表面， 将皮下静脉原。
29、 位同步突出显示出来， 能够排除DVA静脉访问困难风险因素的影响， 医护人员实时观测静 脉， 供寻找静脉之用， 因此本发明体积小、 节省空间、 便于携带、 使用方便， 能够精准、 清晰、 实时的显示静脉， 帮助医护人员顺利进行静脉穿刺， 显著提高首次静脉穿刺成功率， 缩短静 脉穿刺时间。 0037 本发明对患者静脉质量无选择性， 适用于任何DVA静脉访问困难患者， 包括婴幼儿 及儿童患者、 肥胖患者、 浮肿患者、 多次化疗患者、 血管弹性差患者、 急救、 休克、 血容量急剧 减少、 血管塌陷患者等， 特别对于血管弹性差、 过细、 脆弱等静脉具有独特的优势， 因此适用 于不同病症以及各年龄段患者。 0038 本发明可广泛应用于医疗器械领域。 说 明 书 5/5 页 7 CN 105581785 A 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/4 页 8 CN 105581785 A 8 图4 说 明 书 附 图 2/4 页 9 CN 105581785 A 9 图5 说 明 书 附 图 3/4 页 10 CN 105581785 A 10 图6 图7 说 明 书 附 图 4/4 页 11 CN 105581785 A 11 。