导管辨别和引导系统的制作方法【专利摘要】文中所述的红外检测器和图像投影系统包括IR成像器/投影器和辨别和引导系统，其中IR成像器/投影器用于采集静脉和针的图像并将该图像投影到表面上，辨别和引导系统用于从图像中辨别针，计算针的参数并基于这些参数使IR成像器/投影器投影针和静脉的图像和附加信息以有助于针与静脉的可视化对准和穿过组织对静脉的插入。【专利说明】导管辨别和引导系统[0001]相关领域的交叉申请[0002]本申请要求于2012年10月10日提交的第13/648，517号美国专利申请以及于2013年4月18日提交的第13/865650号美国专利申请的优先权。【
技术领域：
】[0003]本发明涉及医疗成像，尤其涉及用于红外检测器和图像显示系统的导管辨别与引导系统以帮助临床医生执行静脉内处理或其他静脉进入处理。【
背景技术：
】[0004]静脉内(IV)导管用于进入静脉以抽取血液以及输送流体。几乎不存在用于帮助医生识别静脉的正确穿刺的技术。用于外围IV进入的标准技术包括使用压脉器来使静脉充血，随后进行触诊以识别合适的静脉，最后插入导管针。医生在将针插入静脉时必须依赖“感觉”，并且必须观察血液回流以确定何时导管已经成功穿刺静脉。统计资料显示，临床医生要想成功对静脉进行穿刺，这种试错方法需要平均2.4次尝试并且花费高达20分钟。除了使病人更加疼痛和焦虑之外，还存在于IV护理有关的实际成本。患者处理能力、看护时间、消耗品以及增加的感染率都给医院和政府带来增加的医疗护理成本。[0005]系统已经被开发以帮助静脉进入并克服传统试错技术的缺点。一种这种系统是由克里斯蒂医疗股份有限公司(ChristieMedicalHoldings,Inc.)，即克里斯蒂数字系统有限公司(ChristieDigitalSystems,Inc.)的分公司制造并销售的VeinViewer?:红外检测器与成像投影器。第7，239，909号美国专利和第2010051808号、第20070158569号美国公开中描述了该红外检测器与成像投影器，上述专利和公开的全部内容通过引用并入本文。[0006]根据VeinViewer?系统，漫射的红外光被用于对皮肤表面下的脉管进行成像，并且该图像随后被投影至皮肤上以揭露脉管的位置。脉管图像被精确地投影至与脉管本身相同的解剖学位置，并且其三维环境(患者皮肤)使得能够轻易地看到静脉。此外，由于不需要握持传感器，故临床医生的手能够被解放以执行静脉进入。[0007]虽然VeinViewer?系统已经被医院广泛采用，但其应用受到如下事实的限制，即无法检测成功穿刺事件。超声是当前唯一能够显示是否出现成功穿刺的可视化技术。超声通常用于深静脉进入，诸如PICC线和CVC线，而不是典型地用于外围静脉。[0008]与本发明有关的现有技术包括与不同材料的光特性的理论和数学建模有关的文献，诸如包含在以下文献中:[0009]1.Theopticsofhumanskin.Anderson,R.R.andParrish,J.A.1，1981，TheJournalofInvestigativeDermatology,Vol.77,pp.13-19.[0010]2.UseoftheKubelka-Munktheorytostudytheinfluenceofironoxidesonsoilcolour.Barron,V.andTorrent，J.4，1986，JournalofSoilScience,Vol.37，pp.499-510.[0011]3.0pticalpropertiesofhumanskin,subcutaneousandmucoustissuesinthewavelengthrangefrom400to2000nm.Bashkatov,A.N.,etal.15，2005，JournalofPhysicsD:AppliedPhysics，Vol.38，pp.2543-2555.[0012]4.Geometryrelatedinter-1nstrumentdifferencesinspectrophotometriemeasurements.EdstoromjP.,etal.2，2010，NordicPulpandPaperResearchJournal,Vol.25，pp.221-232.[0013]5.Lightscatteringattheboundarybetweentwomedia.1vanov,A.P.andBarunjV.V.1,2011,JournalofEngineeringPhysicsandThermophysics,Vol.84，pp.23-32.[0014]6.Newcontributionstotheopticsofintenselylight-scatteringmaterials.Part1.KubelkajP.5,1948,JournaloftheOpticalSocietyofAmerica,Vol.38，pp.448-457.[0015]7.Anarticleonopticsofpaintlayers.KubelkajP.andMunkjF.1930，1931，ZeitschriffurtechnischePhysikjVol.31,pp.1-16.[0016]8.Anisotropicreflectancefromtubidmedia.11.Measurements.Neuman,M.andEdstrom，P.5，2010，JournaloftheOpticalSocietyofAmerica,Vol.27，pp.1040-1045.[0017]9.Anisotropicreflectancefromturbidmedia.1.Theory.Neuman,M.andEdstrom，P.5，2010，JournaloftheOpticalSocietyofAmerica,Vol.27，pp.1032-1039.[0018]10.Pointspreadinginturbidmediawithanisotropicsinglescattering.Neuman,M.，CoppeljLG.andEdstromjP.3，2011，OpticsExpress,Vol.19，pp.1915-1920.[0019]11.Analyticlighttransportapproximationsforvolumetricmaterials.PremozejS.2002.Proceedingsofthe10thPacificConferenceonComputerGraphicsandApplications,pp.48-58.[0020]12.0pticalpropertiesofcirculatinghumanbloodinthewavelengthrange400-2500nm.RogganjA.，etal.1，1999，JournalofBiomedicalOptics,Vol.4，pp.35-46.[0021]13.Thefiniteelementmethodforthepropagationoflightinscatteringmedia;boundaryandsourceconditions.SchweigerjM.,etal.11，1995，AmericalAssociationofPhysicistinMedicine,Vol.22,pp.1779-1792.[0022]与本发明有关的现有技术还包括针引导系统，诸如包含在以下文献中:[0023]14.Biopsyneedledetectionintransrectalultrasound.AyvacijA.,etal.7,2011,ComputerizedMedicalImagingandGraphics,Vol.35,pp.653-659.[0024]15.Anovelmethodforenhancedneedlelocalizationusingultrasound-guidance.Dong,B.,Savitsky,E.andOsherjS.2009.Proceedingsofthe5thInternationalSymposiumonAdvancesinVisualComputing:Part1.pp.1-9.[0025]16.Amotionadaptableneedleplacementinstrumentbasedontumorspecificultrasonicimagesegmentation.Hong,J.,etal.2002.pp.122-129.[0026]17.Localizationofpalmdorsalveinpatternusingimageprocessingforautomatedintra-venousdrugneedleinsertion.KavithajR.andFlower,L.6，2011，InternationalJournalofEngieeringScienceandTechnology,Vol.3，pp.4833-4838.[0027]18.Singlecameraclosed-formreal-timeneedletrajectorytrackingforultrasound.NajafijM.andRohlingjR.2011.SPIEProceedingsofVisualization,Image-GuidedProcedures,andModeling.Vols.7964，79641F.[0028]19.Methodsforsegmentingcuvedneedlesinultrasoundimages.0kazawajS.H.，etal.3，2006，MedicalImageAnalysis,Vol.10，pp.330-342.[0029]20.Near-1nfraredimagingandstructuredlightrangingforautomaticcatheterinsertion.PaquitjV.,etal.2006.SPIEProceedingsofVisualization,Image-GuidedProcedures,andDisplay.Vols.6141，61411T.[0030]21.Unifieddetectionandtrackinginretinalmicrosurgery.SznitmanjR.，etal.2011.ProceedingsofMedicalImageComputingandComputer-AssistedIntervention.pp.1-8.[0031]本说明书的方面的目的是描述一种系统，其用于通过在实现最优静脉内(IV)放置时引导临床医生在使渗透和溢出效应最小化的同时改善静脉内进入或其他静脉进入处理。【
发明内容】[0032]根据本发明，导管辨别和引导系统被设置为从获取的红外图像检测导管及其相关参数并使用这些参数在静脉进入处理之前和之中指导临床医生。[0033]在随后变得显而易见的这些方面和其它方面和优点存在于如下文参照形成本文的一部分的附图更加详细地描述和要求的构造和操作的细节中，其中在全文中相同的标号指代相同的部分。【专利附图】【附图说明】[0034]图1是可见光和组织相互作用的示意图；[0035]图2是根据本发明的实施方式的导管辨别与引导系统的示意图；[0036]图3是示出图2中的导管辨别与引导系统的操作的流程图；[0037]图4是示出优选实施方式的校准过程的示意图；[0038]图5包括示出了导管辨别过程的步骤的三个图像，其中图5a是初始导管图像，图5b是频域中的相同图像，图5c示出最终辨别的导管；[0039]图6示出用于不透明导管的具有线-拟合的图像(图6a)和相关强度曲线(图6b);[0040]图7是根据附加实施方式的示出具有夹式标识物的导管的示意图；[0041]图8是示出使用图7的夹式标识物的不同供应商的区别导管的过程的流程图；[0042]图9a是针-组织-静脉界面和相关物理参数的示意图，图9b示出针-组织-静脉界面和相关几何穿刺；[0043]图10是进入组`织(图1Oa)以及穿过组织以刺穿静脉(图1Ob)的导管的示意图；[0044]图1la是由一系列投影的点辅助的预插入导管对准的示意图；[0045]图1lb是由投影的圆规线辅助的预插入导管对准的示意图；[0046]图12是静脉中线(图12a)和偏离中线的导管插入的问题(图12b)的示意图；[0047]图13a是像素分析以定位图1la的一系列点的示意图；[0048]图13b是像素分析以定位图1lb的圆规线的示意图。【具体实施方式】[0049]在描述本发明的原理之前，需要简要地回顾光学脉管成像背后的理论。光子在柔软组织中的散射取决于光子波长和组织成分。将漫射光的入射光束投影在组织上分别产生可在组织表面处检测到的反向散射光、以及穿过组织传播的前向散射光。前向散射光与组织内的散射位置相互作用并且由于弹性和非弹性散射现象而失去其强度。反向散射光的强度取决于观察点处的组织类型。[0050]转到图1，具有散射光强度I的入射光束100-1被投影到组织媒介100-2上，产生在表面处检测到的具有强度J的反向散射光。[0051]根据反射率的已知的库贝卡-芒克理论(Kubelka-Munktheory),在入射光和反向散射光与组织厚度之间存在关系(具体地，成对微分方程)。对于不同边界条件，该方程的解存在。[0052]为了估算静脉100-3在皮肤下的深度Xv，必须考虑三个边界条件:[0053](I)无限组织厚度，(2)组织-静脉边界，以及(3)针-静脉边界。[0054]考虑第一个边界条件，如果组织非常厚(即，无限组织厚度)，入射光束100-1通过散射损失其全部强度。利用这个条件，可对除组织散射因素之外的所有相关未知参数进行求解。[0055]在组织-静脉边界处，几乎所有入射光强度都通过来自静脉内血液的弹性/非弹性散射吸收，产生可以忽略的反射率。对于有限组织厚度，在外部末端媒介处(即，空气)不存在反射。使用该条件，对于静脉深度(同样不考虑组织散射参数)，能够得出方程；然而，其依赖于组织的发生全部光吸收处的已知厚度。[0056]大多数光在几厘米的组织厚度内被吸收，但是该厚度值是未知是并且由于各种人体组织变体，在执行临床处理时对该厚度值进行估算是不切实际的。在该处理中，该厚度依赖性能够使用皮肤上的预定的针特定光反射率以及针尖在皮肤下的可测量的物理深度来解析。对于标准导管针尺寸，可通过下面详细描述的程序测量针深度。[0057]厚度依赖性还能够使用下面的方法解析。入射光强度能够被简化为基本上所有光子都损失在有限特定皮肤厚度内的水平。皮肤厚度就像普通入射光应用下的无限厚度。为了找出该特定厚度，使用了静脉对比概念。由于静脉中的显著光吸收所产生的对比，静脉在皮肤组织内被辨别。如果光子由于缺少光强度以及仅皮肤组织在内散射/吸收效果而不能够达到静脉表面，则失去对比。因此，光强度被减少至失去静脉对比的水平，因此，在实际应用中，在静脉表面(静脉深度)处的光子湮灭和皮肤厚度能够被认为是无限的。测量相关光强度和反射有助于分析与组织有关的未定义参数。[0058]为了确定针-静脉交叉(即，当针尖接触静脉表面时)，皮肤下的针反射率的连续值在导管插入过程中被记录。应注意，由于血液的高吸收性，希望在针尖位于静脉中时在针尖处检测到相同的针反射系数值(在皮肤之上观察)。因此，针-静脉交叉出现在观察到的针尖反射率与静脉反射率相等时。[0059]转到图2，示出了根据本发明的实施方式的导管辨别和引导系统200，其结合至红外检测器和图像投影系统，诸如由克里斯蒂医疗股份有限公司制造并销售的VeinViewer?红外检测器与图像投影器。导管辨别和引导系统200包括三个主要单元:用于控制系统总体操作的微控制器200-1、用于执行数学计算和估算的数字信号处理单元200-2、以及具有相关成像光学器件的IR成像器/投影器200-5。数字信号处理单元200-2进而包括用于执行图像增强操作的图像处理子单元200-3并可选地包括用于经由扬声器200-6生成音频信号的音频信号生成器(如下所述)。导管辨别和引导单元200-4是图像处理子单元200-3的子单元，并且用于从由系统200获取的输入图像中辨别和识别导管系统210并在静脉内处理期间引导临床医生，如下面详细描述。[0060]图2中描绘的示例性导管系统210具有传统设计并且包括导管壳体210-1，导管壳体210-1的终端是导管210-2和针210-3，针210-3用于将导管插入具有静脉220的柔软组织215。[0061]来自IR成像器/投影器200-5的IR光225(位于850+/_40nm的范围内)照射患者的柔软组织215，该光主要由静脉220中的血液(血红蛋白)吸收。未吸收的光230被反射回去并且被IR成像器/投影器200-5检测到。被反射的图像由图像处理子单元200-3处理，并随后重新实时投影在患者皮肤上以示出患者皮肤下方的静脉220的位置。IR成像器/投影器200-5优选包括截止滤光器和偏振器以区分反射的成像光与环境中的背景IR光。[0062]参照图2和3，在静脉处理中，临床医生将导管210-2带入IR成像器/投影器200-5的观察范围内。在步骤300中，导管辨别和引导系统200-4利用导管和针210-2的特定的光学特性210-2将导管和下面的针210-2与背景图像区别开来。[0063]在步骤310中，导管轮廓线被检测并且设备观察到的导管长度被确定。导管长度是观察到的被相应地辨别的导管尖端与导管壳体之间的距离。检测到的长度值用于计算针的插入角度并当针的尖端插入皮肤并刺穿静脉时定位针的尖端。由于系统200采集情景的二维视图，导管210-2的实际长度与其设备观察值不同，但其与皮肤表面所成的角度与设备观察值关联，并且能够使用垂直投影(如下所述)确定。最大观察长度是导管的实际长度并且能够根据下面所述的校准过程估算。最后，导管开始点和结束点的位置被确定(即，将导管连接至导管壳体的点是起始点，导管的自由端是结束点)，如下所述。[0064]由于导管根据它们预期的用途进行区分，并且具有各种尺寸，故校正过程允许针对各种导管尺寸计算长度而不需要来自用户的任何外部预定输入。导管210的实际长度通过其在静脉进入点处与皮肤表面所成的角度与IR成像器/投影器200-5观察到的长度值密切相关。因此，在使用中，临床医生首先遵循校正过程，导管通过校正过程定位在系统200的IR成像器/投影器200-5下方并相对于皮肤表面旋转通过小的正角度和负角度，穿过O度，以便记录和测量实际导管长度，这在图4中示意性地示出，在这种情况下，导管的实际长度(最大观察值)在导管被定向为与皮肤表面和IR成像器/投影器200-5成O度角时观察到。[0065]系统200-4必须将导管与其环境区别开。根据导管是否透明，导管辨别过程稍有不同。在任何一种情况下，多分辨率分析被执行以加快导管和针的辨别过程，由此被采集的图像首先被减小至低分辨率并且初始分析被执行。随后，使用原始尺寸图像执行余下的分析(例如，频率滤波、长度和角度测量)。[0066]透明导管由可透红外光且对IR成像器/投影器200-5不可见的材料构成。然而，通过将IR成像器/投影器200-5与物理偏光器一起使用，导管在被采集的图像中表现为可测量厚度的黑实线(图5a)。接下来，导管辨别和引导系统200-4对图像应用频率滤波器并分析图像以定位具有最小强度值的像素(图5b)。该像素被用作“种子点(seedpoint)”以找到具有相似强度的导管轮廓像素并随后估算针的长度，如下所述。[0067]不透明导管具有与透明导管不同的特性，并且在红外波长区域中是可见的。不透明导管覆盖金属针并且完全吸收红外光。不透明导管的检测过的与上面所述的透明导管的过程相似，但是种子点被选择作为具有最大强度值的点(不同于最小强度值)。一小段针(约l-2mm)在导管尖端处暴露并且其长度使用早前描述的用于透明导管的程序测量。[0068]图像随后在种子点的强度附近进行阈值化，从而允许一定范围的强度。然而，作为导管放置、角度、吸收和与散射有关的其它因素的结果，无法通过使用简单阈值化来获得代表导管的实线。因此，如图6a中所示，从可用的导管点估算线-拟合，并随后在导管之上叠合。导管起始点通过在导管开始处沿着线-拟合检测壳体中的明显宽度变化来识别。图6b示出沿着图6a中的叠合线强度变化。通过图6b，应注意，沿着导管观察长度的强度变化几乎恒定，并且在导管结束点处通过指数过渡划定界限。导管观察强度可从导管起始点(即，图6a中所示的壳体宽度变化)和导管结束点(即，图6b中示出的强度的指数过渡)计算。导管结束点之外的突然的强度下降指示针的尖端，如图6b所示。针-静脉交叉出现在针进入静脉时，并且通过突然的强度下降的消失来指示。[0069]作为基于检测导管壳体210-1处的导管起始点的定位的导管辨别的替代选择，可使用发光型(opto-genic)导管。该替代选择在长度不适合位于系统200的观察场所内的非标准导管的情况下特别有用。具体地，发光型导管可设置有光学标识，光学标识能够使用图像处理算法检测并且用于估算导管的可见长度(即，从标识到导管尖端)。发光型标识可使用蚀刻工艺形成在导管上以改变其光学特性(例如，单向反射)。这些标识不影响导管的卫生或普通临床功能。[0070]根据本发明的另一个方面，在发光型导管不可用的情况下，可提供夹式标识物210-4以帮助辨别与优选导管辨别和引导系统200(B卩，上述VeinViewer?系统)不兼容的不同导管类型。标识物210-4通过简单夹式布置附接至导管壳体210-1或从导管壳体210-1移除。标识物的长度和结束点特征使用文中已经陈述的图像处理算法识别，紧接着是文中陈述的角度测量和校正过程。[0071]标识物210-4被设计为不影响导管210的正常功能。标识可包括使用文中所述的图像处理流程识别的赋予安全的、制造商特有的特征。[0072]参照图8，基于导管壳体几何特征的几何学相关分析，可以成功地区分由不同供应商制造的导管。在操作中，对使用系统200采集的壳体图像执行(800-1)特征提取过程以区分壳体的供应商特有的几何特征(例如，图7中所示的代表性六边形壳体特征)。接下来，在提取的特征与由不同供应商提供的先验样本特征之间执行相关分析(800-5)。该分析识别具有高相关率的样本特征，将其分类并使提取的特征与供应商分类关联(800-9)。[0073]虽然文中所`述的标识物被描述为具有附加的夹式设计，但本领域技术人员应理解，标识物可被模制为导管壳体的一部分。[0074]回到图3，在步骤320中，系统200-4确定并更新导管210与皮肤表面所成的角度，随后在步骤330中，系统通过检测反向散射光240来定位和更新导管的尖端。[0075]在这一阶段，所需的导管相关值(例如，其长度、角度和尖端)已经被确定并且IR成像器/投影器200-5随后将图像和信息投影至皮肤上以在导管部分地位于皮肤中且无法观察时帮助临床医生形象化导管插入过程(步骤340)并告知用户导管和针何时进入皮肤(步骤350)，如下所述。[0076]最后，在步骤360中，IR成像器/投影器200-5在静脉进入点附近生成并投影静脉的图(位置和深度)，而无需考虑皮肤的类型和颜色。没有组织特性参数必须预先知晓。[0077]图9和图10是示出图3中的过程在临床应用中的实施的示意图。具体地，图9a是导管-组织-静脉界面和相关物理参数的示意图，图9b示出导管-组织-静脉界面以及针对针长度In，静脉深度xv，针与皮肤表面之间的角度Θ的几何计算。[0078]临界静脉深度值可被估算，如前所述，并且导管放置角度可基于垂直图像采集和投影根据导管观察长度计算:[0079]【权利要求】1.导管辨别和引导系统，包括:红外成像器，用于采集患者皮肤组织、导管和针的图像；显不器；以及辨别和引导单元，被配置为经由所述显示器将一个或多个视觉指示器叠加在所述患者皮肤组织的图像上以引导所述导管朝向静脉的插入。2.如权利要求1所述的导管辨别和引导系统，其中所述一个或多个视觉指示器包括代表所述静脉的一系列点。3.如权利要求2所述的导管辨别和引导系统，其中所述辨别和引导单元被配置为基于所述图像的像素强度分析设置所述点。4.如权利要求3所述的导管辨别和引导系统，其中所述一个或多个视觉指示器包括从所述导管的尖端沿所述针的方向延伸的导管方向线。5.如权利要求4所述的导管辨别和引导系统，其中所述辨别和引导单元被配置为基于所述导管方向线与所述一系列点中的至少一个子集的计算出的对准提供反馈。6.如权利要求1所述的导管辨别和引导系统，其中所述辨别和引导单元被配置为执行所述图像的像素强度分析，并且所述一个或多个视觉指示器包括圆规线，所述圆规线从所述导管的尖端朝着具有表明所述静脉的强度的像素延伸。7.如权利要求6所述的导管辨别和引导系统，其中所述一个或多个视觉指示器包括从所述导管的尖端沿所述针的方向延伸的导管方向线。8.如权利要求7所述的导管辨别和引导系统，其中所述辨别和引导单元被配置为基于所述导管方向线与所述一系列点中的至少一个子集的计算出的对准提供反馈。9.如权利要求1所述的导管辨别和引导系统，其中所述辨别和引导单元被配置为(i)执行校正操作以使用所述图像估算所述导管的长度，(ii)确定所述导管进入所述组织的定向角，以及(iii)使用所述长度和所述定向角确定所述导管的位置和针结束点的位置，其中所述一个或多个视觉指示器使用所述长度、所述定向角和所述结束点生成。10.如权利要求9所述的导管辨别和引导系统，其中叠加所述一个或多个视觉指示器包括以下步骤中的至少一个:显示与所述静脉有关的所述导管结束点的位置；显示表明与所述静脉有关的导管的位置的有色点、线和文本信息；以及显示静脉被所述导管穿刺的视觉指示器。11.如权利要求10所述的导管辨别和引导系统，还包括音频扬声器，所述音频扬声器用于生成至少静脉被所述导管穿刺的音频指示器。12.如权利要求11所述的导管辨别和引导系统，其中所述显示器包括投影器，所述投影器用于将所述图像和所述视觉指示器投影在患者的皮肤上。13.如权利要求12所述的导管辨别和引导系统，其中所述投影器对静脉穿刺位置附近的静脉的图进行投影。14.如权利要求9所述的导管辨别和引导系统，其中所述导管是发光型导管，所述导管结束点包括位于所述导管上的光学标识。15.如权利要求12所述的导管辨别和引导系统，还适于基于针-皮肤进入点的位置a、所述定向角Θ以及静脉深度Xv根据16.如权利要求15所述的导管辨别和引导系统，其中所述投影器在位置a和b处投影有色点，以引导所述针朝着所述穿刺位置的插入。17.如权利要求16所述的导管辨别和引导系统，其中所述投影器还在位置a和b处投影与所述导管的移动方向垂直的线。18.导管辨别和引导的方法，包括:采集患者皮肤组织、导管和针的图像并从中辨别所述导管和所述针；以及将一个或多个视觉指示器叠加在所述患者皮肤组织的图像上以引导所述导管朝着静脉的插入。19.如权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个视觉指示器包括代表所述静脉的一系列点。20.如权利要求19所述的方法，还包括对所述图像执行像素强度分析并基于所述图像的像素强度分析设置所述点。21.如权利要求20所述的方法，其中所述一个或多个视觉指示器包括从所述导管的尖端沿所述针的方向延伸的导管方向线。22.如权利要求21所述的方法，还包括确定所述导管方向线与所述一系列点中的至少一个子集的对准并基于所确定的对准输出反馈。23.如权利要求`18所述的方法，还包括对所述图像执行像素强度分析，其中所述一个或多个视觉指示器包括圆规线，所述圆规线从所述导管的尖端朝着具有表明所述静脉的强度的像素延伸。24.如权利要求23所述的方法，其中所述一个或多个视觉指示器包括从所述导管的尖端沿所述针的方向延伸的导管方向线。25.如权利要求24所述的方法，还包括基于所述导管方向线与所述圆规线的计算出的对准输出反馈。26.如权利要求18所述的方法，还包括:执行校正操作以使用所述图像估算所述导管的长度；确定所述导管进入所述组织的定向角；以及使用所述长度和所述定向角确定所述导管的位置和针结束点的位置；其中所述一个或多个视觉指示器使用所述长度、所述定向角和所述结束点生成。27.如权利要求26所述的方法，其中叠加所述一个或多个视觉指示器包括以下步骤中的至少一个:显示与所述静脉有关的所述导管结束点的位置；以及显示表明与所述静脉有关的导管的位置的有色点、线和文本信息。28.如权利要求27所述的方法，还包括生成静脉被所述导管穿刺的音频指示器和视频指示器中的一种或两种。29.如权利要求28所述的方法，还包括显示静脉穿刺位置附近的静脉的图。30.如权利要求26所述的方法，其中所述导管是发光型导管，所述导管结束点包括位于所述导管上的光学标识。31.如权利要求26所述的方法，其中所述导管的长度使用垂直投影根据观察到的导管长度相对于所述定向角估算。32.如权利要求26所述的方法，其中所述校正操作包括当所述针相对于所述患者皮肤组织的表面旋转通过正角度和负角度时在组织插入之前获取所述导管的图像，并且将所述导管的实际长度识别为相对于所述患者皮肤组织的表面成零度处的最大观察长度。33.如权利要求32所述的方法，其中所述定向角Θ根据所述导管的长度I。以及所述观察长度。按照34.如权利要求32所述的方法，还包括:通过频率滤波从所述图像中辨别所述导管和针；随后分析被滤波的图像以定位像素，所述像素在所述针形成能透过红外光的透明导管的一部分时具有最小强度值，或者在所述导管形成不透明导管的一部分时具有最大强度值；以及使用所述值作为种子点来检测具有相似强度的导管轮廓像素。35.如权利要求32所述的方法，还包括以下步骤:在所述种子点的强度附近将所述导管的图像的阈值化；将线-拟合应用至被阈值化的图像以识别所述导管的移动方向并限定其结束点；以及通过强度的急剧下降识别所述针在组织内的起始点并通过强度的所述急剧下降的消失识别穿刺所述静脉的所述导管尖端。36.如权利要求26所述的方法，还包括使用组织厚度和相关反射率信息确定所述静脉的深度。37.如权利要求26所述的方法，还包括在静脉内进入期间确定组织依赖参数。38.如权利要求27所述的方法，还包括基于针-皮肤进入点的位置a、所述定向角Θ以及确定的静脉深度Xv根据39.如权利要求38所述的方法，还包括在位置a和b处投影有色点，以引导所述针朝着所述穿刺位置的插入。40.如权利要求39所述的方法，还包括在位置a和b处投影与所述导管的移动方向垂直的线。41.如权利要求9所述的导管辨别和引导系统，还包括位于导管壳体上的标识物，其中所述标识物包括用于识别所述导管结束点的光学标识。42.如权利要求41所述的导管辨别和引导系统，其中所述标识物可移除地连接至所述导管壳体。43.如权利要求18所述的方法，还包括执行导管壳体几何特征的几何相关分析以识别不同类型和构造的导管。44.如权利要求43所述的方法，其中所述几何相关分析包括:对所述导管壳体的图像执行特征提取处理；在通过所述特征提取处理提取的特征与多个先验样本特征之间执行相关分析；执行分类处理以识别与被提取特征具有高相关率的样本特征；以及将被提取特征与特定类型和构造的导管关联。45.如权利要求15所述的导管辨别和引导系统，其中所述导管深度通过减少光强度直至失去静脉对比来确定。46.如权利要求36所述的方法，其中确定所述静脉的深度包括减少光强度直至失去静脉对比。【文档编号】A61B5/00GK103720457SQ201310470542【公开日】2014年4月16日申请日期:2013年10月10日优先权日:2012年10月10日【发明者】西娜·泽雷玛穆达巴迪,罗伯特·本杰明·瓦格纳,乔治·P·皮诺申请人:美国科视数字系统公司