一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统的制作方法
【专利摘要】一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，包括投影光路和摄像光路，摄像光路的前部分光轴与投影光路的光轴重合，后部分光轴与投影光路的光轴垂直，摄像光路的前、后部分光轴的交点处设有热镜；投影光源、第二菲涅耳透镜、LED屏、第一菲涅耳透镜、热镜、共用物镜和近红外光源依次设置在投影光路的光轴上；近红外摄像机设置在摄像光路后部分光轴上，近红外摄像机的信号输出端与LED屏的信号输入端相连。本实用新型中近红外摄像成像和投影图像能够准确覆盖重合，实现了外周血管静脉显像装置的光学系统结构优化和体积小型化，满足了其手持化的需要，扩大了其穿刺部位的适用范围和人体穿刺部位的活动容许范围，提高了临床应用价值。
【专利说明】一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于医用光学组合系统【技术领域】，具体涉及一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统。
【背景技术】
[0002]近红外静脉显像装置是辅助医护人员进行临床静脉穿刺的一种医用光学仪器。该装置从光学系统组成结构特点来看，其光学系统一般是由红外成像摄影和投影光路组成，类似于反射式红外成像投影系统。为了进一步扩大该装置的辅助穿刺部位的适用范围，克服该装置和穿刺部位在静脉穿刺过程中相对位置变化所带来的图像覆盖偏差，一般需要通过光路组合，使得该装置的光学系统结构紧凑，易于微型化，从而满足装置手持式的要求。而光路组合的优劣不仅关系到最终产品的便携性，同时也直接影响到整个装置的性能和质量。如果上述光学系统通过光路组合后所产生的误差过大，将会带来严重的图像覆盖偏差，进而阻碍其进一步的临床应用。而目前我国绝大多数静脉显像装置由于没有能够将红外成像摄影和投影光路很好地组合在一起，因而只能在人体手部皮肤区域进行简单地静脉成像，无法在人体皮肤其它部位上进行有效显影，限制了该装置的应用临床范围。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，将摄像光路中的一部分和投影光路组合在一条光路上，满足了适用于外周血管静脉显像装置体积小型化的需要。
[0004]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0005]包括投影光路和摄像光路，摄像光路的前部分光轴与投影光路的光轴在X轴方向上重合，摄像光路的后部分光轴位于与投影光路的光轴互相垂直的y轴方向上；
[0006]投影光路包括沿投影光路方向依次设置在投影光路光轴上的投影光源、用于将投影光源发出的光转化为平行光的第二菲涅耳透镜、LED屏、用于汇聚从LED屏出射的平行光的第一菲涅耳透镜、将光先聚焦再发散的两块共用物镜和皮肤穿刺区域；
[0007]摄像光路包括沿投影光路反方向依次设置在投影光路光轴上的皮肤穿刺区域、近红外光源、两块共用物镜和将共用物镜射出的光转化为平行光的热镜，以及设置在摄像光路后部分光轴上的用于接收热镜反射的平行光的近红外摄像机；近红外摄像机的信号输出端与LED屏的信号输入端相连；热镜位于共用物镜和LED屏之间；投影光路和摄像光路共用皮肤穿刺区域和两块共用物镜。
[0008]所述的投影光源位于第二菲涅耳透镜的物方焦平面上。
[0009]所述的X轴和y轴所处的平面为轴平面，热镜所处的平面在轴平面上的投影与投影光路光轴的正向夹角为-45°，且轴平面与热镜所处的平面互相垂直。
[0010]所述的近红外摄像机的镜头上装有红外滤光片。
[0011 ] 所述的近红外摄像机的内部设有采集近红外图像信号的CXD传感器并将上述信号传递至红外摄像机的信号输出端的图像采集输出电路，红外摄像机的信号输出端与用于采集图像增强处理的计算机的输入端相连，计算机的输出端与LED屏的信号输入端相连。
[0012]所述的两片共用物镜均为非球面透镜。
[0013]所述的近红外光源为波长在800nm?840nm之间的近红外LED阵列光源。
[0014]相对于现有技术，本实用新型的有益效果为:
[0015]本实用新型利用热镜本身可以反射近红外光和透射可见光的物理特性，将摄像光路中的一部分和投影光路组合在一条光路上，使静脉图像能够进行有效准确的显影，保证了近红外摄像成像和投影图像能够准确覆盖重合，实现了外周血管静脉显像装置的光学系统结构优化和体积小型化，满足了该装置的手持化的需要，扩大了外周血管静脉显像装置穿刺部位的适用范围和人体穿刺部位的活动容许范围，提高了其临床应用价值。
[0016]进一步的，本实用新型中热镜所处的平面不仅与投影光路光轴的正向夹角为-45°，而且与轴平面互相垂直，保证了摄像光路中的前部分光轴和投影光路的光轴在X轴方向上准确重合，摄像光路中的后部分光轴位于y轴方向上且与投影光路的光轴垂直，从而减少了本实用新型的投影区域与摄像区域的位置偏差，提高了投影图像的覆盖精度。
[0017]进一步的，本实用新型中在近红外摄像机的镜头上安装红外滤光片，能够减少可见光对近红外摄像机的成像影响，通过设置的图像采集电路和计算机内部的实时图像增强处理算法，有助于提高投影图像的显示效果，保证临床应用的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的双光路组合系统的结构示意图；
[0019]其中:1为皮肤穿刺区域、2为近红外光源、3为共用物镜、4为热镜、5为第一菲涅耳透镜、6为IXD屏、7为第二菲涅耳透镜、8为投影光源、9为红外滤光片、10为近红外摄像机。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0021]图1为本实用新型的双光路组合系统的结构示意图，图中带箭头的实线代表摄像光路和投影光路，虚线代表信号传输，点划线代表投影光路的光轴。参见图1，本实用新型包括投影光路和摄像光路，摄像光路的前部分光轴与投影光路的光轴在X轴方向上完全重合，摄像光路的后部分光轴与投影光路的光轴互相垂直，摄像光路的后部分光轴位于I轴方向上，X轴和I轴所处的平面为轴平面，在摄像光路上，信号光束经热镜4反射后发生偏转并沿着I轴的负方向传播至近红外摄像机10进行图像采集。投影光路包括沿投影光路方向(X轴的负方向)依次设置在投影光路光轴上的投影光源8、第二菲涅耳透镜7、LED屏
6、第一菲涅耳透镜5、将光先聚焦再发散的两块共用物镜3和皮肤穿刺区域I。投影光路的光轴垂直穿过两块共用物镜3、第一菲涅耳透镜5、LED屏6和第二菲涅耳透镜7的中心处。投影光源8位于第二菲涅耳透镜7的物方焦平面上，第二菲涅耳透镜7用于将投影光源8发出的光转化为平行光，第一菲涅耳透镜5用于汇聚从LED屏6出射的平行光。摄像光路包括沿投影光路反方向(X轴方向)依次设置在投影光路光轴上的皮肤穿刺区域1、近红外光源2、两块共用物镜3和将共用物镜3射出的光转化为平行光的热镜4，以及设置在摄像光路后部分光轴上的用于接收热镜4反射的平行光的近红外摄像机10。投影光路和摄像光路共用皮肤穿刺区域I和两块共用物镜3。两片共用物镜3均为非球面透镜。近红外光源2为波长在800nm?840nm之间的近红外LED阵列光源。热镜4位于共用物镜3和LED屏6之间，热镜所处的平面在轴平面上的投影与投影光路光轴的正向夹角为-45°，且轴平面与热镜所处的平面互相垂直。通过热镜4，将摄像光路与投影光路有机的组合起来。近红外摄像机10的镜头上装有红外滤光片9。近红外摄像机10的内部设有采集图像并将图像信号传递至红外摄像机10信号输出端的图像传感器，红外摄像机10的信号输出端与用于图像处理的计算机的输入端相连，计算机的输出端与LED屏6的信号输入端相连。
[0022]根据人体待穿刺部位的皮肤在一定波长的近红外光照射下，由于皮下静脉中去氧血红蛋白和周围组织部位对近红外光的吸收特性存在一定的差异，可以通过近红外摄像机获得皮下静脉反射图像，再对获取的上述反射图像进行相应的图像增强处理后输入至投影系统，然后利用该投影系统将上述反射图象实时地投影到上述待穿刺部位的皮肤表面，通过清晰显现在待穿刺部位皮肤表面上的皮下静脉图象，医护人员即可顺利完成辅助穿刺静脉操作。基于上述工作原理，本实用新型利用热镜本身可以反射近红外光和透射可见光的物理特性，将摄像光路中的一部分和投影光路组合在一条光路上，保证了近红外摄像成像和投影图像能够准确覆盖重合，实现了外周血管静脉显像装置的光学系统结构优化，满足了外周血管静脉显像装置的手持化的需要，扩大了外周血管静脉显像装置穿刺部位的适用范围和人体穿刺部位的活动容许范围，提高了临床应用价值。
[0023]本实用新型的工作过程为:
[0024]当近红外光源2照射到人体的皮肤穿刺区域I时，携带人体皮下静脉信息的近红外漫反射光束经过皮肤穿刺区域I出射至两片非球面透镜的共用物镜3上，由共用物镜3成像后，经热镜4反射成平行光线后，由加装在红外摄像机镜头上的红外滤光片9进入近红外摄像机10内，然后以近红外摄像机10内部图像传感器CCD为中心器件电路进行采集成像后，再利用计算机对近红外摄像机10的近红外成像进行实时图象增强和噪声处理后，传输至IXD屏6上；同时为了保证IXD屏能够比较均匀地成像，由第二菲涅耳透镜7将投影光源8发出的可见光转化为平行光，再通过第一菲涅耳透镜5汇聚从LCD屏出射的平行光，透过热镜4后，再入射至共用物镜3成像后投影显示在皮肤穿刺区域I的表面上。由此，医护人员就可以凭借本实用新型顺利完成人体皮下静脉辅助穿刺操作。
[0025]为了保证本实用新型能够顺利实施，近红外光源2可选用波长在800nm?840nm之间的近红外LED阵列作为实际照射光源，该波段的近红外光可以提高热镜4的近红外光反射率，减少共用物镜3的色差。利用有关光学仿真计算软件还可模拟确定入射到皮肤穿刺区域I的最佳光照强度，从而推断出近红外光源2的近红外LED阵列的合理分布尺寸，以及近红外光源2与皮肤穿刺区域I之间的最佳照射距离和角度等参数。共用物镜3可选择利用模压成型技术，能够进行大批量稳定生产的非球面透镜，以便提高近红外摄像机10的光学成像质量，减少共用物镜装配过程中所产生的光学误差。为了避免可见光中的近红外成分被热镜4反射后对红外摄像机10成像所带来的干扰，需选用具有很高的近红外光反射率和可见光透射率的热镜4，作为本光路组合系统的关键器件。为了防止投影与摄像光路经过热镜4时相互产生干扰，可选用与近红外光波长差异明显的其它波长光作为投影光源1，比如大功率绿光LED。第一菲涅耳透镜5和第二菲涅耳透镜7的作用就是一个透镜，可由聚烯烃材料注压而成。为了减小本实用新型的体积，应尽可能选取尺寸较小的LCD屏。同时为了滤除可见光，减少可见光对近红外摄像机10的成像影响，需要在近红外摄像机镜头上加装红外滤光镜9，并根据实际光谱响应曲线和光学成像质量等综合因素来选择近红外摄像机10。
[0026]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施实例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术的方案的范围。
【权利要求】
1.一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:包括投影光路和摄像光路，摄像光路的前部分光轴与投影光路的光轴在X轴方向上重合，摄像光路的后部分光轴位于与投影光路的光轴互相垂直的y轴方向上； 投影光路包括沿投影光路方向依次设置在投影光路光轴上的投影光源(8)、用于将投影光源(8)发出的光转化为平行光的第二菲涅耳透镜(7)、LED屏(6)、用于汇聚从LED屏(6)出射的平行光的第一菲涅耳透镜(5)、将光先聚焦再发散的两块共用物镜(3)和皮肤穿刺区域(I); 摄像光路包括沿投影光路反方向依次设置在投影光路光轴上的皮肤穿刺区域(I)、近红外光源(2)、两块共用物镜(3)和将共用物镜(3)射出的光转化为平行光的热镜(4)，以及设置在摄像光路后部分光轴上的用于接收热镜(4)反射的平行光的近红外摄像机(10);近红外摄像机(10)的信号输出端与LED屏(6)的信号输入端相连；热镜(4)位于共用物镜(3)和LED屏(6)之间；投影光路和摄像光路共用皮肤穿刺区域(I)和两块共用物镜(3)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:所述的投影光源(8)位于第二菲涅耳透镜(7)的物方焦平面上。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:所述的X轴和I轴所处的平面为轴平面，热镜(4)所处的平面在轴平面上的投影与投影光路光轴的正向夹角为-45°，且轴平面与热镜(4)所处的平面互相垂直。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:所述的近红外摄像机(10)的镜头上装有红外滤光片(9)。
5.根据权利要求1或2所述的一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:所述的近红外摄像机(10)的内部设有采集近红外图像信号的C⑶传感器并将上述信号传递至红外摄像机(10)的信号输出端的图像采集输出电路，红外摄像机(10)的信号输出端与用于采集图像增强处理的计算机的输入端相连，计算机的输出端与LED屏(6)的信号输入端相连。
6.根据权利要求1或2所述的一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:所述的两片共用物镜(3)均为非球面透镜。
7.根据权利要求1或2所述的一种适用于外周血管静脉显像装置的双光路组合系统，其特征在于:所述的近红外光源(2)为波长在800nm?840nm之间的近红外LED阵列光源。
【文档编号】A61B5/00GK203408033SQ201320376695
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】黄洋清, 王庆源, 王广涛 申请人:西安交通大学