[发明专利]一种表层血管显示方法和仪器

说明书

技术领域

本发明属于光谱成像仪器领域，涉及一种表层血管显示方法和仪器。

背景技术

在现有医疗机构，静脉注射的血管都是靠医护人员通过目视来查找。手臂静脉注射主要靠手臂上端的捆扎使静脉血管充盈来帮助发现血管。但对于体胖人员、很多儿童和一些成人患者静脉注射困难是一个重要的临床问题。临床研究表明约有50％在6岁以下的儿童很难查找静脉。在一些手术过程中，偶尔也会出现医务人员误伤到病人的动脉血管而引起病人大出血甚至死亡。

近红外光是能穿透皮肤组织最深的的光波，最深能达数十毫米。另一方面，动脉血液，静脉血液和皮肤对光的吸收在不同的波长是不同的，即所谓的光谱吸收不同。图1是动脉血液里的含氧血红蛋白(OxyHt)2，静脉中的去氧血红蛋白(DeoxyHt)1以及水3在近红外波段的吸收光谱图。可以看出动脉血液里的含氧血红蛋白，静脉中的去氧血红蛋白在760nm，800nm，850nm波长的吸收是不同的。在760nm处动脉血液里的含氧血红蛋白比静脉中的去氧血红蛋白吸收要小；但到了850nm波长处，情况反过来了，动脉血液里的含氧血红蛋白比静脉中的去氧血红蛋白吸收要大；而在这些波段，皮肤里的水对光的吸收相对小的多。因此若能收集皮下组织对光的吸收光谱图像就有可能识别出皮下的静脉和动脉血管。

从皮肤返回光的90％为皮肤表面反射光，不包含组织内部图像信息，对成像系统来说是背景噪音，降低了血管图像的对比度，但这部分光保持了其偏振性，我们通过在LED光源前面和摄像机镜头前的一对正交偏振片挡住了样品表面反射光，使之不参与成像。而返回光的约10％为入射到样品内部经散射、反射后返回的光，携带了大量组织内部结构图像的信息，这些光线在组织内部发生复散射退偏，因此能够通过正交的偏正片被摄像机检测成像。

利用Monte-Carlo方法模拟我们可以计算出，对于线偏振光，随着散射次数的增加，背向散射光的偏振度下降很快，其偏振度主要来自于散射次数小于10次的光子，即线偏振光要产生明显的退偏效果至少需要10次散射作用。这样只有在介质内相对较深处(＞10次单散射的长度)发生的复散射，才会发生明显退偏现象，这些退偏后的光形成了介质内部的一个虚拟光源，照明了皮下血管等光吸收物体。因此正交偏振片的设置不仅挡住了皮肤表面反射光，更增强了皮下深部血管的图像。

现有技术中存在如下缺陷：在一些手术过程中，在有些患者很难找到静脉的前提下，医务人员误伤到病人的动脉血管而引起病人大出血甚至死亡。

发明内容

本发明提供一种表层血管显示方法和仪器。通过应用本发明，使医务人员在进行静脉注射和手术操作中，将病人的血管图像精确地、无畸变地投影到病人的皮肤，并以不同的颜色标记静脉、动脉和皮肤组织，指导医护进行静脉注射和手术操作。

为达到上述目的，本发明提供一种表层血管的显示方法，包括：

LED光源分别发射两种波长的近红外光；所述LED光源由中心波长分别为760nm和850nm的两种LED灯组成；

所述近红外光经过偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面；

人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光；

对所述退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光；

摄像机分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像；

所述摄像机将所述两种血管图像经信号处理电子处理后发送到投影仪；

投影仪放映所述血管图像，并投影到患者皮肤上。

另一方面，本发明还提供一种表层血管显示仪器，包括：

LED光源4，用于分别发射两种波长的近红外光；

偏振片3，置于所述LED光源的下方，用于对近红外光进行偏振处理后得到线偏振光，并照射到人体皮肤表面；

偏振片6，置于所述LED光源的上方，并与所述偏振片3成正交放置，用于对经人体皮下组织血管复散射所述线偏振光得到退偏的近红外光再次进行偏振处理，得到偏振后的退偏近红外光；

摄像机7，置于偏振片6的上方，用于分别拍摄两种波长的所述偏振后的退偏近红外光，并生成两种血管图像；

信号处理电子8，分别于LED光源和摄像机7相连接，用于接收所述两种血管图像，并对所述图像处理；

投影仪9，与信号处理电子相连接，用于接收处理后的所述血管图像，并放映所述血管图像；

长波通滤光片5，置于所述偏振片6与所述LED光源4之间，并呈45°角倾斜，用于反射所述血管图像，并使所述血管图像投影到患者皮肤上。