红外静脉辅助定位系统设计

　　0　引　　言

　　静脉注射和静脉采血、输血是抢救和治疗患者的重要措施之一,也是一种极常见的医疗手段,但是对于一些静脉血管不明显的患者,如新生儿、儿童、肥胖人群、及某些种族的人群,即使是熟练的护士,也很难准确地找到静脉所在位置,所以往往要经过多次操作才可以注射成功,这样会增加病人的痛苦。更重要的是,在某些紧急情况下,每延误一次时机都可能带来严重的后果[1]。

　　目前在医院里的实践操作中,也采用了各种方法试图更快地找到病人的静脉,如利用止血带绑扎的办法,这是目前最传统,也是最常用的一种手段,但是对于某些病人来说,这种方法是不奏效的;也有的医院配置了超声波透视仪器,但该仪器的操作使用比较繁琐,对医护人员的要求较高,而且体积较为庞大,所以其应用受到了一定的限制。

　　Zemen等人发现,在均匀近红外光的照射下,对皮肤的近红外图像进行处理后,一些肉眼很难看到的位于皮肤下的静脉血管可以显示出来[2],他们从均匀近红外光源对静脉成像影响程度的角度进行了实验分析,认为均匀光源的面积以及均匀程度与静脉图像的清晰程度并不存在强的正相关性,继而提出可以设计一种仪器,将肉眼无法看到的皮下静脉显示出来,从而可以辅助医护人员进行静脉穿刺操作[3]。近10年来,国内外对此开展的研究很多,亦出版了大量的文献著作,相关的科技产品也层出不穷。据了解,日前国内市场上还很少有此类产品出现,可以预见其市场应用前景将会非常广阔。

　　1　光　　源

　　均匀扩散的近红外光照射皮肤,可以得到清晰的静脉血管图像。因此如何得到非常均匀的近红外光源成为系统的关键因素之一。近红外发光源选择使用近红外发光二极管。选型过程中考虑了以下2种因素:(1)市场上常见且易得到的Near2infrared LED共有2种波长:960 nm和850 nm; (2)图像感光元件选择宜霖CMOS SensorEVS100K,LED的发光光谱需要与Sensor匹配。CMOS Sensor EVS100K的光谱曲线如图1所示。由图1可以看出,EVS100K在710 nm左右响应达到峰值,850 nm的响应约为63%,而960 nm的响应迅速降为21%。综合以上2种因素,选择850 nm的近红外发光二极管作为成像系统的照明光源。

　　2　图像传感器

　　2.1　图像传感器功能单元

　　(1)像素矩阵:像素矩阵包含许多参考线、一块352×290感光区域以及一个352×288的有效像素矩阵。图像感光过程的初始化是通过对像素矩阵中的感光元素进行预充电,使它们达到初始电压来完成的;(2)片上8位AD转换器:集成在片上的8位Flash AD转换器用来将模拟视频信号转成数字信号;(3)主视频输出:外部逻辑可以将X2Y地址数据输入到EVS100K内以读取存储在模拟帧缓冲内的电荷包;(4)行地址与列地址总线:行地址数据和列地址数据共享一条9 b的地址总线。2个内置的地址锁存器,分别锁存行地址和列地址。