近红外静脉显像方法及系统

本文提出一种近红外静脉显像装置及方法。采用搭载Xilinx公司Zynq-7000系列FPGA和Cortex-A9双核 *通讯作者。

静脉注射、采血和输血是现代医学中抢救和治疗的重要手段，但由于血管深度、脂肪组织、皮肤色素、血管内血容量等生理因素的不同，对于一些静脉血管不明显的患者，如新生儿、儿童、肥胖人群、老年人、大出血病人及某些肤色较深的人群，即使是熟练的护士，仅靠肉眼也很难准确地找到静脉所在位置，往往要经过多次操作才可以定位成功[1]。这不仅会增加病人的痛苦，而且在某些急诊救治等紧急情况下,每延误一次时机都可能造成严重的后果。近红外光(波长为700 nm~900 nm)对人体组织穿透深度强于可见光，且静脉血液中脱氧血红蛋白对近红外光能量吸收明显高于脂肪和黑色素等血管周边组织[2] [3] [4]，因此，采用近红外光成像的方法可以显著提高静脉血管与周围组织的对比度，得到比较清晰的静脉结构图像[5] [6] [7] [8]。

2. 系统结构 将拍摄到的目标红外光图像进行增强、去噪、分割等图像处理后，重新投影回到目标位置，即可实现近红外显像功能。图像处理速度和投影位置的准确程度是保证静脉显像系统实用性的基础，因此，本文选择采用基于片上系统(SOC)的芯片作为核心处理器， 利用ARM+FPGA 结构搭建图像处理通路， 从而实现静脉图像的实时处理与投影。本文将整个系统分成图像采集模块、图像处理模块和图像投影模块。

系统总体设计如图1 所示。

2.1. 图像采集模块 本系统将近红外滤光片及可见光-近红外滤光片切换装置加装在传统CMOS 摄像头的镜头下， 并且在摄像头的四周加装了近红外光源。经改进后该摄像头可以根据外部光线信号或内部触发信号切换可见光滤光片或近红外滤光片，进而控制进入摄像机镜头的光线模式。此图像采集模块可以采集自然光图像和近红外光图像。由于自带近红外光源，可以无需暗室环境，在有自然光影响的情况下直接采集图像，有效地提升了系统的便利性。系统所用摄像头的参数如表1 所示。

2.2. 图像处理模块 图像处理模块由搭载了双核ARM 和FPGA 的Zedboard 开发板为核心， 由于Zedboard 是一个完整的SOC 系统，故本系统及方法将利用双核ARM 来运行SD 卡中烧制好的Linux 系统，再由FPGA 来加速