近红外静脉手背显像系统

2017 DDC中国区选拔赛作品  |  嵌入式视觉

dda350   项目发起人 06-19
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本作品通过数字微镜器投影静脉血管图像的方式来实现该系统。整套实现方案涉及光学成像、图像分割提取、DMD编码控制和嵌入式平台移植等步骤。整个系统主要包括图像采集单元,图像处理单元和图像投影单元。其中,图像采集单元使用CMOS摄像头配合近红外滤光片采集人体手背近红外图像,之后通过图像处理单元实现静脉血管的分割和提取,最后使用DMD编码,将血管图像以蓝光重新投影到手背上,从而实现静脉显像功能。

项目详情

项目创意灵感

在一些特殊情况下打针或者输液,静脉查找是一大难事,有些护士可能扎好几次都找不到血管,对于老人、小孩、体胖的人来说是非常的痛苦。近红外静脉显像技术可以帮助医护人员顺利进行静脉穿刺,显著提高首次静脉穿刺成功率、缩短静脉穿刺时间,是医疗仪器领域的重点研究内容之一。该技术利用周围组织、静脉中去氧血红蛋白对近红外光的吸收不同,将信息经过光电转换和图像处理,最后将静脉投影到观测目标,供医护人员实时观测静脉。静脉显像对患者静脉质量无选择性,特别在肥胖患者、弹性差、过细、脆弱等静脉表现出独特的优势,因此适用于不同病症以及各年龄段患者。

设计特色创新

1)高效的投影方式。使用数字微镜器DMD实现投影过程,可以充分利用芯片的功能,同时也有效的控制作品的成本。2)采用了SOC架构,增加了系统的集成性。目前采用的是基于SOC架构的开发板,后期可以自己用SOC芯片制作板子,进一步提高系统的集成性。3)采用了近红外光谱技术,近红外光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。并且对人无伤害,安全环保。 4)优化了图像处理的算法,使图像的分割效果更加理想,并且采用了并行处理的算法,使处理效率更高,实现了实时处理。(5)创新性的设计了复用光路系统,可有效缩小系统体积,提升系统集成度。

系统原理功能

本作品拟通过数字微镜器投影静脉血管图像,以最低成本和最高效率的方式实现静脉显像系统。整套实现方案涉及光学成像、图像分割提取、DMD编码控制和嵌入式平台移植等步骤。作品的创新性主要包括:稳定的光路设计。合理的光学系统设计既要保证原理上的可行性,又要保证技术实现上的可行性。采用DMD进行光学投影编码,系统光路稍有偏差就会影响投影效果。本方案利用棱镜的全反射作用控制输入输出光路,同时利用偏振片消除投影505nm滤光对近红外光采集的影响,提高系统的稳定性。技术的关键是图像处理算法,光路系统的搭建以及嵌入式平台下的开发。主要的技术指标为图像处理的时间和效果,投影的准确性以及系统的集成性。

完成情况概述

嵌入式平台已经基本搭建完成;图像分割提取算法已完成;投影光路已完成;可实现图像的实时捕捉、处理和重投影,正着手设计搭建复用光路。

制作周期分工

1) 张嘉奇,光路系统的集成;
2) 孙超良,嵌入式系统完善;
3) 黄卓然,优化图像处理算法。
2017年5月-2017年7月,Linux系统下嵌入式环境进一步集成与优化。

展望项目未来

作品的适用范围很广,通过对一些部件进行调整可以将它应用于各个领域。首先这套系统可以应用于静脉穿刺,将系统的光源更换后,还可以做许多拓展功能。比如光源换成远红外光源可以做热成像定位、印刷印染和PCB检修,光源换成紫外光光源可用作3D打印,光源换成激光光源可以动态测血氧。将处理器换做手机的话我们还可以做成智能终端的外设。作品完成后应具有良好的经济效益,因为这套系统的成本较低,同时可适用的领域很广,具有良好的市场前景。

收获感悟分享

参与本次科研项目最大的感悟是切实地体验了科研的全过程,真切地感受到了科研的魅力与成就感。同时,让我感觉收获最大是掌握了一种在短时期内快速学习一门知识的能力。从对一个事物一无所知,到知道从何学起,再到理解透彻,这一步步地学习比书本上来的要真切得多。搞科研很少有人能真正做到独挑大梁,需要的是团队的通力协作,有过争吵和质疑都是正常的,但争吵过能还能心平气和的朝着同一个目标共同努力,我想这就是科研项目所磨炼出的友谊吧。


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