[发明专利]一种基于图像引导的血气采集装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种基于图像引导的血气采集装置及方法。

背景技术

血气分析是医学上常用于判断机体是否存在酸碱平衡失调以及缺氧和缺氧程度等的检验手段。动脉血气分析能准确反映肌体的呼吸功能和代谢情况，诊断呼吸衰竭和酸碱平衡紊乱，并指导氧疗和机械通气。在血气分析中，血液标本的采集和保存是否恰当，对测定结果有较大影响。血气分析采用动脉血作为分析样本，动脉采血常用的动脉为股动脉、肱动脉和桡动脉。由于桡动脉表浅，易于触及，容易压迫止血等特点，在实际临床应用中常采集桡动脉血液用于血气分析。

现有的桡动脉血液采集装置对于有些桡动脉不明显病人，或者在医护人员经验不足的情况下，采集桡动脉血气难度较大，一次性穿刺成功率不高，且病人感觉痛苦，容易形成局部血肿、瘀斑。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于图像引导的血气采集装置及方法，利用该装置判断出病人腕部桡动脉位置，根据桡动脉位置等信息指引护士完成桡动脉血气采集。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于图像引导的血气采集装置，包括腕部固定支架，所述腕部固定支架的上方设有图像采集模块，图像采集模块将采集的图像传送至图像处理模块，图像处理模块还与红外光源模块相连，图像处理模块接收并处理图像采集模块采集到的图像信息，最后将处理信息输出至显示模块；

所述图像处理模块包含微处理器，能够接收图像采集模块采集到的病人腕部桡侧同一区域多个不同采集角度的图像，微处理器通过采集的图像中的血管影像，利用多视角三维重建算法，恢复出病人腕部内血管的粗细情况及分布情况，并根据血红蛋白对近红外光的选择性吸收特点区分动脉和静脉，提供相对较粗并且距离表皮较近的桡动脉位置信息，指引进行血气采集。

其中，多视角三维重建算法通过三个红外相机从不同视角拍摄的图像对中恢复出被拍摄物体三维信息的过程。要实现该过程一般包括如下步骤：红外相标定、特征提取、立体匹配和三维信息恢复。

红外相机标定：红外相机标定的目的是确定相机的几何位置、属性参数和建立成像模型，以便确定世界坐标系中的物体与它在摄像机的成像平面上的像点之间的对应关系。红外相标定包括确定摄像机内部几何光学特性(内部参数)和确定摄像机在世界坐标系中的三维位置和方向(外部参数)。

红外相机标定基于患者的腕部的摆放位置和情况，确保位于腕部正面上方，腕部正面左方和腕部正面右方的三个红外相机拍摄腕部同一区域，并且腕部正面左方相机和腕部正面上方相机的角度，与腕部正面右方相机和腕部正面上方相机的角度相同，三个相机同时采集图像，通过直接线性变换(DLT)的摄像机标定方法，直接利用摄像机的线性模型，利用线性方程组求解摄像机的参数。

特征提取：多视角三维重建根据视差恢复目标物体深度信息的关键是确定场景中同一物点在三个图像中的对应关系，通过SIFT方法获得三幅图像中相同的特征并提取该特征点。

立体匹配：立体匹配是指根据对所选特征点的计算，并建立特征之间的对应关系，将同一个空间点在不同图像中的投影点对应起来。基于区域的匹配算法以腕部正面上方的红外相机采集到的图像作为基准图，以及准入的待匹配点为中心创建一个窗口，用邻域像素的灰度值分布来表征该像素，然后在对准图中根据匹配准则约束来寻找这样一个像素，以其为中心创建同样的一个窗口，并用其邻域像素的灰度值分布来表征它，然后依据适当的相似性测度，比较两个窗口的灰度分布的相似性，相似性必须满足一定的阈值条件，从而实现三幅图像的配准。

三维信息恢复：当通过立体匹配后，即可根据成像模型中视差与深度的几何关系，对目标的深度进行计算。

所述腕部固定支架为中空圆柱形，图像采集模块包括三台近红外相机，腕部固定支架的正上方设有三个圆形孔洞，每个空洞内嵌入一台近红外相机，图像采集模块后方固定有图像处理模块。

所述腕部固定支架的下方且图像采集模块的正下方设有三个圆形孔洞，每个空洞内嵌入近红外灯，三台近红外灯构成红外光源模块；显示模块通过数据传输线连接图像处理模块，固定于腕部固定支架上方。

所述图像采集模块的三台近红外相机分别位于病人腕部桡侧上方、桡侧左方和桡侧右方三台近红外相机对准病人腕部桡侧同一区域采集穿透病人腕部的近红外光形成的影像，根据血红蛋白对近红外光有明显的选择性吸收的特点，透过病人腕部的近红外光形成的影像可以清楚的反映病人腕部内血管的影像，三台近红外相机的采集区域相同但采集角度不同。