專利名稱：注射針引導裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于使向血管內插入注射針變得容易的引導裝置。
背景技術：
在為了靜脈注射或采血而將注射針插入血管內的技術中，醫生或護士以皮膚的觀 察或觸覺對血管的所在進行預測并插入針。但是，在該技術中，依賴于經驗或直覺的要素 多，并不一定用一次插入就能夠可靠地達成目的。將針插入靜脈的技術不能具有可靠性的重要原因在于，由于無法直接觀察位于體 內的血管，所以難以把握血管的位置、走向、形狀等信息，除此之外，由于不能目視插入到體 內的注射針部分，所以血管和針的位置關系不被正確地識別。對于這些問題，在專利文獻1中公開了一種利用紅外線對血管的狀態進行視頻化 的發明。此外，在專利文獻2中公開了一種通過具有70(T800nm的波長的光從而目視血管 的狀態的方法。進而，在專利文獻3中公開了一種將通過紅外線檢測器獲得的熱點(hot spot)看作血管，通過顏料或者點光源表示其位置的方法。進而，在專利文獻4中公開了一 種根據注射器的形狀推定進入體內的注射針的頂端位置，與血管的圖像進行合成并顯示的 裝置。進而，在專利文獻5中公開了一種以超聲波感測出靜脈的位置，在反射波的方向推進 注射針的裝置。現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開第2004-267534號公報， 專利文獻2 日本特開第2000-316866號公報， 專利文獻3 日本特開第2002-507446號公報， 專利文獻4 日本特開第2006-130201號公報， 專利文獻5 日本特開第2005-66310號公報。
發明內容
發明要解決的問題
可是，將注射針插入血管的現有技術如上述那樣，均是利用以從體外的目視、觸覺等推 測血管的所在的不可靠的信息的、類似摸索的操作。例如，在專利文獻4中公開了如下技 術，對血管進行圖像化，推定插入體內的針的頂端位置，顯示血管與針的頂端位置的合成圖 像。但是，在專利文獻4記載的裝置中，雖然能獲知平面上的血管的位置與針的頂端位置的 關系，但是深度方向的位置關系不明確。也就是說，為了對血管進行注射，需要將針的頂端嵌入血管內并固定，但在平面圖 像中，反而存在弄錯血管的位置關系、例如錯誤識別針的頂端在血管跟前的情況、穿透血管 的情況等而進行注射的可能性。即，只有在血管與針的頂端三維地進行位置對準后才能進 行注射。
因此，本發明提供一種注射針引導裝置，該裝置具有監視器，能夠在以肉眼無法直 接觀察的血管中，利用在靜脈中流過的還原血紅蛋白對特定的近紅外線進行吸收、反射的 性質，以近紅外線對血管進行透視并虛擬地圖像化，此外，以可見光等識別注射器、針的形 狀(信息)，對插入體內并無法透視的針進行虛擬再現并圖像化，并且明示上述血管和針的 三維的位置關系。血管注射輔助裝置的理想方式優選是透視血管和針并以立體視頻進行直接觀察， 但是實現其存在如下問題裝置變得復雜、可能暴露于對針進行透視的X射線等中、以及需 要用于觀看三維視頻的累贅的偏振光眼鏡或裝置等，在實用面問題較多。因此，本發明以預先特別指定使用的注射針的形狀為前提，著眼于注射針向肌肉 的插入是純粹的直線運動的情況，通過對針及針的延長線進行虛擬圖像化，將直線前進操 作所需要的針的方向、目標、距離、和角度作為縱深信息在血管圖像顯示，從而實現提供與 立體視頻相等的有效信息的二維的視頻監視器(活動圖像)。用于解決課題的方案
用于達成上述目的本發明的注射針引導裝置的特征在于，具有利用近紅外線對血管 進行圖像化的單元；以可見光對針進行圖像化的單元；以及對插入體內的針及針延長線虛 擬地進行圖像化的單元。上述注射針引導裝置的特征在于，根據以朝向血管并排設置的2臺攝影機取得的 注射器、針、以及血管的圖像信息，對血管和針以及針的延長線虛擬地進行圖像化，按每個 攝影機視點將血管和針及針的延長線作為合成圖像。上述注射針引導裝置的特征在于，在上述合成圖像中，在將第1圖像以坐標軸 X-Y、第2圖像以坐標軸X-Z表示時，將第2圖像的血管與虛擬針的延長線交叉的交點的X 軸的值，作為在位于第1圖像的X軸的相同值的血管位置插入針的假定目標進行標記，在通 過注射器的方向操作第1圖像的虛擬針的延長線與該標記一致時，對該處進行針的插入。上述注射針引導裝置的特征在于，在上述合成圖像中，顯示上述標記、從針尖到標 記的距離、以及針相對于血管的角度的至少一方。上述注射針引導裝置的特征在于，利用以上述標記為中心的圖形表示從上述針尖 到標記的距離、和上述針相對于血管的角度，來做成縱深示意圖像，該縱深示意圖像對應于 針的運動，以圖形大小來表現距離、以圖形形狀變化來表現角度。上述注射針引導裝置的特征在于，對針和針落在皮膚的影子進行攝影，根據其圖 像形狀識別針的接觸稍前的情況，在監視器以預告顯示或以聲音對針接近皮膚的狀況進行
目口 ο上述注射針引導裝置的特征在于，將上述合成圖像在立體視頻顯示器中作為立體 視頻進行顯示。發明的效果
如上所述，本發明是對血管與針進行視頻化并識別該血管與針的位置關系的裝置，期 待如下效果。1)不以肉眼的靈敏度觀察血管，而能夠以使用透視技術、圖像處理技術將畫質最 優化了的血管像進行識別。2)因為能夠正確識別血管的形狀、走向、曲折的狀況等，所以能夠容易地選定適于插入針的血管與其插入處所。3)能夠根據上述的血管識別，預先選定注射針的種類、尺寸。4)能夠準確地把握血管與針以三維方式交叉的針的插入目標、方向、角度。5)因為與注射操作者的針的方向操作、插入操作連動地，實時顯示注射針的目標 (距離、插入角度、方向)，所以僅以監視器誘導就能容易且正確地將針插入血管。如上所述，本發明在靜脈注射的操作性、正確性、安全性等任一方面均謀求大幅的 改善。
圖1是本發明的實施方式的注射針引導裝置的外觀立體圖。圖2是例示圖1所示的監視器的圖像內容的圖。圖3是例示作為圖2的一部分的綜合圖像的內容的圖。圖4是表示決定插入目標的控制流程的圖。圖5是表示對示出插入目標與針的頂端的位置關系的圖形的形狀進行計算的控 制流程的圖。
具體實施例方式本發明通過近紅外線對肉眼無法把握的血管虛擬地進行圖像化，此外，基于以可 見光等識別的注射器、針的信息，將插入體內的針、和針的直線前進線虛擬地圖像化。而且，將該血管虛擬圖像、針(以及虛擬地再現的針)、及針的延長線的各圖像，以 反映了現實的位置關系的合成圖像(Mixed Reality)，在監視器中顯示。再有，為了以三維方式識別血管與針的位置關系，上述合成圖像在視點不同的2 點進行圖像化，在監視器中顯示2個圖像，或者記錄其圖像數據。而且，通過該2個圖像數據，對成為針的插入目標的血管的位置、從針尖到目標血 管的距離、以及針相對于血管的角度進行計測(用計算機解析)，并在監視器中顯示。實施例1
參照附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖1是注射針引導裝置4的概略立體圖，該 注射針誘導裝置4內置有具有用于對血管進行攝影的近紅外線等光源的攝影機；和對注 射器及針10進行攝影的攝影機。平面攝影機1、側面攝影機2都是兼具對血管進行攝影的近紅外線攝影機、和對注 射器及針進行攝影的可見光攝影機的攝影機，平面攝影機1從上方對血管9和注射器及針 10進行攝影，側面攝影機2從側面對血管9和注射器及針10進行攝影。在平面圖像5中，將以平面攝影機1攝影的血管9和注射針10、以及虛擬針10及 其延長線11的各圖像以混合現實(Mixed Reality)的方式進行合成，在該合成圖像中，在 預測針10的插入的血管位置顯示有插入目標88。側面圖像6與平面圖像同樣，將以側面攝影機2攝影的圖像及虛擬圖像以混合現 實的合成圖像進行顯示。此外，平面圖像5的插入目標88是檢測出側面圖像6的虛擬針的延長線11與血 管9在畫面上交叉的交點8，并標繪于平面圖像5的血管的相同位置的目標，通過注射器的方向操作，實時地在9上移動并被顯示。再有，關于上述平面圖像5的“插入目標88”、“血管的相同位置”，以如下方式定 義。當將立體坐標軸設為X、Y、Z時，能夠以X-Y坐標表示平面圖像5，以X-Z坐標表示 側面圖像6，但通過將X軸作為兩圖像共同的坐標軸，則將側面圖像6的針10的延長線11 與血管9的交點8具有的X坐標值，作為平面圖像5的相同X坐標的值的血管的同位置88。 再有，平面圖像5的插入目標88的顯示通過圖像引擎程序被自動顯示。此外，在綜合圖像7中，在將平面圖像5的插入目標88作為中心的擴大圖像中，以 橢圓表示從針尖到插入目標88的距離、和側面圖像6的針的延長線11與血管9交叉而成 的角度。在本實施例中，雖然采用橢圓，但是方形或星形也可，并不特別指定形狀。接下來，距離12-Α和角度12-Β，是計測平面、側面的兩圖像數據(用計算機解析)， 表示從針尖到插入目標88的距離、和針相對于血管的角度。橢圓以插入目標88作為中心點進行顯示，距離12-Α以橢圓的橫軸直徑的大小來 表示，角度12-Β是由表示距離的橫軸直徑的大小乘以角度系數后的縱軸直徑的大小表示。為了將注射針10插入血管9，通常需要一定的角度，但上述角度12-Β指的是側面 圖像6的虛擬針的延長線11和血管9交叉而成的角度，當假設30度為優選角度時，將角度 30時的角度系數設為1，此時顯示距離12-Α的橢圓的橫軸直徑和縱軸直徑的大小相等。也 就是說，在角度保持為恰當的30度時，不過距離如何，橢圓總是采用顯示圓的設定。而且角度顯示以如下方式設定，即，將表示距離12-Α的橫軸直徑作為基準。當角 度大于30度時與橫軸的大小成反比例而變為縱軸短的橫長橢圓，如果與30度相比是銳角 的話，成為縱長橢圓。圖3為綜合圖像7的顯示的一個例子，針的延長線11與插入目標8交叉，角度表 示為圓，顯示了能將注射針插入體內的狀態。S卩，在圖3中，表示在用手動的注射器的方向操作，使虛擬針的延長線11與插入目 標88 —致的狀態下，檢測出血管和虛擬針的延長線在三維空間中交叉的位置的情況。此外，表示注射器方向操作的結果是相對于血管的針的插入角度為恰當的圓。因此，當在圖3狀態下使注射針直線行進插入體內時，在圓形的狀態下逐漸變小 而成為點，針被插入血管。接下來，對各監視器3的作用進行說明，平面圖像5、側面圖像6的主要目的是從其 兩圖像數據取得插入目標、距離、方向、角度等的縱深信息(三維信息)。為便于說明本發明的技術思想，在本實施例中，在監視器中顯示平面圖像5、側面 圖像6，并不一定必須在監視器3中表示，只要把握并記錄圖像數據即可。綜合圖像7匯集了平面圖像5和側面圖像6的兩部分信息，并在平面圖像5中附 加顯示了血管注射所需要的縱深信息(三維信息)，如果注射操作者注視該綜合圖像監視器 弓I導針的話，則自然而然準確安全地完成血管注射。如上所述，在本實施例中在說明中將3個畫面在監視器3中顯示，但在實際運用 中，優選僅將綜合圖像7的畫面在監視器整個面顯示。接下來，在注射操作者注視監視器進行操作時，為了避免用針不慎弄傷皮膚，需要 對針接近皮膚的情況進行警告。
因此，用可見光攝影機(在平面攝影機1、側面攝影機2中裝備)對針10、及針10落 在皮膚的影子進行攝影，根據針和影子形成的形狀檢測出(通過視頻引擎程序自動檢測)接 近狀況并在監視器中顯示，或者用聲音來喚起注意。圖4表示決定平面圖像5的插入目標88的控制流程，在以下簡單地進行說明。首 先、通過開始側面攝影機的控制的步驟(S20)、對血管9和針10進行圖像化的步驟(S21)、 以及檢測出血管9與針10的延長線11的交點8的步驟(S22)，進行讀入交點8的X坐標的 值χ (S23)的處理。另一方面，通過開始平面攝影機的控制的步驟(S10)、和對血管9和針 10進行圖像化的步驟(S11)，預先取得平面圖像5。在這里，平面圖像5的X坐標的值為X， 并且，通過將與血管9交叉的點作為插入目標88進行顯示(S15)的控制，決定該插入目標 88。圖5表示對綜合圖像7中表示的圖形、即表示血管注射所需要的縱深信息(三維信 息)的圖形的形狀進行決定的控制流程，以下簡單地進行說明。在這里，表示通過橢圓形的 圖形顯示的例子。首先，具有檢測出從針尖到插入目標88的距離12-A的步驟(S30)；和 基于該距離12-A決定橢圓形的橫軸直徑的長度的步驟(S32)。另一方面，具有檢測出血管9與針10的延長線11的夾角12-B的步驟(S40);用 夾角12-B除以最佳夾角(例如30° )計算角度系數的步驟(S41);對在步驟S32中得到的橫 軸直徑乘以角度系數，決定橢圓形的縱軸直徑的長度的步驟(S42)。依據通過以上方式得到的橫軸直徑與縱軸直徑決定橢圓形的形狀，在綜合圖像7 中顯示(S33)。通過該操作，能夠獲得針尖與血管的相對的三維的位置信息，因此，能夠提供 實用性高的注射針引導裝置。實施例2
在本實施例中，將上述實施例的綜合圖像監視器作為立體視頻，需要偏振光眼鏡等，在 立體視頻監視器中顯示平面圖像5和側面圖像6的兩圖像數據(包含插入目標88、針的延長 線)。以上，敘述了實施例，但反映本發明技術思想的實施方式并不僅限于上述實施例。 此外，自動識別插入目標、距離、角度、合成等圖像數據、通過圖像進行通知的視頻引擎程序 能應對各種情況，本發明的實施方式、專利請求的范圍不會根據程序等的形式而受到制約。產業上的利用可能性
對血管和針虛擬地進行圖像化并示出該血管與針的縱深關系的本發明的注射針誘導 裝置不限于靜脈注射，作為采血、輸血、點滴以及對大腿、大腿內側、鎖骨下/正中等的靜 脈、動脈進行針、導管、支撐管等醫療器具進行穿刺時的引導輔助裝置也是有用的。符號說明
1平面攝影機 2側面攝影機 3監視器畫面 4注射針引導裝置 5平面圖像 6側面圖像 7綜合圖像8交點(在側面圖像上，針的延長線與血管的交叉的點) 9 血管 10針、虛擬針
11針的延長線(前進假想線) 12表示距離及角度的圓或橢圓
12-A圓或橢圓的橫軸的長度(表示從針尖到插入目標的距離) 12-B圓或橢圓的縱軸的長度(表示針相對于血管的角度) 88插入目標
權利要求
1.一種注射針引導裝置，其特征在于，具有利用近紅外線對血管進行圖像化的單元；以可見光對針進行圖像化的單元；以及對插入體內的針及針的延長線虛擬地進行圖像化的單元。
2.根據權利要求1所述的注射針引導裝置，其特征在于，根據以朝向血管并排設置的2臺攝影機取得的注射器、針、以及血管的圖像信息，對血 管和針以及針的延長線虛擬地進行圖像化，按每個攝影機視點將血管和針及針的延長線作 為合成圖像。
3.根據權利要求2所述的注射針引導裝置，其特征在于，在上述合成圖像中，在將第1圖像以坐標軸X-Y、第2圖像以坐標軸X-Z表示時，將第2 圖像的血管與虛擬針的延長線交叉的交點的X軸的值，作為在位于第1圖像的X軸的相同 值的血管位置插入針的假定目標進行標記，在通過注射器的方向操作第1圖像的虛擬針的 延長線與該標記一致時，對該處進行針的插入。
4.根據權利要求3所述的注射針引導裝置，其特征在于，在上述合成圖像中，顯示上述標記、從針尖到標記的距離、以及針相對于血管的角度的 至少一方。
5.根據權利要求4所述的注射針引導裝置，其特征在于，利用以上述標記為中心的圖形表示從上述針尖到標記的距離、和上述針相對于血管的 角度，來做成縱深示意圖像，該縱深示意圖像對應于針的運動，以圖形大小來表現距離、以 圖形形狀變化來表現角度。
6.根據權利要求廣5的任一項所述的注射針引導裝置，其特征在于，對針和針落在皮膚的影子進行攝影，根據其圖像形狀識別針的接觸稍前的情況，在監 視器以預告顯示或以聲音對針接近皮膚的狀況進行警告。
7.根據權利要求2飛的任一項所述的注射針引導裝置，其特征在于，將上述合成圖像在立體視頻顯示器中作為立體視頻進行顯示。
全文摘要
提供一種注射針引導裝置(4)，其具有監視器(3)，能夠對以肉眼無法直接觀察的血管(9)、和插入體內的注射針(10)進行圖像化，識別該血管(9)和針(10)的三維的位置關系。以近紅外線對血管(9)進行透視，通過虛擬圖像再現插入體內并無法透視的針(10)，在監視器3中顯示血管(9)和針(10)的虛擬合成圖像。而且，提供一種注射針誘導裝置(4)，在其圖像中顯示插入針(10)的目標88、方向、距離(12-A)、針相對于血管的角度(12-B)等，能夠三維地識別血管(9)和針(10)的位置關系。
文檔編號A61M5/00GK102065928SQ200980122379
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月3日 優先權日2008年6月16日
發明者安井規雄 申請人:諾利株式會社