CN103222855B - 一种医用辅助观察装置 - Google Patents

Abstract

一种用于静脉穿刺辅助观察的医用辅助观察装置，包括主机和静脉观察台，主机包括有发光组件和控制电路，控制电路包括有PWM调光电路和驱动电路；其特征在于控制电路还包括有一个使发光管以低频率脉冲工作的低频脉冲电路，低频脉冲电路的输出通过驱动电路控制发光管。本发明根据眼睛的视觉特性，通过改变发光管的发光方式，能够以更低的发光管工作功率来实现静脉辅助观察，具有降低耗电，减少发热，延长发光管工作寿命的积极意义。

Description

一种医用辅助观察装置

技术领域

本发明涉及一种用于静脉穿刺时辅助寻找静脉的装置。

背景技术

静脉穿刺辅助观察装置（简称静脉观察装置）是近年出现的医疗新技术，采用发光管作为光源发出红光，通过聚光后照射到手掌掌心，红光从手掌透过，由于红光较容易透过手掌的肌肉组织而照射到手背上，而手掌静脉所流动的暗红色静脉血对红光具有很强的吸收作用，使红光难以穿透静脉，所以在手掌背上便显示为在较亮的红光背景下呈现亮度较暗的静脉轨迹，便于医务人员观察和定位静脉，准确实现静脉穿刺，多应用在幼儿静脉穿刺场合。

现有技术的观点认为：根据人眼的视觉特性，人眼对亮度反差对比的识别灵敏度跟亮度本身有关，亮度越高时对亮度差别的识别灵敏度越高，所以，为了取得对静脉更好的识别，需要更高的亮度。另外，由于手掌的生理结构较厚，如果发光管发光亮度不足，则红光便无法穿透手掌肌肉进行观察。为了保证红光能够穿透手掌肌肉，现有技术也需要确保发光管具有足够的发光亮度，使发光组件照射到手掌心的光通量足够大，（现有产品的使用说明书一般都强调其发光组件出口处最大光通量不少于多少流明），所以，现有产品的发光管工作功率往往达到20伏安左右，这导致了发光管耗电大，发热严重，工作寿命低等缺点，而且由于发光管发光亮度很大，在工作中泄漏的红光往往会对患者和医务工作者的眼睛造成伤害。这是一个矛盾，目前解决该矛盾的技术方向一个是采用发光效率更高的发光管，以较小工作功率取得足够发光亮度，二是采用更灵敏的CCD摄像头代替眼睛，采集手掌背透射的光，再在显示屏上显示出影像，这势必造成技术复杂，成本高，而且需要通过一边的显示屏来显示，观察和定位都不够直观，如果要一边观察一边进行穿刺便显得比较困难。

发明内容

本发明的目的便是公开这样一种静脉观察辅助装置，它能够以较低的发光管工作功率来实现红光对手掌肌肉的穿透以实现静脉观察。

经过对静脉观察装置工作原理的进一步分析，现有技术采用增强光通量来保证红光对手掌肌肉的穿透的观点并不准确。首先，根据人眼的视觉特性，亮度越高时人眼对亮度差别的识别灵敏度越高这是对的，可是，这种提高是非线性的，亮度提高几十倍到上百倍，灵敏度也只是从提高几倍，所以，依靠提高亮度来提高识别灵敏度的做法是大大降低了光能量的利用效率。而且，由于静脉跟肌肉组织两者对红光的吸收能力差别在几十倍以上，导致红光穿透后手背上两者的亮度差别也在几十倍以上，这种亮度的差别已经远远超过人眼识别所需的对比度（一般亮度差别即对比度在10%以内，人眼便能够可靠识别），所以，依靠提高亮度来提高识别灵敏度是低效率的方法。再则，从表面上看，足够的发光亮度也即足够的光通量，是能够保证红光对手掌肌肉的穿透，但实质上，决定红光是否能够穿透手掌肌肉的决定性因素，是入射光的光强度而不是总的光通量。虽然在受光面积（即手掌穿透面）一定的情况下，光强度跟光通量是正比的，但实际上，光强度是某一刻的发光强弱，其计量单位是坎德拉（cd），跟时间无关，而光通量是在单位时间内通过的光能量，其计量单位是流明（lm），跟时间有关。（如果以水流来理解的话，光强度类似于水压，光通量类似于水的流量）。由于光在穿过肌肉组织时光强度不断受到衰减，只有初始进入手掌的红光达到一定的光强度的阀值，才能保证红光在衰减到肉眼看不清之前已经能够穿透整个手掌，而与是否连续照射和照射时间无关。也就是说，决定红光能否穿透手掌的实质是光强度而不是光通量。

根据上述理论，本发明在现有静脉观察装置的基础上进行改进，它包括静脉观察装置的主机和用于放置手掌进行静脉观察的静脉观察台，主机包括有发光组件和控制电路，发光组件包括有发光管和聚光装置，（有些控制电路包括有用于对发光管进行亮度调节的调光电路和驱动电路）；其特征在于：控制电路还包括有一个用于使发光管以低频率脉冲方式发光工作的低频脉冲电路，低频脉冲电路的输出通过驱动电路控制发光管的工作。

低频脉冲电路所输出的低频率脉冲中，使发光管发光的发光周期（设为T2）、和使发光管不发光的不发光周期（设为T1）的选择对于本发明具有决定性意义，需要根据人眼的视觉特性来确定。首先，为了保证观察时不会产生明显闪烁的感觉，低频脉冲的不发光周期T1需要小于视觉暂留时间，根据人眼的视觉暂留效应，视觉暂留时间一般为0.1—0.4秒，所以不发光周期T1应＜0.1秒。（在实际应用中，为了更好避免出现闪烁现象，最好将T1取T1＜0.05秒，最低闪烁频率大约为20赫兹，跟电影的扫描频率差不多）。

其次，为了有效降低发光管工作功率，尤其是为了取得降低功耗50%或50%以上的效果，显然在一个低频脉冲周期中，发光管的发光周期T2应小于不发光周期，即T2＜T1，而且越小越能降低发光管功率。但人眼对光刺激输入的有效感知也需要一定的周期，如果发光周期过小，则眼睛便无法有效的感知发光脉冲的亮度，只能识别为平均亮度。在实施静脉穿刺的场合的这种一般距离和环境下，输入的光刺激需要具有大约0.01秒以上的时间周期，才能使人眼有效地感知光输入的细节，所以低频脉冲的发光周期T2（即发光管处于发光状态）需要大于0.01秒。

本发明使发光管以低频脉冲的方式工作，每个发光脉冲在发光时的发光管发光功率跟原有工作功率可以是一样的，所以具有足够的光强度，能够穿透手掌，每个发光脉冲也具有足够的宽度（即发光周期），以便眼睛有效感知，所以仍然能够实现穿透手掌进行静脉观察的目的。但是，虽然在每个脉冲的发光周期中，发光管功耗是一样的，但由于发光管是以低频脉冲工作的，所以整个工作过程的总功耗便小下来了，能够以较低的发光管工作功率来实现静脉观察的效果。显然，发光脉冲周期过大不利于节电，整个脉冲周期过大更会引起闪烁。综合考虑，为了实现本发明的目的，且降低发光管功耗在50%以上，则低频率脉冲中，发光周期T2和不发光周期T1的选择具有如下关系：0.01秒＜T2＜T1＜0.1秒，也即本发明的T1和T2被限制在一个比较窄的范围内。

由于不同使用者眼睛的视觉特性的差异，实际使用中T1和T2并非一个唯一数值，而可以在上述范围内调节。为了更好地适应不同操作者的不同视觉特性，达到更好的降低功耗而又不会闪烁，本发明在低频脉冲电路上，带有发光周期调整电路和不发光周期调整电路，使输出低频脉冲的发光周期T2和不发光周期T1可分别调整。

需要说明的是，现有静脉观察台中，一般还带有调光电路，对红光发光管的亮度进行调节。这种调光电路一般采用脉宽调制（即PWM）的方式，这实际上也是一种占空比可调的脉冲电路。但在本发明中，PWM调光电路和低频脉冲电路的作用和要求是不一样的。PWM调光电路目的是通过调整输出脉冲的有效值来达到调光目的，它并没有要求每个发光周期的脉冲具有足够宽度以便能够被眼睛所识别，相反为了避免出现肉眼可感知的闪烁，PWM调光电路一般将脉冲频率定得很高，一般在几百、几千赫兹甚至几万赫兹以上，即发光周期在0.00几秒以下，这时眼睛无法有效感知每个脉冲的亮度，只能识别为平均亮度。而本发明的低频脉冲电路，需要让低频脉冲的发光周期具有一定宽度以满足眼睛的有效感知。需要具有0.01秒＜T2＜T1＜0.1秒的条件，相加可得0.02秒＜T2+T1，也即脉冲频率小于50赫兹，这跟PWM调光电路是不相同的。

本发明根据眼睛的视觉特性，通过设置发光管特殊的发光方式，以更低的工作功率来实现静脉辅助观察，具有降低耗电，减少发热，延长发光管工作寿命的积极意义。而且不会出现闪烁现象，符合原有的使用习惯。本发明只改进了发光管的控制电路，而装置的结构和使用方法，跟原有技术是一样的。

附图说明    图1是静脉穿刺辅助观察装置的结构示意图。 

   图2是本发明的发光管相关控制电路部分的电路方框图。

   图3是本发明的一种低频脉冲电路及其周期调整电路的电路原理图。   

具体实施方式    下面根据附图，对本发明进行说明。

图1是现有静脉穿刺辅助观察装置的结构示意图。它包括静脉观察装置的主机1和用于放置手掌进行静脉观察的静脉观察台2，主机1内部设置有控制电路3和电源4。控制电路3包括有用于对发光管进行亮度调节的PWM调光电路和驱动电路；控制电路3与控制面板配合工作，以控制本装置的工作及对发光管的亮度进行调节。主机1内部设置有由发光管和聚光装置组成的发光组件5，能够向上面的观察台2发出高强度的红光。观察台2包括有透明的透光板6和可分离的挡光板7，挡光板7中间开有大小与手掌心相当的透光孔8，使红光只能从透光孔8射出，其他位置都被挡光板遮挡。使用时，将需要静脉穿刺的婴幼儿童的手掌9向下压在观察台2的挡光板7上面，启动电路使发光组件发出红光，红光通过透光板6和挡光板上的透光孔8照射在手掌的手心上，在手掌的手背上便能够清楚地显示出静脉位置，便于医务工作者观察和定位静脉，准确的实现静脉穿刺，方便工作并减少患儿的痛苦。

图2是本发明的发光管相关控制电路部分的电路方框图。其中PWM调光电路、驱动电路和发光管属于现有技术，用于使安装在发光组件里面的红光发光管发出亮度可调的高亮度红光。而低频脉冲电路、发光周期调整电路、不发光周期调整电路是本发明新增加的电路。这些电路的一个具体实施电路如图3。IC1即常用的时基电路555等组成低频振荡电路作为低频脉冲电路，其输出的低频率脉冲（方型脉冲）的高电平周期和低电平周期由电容C、可调电阻W1和W2决定。其中可调电阻W2构成发光周期调整电路，用于调整发光周期T2，可调电阻W1和W2构成不发光周期调整电路，用于调整不发光周期T1。根据555时基电路的工作原理可知，其低频振荡的充电周期T1＝0.693（W1+W2）C ＝0.693CW1+0.693CW2 ，这时第3脚输出脉冲为高电平，通过驱动电路使发光管不发光（反相控制），即T1为不发光周期。其放电周期T2=0.693CW2，这时第3脚输出脉冲为低电平，通过驱动电路使发光管发光，即T2为发光周期。由于W1不为零，所以刚好有T2＜T1，而通过设置电容C和调整可调电阻W1和W2，可以实现0.01秒＜T2＜T1＜0.1秒的条件。实际应用中，可调电阻W1和W2也可以调整到一个适合于用户的数值后，将阻值固定下来。

虽然根据公知的技术资料，人眼的视觉暂留效应中，视觉暂留时间一般为0.1—0.4秒，所以理论上不发光周期只需取T1＜0.1秒便足够，但为了更好的减少可能的闪烁感觉，可以把不发光周期T1取得更低，比如取T1＜0.05秒，即最低闪烁频率大约等于20赫兹，跟电影的扫描频率差不多。

低频脉冲电路的输出通过驱动电路控制发光管的工作。低频脉冲电路的驱动电路可以利用原有PWM调光电路的驱动电路，即共用一个驱动电路，如图2和图3所示。也可以自行带一个独立的驱动电路，与PWM调光电路的驱动电路共同来驱动发光管工作，当然这是一种变劣的技术方案，增加了电路成本。

另外，本实施例的低频脉冲电路、发光周期调整电路、不发光周期调整电路也可以采用其他电路比如采用微处理器MCU来构成。这时也可连同PWM调光电路结合在一起由一片MCU来实现，可简化电路结构。

Claims (2)

1.一种医用辅助观察装置，包括主机和用于放置手掌进行静脉观察的静脉观察台；其特征在于：主机包括有发光组件和控制电路，发光组件包括有发光管和聚光装置，控制电路包括有调光电路和驱动电路；控制电路还包括有用于使发光管以低频率脉冲方式发光工作的低频脉冲电路，低频脉冲电路的输出通过驱动电路控制发光管的工作；所述低频脉冲电路输出的低频率脉冲，其发光周期T2和不发光周期T1具有如下关系：0.01秒＜T2＜T1＜0.05秒。

2.根据权利要求1所述的一种医用辅助观察装置，其特征在于：所述的低频脉冲电路，带有发光周期调整电路和不发光周期调整电路。