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重磅!日本开发出非接触实时清晰显示皮下血管技术

10月31日消息,日本奈良先端科学技术大学院大学先端科学技术研究科信息科学领域光媒体接口研究室的久保寻之助教、博士生岩口尧史(现为九州大学助教)、舩富卓哉副教授和向川康博教授等人,与美国卡内基梅隆大学的Srinivasa G. Narasimhan教授和亚利桑那州立大学的Suren Jayasuriya助教等人的研究团队合作,共同开发出了能以非接触方式实时清晰显示皮下血管的技术。利用该技术能轻松确认因血管细而难以注射和采血的老年人及儿童的静脉血管,此外还有望用来诊断下肢血管隆起的小腿静脉曲张等疾病。


重磅!日本开发出非接触实时清晰显示皮下血管技术

图1:利用此次的方法使手臂血管实现可视化


通过光源向皮肤照射光时,大部分光都在皮肤表面反射,只有非常少的一部分光会进入皮肤内部并散射,由此光照射皮肤的位置与经由内部重新回到外部的光的位置之间存在微小的间隙。研究团队决定通过观测穿过皮肤内部的散射光,来捕捉皮下分布的血管。


首先,采用市售激光扫描投影仪和卷帘快门式相机,组装了并行测量装置。投影仪的光线与相机快门会在拍摄对象上高速扫描。然后,通过在照射光线后并按快门拍摄前有意插入不到1毫秒的延迟时间,在照射光线的位置与利用相机观测的位置之间形成了微小的间隙(距离)。最终,为避免受皮肤表面反射的光的影响,可以仅选择性地捕捉穿过皮肤内部并散射的光(参考图3),成功地以非接触方式实时拍摄到了皮下血管的样子。另外,通过解析拍摄的视频图像,还能测量脉搏。


该系统不容易受外部光线的影响,因此可以在日常亮度的室内使用,而且由于光源采用可见光,与X射线等相比,还具有对健康的影响比较小等特点。此外,该系统体积小,成本低,因此还有望在个人家庭或发展中国家使用。


相关研究成果已于10月21日发布在国际学术期刊《IEEE Transaction》。


重磅!日本开发出非接触实时清晰显示皮下血管技术

图2:利用普通相机拍摄的身体各部位图片(左)以及利用此次的方法拍摄的血管(右)


本研究采用时间同步式投影仪-相机系统,在照明和拍摄之间有意插入了不到1毫秒的延迟时间。由此能在照射光的位置与利用相机观测的位置之间形成微小的距离。


由于物体表面反射的光是在光照射的位置反射,该系统观测不到。而进入物体内部并散射的光会扩散到稍远一点的位置,所以该系统仅能观测到这部分散射光。因此,利用该系统观测人体皮肤时,完全观测不到皮肤表面的反射光,只能观测到穿过皮肤内部的散射光,这样,皮肤内部的血管可以像阴影一样被相机捕捉(图3)。


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图3:系统概念图


系统使用激光作为光源,通过同时使用带通滤波器,能大幅减少来自外部的光线,可以直接在室内光线下使用。另外,由于激光扫描式投影仪和卷帘快门相机的制造成本都很低,因此还有望削减系统整体的制造成本。


今后将开发使拍摄的图像更加清晰的图像处理算法,并为进一步实现小型化而继续开展研究。


关于卡内基梅隆大学


美国卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University),简称CMU,坐落在美国宾夕法尼亚州的匹兹堡(Pittsburgh),是一所拥有13,600名在校学生和1,423名教职及科研人员的世界著名学府。

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