Development of real time blood vessel imaging system for early diagnosis of vascular diseases

Abstract

Disorders in the circulatory system may cause various diseases and tissue damage. The early detection of abnormalities in blood circulation has an important role in terms of treatment and also raising awareness of the patient. Vascular imaging methods used by today's technology are invasive, and/ or radiation-based. As an alternative to high-cost near infrared (NIR) vascular imaging devices in the market, a microcomputer-based, real-time, non-contact and safe vascular imaging system has been developed with low- cost. Due to the higher absorption coefficient of blood than skin and fat and also the differences in the spectra of oxy and deoxyhemoglobin in blood, the vascular structures were obtained using light at NIR region. A device, which uses NIR LED light operated at 850 nm, was designed using optical and electronic components. Image and video analysis were performed using OpenCV, which is an open-source software library, and data visualization libraries. Tests were carried out to optimize the best imaging conditions for the device. To be able to show abnormalities in the vascular structures and to test the effectiveness of the device, "diabetes", which can cause various vascular disease complications, was selected. Superficial vascular structures were observed in the near infrared images captured from people at different stages of this disease. As expected, the vessel images captured from the participants revealed deterioration in vascular structures in diabetic patients compared to healthy people. In order to make a clear inference about the accuracy of the images, it is necessary to compare them to the angiography images of the individuals and be interpreted by vascular surgery specialist.

Dolaşım sistemindeki bozukluklar çeşitli hastalıklara ve doku hasarına neden olabilir. Kan dolaşımındaki anormalliklerin erken tespiti hem tedavi açısından hem de hastanın bilinçlendirilmesi açısından önemli bir role sahiptir. Günümüz teknolojisinin kullandığı vasküler görüntüleme yöntemleri, invazif ve / veya radyasyon tabanlıdır. Piyasadaki yüksek maliyetli yakın kızılötesi (NIR) vasküler görüntüleme cihazlarına bir alternatif olarak, düşük maliyetli, mikrobilgisayar tabanlı, gerçek zamanlı, temassız ve güvenli bir vasküler görüntüleme sistemi geliştirilmiştir. Kanın deri ve yağa göre daha yüksek emilim katsayısı ve ayrıca kandaki oksi ve deoksihemoglobin spektrumlarındaki farklılıklar sayesinde NIR bölgesinde ışık kullanılarak vasküler yapılar gözlemlendi. 850 nm'de çalışan NIR LED ışığı kullanan, bir cihaz, optik ve elektronik bileşenler kullanılarak tasarlandı. Görüntü ve video analizi, açık kaynaklı bir yazılım kitaplığı olan OpenCV ve veri görselleştirme kitaplıkları kullanılarak gerçekleştirildi. Cihaz için en iyi görüntüleme koşullarını optimize etmek için testler yapıldı. Damar yapısındaki anormallikleri gösterebilmek ve cihazın etkinliğini test etmek için çeşitli vasküler hastalık komplikasyonlarına neden olabilen "diyabet" seçilmiştir. Bu hastalığın farklı aşamalarındaki kişilerden alınan yakın kızılötesi görüntülerdeki yüzeysel vasküler yapılar gözlenmiştir. Beklenildiği gibi, katılımcılardan alınan damar görüntüleri, diyabet hastalarında sağlıklı insanlara kıyasla damar yapılarında bozulmalar olduğunu ortaya koymuştur. Görüntülerin doğruluğu konusunda net bir çıkarım yapabilmek için kişilerin anjiyografi görüntüleriyle karşılaştırılması ve damar cerrahisi uzmanı tarafından yorumlanması gerekmektedir.