專(zhuān)利名稱(chēng)：一種人體穴位紅外輻射光譜檢測(cè)方法與儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬幅的體表紅外輻射光譜檢測(cè)方法及儀器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有關(guān)腧穴紅外物理特性研究的報(bào)道很少，研究手段仍停留于紅外熱像技術(shù)水平。紅外熱像技術(shù)主要用來(lái)檢測(cè)人體體表熱致輻射形成的溫度分布，不能作紅外光譜分析，且靈敏度欠高，故不能檢測(cè)出掩蓋于人體體表溫度的熱致紅外輻射中的微弱的特征性穴位自發(fā)紅外輻射。因此，采用紅外物理的高新技術(shù)手段，發(fā)明新的紅外輻射測(cè)量?jī)x器來(lái)開(kāi)展穴位紅外物理特性研究顯得十分必要。
地球上的一切物體當(dāng)溫度高于絕對(duì)零度時(shí)，其內(nèi)部的分子就會(huì)因熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生紅外輻射。不同的物體在不同的溫度下，其紅外輻射的波長(zhǎng)和強(qiáng)度也各不相同。人體的紅外輻射可反映人體臟器和全身各部的代謝變化。穴位是人體臟腑經(jīng)絡(luò)之氣輸注出入的部位，也是人體與外界聯(lián)系溝通的窗口，腧穴的紅外輻射和傳輸特性應(yīng)能從一個(gè)側(cè)面反映穴區(qū)氣血輸注運(yùn)行的狀態(tài)，進(jìn)而反映臟腑器官的生理活動(dòng)及病理變化。因此，對(duì)腧穴紅外輻射的探測(cè)和傳輸特性的深入研究，對(duì)揭示腧穴刺灸時(shí)能量和信息傳輸轉(zhuǎn)換等一系列本質(zhì)問(wèn)題有重要意義，同時(shí)還為提高針灸臨床療效和闡釋針灸作用機(jī)制提供新的研究手段和理論依據(jù)。
目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)穴位和艾灸紅外光譜研究和儀器開(kāi)發(fā)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高靈敏度的人體穴位紅外輻射光譜檢測(cè)方法及儀器。以探測(cè)穴位自發(fā)紅外輻射中隱含著的豐富生理、病理信息，為穴位和艾灸紅外物理特性研究提供一種新的裝置和方法。
本發(fā)明首次提出用高靈敏度紅外傳感器測(cè)量1.5～16微米的寬幅人體紅外輻射光譜的方法。
對(duì)應(yīng)于該方法的檢測(cè)儀器包括檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)包括紅外輻射測(cè)量模塊、目標(biāo)溫度探測(cè)器及背景溫度探測(cè)器。紅外輻射測(cè)量模塊由探測(cè)臂、一系列光學(xué)元件(包括檢測(cè)狹縫、凹反射鏡、反射鏡和濾光鏡等)、紅外輻射調(diào)制器、紅外分光儀和紅外傳感器經(jīng)光路連接組成，見(jiàn)圖2所示。信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括鎖相放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、I/O設(shè)備、計(jì)算機(jī)(CPU)以及對(duì)紅外輻射光譜和溫度參數(shù)進(jìn)行顯示的顯示器經(jīng)電路連接組成。見(jiàn)圖3所示。此外還包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸入輸出系統(tǒng)，如硬盤(pán)、軟盤(pán)、顯示器、鍵盤(pán)等。
檢測(cè)系統(tǒng)中的紅外輻射測(cè)量模塊、目標(biāo)溫度及背景溫度探測(cè)器與信號(hào)采集處理系統(tǒng)相連，最后信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
微弱的紅外輻射光經(jīng)探測(cè)臂，進(jìn)入光路系統(tǒng)，該光路系統(tǒng)依次為入光狹縫、紅外輻射調(diào)制器、一個(gè)凹反射鏡、平面反射鏡、紅外分光儀、另一個(gè)凹反射鏡、濾光片和出光狹縫；再到紅外傳感器，紅外傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖相放大器，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和I/O設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)。同時(shí)，目標(biāo)溫度探測(cè)器和背景溫度探測(cè)器測(cè)得的溫度信號(hào)也通過(guò)I/O設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
本發(fā)明裝置的工作過(guò)程如下信號(hào)源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學(xué)元件反射通過(guò)入光狹縫，經(jīng)紅外輻射調(diào)制器調(diào)制其頻率(其頻率信號(hào)輸入于鎖相放大器的參考信號(hào)輸入端)，再經(jīng)分光系統(tǒng)分光，在出光狹縫處設(shè)置濾光鏡把高次光濾掉，最后照射到紅外傳感器上。紅外傳感器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入鎖相放大器系統(tǒng)，與斬波器同頻同相的信號(hào)被放大10萬(wàn)倍左右，其它信號(hào)均被過(guò)濾。經(jīng)鎖相放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后輸入計(jì)算機(jī)得到探測(cè)目標(biāo)在1.5～16μm寬幅內(nèi)的紅外輻射，目標(biāo)溫度探測(cè)器和背景溫度探測(cè)器測(cè)得的溫度也通過(guò)I/O進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。同時(shí)可通過(guò)計(jì)算機(jī)I/O控制鎖相放大器和分光系統(tǒng)的啟動(dòng)。
本儀器所能測(cè)得參數(shù)包括背景溫度T1、穴位溫度T2和穴位紅外輻射信號(hào)幅度Voltage。
本發(fā)明可用于檢測(cè)人體穴位紅外輻射光譜，從而為腧穴刺灸時(shí)能量和信息傳輸特性的研究，為提高針灸臨床療效的研究提供了重要工具和手段。本發(fā)明可用于觀察人體穴位紅外輻射特性，觀察正常人與心臟病患者的特定穴位輻射光譜之間的差異，觀察艾灸紅外輻射特性及與人體穴位紅外輻射光譜的關(guān)系。本發(fā)明對(duì)人體穴位和艾灸紅外物理特性研究和紅外診療產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)有重要意義。


圖1為本發(fā)明儀器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明x-y方向儀器的紅外光路及光學(xué)、電子設(shè)備示意圖。
圖3為本發(fā)明x-z方向儀器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明儀器的原理圖。
圖中標(biāo)號(hào)，1為體表穴位示意圖，2為入光狹縫，3為紅外輻射調(diào)制器，4為紅外分光儀，5為紅外傳感器，6為灌注的液氮，7為鎖相放大器，8為A/D轉(zhuǎn)換器，9為計(jì)算機(jī)，10為探測(cè)臂，11為出光狹縫，12為背景溫度檢測(cè)器，13為目標(biāo)溫度檢測(cè)器，14為I/O設(shè)備，15為顯示器。M1、M2、M5為凹反射鏡，M3為平面反射鏡，M4為光柵(紅外分光儀)，M6為濾光片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
根據(jù)圖1和圖2所示，紅外輻射測(cè)量模塊由探測(cè)臂10、紅外輻射調(diào)制器3、紅外分光儀4、紅外傳感器5，凹面反射鏡M1、M2、M5，平面反射鏡M3，入光狹縫2，出光狹縫11組成。其連接關(guān)系如下紅外輻射經(jīng)探測(cè)臂10探測(cè)后，經(jīng)過(guò)置于探測(cè)臂后端的凹面反射鏡M1反射，經(jīng)過(guò)入光狹縫2，然后經(jīng)設(shè)置于狹縫2后面的紅外輻射調(diào)制器3調(diào)制，成為脈沖光；脈沖光經(jīng)過(guò)凹面反射鏡M2、平面反射鏡M3反射，進(jìn)入紅外分光儀4，然后經(jīng)凹面反射鏡M5反射到分光片M6，再經(jīng)出光狹縫11，進(jìn)入紅外傳感器5，紅外傳感器5將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
信號(hào)采集處理系統(tǒng)由鎖相放大器7、A/D轉(zhuǎn)換器8、I/O設(shè)備14、顯示器15和計(jì)算機(jī)9依次經(jīng)電路連接組成。檢測(cè)系統(tǒng)中的紅外輻射測(cè)量模塊、目標(biāo)溫度探測(cè)器13、背景溫度探測(cè)器12與信號(hào)采集處理系統(tǒng)相連，最后信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)9進(jìn)行處理。
本發(fā)明中，探測(cè)臂10三維自由度可調(diào)(例如，可調(diào)范圍依次為0-360度，0-40度，0-10度)，便于靈活探測(cè)人體各部位。探測(cè)臂10頭部的孔面積小于0.36cm2，目標(biāo)紅外輻射可透過(guò)探測(cè)孔傳輸進(jìn)入探測(cè)臂。
本發(fā)明中，紅外輻射調(diào)制器3可采用一恒速斬波器，放置于入光狹縫2后，斬波器轉(zhuǎn)速在0～1500rad/min間可調(diào)，將紅外光變成脈沖信號(hào)。
本發(fā)明中，光學(xué)部分包括入光狹縫2、凹反射鏡M1、M2、M5、反射鏡M3、濾光片M6和紅外分光儀Charls 850(即光柵)，光柵由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，接收并反射經(jīng)斬波器后的脈沖紅外輻射信號(hào)。
本發(fā)明中，紅外傳感器5采用碲鎘汞紅外傳感器，它是一種高敏感的光電元件，能感受極微弱的紅外輻射。其晶片面積只有2-3cm2，靈敏度高且便攜，液氮工作環(huán)境，且實(shí)現(xiàn)了短波、中波、長(zhǎng)波紅外大氣窗口的覆蓋。為消除電源干擾，傳感器由一組干電池供電。該傳感器結(jié)合高性能電子學(xué)技術(shù)能抑制強(qiáng)烈的紅外背景輻射干擾。
本發(fā)明中，信號(hào)處理裝置是鎖相放大器，具體可采用EG&G 5300。
本發(fā)明中，紅外傳感器接收經(jīng)一系列光學(xué)元件反射和紅外分光計(jì)進(jìn)行分光后的紅外脈沖信號(hào)，并將此光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給鎖相放大器。斬波器的頻率信號(hào)連接在后面的鎖相放大器的參考信號(hào)輸入端作為參考信號(hào)，只有與斬波器同頻同相的紅外信號(hào)(即體表微弱紅外輻射)才被放大10萬(wàn)倍左右，其它紅外背景信號(hào)均被過(guò)濾。
本發(fā)明中，目標(biāo)溫度探測(cè)器可直接綁定于被測(cè)部位。
本發(fā)明中，背景溫度探測(cè)器置于斬波器后，測(cè)量?jī)x器工作時(shí)的背景溫度。
本發(fā)明中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、輸入輸出系統(tǒng)包括硬盤(pán)、軟盤(pán)、顯示器和鍵盤(pán)。
采用本發(fā)明的紅外輻射光譜探測(cè)裝置，發(fā)現(xiàn)人體穴位與非穴位區(qū)輻射的歸一化光譜有顯著差異，正常人與心臟病患者的特定穴位輻射光譜之間也有顯著差異，還發(fā)現(xiàn)艾灸與穴位紅外光譜在15μm有一致的強(qiáng)輻射峰。
本裝置的具體使用方式如下例如在探測(cè)人體左臂太淵穴的紅外輻射時(shí)，將探測(cè)臂的探測(cè)孔對(duì)準(zhǔn)太淵穴，同時(shí)將目標(biāo)溫度探測(cè)器系于太淵穴旁。體表微弱的紅外輻射經(jīng)探測(cè)臂孔進(jìn)入探測(cè)臂，通過(guò)入光狹縫經(jīng)斬波器調(diào)制成脈沖光，再經(jīng)一系列反射鏡反射至紅外分光計(jì)，經(jīng)分光和濾光后的得到的紅外光譜反射至紅外傳感器，紅外傳感器將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，采用鎖相放大器技術(shù)，使體表脈沖的紅外輻射區(qū)別與紅外背景的連續(xù)輻射，電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由此得到體表太淵穴在1.5～16μm寬幅內(nèi)的紅外輻射光譜。同時(shí)，目標(biāo)溫度探測(cè)器測(cè)得的太淵穴溫度和背景溫度探測(cè)器測(cè)得的溫度也通過(guò)I/O進(jìn)入計(jì)算機(jī)。
具體操作步驟如下1.開(kāi)機(jī)前的準(zhǔn)備本設(shè)備信號(hào)接收器為紅外元件，每次使用前需向杜瓦瓶?jī)?nèi)灌入液氮。
2.開(kāi)機(jī)1)開(kāi)啟儀器電源開(kāi)關(guān)2)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)屏幕電源開(kāi)關(guān)3)開(kāi)啟計(jì)算機(jī)主機(jī)電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)入WINDOWS操作系統(tǒng)3.操作步驟1)進(jìn)入儀器操作界面2)選擇菜單中的“初始化”項(xiàng)，儀器開(kāi)始初始化光柵過(guò)程。
3)設(shè)置測(cè)量的波長(zhǎng)范圍和波長(zhǎng)間隔。波長(zhǎng)范圍是1.5-16μm，波長(zhǎng)間隔最小為0.02μm。
4)儀器開(kāi)始測(cè)試并同時(shí)畫(huà)出圖譜，4.應(yīng)用軟件的其他功能測(cè)試結(jié)束后，用戶(hù)可通過(guò)點(diǎn)擊界面上的各圖標(biāo)或菜單下的各選項(xiàng)，選擇采樣速度、切換顯示方式、暫停測(cè)試。
1)采樣速度選擇可選擇高速、中速、低速三種采樣速度；2)橫坐標(biāo)顯示的切換可顯示波長(zhǎng)、波數(shù)；
3)縱坐標(biāo)顯示的切換可顯示探測(cè)器的穴位輻射信號(hào)幅度，背景溫度，穴位溫度；4)暫停測(cè)試5)開(kāi)機(jī)狀態(tài)下灌液氮。
5.存盤(pán)光譜存儲(chǔ)6.關(guān)機(jī)退出應(yīng)用軟件，關(guān)閉WINDOWS，關(guān)計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種人體穴位紅外輻射光譜檢測(cè)方法，其特征在于采用紅外傳感器測(cè)量1.5～16微米的寬幅人體紅外輻射光譜。
2.一種人體穴位紅外輻射光譜檢測(cè)儀，其特征在于由檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)組成，其中，檢測(cè)系統(tǒng)包括紅外輻射測(cè)量模塊、目標(biāo)溫度探測(cè)器和背景溫度探測(cè)器，紅外輻射測(cè)量模塊由探測(cè)臂、檢測(cè)狹縫、凹反射鏡、平面反射鏡、濾光片、紅外輻射調(diào)制器、紅外分光儀和紅外傳感器經(jīng)光路連接組成；信號(hào)采集處理系統(tǒng)由鎖相放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、I/O設(shè)備、以及對(duì)紅外輻射光譜和溫度參數(shù)進(jìn)行顯示的顯示器經(jīng)電路連接組成；紅外輻射光經(jīng)探測(cè)臂、進(jìn)入光路系統(tǒng)依次為入射狹縫、紅外輻射調(diào)制器、一個(gè)凹反射鏡、平面反射鏡、紅外分光儀、另一個(gè)凹反射鏡、濾光片和出光狹縫，到紅外傳感器，紅外傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；電信號(hào)經(jīng)過(guò)鎖相放大器，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換和I/O設(shè)備，進(jìn)入計(jì)算機(jī)；目標(biāo)溫度探測(cè)器和背景溫度探測(cè)器測(cè)得的溫度信號(hào)也通過(guò)I/O設(shè)備進(jìn)入計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)儀，其特征在于所述探測(cè)臂三維自由度可調(diào)，三維的可調(diào)范圍分別為0-360度，0-40度，0-10度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)儀，其特征在于所述紅外輻射調(diào)制器為恒速斬波器，轉(zhuǎn)速為0～1500rad/min可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)儀，其特征在于所述紅外傳感器為碲鎘汞紅外傳感器，其晶片面積為2-3cm2。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種體表紅外輻射光譜檢測(cè)方法與儀器，可測(cè)量微弱的紅外輻射，測(cè)量幅寬為1.5～16微米。檢測(cè)儀器包括檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)采集處理系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)包括探測(cè)臂、一系列光學(xué)元件、紅外分光儀、紅外傳感器等，信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括鎖相放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、I/O、計(jì)算機(jī)和顯示器等。檢測(cè)系統(tǒng)獲得目標(biāo)紅外光譜，經(jīng)過(guò)鎖相放大，A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入計(jì)算機(jī)處理。本發(fā)明可用于觀察人體穴位紅外輻射特性，觀察正常人與心臟病患者的特定穴位輻射光譜之間的差異，觀察艾灸紅外輻射特性及與人體穴位紅外輻射光譜的關(guān)系。本發(fā)明對(duì)人體穴位和艾灸紅外物理特性研究和紅外診療產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)有重要意義。
文檔編號(hào)A61B10/00GK1846604SQ20061002612
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日
發(fā)明者沈雪勇, 丁光宏, 禇君浩, 黃志明, 魏建子, 程珂 申請(qǐng)人:上海中醫(yī)藥大學(xué), 上海市針灸經(jīng)絡(luò)研究中心