CN1022021C - 人体能量代谢测试仪 - Google Patents

Abstract

一种由红外线探测器和数字处理系统组成的人体能量代谢测试仪，属于红外遥感技术和红外医学领域。本发明通过隔衣遥测人体体表相关部位的红外辐射通量，对内脏器官能量代谢的功能水平进行测定，并可运用中西医理论对人体组织器官出现非密度、非几何形态变异的早期病灶以及经络系统失衡情况作出判断。

本发明在测量多种因素对人体能量代谢的影响方面亦有多种用途，如监测药物或非药物治疗效果、预警运动生理极限和考察多种环境场对人体生物体的弱作用等。

Description

本发明涉及到一种用于检测人体内脏器官能量代谢状况的仪器。人体能量代谢测试仪通过人体红外辐射场，在不接触被测人人体的情况下隔衣探测人体内脏器官能量代谢的功能水平，并可运用现代医学和祖国传统医学的理论对人体组织器官出现的非密度变化及非几何形态交异的早期病灶和经络系统出现的失衡情况作出判断。该仪器属于红外遥感技术和红外医学领域，是一种遥感式生命信息监测仪器。

现有的医疗诊断仪器种类繁多、功能各异，但众多的接触式测量仪器如心电图仪，脑电图仪，经络系统检测仪，耳穴探测器等均不能探查人体各内脏器官能量代谢的功能水平;通过非接触式诊断仪，如核磁共振成象仪，断层扫描图示仪，X光机等虽可观察到机体内脏器官组织密度和几何形态的变化情况，但对其能量代谢的功能水平的测定还不直接、不完整、不系统，甚至不能测定胃、脾、大肠小肠等器官能量代谢的功能水平。而且，这些仪器都有各自的适应症，局限性，有的在测量中对人体产生一定的副作用，如X射线对人体的照射等。医用红外热象仪虽能克服上述仪器的某些缺点，在填补现代医疗诊断方法的空白中发挥了重要的作用，如早期乳腺肿瘤的普查，断肢（指、趾）再植手术后观测血循环情况等。但使用红外热象仪仍无法探测人体心、肝、脾、肺、肾等内脏器官能量代谢率的变化，且使用条件苛刻，价格昂贵，只能在皮肤完全裸露的情况下对皮肤浅层的温度变化进行数据分析和图象显示，故不能作为人体能量代谢的测试仪器。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在不接触被测人人体的情况下隔衣探测人体内脏器官能量代谢功能水平的测试仪器。

本发明用一种航空遥感红外探测元件制成高灵敏度人体能量探测器及带有微伏（10^-6V）放大器为前置放大的A/D转换的数字处理系统，可对人体内脏器官所发出的中远红外辐射进行遥感测量。

本发明的工作原理是，红外遥感探测器将人体体表毫瓦级的红外辐射通量（人体红外辐射服从斯忒藩-玻耳兹曼定律），通过光电转换变成微伏（10^-6V）直流（DC）电压，再由数字处理系统将人体近体空间的红外辐射通量密度的分布情况以数字的形式显示在数字处理器的液晶屏上。

人体能量辐射的机理是，人体从食物中获取能量后以散发卡路里的形式不间断地向周围空间辐射能量（18-25℃室温条件下）。现代医学理论认为，人体生命活动过程中一刻也离不开能量的代谢。在能量代谢过程中50%左右的能量变为体热以维持人体体温，还有45%左右的能量最终也以热能的形式通过皮肤散于体外。虽然人体内脏重量仅占人体总重量的34%，但在人体安静时有56%的热量出自内脏。大量测试结果表明在人体内脏器官的产热以及器官周围组织血液温度的综合作用 下，人体内脏器官所对应的浅表皮肤的中心区域上红外辐射通量密度增大。换句话说，即在人体皮肤产热的水平上又叠加了部分产热器官的直接热贡献，使得产热器官所对应的中心区域皮肤温度偏高。由于人体各内脏器官在整个生命活动（新陈代谢）中都具有相对稳定的能量代谢率，从而形成人体表面不同的能量分布。对人体体表相关部位或穴位的红外辐射通量的测试和分析，便可在人体组织器官出现非密度、非几何形态变异（尤其是各项生理指标检验均属正常范围时）所反映出的能量代谢增量作出准确地判断。这种对人体各内脏器官能量代谢的功能水平进行测定以及对早期病灶产生的能量分布异常情况用中西医理论进行综合评价称之为人体能量诊断。由于能量诊断能拓宽医疗诊断的视野，故可在人体血液循环系统，神经系统，内分泌系统，呼吸系统，消化系统及经络系统等出现病灶前兆或出现不平衡时，提供多组能量代谢的生理数据以弥补核磁共振，断层扫描，X光机和B超机等现代医疗仪器在医疗诊断方面的不足。

人体能量代谢测试仪由高灵敏度红外器件组成的红外探测器。75Ω通讯电缆，实现隔衣探测的测试支架和带液晶显示的数字处理器组成。它的红外探测器是将高灵敏度红外探测元件封于抗干扰热屏蔽内罩内，一塑料外罩把抗干扰热屏蔽内罩和75Ω通讯电缆的一端封于其内，再用导热率低的填充物进行填充，并在红外探测器辐射测量窗口处加一只防污清洁罩。它的测试结果显示部分以改进后的31/2或41/2位数字万用表为终端显示。由于31/2或41/2位数字万用表直流电压最高分辨率为100μV或10μV，故无法分辨探测器输出的1/10～几个μV的微弱电压增量。为此，在31/2或41/2位数字万用表输入端串接一级运算放大器的集成电路组件，使两种位数的数字万用表电压（DC）的测量分辨率可以高达1μV，并可在环境温度或电源电压变化时以稳定的数字形式显示测量结果。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步细述。

本仪器的红外探测器（1）（图2）采用薄膜热电堆红外探测元件（7）CRC系列产品，其灵敏面φ1mm²，阻值1.5-3.5KΩ，响应率为14-20mV/mW，D^＊值为1.6-3.5×10³Cm，Hz^1/2，W^-1。红外探测元件封装于T_0-5管内，窗口为敞开式未加前后截止滤光片，以提高探测效率和降低造价。封装于T_0-5管内的红外探测元件由抗干扰热屏蔽内罩（8）密封于中央。抗干扰热屏蔽内罩分为管座管罩两部分，管座呈凹形，管罩呈凸形，管罩卧于管座之内。它是由铜镀锡材料做成。红外探测元件有a、b、c三条管腿，c为接地端。75Ωφ3mm通讯电缆（2）长1.5m-2m（带屏蔽），一端与红外探测元件管腿相接，其芯线与管腿a焊接，外皮与另二管腿b、c连接。塑料外罩（9）把红外探测元件（7）、抗干扰热屏蔽内罩（8）和电缆（2）的一端封于其内，其空间由石蜡（10）填充，以提高热屏蔽效率。75Ω电缆通过塑料外罩上的孔（11）引出，电缆（2）另一端分接两个鱼嘴夹或橡胶插头，可方便地与数字处理器连接。为防止油污脏物在灵敏面上淀积，在测量窗（13）外加盖金属罩即防污清洁罩（12），使薄膜热电堆在较长时间内可保持较高的探测效率。此红外探测元件抗干扰系统具有一层金属抗干扰热屏蔽，一层石蜡，一层塑料外壳共三层热屏蔽。使用时将电缆（2）芯线与外皮的插头分别接数字处理器，即图1A的COM和FVΩ或图1B的COM和V·Ω。

测试支架（3）（图3）用铁丝或钢丝外罩塑料套管做成，支架底部为螺旋管，直径以放在红外探测器颈部为宜，支架腿长度可为5cm，10cm，15cm，支架两腿间距可为5cm-4cm。数字处理器（4）是以31/2位或41/2位数字万用表为终端显示（图4）。从输入端输入直流电压讯号Usr₂经运算放大器（14）及A/D数模交换后进入液晶显示电路（6）。满量程200mV直流电压档测量电路中串接一级放大倍数为100（31/2位万用表）或放大倍数为10（41/2位万用表）的运算放大器，使数字处理器（4）的输出端获得满量程为2mV（31/2位万用表）或满量程为20mV（41/2位万用表）的能分辨1mV直流电压测量的附加功能，原表（未加运放）和改进后的附加部分见图（4）A和图（4）B。原表电压输入端 U_sr1和增加运放后的输入端U_sr2为同一插孔，选择微伏直流电压测量方式时只需要按下转换开关K（15）即可实现其测量微伏之功能，如恢复原表原有的测量功能，只需再按一次转换开关K（15） 即可全部复原。附加的运算放大器为双积分集成电路ICL7129，由于ICL7129中有多种稳定零点，克服漂移，防止干扰等的特殊电路，对其逻辑功能适当的舍取和技术改造便可实现直流电压测量量程的扩展。

本发明的优点在于，体积小，重量轻，功耗低，影响快，直观准确，使用方便，性能稳定，成本低廉，对8-12μm波长的红外辐射（人体辐射峰值波长9-10μm）具有良好的均匀灵敏度。特别是由于本仪器是针对人体能量辐射进行非接触隔衣探测的测量仪器，故在使用时即不会对人体产生任何疼痛，创伤和物质残留的副作用，更不存在交叉感染的可能性。

由于本发明能准确地把握人体能量代谢的基本情况，并能对其进行数据分析和能量诊断，故在测量多种因素对人体能量代谢产生不同程度的影响方面有现代医疗仪器和实验室仪器所不可替代的多种用途，如（1）为中医诊断提供直观，准确的经络能量数据作为“望、闻、问、切”的辅助诊断;（2）西医用于无名病症待查病人的诊断;（3）观察各种内服外用药物对心、肝、脾、肺、肾等内脏器官能量代谢率的影响;（4）检测非药物治疗的效果，如针灸、各种理疗、健美减肥、气功锻炼等;（5）运动员及飞行员大运动量训练时，预警运动生理极限（常规方法是血乳酸测定法）;（6）考察环境场对人体能量代谢产生的影响（环境场通指不同能量的电场、磁场、各种电磁波及不同频率和功率的声波等）;（7）监测空气中浓度易变的气体、空气中各种污染物及不同程度的水污染对人体各系统的弱作用;（8）研究人类思维活动、对神经中枢的各种刺激及喜、怒、忧、思、悲，恐、惊的过程中，人体经络系统能量分布的变化规律等。

附图1为本仪器示意图。1（A）为量程扩展的41/2位数字处理器示意图。1（B）为量程扩展的31/2位数字处理器示意图。1为红外探测器。2为电缆。3为测试支架，4为数字处理器，5为人体皮肤或人体所穿的衣服，6为液晶显示屏。15为转换开关。

附图2为本仪器红外探测器结构示意图。7为薄膜热电堆红外探测元件，8为抗干扰热屏蔽内罩，9为塑料外罩。10为石蜡，11为电缆穿孔，12为防污清洁罩，13为探测器窗口。

附图3为本仪器测试支架示意图。

附图4为本仪器数字系统的直流电压量程扩展方框图。4（A）为41/2位数字处理器微伏放大器示意图，4（B）为31/2位数字处理器微伏放大器示意图。U_sr1为原改装前的测量输入端。U_sr2为改装后的测量输入端，14为运算放大器。

Claims (3)

1、一种人体能量代谢测试仪，其特征在于包括：

a、一个红外遥感探测器，由红外传感器件组成，用于探测人体体表相关部位的红外辐射通量；

b、一个连接到所说探测器输出端的有液晶显示的数字处理器，用于显示所说红外辐射通量的数值；

c、一个固定所说探测器与人体体表接触，并确定所说探测器与所说体表相关部位之间的距离，以及确定体表测试区的测试支架用于实现隔衣探测；以及，

d、一个连接所说探测器输出端和所说数字处理器输入端的75Ω通讯电缆，从而即可对人体内脏器官组织能量代谢的功能水平进行非接触测量。

2、根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的红外探测器的红外传感器件封于抗干扰热屏蔽的一个内罩内，所说红外探测器的塑料外罩把抗干扰热屏蔽内罩及所说75Ω通讯电缆的一端封于所说外罩内，导热率低的填充物填充在所说内罩与所说外罩之间的空间，在所说红外探测器上设置一个测量窗口，并在所说窗口上加一只防污清洁罩。

3、根据权利要求1所述的测试仪，其特征在于所说的数字处理器以改进后的31/2或41/2的数字万用表显示，并在数字万用表直流电压测量电路中串接一组运算放大器，使整个数字系统可以分辨微伏级的直流电压增量。