CN103528956B - 组织工程角膜透明度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组织工程角膜透明度检测方法及装置。本发明包括硬件部分和软件部分，其中硬件部分由控制单元、组织工程角膜检测执行单元、信号传输单元、电源供应单元组成。控制单元包括内部插有数据采集卡的工控机。组织工程角膜检测执行单元包括两个照度传感器、两个金属盒、半透半反分光片、具有抽屉式盖子的金属箱体、小型半导体激光器和分光片光学支架。信号传输单元包括数据电缆线、接线盒和照度传感器电缆线。电源供应单元包括电源线；220V转12-24V、50W的直流开关电源和小型半导体小型激光器专用电源适配器。本发明简单实用，测量灵敏性高，精度高，通用性强，能自动存储数据且即储存数据方便，性能稳定。

Description

组织工程角膜透明度检测方法及装置

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种组织工程角膜透明度检测方法和装置。

背景技术

由于角膜供体的极度匮乏，绝大部分角膜盲患者得不到及时有效的手术治疗，这给患者、家庭和社会带来很大压力和负担。组织工程角膜的研制与应用已受到越来越多的研究者和临床医师的关注。从理论上分析，采用组织工程技术重建组织工程角膜存在的以下几方面的优势：（1）仅需取少量健康的角膜组织、应用组织工程技术就可以构建足够大小的植片；（2）对于尚有残余健康角膜的患者，完全可以取材健康部位角膜组织的细胞进行重建角膜（甚至采用组织穿刺的方法取材，从而达到无创伤修复创伤的目的），而且以自身的细胞作为种子细胞构建组织工程角膜，将避免免疫排斥反应。

组织工程角膜透明度性能是培养组织工程角膜质量好坏的一个重要指标，直接关系到组织工程角膜能否进入临床应用，目前市面上没有专门用于检测组织工程角膜透明度的检测仪器，传统的用于检测玻璃、液体等透明材质的透明度检测仪，从一两千到几万不等，价格便宜的，其测量性能，稳定性，精确度无法得到保障，而我们知道测光时很容易受到各种干扰而影响检测精度，传统的检测光强的方法一般通过硬件的电路来实现，但这种方式存在电路复杂、开发时间长，成本比较高，性能不够稳定等问题，以DR81/82透明度检测仪，其核心原理就是透过物体的光通量与入射物体光通量的比值为该物体的透光率，该系列透明度检测仪主要用于测量各种玻璃、塑料、薄膜和透明或半透明材料的可见光透射率，由光源、光通量传感器，硬件电路板和液晶显示器构成，该装置在使用过程中外界光强对其有一定的影响，除非是在黑暗环境中来进行检测，其工作电源是电池，当电池的电量下降时，必定影响入射物体的光通量，而仪器工作还是按原先设定的额定入射光通量，从而导致检测结果误差增大，随着长时间工作，其光源的光通量必会发生一定的变化，也会导致以上的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单而可行的组织工程角膜透明度检测方法与装置，本装置利用激光器发出的激光经过1:1分光片，50%的光能流经反射通过小孔进入由一个照度传感器检测在该位置的光照度，另外的50%的光能流经待测样品投射通过小孔有另一个照度传感器检测在该位置的光照度，然后将这两个光照度数据同时进行采集和数据处理，通过labview编程计算出透明度值和光照衰减长度，从而实验待测样品的透明度值。本装置处于完全封闭的环境下，可以避免外界光强对实验检测结果的影响。

本发明中的装置包括硬件部分和软件部分。所述的硬件部分由控制单元、组织工程角膜检测执行单元、信号传输单元、电源供应单元组成。

控制单元包括内部插有数据采集卡的工控机，在工控机显示器的可视界面上，通过操作软件界面直接控制检测装置。

组织工程角膜检测执行单元包括第一照度传感器、第二照度传感器、第一金属盒、第二金属盒、半透半反分光片、具有抽屉式盖子的金属箱体、小型半导体激光器和分光片光学支架，金属箱体的顶部设置小型半导体激光器，该小型半导体激光器正对装在分光片光学支架上的半透半反分光片；其中经半透半反分光片反射的激光通过第一金属小盒上的小孔进入第一照度传感器；经半透半反分光片透射的激光依次通过待测角膜、第二金属小盒上的小孔进入第二照度传感器。

信号传输单元包括数据电缆线、接线盒和照度传感器电缆线，第一照度传感器、第二照度传感器均通过照度传感器电缆线连接到接线盒，接线盒通过数据电缆线传输给工控机。

电源供应单元包括电源线；220V转12-24V、50W的直流开关电源和小型半导体小型激光器专用电源适配器；由220V转12-24V、50W的直流开关电源通过电源线给第一照度传感器、第二照度传感器提供工作电压，由小型半导体小型激光器专用电源适配器给小型半导体激光器提供工作电压。

所述的软性部分由数据采集模块、数据转换模块、数据实时显示模块、数据存储模块、数据回放模块组成。

数据采集模块由NI公司编程软件完成，控制采集卡，为整个程序提供数据源；其实现初始化数据采集卡，启动数据采集和停止采集，其中初始化采集卡完成参数的设置。

数据转换模块完成对采集的电压模拟信号向光照度、透漏率、衰减长度的转换以及透光率和衰减长度平均值的计算。

数据实时显示模块采集模拟电压、照度，透过率，衰减长度的波形图，显示方式有图形显示和数值显示。

数据储存模块是在指定目录下将处理过的数据写入文件并且保存；数据以字符串保存，并以检测时间为序，以便进行后续的数据处理和过程描述。

数据回放模块实现数据的回放调用，选取衰减长度变化曲线来进行回放。

利用上述装置进行组织工程角膜透明度检测方法，具体如下：

首先在检测待测角膜之前，先打开工控机，再把 220V转12-24V、50W的直流开关电源和小型半导体小型激光器专用电源适配器接入220V电源，打开上位机软件，显示角膜透明度检测仪labview虚拟仪器前面板，运行程序，点击开始采集按钮，观察透过率的值是否为1，若为1，可以检测待测角膜，若不为1，则通过调整分光片的光学支架，调整到透过率值为1，再继续检测待测角膜。

开始检测角膜，打开具有抽屉式盖子的金属箱体的盖子，用镊子把待测角膜放入到小孔直径为8mm的载物台10的小孔上，盖上具有抽屉式盖子的金属箱体的盖子，在角膜透明度检测仪labview虚拟仪器前面板上输入待测角膜的厚度，运行程序，点击开始采集按钮，就可以检测到待测角膜的透明度值；然后点击退出并回放采集数据按钮，就可以在数据列表中看到与时间相对应的数据以及回放波形，同时也可以对存储的测量结果进行进一步数据处理和计算。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：本发明将虚拟仪器技术应用在了组织工程角膜透明度数字化的测量，界面设计清楚，人机互动简单，整个系统简单实用，测量的灵敏性高，精度高，通用性强，能自动存储数据且即储存数据方便，性能稳定，同时也大大的降低了研发周期，可以根据用户需求，进一步做调整，具有很强的扩展性。

附图说明

图1是本发明角膜透明度检测仪装置整体结构示意图。

具体实施方式

    以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明以几何光学中透明度的光学定义为理论基础，设计开发了一套组织工程角膜透明度测量的方法与装置，根据光学透明度(以下简称透明度)定义，一束平行光在组织工程角膜介质传播一段距离                                               后，只要能测量出传播距离前后光能流和之比，就可以计算出组织工程角膜的透明度值，采用透明度数学模型可以把透明度直接转换成以照度传感器获得的光照度关联公式，为生物医学工程领域组织工程角膜的研究提供了一种新的方法。利用labview技术作为核心，以计算机、数据采集卡，照度传感器等器件为基础设计开发了组织工程角膜透明度检测装置。

图1为本发明实施例，该实施例主要包括两个部分：硬件系统和软件系统。

硬件系统主要包括控制单元、组织工程角膜检测执行单元、信号传输单元、电源供应单元等4部分组成。

控制单元包括：内部插有数据采集卡的工控机1，在工控机显示器的可视界面上，通过操作软件界面直接控制检测装置开始检测、结束和其他一些功能的实现。

组织工程角膜检测执行单元包括：两台照度传感器7-A、7-B；两个带有小孔的金属小盒9；带有小孔的载物台10；半透半反分光片11；具有抽屉式盖子的金属箱体12；小型半导体激光器13；分光片光学支架。运行时半导体激光器13发出激光，通过分光片光学支架固定的半透半反分光片，分成两束激光束，透射光束穿过要检测的样品8。两束光束分别通过小孔落到两台照度传感器上。

信号传输单元包括：数据电缆线2；接线盒3；照度传感器自带电缆线4。由光信号转换成模拟电压信号通过照度传感器自带电缆线4传输到接线盒3，在由接线盒3通过数据电缆线2传输给控制单元。

电源供应单元包括：电源线5；220V转12-24V、50W的直流开关电源6；小型半导体小型激光器专用电源适配器。由220V转12-24V、50W的直流开关电源6通过电源线给照度传感器提供工作电压，由小型半导体小型激光器专用电源适配器给激光器提供工作电压。

软性系统主要是分成了五个模块：数据采集模块，数据转换模块，数据实时显示模块，数据存储模块，数据回放模块。

数据采集模块：数据采集模块由NI公司编程软件完成，控制采集卡，为整个程序提供数据源。主要包括：初始化数据采集卡，启动数据采集，停止采集等，其中初始化采集卡完成参数的设置。

数据转换模块：主要实现对采集的电压模拟信号向光照度，透漏率，衰减长度的转换以及透光率和衰减长度平均值的计算。

数据实时显示模块：主要有采集的模拟电压、照度，透过率，衰减长度的波形图，显示方式有图形显示和数值显示。

数据储存模块：在指定目录下将处理过的数据写入文件并且保存。数据以字符串保存，并以检测时间为序，以便进行后续的数据处理和过程描述。

数据回放模块：数据的回放调用，我们选取了衰减长度变化曲线来进行回放。

组织工程角膜透明度检测方法具体包括以下步骤：

首先在检测待测样品8之前，我们先打开工控机1，再把 220V转12-24V、50W的直流开关电源6和小型半导体小型激光器专用电源适配器接入220V电源，打开基于LabVIEW8.6编写的程序，显示角膜透明度检测仪labview虚拟仪器前面板，运行程序，点击开始采集按钮，观察透过率的值是否为1，若为1，可以检测待测样品8，若不为1，则通过调整分光片的光学支架，调整到透过率值为1，再继续检测待测样品8。

开始检测样品8，打开具有抽屉式盖子的金属箱体的盖子，用镊子把待测样品8放入到小孔直径为8mm的载物台10的小孔上，盖上具有抽屉式盖子的金属箱体12的盖子，在角膜透明度检测仪labview虚拟仪器前面板上输入待测样品8的厚度，运行程序，点击开始采集按钮，就可以检测到待测样品8的透明度值。然后点击退出并回放采集数据按钮，就可以在数据列表中看到与时间相对应的数据以及回放波形，同时我们也可以对存储的测量结果进行进一步数据处理和计算。

Claims (2)

1.组织工程角膜透明度检测装置，包括硬件部分和软件部分，其特征在于：

所述的硬件部分由控制单元、组织工程角膜检测执行单元、信号传输单元、电源供应单元组成；

控制单元包括内部插有数据采集卡的工控机，在工控机显示器的可视界面上，通过操作软件界面直接控制检测装置；

组织工程角膜检测执行单元包括第一照度传感器、第二照度传感器、第一金属盒、第二金属盒、半透半反分光片、具有抽屉式盖子的金属箱体、小型半导体激光器和分光片光学支架，金属箱体的顶部设置小型半导体激光器，该小型半导体激光器正对装在分光片光学支架上的半透半反分光片；其中经半透半反分光片反射的激光通过第一金属盒上的小孔进入第一照度传感器；经半透半反分光片透射的激光依次通过待测角膜、第二金属盒上的小孔进入第二照度传感器；

信号传输单元包括数据电缆线、接线盒和照度传感器电缆线，第一照度传感器、第二照度传感器均通过照度传感器电缆线连接到接线盒，接线盒通过数据电缆线传输给工控机；

电源供应单元包括电源线；220V转12-24V、50W的直流开关电源和小型半导体小型激光器专用电源适配器；由220V转12-24V、50W的直流开关电源通过电源线给第一照度传感器、第二照度传感器提供工作电压，由小型半导体小型激光器专用电源适配器给小型半导体激光器提供工作电压；

所述的软件部分由数据采集模块、数据转换模块、数据实时显示模块、数据存储模块、数据回放模块组成；

数据采集模块由NI公司编程软件完成，控制采集卡，为整个程序提供数据源；其实现初始化数据采集卡，启动数据采集和停止采集，其中初始化采集卡完成参数的设置；

数据转换模块完成对采集的电压模拟信号向光照度、透漏率、衰减长度的转换以及透光率和衰减长度平均值的计算；

数据实时显示模块采集模拟电压、照度，透过率，衰减长度的波形图，显示方式有图形显示和数值显示；

数据储存模块是在指定目录下将处理过的数据写入文件并且保存；数据以字符串保存，并以检测时间为序，以便进行后续的数据处理和过程描述；

数据回放模块实现数据的回放调用，选取衰减长度变化曲线来进行回放。

2.利用如权利要求1所述的组织工程角膜透明度检测装置进行角膜透明度检测的方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

首先在检测待测角膜之前，先打开工控机，再把220V转12-24V、50W的直流开关电源和小型半导体小型激光器专用电源适配器接入220V电源，打开上位机软件，显示角膜透明度检测仪labview虚拟仪器前面板，运行程序，点击开始采集按钮，观察透过率的值是否为1，若为1，能够检测待测角膜，若不为1，则通过调整分光片的光学支架，调整到透过率值为1，再继续检测待测角膜；

开始检测角膜，打开具有抽屉式盖子的金属箱体的盖子，用镊子把待测角膜放入到小孔直径为8mm的载物台的小孔上，盖上具有抽屉式盖子的金属箱体的盖子，在角膜透明度检测仪labview虚拟仪器前面板上输入待测角膜的厚度，运行程序，点击开始采集按钮，就能够检测到待测角膜的透明度值；然后点击退出并回放采集数据按钮，就能够在数据列表中看到与时间相对应的数据以及回放波形，同时也能够对存储的测量结果进行进一步数据处理和计算。