CN109730641A - 一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于人体生物信息测量技术领域，具体涉及一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法及系统，包括以下步骤：获取便携式光谱仪采集的校准白板的光谱数据；获取便携式光谱仪对准人体皮肤后直接采集的人体生物信息光谱数据；根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。本发明采用光学遥感的方式，非侵入无损伤的获取人体生物信息的光谱数据，云平台根据人体生物信息的光谱数据分析得到人体生物信息报告，相比于现有技术，无需采样，操作简单方便，无需专业人士，通过用户终端直观、可视化的显示人体生物信息报告，便于用户查看。

Description

一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法及系统

技术领域

本发明属于人体生物信息测量技术领域，具体涉及一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法及系统。

背景技术

科学研究证实：人的生、老、病、死无不与体内元素平衡有关。体内某种元素缺乏或过剩均会使人患病，癌症及其他疑难症患者的细胞内亦与某些元素缺乏或过剩有关。在全国第四届微量元素与健康讨论会上，600多位专家学者提出了警告：90％以上疾病同矿物质和微量元素缺乏和不平衡有关。

现有技术中，可以通过光谱分析来分析人体的微量元素。光谱分析是研究光和物质间相互作用的学科。众所周知，每个物质都有自己特定的光谱特征谱线(如Ca的特征谱线在可见光范围内是420nm左右)，通过测量它的光谱，就可以准确识别该物质的存在以及它的含量多少。目前比较为人所知的原子吸收法和质谱法等等都是光谱分析法。

目前国内使用同类技术原理的产品为原子吸收光谱仪，该产品体积庞大，移动不便，需在工作间进行使用；该产品需对进行测量的样品进行采样，如采样血液、尿液、头发等，然后对采样的样品进行测量；该产品操作复杂，需要专业人员进行操作测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法及系统，采用光学遥感的方式，非侵入无损伤的获取人体生物信息的光谱数据，云平台根据人体生物信息的光谱数据分析得到人体生物信息报告，相比于现有技术，无需采样，操作简单方便，无需专业人士，通过用户终端直观、可视化的显示人体生物信息报告，便于用户查看。

第一方面，本发明提供了一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，包括以下步骤：

获取便携式光谱仪采集的校准白板的光谱数据；

获取便携式光谱仪对准人体皮肤后直接采集的人体生物信息的光谱数据；

根据校准白板的光谱数据和人体物质的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；

将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。

优选地，所述人体生物信息包括多种人体微量元素。

优选地，所述根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告，具体包括：

根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，计算相对于校准白板的相对反射率R；

根据相对反射率R，运用K-M方程计算测量值f(R)；

查找元素转换系数表，得到每种元素的转换系数N，结合测量值f(R)计算每种元素的元素含量E；

根据每种元素的元素含量E生成人体微量元素报告。

优选地，所述：

R＝V/V₀×R₀，V表示人体微量元素的光谱数据，V₀表示校准白板的光谱数据；

R表示相对反射率，R₀表示校准白板的标准反射率；

f(R)＝(1－R²)/2R；

E＝N×f(R)，N表示元素的转换系数，E表示元素的元素含量。

优选地，所述人体微量元素报告包括元素种类、元素含量、状态和参考范围。

优选地，每种元素的转换系数通过实验测量得到的，具体为：

通过便携式光谱仪采集i个标准土壤样本的光谱数据，并计算这i个样本的平均转换系数N；

对平均转换系数N进行验证，若验证通过，则平均转换系数N取值正确，若验证不通过，则重新进行采集验证。

优选地，所述通过便携式光谱仪采集i个标准土壤样本的光谱数据，并计算这i个样本的平均转换系数N，具体为：

通过便携式光谱仪采集i个标准土壤样本的光谱数据，i为大于2的正整数，并计算对应的相对反射率R₁,R₂……R_i，通过K-M方程计算i个样本的测量值f(R₁),f(R₂)……f(R_i)，将这i个测量值与i个样本的实际元素含量C₁，C₂……C_i进行对比，得到对应的i个转换系数N₁，N₂……N_i，并求得这i个转换系数的平均转换系数N。

优选地，所述对平均转换系数N进行验证，具体为：

根据i个样本的测量值f(R₁),f(R₂)……f(R_i)和平均转换系数N反求这i个样本的验证元素含量C₁'，C₂'……C_i'，并判断C₁'，C₂'……C_i'是否在标准值范围内，若在，则验证通过，若不在，则验证不通过。

第二方面，本发明提供了一种利用反射光谱分析人体生物信息的系统，适用于第一方面所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，包括便携式光谱仪、用户终端和云平台，所述用户终端分别与便携式光谱仪和云平台通信；

所述便携式光谱仪，用于发射可见光照射校准白板并采集校准白板的光谱数据，在对准人体皮肤后发射可见光照射人体皮肤并采集人体生物信息的光谱数据，将校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据发送给云平台；

所述云平台，用于根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。

优选地，所述便携式光谱仪包括LED光源、积分球、校准白板、传感器、控制器和通信模块；

所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到校准白板，校准白板漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到校准白板的光谱数据；

所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到人体皮肤，人体皮肤漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到人体皮肤的光谱数据；

所述控制器通过通信模块将校准白板的光谱数据和人体皮肤的光谱数据发送给云平台。

本发明实施例，采用光学遥感的方式，非侵入无损伤的获取人体生物信息的光谱数据，云平台根据人体生物信息的光谱数据分析得到人体生物信息报告，相比于现有技术，无需采样，操作简单方便，无需专业人士，通过用户终端直观、可视化的显示人体生物信息报告，便于用户查看。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例中利用反射光谱分析人体生物信息的方法的流程图；

图2为本发明实施例中便携式光谱仪发射光和采集光的结构示意图；

图3为本发明实施例中人体微量元素报告的示意图；

图4为本发明实施例中利用反射光谱分析人体生物信息的系统的结构示意图。

附图标记：

1-LED光源、2-积分球、3-人体皮肤、4-传感器

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

具体实现中，本发明实施例中描述的终端包括但不限于诸如具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的移动电话、膝上型计算机或平板计算机之类的其它便携式设备。还应当理解的是，在某些实施例中，所述设备并非便携式通信设备，而是具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的台式计算机。

任何物质都有自己100％独特的光谱特征，比如很多元素的发现，其实都是因为发现它具有独特的光谱特征。因此通过物质的光谱信息，可以分析物质中各组份的含量。传统检测人体微量元素含量的产品都是针对“离体”样本进行分析，需要一个采样、制样的过程，本实施例检测的是活体皮肤组织，实现了原位检测。

本实施例中，一束光入射到生物组织表面，部分光将会进入组织，并与组织发生吸收或散射作用。由于组织内部不同物质成分对光的吸收和散射特性不同，光与生物组织发生相互作用之后，能够产生携带有组织内部结构特征和物质成分信息。利用漫反射光谱以及光谱分析从而得到生物组织中各成分的含量。

实施例一：

本实施例提供了一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1，获取便携式光谱仪采集的校准白板的光谱数据；

S2，获取便携式光谱仪对准人体皮肤后直接采集的人体生物信息的光谱数据；

S3，根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；

S4，将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。

本实施例的人体生物信息包括多种人体微量元素和其他物质，所述人体微量元素如钙、镁、硅、钠、钾、铜、锌、锰等。本实施例采用便携式光谱仪进行采集检测，其采集的光谱数据可直接发送给云平台(云平台包括远程服务器、平台软件等)，也可通过用户终端(用户终端如智能手机、IPAD等)发送给云平台，所述便携式光谱仪包括LED光源、积分球、校准白板、传感器、控制器、通信模块等，所述通信模块如蓝牙模块、wifi模块等。

所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到校准白板，校准白板漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到校准白板的光谱数据；所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到人体皮肤，人体皮肤漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到人体皮肤的光谱数据；所述控制器通过通信模块将校准白板的光谱数据和人体皮肤的光谱数据发送给云平台。

本实施例的LED光源采用4个贴片LED组成的复合光源，保证在可见光范围内有充足的光谱分布，避免了白光LED在特定波段的光谱缺失，保证了仪器测量速度以及测量结果的准确性。其复合光源的光谱范围为380nm-700nm，符合《医用内窥镜用照明光缆》“医用光缆需在380nm-780nm光谱范围内”的要求。

本实施例的积分球，测量混沌介质时，在排除镜面反射及收集漫反射光方面，积分球具有明显的优势。积分球的基本原理是光通过采样口被积分球收集，在积分球内部经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部。使用积分球来测量光通量时，可使得测量结果更为可靠，积分球可降低并除去由光线的形状、发散角度、及探测器上不同位置的响应度差异所造成的测量误差。

本实施例的便携式光谱仪内置校准白板，采用创新性的ETC实时校准技术，通过校准使测量结果更准确。为提高漫反射率精度，便携式光谱仪采用相对测量法，即在测量样本前先测量一次白板再测量样本，最后计算样本的相对反射率，根据相对反射率进行下一步的计算，进而提高测量准确性。

在进行使用时，打开便携式光谱仪和用户终端上的平台APP，将便携式光谱仪和用户终端通过蓝牙进行配对通信，然后将便携式光谱仪的采集口(对准人体皮肤(如人体的手掌部、手腕部等)。开始检测后，便携式光谱仪的LED光源发射380nm～700nm的可见光，如图2所示，可见光照射到校准白板后，校准白板漫反射的光子到达传感器，传感器通过光电转换得到校准白板的光谱数据。然后在控制器的控制下将校准白板移开，LED光源发射的可见光照射到了人体皮肤，人体皮肤漫反射的光子到达传感器，传感器通过光电转换得到人体皮肤的光谱数据，然后控制器将光谱数据通过蓝牙传输发送给用户终端。

其中，所述根据光谱数据对人体生物信息进行分析，得到人体生物信息报告，具体包括：

S31，根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，计算相对于校准白板的相对反射率R。

R＝V/V₀×R₀，V表示人体微量元素的光谱数据，V₀表示校准白板的光谱数据；R表示相对反射率，R₀表示校准白板的标准反射率；

根据Kubelka—Munk理论中漫反射的描述，皮肤可以看作是两层平行的混沌介质(表皮、真皮)组成。实际测量的反射率不是绝对反射率，是相对反射率，即相对一个标准样品的相对反射率。校准白板的标准反射率为已知量，因此测量出校准白板的光谱数据和人体微量元素的光谱数据，即可求得人体微量元素相对于校准白板的相对反射率。

S32，根据相对反射率R，运用K-M方程计算测量值f(R)。

f(R)＝(1－R²)/2R；

K-M方程即Kubelka—Munk方程，是漫反射定律的公式，Kubelka—Munk方程描述一束光入射到一种既能吸收光，又能反射光的物体上的光学关系。

S33，查找元素转换系数表，得到每种元素的转换系数N，结合测量值f(R)计算每种元素的元素含量E。

E＝N×f(R)，N表示元素的转换系数，E表示元素的元素含量

元素转换系数表包括元素种类和每种元素的转换系数，不同元素的转换系数不同，因此根据上述公式求得的元素含量也不同。

S34，根据每种元素的元素含量E生成人体微量元素报告。

所述人体微量元素报告包括元素种类、元素含量、状态、参考范围等，如图3所示，矿物质即元素种类，结果及元素含量。其元素含量的单位为ppm，状态箭头向下，表示相对于参考范围偏低，状态箭头向上，表示相对于参考范围偏高。云平台将人体微量元素报告反馈给用户终端后，用户可直观的了解测量的结果。

本实施例中，元素转换系数表中的每种元素的转换系数，是前期通过多次实验测量得到的，具体为：

A1，通过便携式光谱仪采集i(i为大于2的正整数)个标准土壤样本的光谱数据，并计算这i个样本的平均转换系数N。

本实施例用比较测量法校准设备，为保证N值的准确性，选择与待测样品具有一致技术特性的标准物质。比如测量血液中元素含量，必须选择与血液具有相同电化学特性的标准物质-国家标准化学溶液，本实施例选择的是与人体皮肤具有相同漫反射光学特性的标准物质-国家标准土壤样本。

本实施例选取了三个标准土壤样本，通过便携式光谱仪采集三个标准土壤样本的光谱数据，通过上述公式计算对应的相对反射率R₁,R₂，R₃，通过K-M方程计算三个样本的测量值f(R₁),f(R₂)，f(R₃)，将这三个测量值与三个样本的实际元素含量C₁，C₂，C₃(实际元素含量为已知数)进行对比，得到对应的三个转换系数N₁，N₂，N₃，根据N＝(N₁+N₂+N₃)/3,求得这三个转换系数的平均转换系数N。

A2，对平均转换系数N进行验证，若验证通过，则平均转换系数N取值正确，若验证不通过，则重新进行采集验证。

在校准得到N值，对N值进行验证。根据三个样本的测量值f(R₁),f(R₂)，f(R₃)和平均转换系数N反求这三个样本的验证元素含量C₁'，C₂'，C₃'，并判断C₁'，C₂'，C₃'是否在标准值范围内，若在，则验证通过，N值确定，若不在，则验证不通过，重新进行采样验证，直到验证通过，获得准确的N值。

综上所述，本实施例的便携式光谱仪通过LED光源发射可见光照射人体皮肤，传感器根据人体皮肤漫反射的光子得到人体生物信息的光谱数据，云平台根据人体生物信息的光谱数据对人体生物信息进行分析，通过用户终端直观、可视化的显示人体生物信息报告；本实施例采用光学遥感的方式，非侵入无损伤的获取人体生物信息的光谱数据，相比于现有技术，无需采样，操作简单方便；本实施例通过积分球的收集反射和校准白板的校准，使其测量的结果更加准确。

实施例二：

本发明提供了一种利用反射光谱分析人体生物信息的系统，适用于实施例一所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，如图4所示，包括便携式光谱仪、用户终端和云平台，所述用户终端分别与便携式光谱仪和云平台通信；

所述便携式光谱仪，用于发射可见光照射校准白板并采集校准白板的光谱数据，在对准人体皮肤后发射可见光照射人体皮肤并采集人体生物信息的光谱数据，将校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据发送给云平台；

所述云平台，用于根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。

本实施例的人体生物信息包括多种人体微量元素和其他物质，所述人体微量元素如钙、镁、硅、钠、钾、铜、锌、锰等。本实施例采用便携式光谱仪进行采集检测，其采集的光谱数据可直接发送给云平台(云平台包括远程服务器、平台软件等)，也可通过用户终端(用户终端如智能手机、IPAD等)发送给云平台，所述便携式光谱仪包括LED光源、积分球、校准白板、传感器、控制器、通信模块等，所述通信模块如蓝牙模块、wifi模块等。

所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到校准白板，校准白板漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到校准白板的光谱数据；所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到人体皮肤，人体皮肤漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到人体皮肤的光谱数据；所述控制器通过通信模块将校准白板的光谱数据和人体皮肤的光谱数据发送给云平台。

本实施例的LED光源采用4个贴片LED组成的复合光源，保证在可见光范围内有充足的光谱分布，避免了白光LED在特定波段的光谱缺失，保证了仪器测量速度以及测量结果的准确性。其复合光源的光谱范围为380nm-700nm，符合《医用内窥镜用照明光缆》“医用光缆需在380nm-780nm光谱范围内”的要求。

本实施例的积分球，测量混沌介质时，在排除镜面反射及收集漫反射光方面，积分球具有明显的优势。积分球的基本原理是光通过采样口被积分球收集，在积分球内部经过多次反射后非常均匀地散射在积分球内部。使用积分球来测量光通量时，可使得测量结果更为可靠，积分球可降低并除去由光线的形状、发散角度、及探测器上不同位置的响应度差异所造成的测量误差。

本实施例的便携式光谱仪内置校准白板，采用创新性的ETC实时校准技术，通过校准使测量结果更准确。为提高漫反射率精度，便携式光谱仪采用相对测量法，即在测量样本前先测量一次白板再测量样本，最后计算样本的相对反射率，根据相对反射率进行下一步的计算，进而提高测量准确性。

在进行使用时，打开便携式光谱仪和用户终端上的平台APP，将便携式光谱仪和用户终端通过蓝牙进行配对通信，然后将便携式光谱仪的采集口(对准人体皮肤(如人体的手掌部、手腕部等)。开始检测后，便携式光谱仪的LED光源发射380nm～700nm的可见光，如图2所示，可见光照射到校准白板后，校准白板漫反射的光子到达传感器，传感器通过光电转换得到校准白板的光谱数据。然后在控制器的控制下将校准白板移开，LED光源发射的可见光照射到了人体皮肤，人体皮肤漫反射的光子到达传感器，传感器通过光电转换得到人体皮肤的光谱数据，然后控制器将光谱数据通过蓝牙传输发送给用户终端。

其中，所述根据光谱数据对人体生物信息进行分析，得到人体生物信息报告，具体包括：

根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，计算相对于校准白板的相对反射率R。

R＝V/V₀×R₀，V表示人体微量元素的光谱数据，V₀表示校准白板的光谱数据；R表示相对反射率，R₀表示校准白板的标准反射率；

根据Kubelka—Munk理论中漫反射的描述，皮肤可以看作是两层平行的混沌介质(表皮、真皮)组成。实际测量的反射率不是绝对反射率，是相对反射率，即相对一个标准样品的相对反射率。校准白板的标准反射率为已知量，因此测量出校准白板的光谱数据和人体微量元素的光谱数据，即可求得人体微量元素相对于校准白板的相对反射率。

根据相对反射率R，运用K-M方程计算测量值f(R)。

f(R)＝(1－R²)/2R；

K-M方程即Kubelka—Munk方程，是漫反射定律的公式，Kubelka—Munk方程描述一束光入射到一种既能吸收光，又能反射光的物体上的光学关系。

查找元素转换系数表，得到每种元素的转换系数N，结合测量值f(R)计算每种元素的元素含量E。

E＝N×f(R)，N表示元素的转换系数，E表示元素的元素含量

元素转换系数表包括元素种类和每种元素的转换系数，不同元素的转换系数不同，因此根据上述公式求得的元素含量也不同。

根据每种元素的元素含量E生成人体微量元素报告。

所述人体微量元素报告包括元素种类、元素含量、状态、参考范围等，如图3所示，矿物质即元素种类，结果及元素含量。其元素含量的单位为ppm，状态箭头向下，表示相对于参考范围偏低，状态箭头向上，表示相对于参考范围偏高。云平台将人体微量元素报告反馈给用户终端后，用户可直观的了解测量的结果。

本实施例中，元素转换系数表中的每种元素的转换系数，是前期通过多次实验测量得到的，具体为：

A1，通过便携式光谱仪采集i(i为大于2的正整数)个标准土壤样本的光谱数据，并计算这i个样本的平均转换系数N。

本实施例用比较测量法校准设备，为保证N值的准确性，选择与待测样品具有一致技术特性的标准物质。比如测量血液中元素含量，必须选择与血液具有相同电化学特性的标准物质-国家标准化学溶液，本实施例选择的是与人体皮肤具有相同漫反射光学特性的标准物质-国家标准土壤样本。

本实施例选取了三个标准土壤样本，通过便携式光谱仪采集三个标准土壤样本的光谱数据，通过上述公式计算对应的相对反射率R₁,R₂，R₃，通过K-M方程计算三个样本的测量值f(R₁),f(R₂)，f(R₃)，将这三个测量值与三个样本的实际元素含量C₁，C₂，C₃(实际元素含量为已知数)进行对比，得到对应的三个转换系数N₁，N₂，N₃，根据N＝(N₁+N₂+N₃)/3,求得这三个转换系数的平均转换系数N。

A2，对平均转换系数N进行验证，若验证通过，则平均转换系数N取值正确，若验证不通过，则重新进行采集验证。

在校准得到N值，对N值进行验证。根据三个样本的测量值f(R₁),f(R₂)，f(R₃)和平均转换系数N反求这三个样本的验证元素含量C₁'，C₂'，C₃'，并判断C₁'，C₂'，C₃'是否在标准值范围内，若在，则验证通过，N值确定，若不在，则验证不通过，重新进行采样验证，直到验证通过，获得准确的N值。

综上所述，本实施例的便携式光谱仪通过LED光源发射可见光照射人体皮肤，传感器根据人体皮肤漫反射的光子得到人体生物信息的光谱数据，云平台根据人体生物信息的光谱数据对人体生物信息进行分析，通过用户终端直观、可视化的显示人体生物信息报告，以便于用户或医生对更准确的了解被检测者的身体状态，以做出正确的判断；本实施例采用光学遥感的方式，非侵入无损伤的获取人体生物信息的光谱数据，相比于现有技术，无需采样，操作简单方便；本实施例通过积分球的收集反射和校准白板的校准，使其测量的结果更加准确。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的系统及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合为一个步骤，一步个步骤也可以拆分为多个步骤。也可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部步骤来实现本发明实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取便携式光谱仪采集的校准白板的光谱数据；

获取便携式光谱仪对准人体皮肤后直接采集的人体生物信息的光谱数据；

根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；

将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，所述人体生物信息包括多种人体微量元素。

3.根据权利要求2所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，所根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告，具体包括：

根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，计算相对于校准白板的相对反射率R；

根据相对反射率R，运用K-M方程计算测量值f(R)；

查找元素转换系数表，得到每种元素的转换系数N，结合测量值f(R)计算每种元素的元素含量E；

根据每种元素的元素含量E生成人体微量元素报告。

4.根据权利要求3所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，所述：

R＝V/V₀×R₀，V表示人体微量元素的光谱数据，V₀表示校准白板的光谱数据；

R表示相对反射率，R₀表示校准白板的标准反射率；

f(R)＝(1－R²)/2R；

E＝N×f(R)，N表示元素的转换系数，E表示元素的元素含量。

5.根据权利要求3所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，所述人体微量元素报告包括元素种类、元素含量、状态和参考范围。

6.根据权利要求3所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，每种元素的转换系数通过实验测量得到的，具体为：

通过便携式光谱仪采集i个标准土壤样本的光谱数据，并计算这i个样本的平均转换系数N；

对平均转换系数N进行验证，若验证通过，则平均转换系数N取值正确，若验证不通过，则重新进行采集验证。

7.根据权利要求6所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，所述通过便携式光谱仪采集i个标准土壤样本的光谱数据，并计算这i个样本的平均转换系数N，具体为：

通过便携式光谱仪采集i个标准土壤样本的光谱数据，i为大于2的正整数，并计算对应的相对反射率R₁,R₂……R_i，通过K-M方程计算i个样本的测量值f(R₁),f(R₂)……f(R_i)，将这i个测量值与i个样本的实际元素含量C₁，C₂……C_i进行对比，得到对应的i个转换系数N₁，N₂……N_i，并求得这i个转换系数的平均转换系数N。

8.根据权利要求7所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，所述对平均转换系数N进行验证，具体为：

根据i个样本的测量值f(R₁),f(R₂)……f(R_i)和平均转换系数N反求这i个样本的验证元素含量C₁'，C₂'……C_i'，并判断C₁'，C₂'……C_i'是否在标准值范围内，若在，则验证通过，若不在，则验证不通过。

9.一种利用反射光谱分析人体生物信息的系统，适用于权利要求1-8任一项所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的方法，其特征在于，包括便携式光谱仪、用户终端和云平台，所述用户终端分别与便携式光谱仪和云平台通信；

所述便携式光谱仪，用于发射可见光照射校准白板并采集校准白板的光谱数据，在对准人体皮肤后发射可见光照射人体皮肤并采集人体生物信息的光谱数据，将校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据发送给云平台；

所述云平台，用于根据校准白板的光谱数据和人体生物信息的光谱数据，对人体生物信息进行分析并得到人体生物信息报告；将人体生物信息报告反馈给用户终端进行显示。

10.根据权利要求9所述的一种利用反射光谱分析人体生物信息的系统，其特征在于，所述便携式光谱仪包括LED光源、积分球、校准白板、传感器、控制器和通信模块；

所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到校准白板，校准白板漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到校准白板的光谱数据；

所述LED光源在控制器的控制下，发射的可见光经积分球多次反射后均匀照射到人体皮肤，人体皮肤漫反射后的光子经积分球收集后到达传感器，传感器经过光电转换得到人体皮肤的光谱数据；

所述控制器通过通信模块将校准白板的光谱数据和人体皮肤的光谱数据发送给云平台。