CN115736861A - 一种用于多生理参数检测仪器校准的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多生理参数检测仪器校准的装置。该装置包括：滤光模块、控制模块、光学透过率调制模块以及反光模块；反光模块上开设有前后对应的进光孔和出光孔；滤光模块、光学透过率调制模块安装在反光模块中；控制模块与光学透过率调制模块相连；滤光模块用于过滤发光管发出的光线，控制模块根据输入的生理参数控制光学透过率调制模块实现连续的透射率的任意变化。该装置利用光学手段结合可编程光学透过率调制模块，实现对人体多参数的数字化模拟，可辅助基于生物组织对光的衰减效应的生理参数检测仪器的校准，帮助提升检测仪器的开发效率和性能。

Description

一种用于多生理参数检测仪器校准的装置

技术领域

本发明实施例涉及模拟检测技术领域，尤其涉及一种用于多生理参数检测仪器校准的装置。

背景技术

基于生物组织对光的衰减效应检测实现原理如下：光线入射到组织，经过包括血管、骨骼、脂肪等组织的吸收、散射等相互作用后被光电探测器捕获。基于光电探测器得到的光谱可计算出一些生理参数，比如血氧饱和度、脉率、血流灌注指数、血糖、血脂等。

基于生物组织对光的衰减效应的血氧饱和度、脉率、血流灌注指数的检测仪器：获取的光谱信息可分为非脉动部分(反映皮肤、骨骼、静脉血氧、非脉动动脉血液等的吸光效应)和脉动部分(反映脉动血氧吸光效应)。另外不同氧饱和度的动脉血对光的吸收存在明显区别。依据特定算法对获取的光谱进行处理，可实现动态心率，血氧饱和度的监测。通过类似的方法，以不同生物组织的光谱吸收特性为基础，配合相应的传导设备和传感器，可实现对组织血糖、血脂等其他生理参数的监测。

对血氧饱和度检测仪器的检测最准确有效的方法是通过对志愿者的血液进行取样，利用血气分析仪等设备对取样的血液进行血气分析来对比校准血氧饱和度检测仪器，但是这种方法对人体是有创的，并且操作复杂，检测时间较长，不能提供连续实时的血氧饱和度数据，在批量标定和校准血氧饱和度检测仪器的时候还存在血液样本制备和来源的问题。

随着应用的深入，有人用一定比例浓度的红光、红外光吸收剂的溶液代替血液制作血氧模型,配置不同浓度比例的吸收溶液,用于血氧饱和度全量程范围内的标定,虽然这种方法结构较简单,成本较低，但是调节性能、重复性及稳定性较差。

现今市面上的一些商用的基于生物组织对光的衰减效应的生理参数检测仪器（如血氧模拟仪）包括光电检测模块和光源驱动模块，光源检测模块与光源驱动模块之间设置有遮光板，光电检测模块对采集到的发光数据进行处理，光源驱动模块设置有发光管，发光管的发光强度模拟充血生物组织在不同血氧饱和度及脉搏情况下对红光及红外光的吸收效果，虽然这种方案有效解决了血液样本的制备和来源问题，对生物组织生理参数的模拟相对简便、准确，但是这种属于是间接模拟生物组织对光的吸收，光接收器和发光光管的灵敏度、稳定性和可溯源性受到周围环境影响较大。

发明内容

本发明提供一种用于多生理参数检测仪器校准的装置，该装置结构简单，操作方便，重复性好，而且体积小、重量轻便的用于多生理参数检测仪器校准的数字仿体，通过对人体多参数的数字化模拟，可辅助基于生物组织对光的衰减效应的生理参数检测仪器的设计、研发和测试校准，帮助提升检测仪器的开发效率和性能。

本发明实施例提供了一种用于多生理参数检测仪器校准的装置，包括：

滤光模块、控制模块、光学透过率调制模块以及反光模块；

所述反光模块上开设有前后对应的进光孔和出光孔；

所述滤光模块、光学透过率调制模块安装在所述反光模块中；所述控制模块与所述光学透过率调制模块相连；

所述控制模块根据输入的生理参数控制所述光学透过率调制模块实现连续的透射率的任意变化。

可选的，所述滤光模块用于过滤发光管发出的光线，通过和光学透过率调制模块联合使用以实现不同波长下光线透过率的可控调控。

可选的，该装置还包括：设置在所述反光模块中的光束调整模块，所述光束调整模块设置在所述进光孔和滤光模块之间，以及设置在所述光学透过率调制模块和所述出光孔之间，分别用于准直和汇聚光线。

可选的，所述光学透光率调制模块包括光学透过率调制器件和两个前后放置的偏振器件。

可选的，所述反光模块的内壁设置有漫反射物质。

可选的，所述反光模块包括依次连接输入半球、中央套筒和输出半球，所述输入半球的球心位置开设有进光孔，所述输出半球的球心位置设置有出光孔。

本发明的有益效果：

本发明实施例提供的一种用于多生理参数检测仪器校准的装置，不用提取检测者血液样本进行血气或生化分析的结果与之进行比较，通过光学透过率调制模块控制透射光的光强，简单方便，省去了复杂的模拟电路结构和另外建立发光管再次发光的复杂过程；该装置体积小、结构简单，操作方便，便携性好，可以和目前普遍使用的生理参数检测仪器配套兼容使用，也容易实现批量生产；此外，可编程的光学透过率调制模块通过模拟光线通过生物组织的衰减变化，可以对多项生理参数进行校准，包括但不限于血氧饱和度、脉率、血糖、血脂等，重复性好，稳定性强，适合生理参数检测仪器的批量检测校准。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于多生理参数检测仪器校准的装置原理图；

图2为本发明实施例提供的一种用于多生理参数检测仪器校准的装置整体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光学透过率调制模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种反光模块的结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的一种用于多生理参数检测仪器校准的装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

参见图1-2，本发明实施例提供一种用于多生理参数检测仪器校准的装置，包括：

滤光模块3、光学透过率调制模块4、控制模块5、反光模块6。

其中，所述反光模块上开设有前后对应的进光孔和出光孔，起到安装元器件和反光的作用，在反光模块的内壁涂上白色漫反射材料或贴上白色漫反射膜，提高数据的稳定性和重复性。

其中，图示中的发光管1和光电探测器7是被测仪器上的功能部件，所述发光管用于通过进光孔将光线发射入反光模块；所述光电探测器设置7用于接收出光孔出射的光线。

所述滤光模块、光学透过率调制模块安装在所述反光模块中。滤光模块起到过滤光线的作用，发光管发出的不同波长的光线，经过滤光模块得到光电探测器接收波段范围内的光线。

所述控制模块与所述光学透过率调制模块相连，控制模块根据输入的生理参数，基于光谱吸收特性得到不同波长的光的吸收比值，计算出透射衰减的光强，将控制信号传输到光学透过率调制模块实现连续的透射率的任意变化。上述生理参数包括但不局限于血氧饱和度、脉率、血流灌注指数、血糖、血脂等。

光学透过率调制模块由控制模块控制，接收控制模块的传输信号，实现连续的透射率的任意变化，与滤光模块的联合使用，可以实现不同波长下透过率的可控调控，决定不同波长的光的透射光强，呈现模拟光线通过生物组织的衰减变化。

进一步的，该装置还包括设置在所述反光模块中的光束调整模块2，所述光束调整模块设置在所述进光孔和滤光模块之间，以及设置在所述光学透过率调制模块和所述出光孔之间，分别用于准直和汇聚光线。

具体的，光束调整模块起到调整光线的作用，在反光模块的前后端各一个，将发光管发出的光线准直到后面的滤光模块和光学透过率调制模块上，最后将衰减过后的光线汇聚到光电探测器上。

继续参见图3，作为一种示例，所述光学透光率调制模块包括光学透过率调制器件8和两个前后放置的偏振器件9。

继续参见图4，作为一种示例，所述反光模块包括依次连接输入半球10、中央套筒11和输出半球12，所述输入半球的球心位置开设有进光孔，所述输出半球的球心位置设置有出光孔。上述反射模块可用光固化3D打印的光敏树脂材料的制成，用来安装固定各光学器件，确定其相对位置，输入和输出半球用来安装光束调整器件，中央套筒用来安装滤光模块和光学透过率调制模块，在反光模块的内壁涂上白色漫反射材料或贴上白色漫反射膜，提高数据的稳定性和重复性。

本发明除针对血氧饱和度、脉率、血流灌注指数、血糖、血脂等生理参数的测量之外，同样适用于其他基于光谱吸收特性计算生物组织参数的方法的模拟和标定。

实施例1

本发明实施例以脉搏血氧饱和度检测仪器作为待校准仪器，参见图5，具体包括以下流程：

将本实施例中提供的用于多生理参数检测仪器校准的装置（即数字仿体）夹在脉搏血氧仪之间，使发光管对准进光孔，光电探测器对准光接收孔；

发光管按固定频率分别发出红光和红外光，一般为660nm红光和940nm红外光，光线进入反光模块中，照射到光束调整模块2（可选项）上，光束调整模块2（可选项）起到调整光线的作用，将发光管发出的光线准直到后面的滤光模块3和光学透过率调制模块4上；

滤光模块3起到过滤光线的作用，由两片660nm的红色滤光片和两片940nm的红外滤光片组成，红色滤光片和红外滤光片交叉对角放置，避免了发光管因光强偏差引起的测量偏差，使它们分别能够在660nm和940nm的带通范围的波段内传输光；

将需要检测的血氧饱和度、脉率、血流灌注指数等生理参数输入到控制模块5中，由该脉搏血氧仪产品的经验校准曲线得到不同波长的光的吸收比值，计算出透射衰减的光强，将控制信号传输到光学透过率调制模块4实现连续的透射率的周期性变化；

光学透过率调制模块4包括光学透过率调制器件8和前后两个偏振器件9。示例性的，可以选择LCD液晶板作为本示例中的光学透过率调制器件，可以选择近红外线性偏振片作为本实施例中的偏振器件。本实施例中的这对偏振片起到旋光分析仪的作用，将光学透过率调制元件8引起的偏振变化转换为成比例的强度变化，控制模块5传输的控制信号控制LCD液晶板的灰度变化以实现连续的透射率的变化，决定红光和红外光的透射光强，呈现模拟光线通过手指的周期性的衰减变化。通过LCD液晶板的光强模拟光线通过手指的光强；

经过光学透过率调制模块4衰减后的光线，通过光束调整模块2最后汇聚到光电探测器上，经该被检测的脉搏血氧仪内部的微处理器处理后所显示的血氧饱和度、脉率、血流灌溉指数等生理参数数值与一开始数字光学仿体设置的相应的生理参数进行比较实现校准功能。

实施例2

本发明数字仿体不仅可以用来模拟手指，还可以用来模拟其他的生物组织，通过光学透过率调制模块模拟光线通过生物组织的光学衰减。

所述光学透过率调制模块4包括光学透过率调制器件8和两个前后放置的偏振器件9，一般选择近红外线性偏振片，这对偏振片起到旋光分析仪的作用。将光学透过率调制元件引起的偏振变化转换为成比例的强度变化，通过LCD液晶板控制灰度变化以实现连续的透射率的任意变化，决定红光和红外光的透射光强，呈现模拟光线通过生物组织的衰减变化。

结合图4，所述反光模块包括输入半球10、中央套筒11、输出半球12，反光模块的前后方分别开有进光孔和光接收孔，可用光固化3D打印的光敏树脂材料的制成，用来安装固定各光学器件，确定其相对位置，输入和输出半球用来安装光束调整器件，中央套筒用来安装滤光模块和光学透过率调制模块，在反光模块的内壁涂上白色漫反射材料或贴上白色漫反射膜，提高数据的稳定性和重复性。

本发明在给予脉搏血氧仪一个准确性检测校准的前提下体积更小,重量更轻便,原理结构更简单，没有复杂的电路设计和另外附加的发光管，用户操作更加便捷，检测校准更加快速，适合批量生产和检测校准。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种用于多生理参数检测仪器校准的装置，其特征在于，包括：

滤光模块、控制模块、光学透过率调制模块以及反光模块；

所述反光模块上开设有前后对应的进光孔和出光孔；

所述滤光模块、光学透过率调制模块安装在所述反光模块中；所述控制模块与所述光学透过率调制模块相连；

所述控制模块根据输入的生理参数控制所述光学透过率调制模块实现连续的透射率的任意变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， 所述滤光模块用于过滤发光管发出的光线，通过和光学透过率调制模块联合使用以实现不同波长下透过率的可控调控。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括：设置在所述反光模块中的光束调整模块，所述光束调整模块设置在所述进光孔和滤光模块之间，以及设置在所述光学透过率调制模块和所述出光孔之间，分别用于准直和汇聚光线。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学透光率调制模块包括光学透过率调制器件和两个前后放置的偏振器件。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反光模块的内壁设置有漫反射物质。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反光模块包括依次连接输入半球、中央套筒和输出半球，所述输入半球的球心位置开设有进光孔，所述输出半球的球心位置设置有出光孔。

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