CN116246794A - 基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于人群急性传染性疾病预警技术领域，公开了基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统，包括动态光谱检测模块、数据处理模块、信息显示模块；该系统的预警方法，包括S1、利用动态光谱检测模块检测血液成分；S2、利用数据处理模块对原始数据进行分析处理：S3、利用信息显示模块显示被测者的感染状态；还公开了该预警系统在大规模急性感染疾病预警中的应用；本发明通过检测血液中的白细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等指标，通过统计学计算形成一种可以快速反应机体炎症变化的炎症指标，通过对炎症指标的判断以解决传染病初期无任何征兆，及因传染病未知、隐形、渐变的特点而造成的难以预测的问题。

Description

基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统及方法

技术领域

本发明涉及人群急性传染性疾病预警技术领域，具体为一种基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统及方法。

背景技术

人体血液成分含量是评价人体健康状况的重要信息。动态光谱法是通过提取多波长下脉动血液部分的吸光度，即提取各单波长对应的单个对数脉搏波周期上吸光度的最大值与最小值的差值构成动态光谱，利用动脉充盈与动脉收缩时吸光度的变化，来消除测量中由于皮肤组织和肌肉产生的个体差异以及测量环境对测量的影响。即基于光电脉搏波的原理，利用动脉的脉动现象,血管中血流量呈周期性变化，而血液是高度不透明液体,光在一般组织中的穿透性比在血液中大几十倍。因此脉搏的变化必然引起近红外光谱吸光度的变化，利用动脉充盈程度对吸光度的影响，从理论上消除了由于皮肤组织和肌肉组织产生的个体差异的影响，测量手续简单，无采血感染风险，精度高。其被用作一种新型血液成分无创检测方法,能消除受试者个体差异和测量环境等的影响,在血红蛋白浓度的无创检测研究中取得了很好的效果。

发明内容

本发明意在提供一种基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统及方法，通过检测血液中的白细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等指标，通过统计学计算形成一种可以快速反应机体炎症变化的炎症指标，该炎症指标与体温存在显著正相关，使得炎症变量不仅可以作为反映机体是否出现感染的炎症指标，而且可以反映机体的发热是否由感染引起。通过对炎症指标的判断以解决传染病初期无任何征兆，及因传染病未知、隐形、渐变的特点而造成的难以预测的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统，包括动态光谱检测模块、数据处理模块、信息显示模块；

所述动态光谱检测模块外加有温度传感器，所述动态光谱检测模块用于检测血液成分的吸收光谱和体温数据，并将检测到的数据传输给所述数据处理模块；

所述数据处理模块通过无线网络接收所述动态光谱检测模块传输的血液成分和体温数据，用于进行数据处理，并将处理后的结果传输给显示模块并上传医院数据库；

所述信息显示模块用于接收处理的结果，并进行显示。

进一步地，所述动态光谱检测模块还包括分光器件、光电转换器件、模数转换器件和储存器；所述分光器件用于激发近红外入射光照射被检测者；所述光电转换器件通过光纤与分光器件连接，用于接收照射检测者后得到的出射光并将其转换成电信号；所述模数转换器通过光纤与光电转换器件连接，用于接收光电转换器件传输的电信号，并将其转换为数字信号；所述储存器通过数据线与模数转换器连接，用于储存数字信号并通过无线网络传输数据。

一种基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的预警方法，包括以下步骤：

S1、利用动态光谱检测模块检测血液成分：

分光器件激发出数个不同波长的近红外光，照射被检测者的手指后，分光器件接收各个波长的出射光所对应的光电脉搏波，光电转换器件和模数转换器实现光—电—数字信号的转换，得到变化的出射光强的数据，根据朗伯-比尔定律，得到：

式中，A^λ为波长λ下的脉动动脉血液吸光度，αi为血液各组分的吸光系数，d为最大充盈状态下脉动动脉血液的等效光程，c_j为各组分的浓度，

为血液各组分的α、c、d之和，I₀(λ)为波长λ下的脉动动脉血液的入射光，I(λ)为波长λ下的脉动动脉血液的出射光，Iλmax为脉动动脉血液波长λ下最强出射光，Iλmin为脉动动脉血液波长λ下最弱出射光，ln为以e为底求取对数；

检测得到动态光谱后，挑选出Iλmax和Iλmin，根据已知的血液各组分的吸光系数αi和脉动动脉血液的光程长d，计算出各组分的浓度c_j；

动态光谱检测模块得到血液各组分的浓度c_j的光谱即为血液成分的原始数据，存储器将检测的原始数据进行储存和传输；

S2、利用数据处理模块对原始数据进行分析处理：

数据处理模块接收传输的原始数据，即血液中各组分浓度c_j后，根据需要设置合适的参数，结合各个组分的分子量，算出每个组分的数量，包括白细胞、中性粒细胞和淋巴细胞的数值，通过统计学计算得到快速反映机体炎症变化的炎症指标；结合一段时间内得到的多个炎症指标数据，将炎症指标与正常范围区间上限、下限和区间长度进行比对，提取异常炎症指标为炎症变量，根据炎症变量结合异常体温分析机体状态，得到机体状态的最终结论，并将该结论上传至信息显示模块；

S3、利用信息显示模块显示被测者的感染状态。

进一步地，在S2中，分析判断机体状态的方法为：

当炎症指标大于3.5判定为异常；当体温大于38.5℃即判定为异常；

利用炎症变量与异常体温存在显著正相关，相关系数r＝0.347，当检测到的体温及炎症变量在误差范围内符合回归方程：

Y＝exp(15.851-525.064/X)

即判定为机体存在感染；式中，X为异常体温，Y为炎症变量。

进一步地，在S3中，数据处理模块完成最终的计算和结果分析后，信息显示模块接收数据并作多次检测数据的对比，利用SPSS进行统计学分析，进行动态数据趋势图形描绘，并显示阶段性的检测结果的变化。

一种基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统在大规模急性感染疾病预警中的应用。

进一步地，当数据处理模块和信息显示模块接收上一级模块传输的数据后，将分别通过无线网络和连接数据线产生探测信号反向传输，自动检查无线网络连接和各个附件是否正常：

若上一级模块不能接收到探测信号，则分别作通讯报警提示和连接报警提示；

若均正常，则为数据准确来自检测者本身，若异常，则代表检测者自身的变化，此时显示模块作出警示，分别标记统计学分析和数据趋势图中异常值，并根据异常值记录分析异常变化趋势；

当数据处理模块检测出的异常代表检测者自身变化时，数据处理模块将该异常值上传至医院数据库，院方可查看并导出具体信息；当一段时间内异常病例数达到设定的阈值时，向院方发出预警信息，提示可能存在的大规模急性感染疾病情况。

技术方案的有益效果是：

本发明结合动态光谱进行血液成分无创检测，检测血液中的白细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等指标，通过统计学计算形成一种可以快速反应机体炎症变化的炎症指标，同时利用温度传感器测量体温；再结合大量临床数据以及多次测量所得的炎症指标和体温，判断炎症指标和体温是否处于正常值的范围，并将炎症指标和体温与正常范围区间上、下限和区间长度进行比对，再结合一段时间内得到的多个炎症指标和体温数据，提取其异常值得到炎症变量和异常体温。炎症变量与异常体温存在显著正相关，根据炎症变量，结合异常体温等指标能分析机体状态，并将异常数据上传数据库，当异常数据到达一定阈值后向院方发出预警。整个系统简单、使用方便，可实现实时人群中大规模无创检测和动态观察。

附图说明

图1为本发明基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的结构框图；

图2为本发明基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的系统框图；

图3为本发明基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统信息显示模块的运行框图；

图4为本发明基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统异常处理的框图；

图5为本发明基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的体温与炎症变量的统计学分析图；

附图中的对应标记的名称为：

动态光谱检测模块1、数据处理模块2、信息显示模块3。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

如图1至图5所示，基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统，包括动态光谱检测模块1、数据处理模块2、信息显示模块3；

动态光谱检测模块1包括温度传感器、分光器件、光电转换器件、模数转换器件和储存器；分光器件用于激发近红外入射光照射被检测者；光电转换器件通过光纤与分光器件连接，用于接收照射检测者后得到的出射光并将其转换成电信号；模数转换器通过光纤与光电转换器件连接，用于接收光电转换器件传输的电信号，并将其转换为数字信号；储存器通过数据线与模数转换器连接，用于储存数字信号并通过无线网络传输数据；

数据处理模块2通过无线网络接收动态光谱检测模块1传输的血液成分和体温数据，用于进行数据处理，并将处理后的结果传输给显示模块并上传医院数据库；

信息显示模块3用于接收处理的结果，并进行显示。

一种基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的预警方法，包括以下步骤：

S1、利用动态光谱检测模块1检测血液成分：

分光器件激发出数个不同波长的近红外光，照射被检测者的手指后，分光器件接收各个波长的出射光所对应的光电脉搏波，光电转换器件和模数转换器实现光—电—数字信号的转换，得到变化的出射光强的数据，根据朗伯-比尔定律，得到：

式中，A^λ为波长λ下的脉动动脉血液吸光度，αi为血液各组分的吸光系数，d为最大充盈状态下脉动动脉血液的等效光程，c_j为各组分的浓度，

为血液各组分的α、c、d之和，I₀(λ)为波长λ下的脉动动脉血液的入射光，I(λ)为波长λ下的脉动动脉血液的出射光，Iλmax为脉动动脉血液波长λ下最强出射光，Iλmin为脉动动脉血液波长λ下最弱出射光，ln为以e为底求取对数；

检测得到动态光谱后，挑选出Iλmax和Iλmin，根据已知的血液各组分的吸光系数αi和脉动动脉血液的光程长d，计算出各组分的浓度c_j；

动态光谱检测模块1得到血液各组分的浓度c_j的光谱即为血液成分的原始数据，储存器将检测的原始数据进行储存和传输；

S2、利用数据处理模块2对原始数据进行分析处理：

数据处理模块2接收传输的原始数据，即血液中各组分浓度c_j后，根据需要设置合适的参数，结合各个组分的分子量，算出每个组分的数量，包括白细胞、中性粒细胞和淋巴细胞的数值，通过统计学计算得到快速反映机体炎症变化的炎症指标；结合一段时间内得到的多个炎症指标数据，将炎症指标与正常范围区间上限、下限和区间长度进行比对，提取异常炎症指标为炎症变量，根据炎症变量结合异常体温分析机体状态，得到机体状态的最终结论，并将该结论上传至信息显示模块；其中，分析判断机体状态的方法为：

当炎症指标大于3.5判定为异常；当体温大于38.5℃即判定为异常；

利用炎症变量与异常体温存在显著正相关，相关系数r＝0.347，当检测到的体温及炎症变量在误差范围内符合回归方程：

Y＝exp(15.851-525.064/X)

即判定为机体存在感染；式中，X为异常体温，Y为炎症变量；

S3、利用信息显示模块3显示被测者的感染状态：数据处理模块2完成最终的计算和结果分析后，信息显示模块3接收数据并作多次检测数据的对比，利用SPSS进行统计学分析，进行动态数据趋势图形描绘，并显示阶段性的检测结果的变化。

一种基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统在大规模急性感染疾病预警中的应用。

当数据处理模块2和信息显示模块3接收上一级模块传输的数据后，将分别通过无线网络和连接数据线产生探测信号反向传输，自动检查无线网络连接和各个附件是否正常：

若上一级模块不能接收到探测信号，则分别作通讯报警提示和连接报警提示；

若均正常，则为数据准确来自检测者本身，若异常，则代表检测者自身的变化，此时信息显示模块3作出警示，分别标记统计学分析和数据趋势图中异常值，并根据异常值记录分析异常变化趋势；

当数据处理模块2检测出的异常代表检测者自身变化时，数据处理模块2将该异常值上传至医院数据库，院方可查看并导出具体信息；当一段时间内异常病例数达到设定的阈值时，向院方发出预警信息，提示可能存在的大规模急性感染疾病情况。

下面结合表1对本发明进一步说明：

表1体温与炎症变量斯皮尔曼相关性分析

本发明基于动态光谱的无创检测血液成分的方法，通过检测血液中的白细胞、中性粒细胞、淋巴细胞等指标，通过统计学计算形成一种可以快速反应机体炎症变化的炎症指标，将异常数据上传数据库，当异常数据到达一定阈值后向院方发出预警。整个系统简单、使用方便，可实时实现人群大规模无创检测。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统，其特征在于：包括动态光谱检测模块、数据处理模块、信息显示模块；

所述动态光谱检测模块外加有温度传感器，所述动态光谱检测模块用于检测血液成分的吸收光谱和体温数据，并将检测到的数据传输给所述数据处理模块；

所述数据处理模块通过无线网络接收所述动态光谱检测模块传输的血液成分和体温数据，用于进行数据处理，并将处理后的结果传输给显示模块并上传医院数据库；

所述信息显示模块用于接收处理的结果，并进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统，其特征在于：所述动态光谱检测模块还包括分光器件、光电转换器件、模数转换器件和储存器；所述分光器件用于激发近红外入射光照射被检测者；所述光电转换器件通过光纤与分光器件连接，用于接收照射检测者后得到的出射光并将其转换成电信号；所述模数转换器通过光纤与光电转换器件连接，用于接收光电转换器件传输的电信号，并将其转换为数字信号；所述储存器通过数据线与模数转换器连接，用于储存数字信号并通过无线网络传输数据。

3.一种如权利要求2所述的基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用动态光谱检测模块检测血液成分：

分光器件激发出数个不同波长的近红外光，照射被检测者的手指后，分光器件接收各个波长的出射光所对应的光电脉搏波，光电转换器件和模数转换器实现光—电—数字信号的转换，得到变化的出射光强的数据，根据朗伯-比尔定律，得到：

式中，A^λ为波长λ下的脉动动脉血液吸光度，αi为血液各组分的吸光系数，d为最大充盈状态下脉动动脉血液的等效光程，c_j为各组分的浓度，

为血液各组分的α、c、d之和，I₀(λ)为波长λ下的脉动动脉血液的入射光，I(λ)为波长λ下的脉动动脉血液的出射光，Iλmax为脉动动脉血液波长λ下最强出射光，Iλmin为脉动动脉血液波长λ下最弱出射光，ln为以e为底求取对数；

检测得到动态光谱后，挑选出Iλmax和Iλmin，Iλmax为波长λ下最强出射光，根据已知的血液各组分的吸光系数αi和脉动动脉血液的光程长d，计算出各组分的浓度c_j；

动态光谱检测模块得到血液各组分的浓度c_j的光谱即为血液成分的原始数据，储存器将检测的原始数据进行储存和传输；

S2、利用数据处理模块对原始数据进行分析处理：

数据处理模块接收传输的原始数据，即血液中各组分浓度c_j后，根据需要设置合适的参数，结合各个组分的分子量，算出每个组分的数量，包括白细胞、中性粒细胞和淋巴细胞的数值，通过统计学计算得到快速反映机体炎症变化的炎症指标；结合一段时间内得到的多个炎症指标数据，将炎症指标与正常范围区间上限、下限和区间长度进行比对，提取异常炎症指标为炎症变量，根据炎症变量结合异常体温分析机体状态，得到机体状态的最终结论，并将该结论上传至信息显示模块；

S3、利用信息显示模块显示被测者的感染状态。

4.一种如权利要求3所述的基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的预警方法，其特征在于：在S2中，分析判断机体状态的方法为：

当炎症指标大于3.5判定为异常；当体温大于38.5℃即判定为异常；

利用炎症变量与异常体温存在显著正相关，相关系数r＝0.347，当检测到的体温及炎症变量在误差范围内符合回归方程：

Y＝exp(15.851-525.064/X)

即判定为机体存在感染；式中，X为异常体温，Y为炎症变量。

5.一种如权利要求3所述的基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统的预警方法，其特征在于：在S3中，数据处理模块完成最终的计算和结果分析后，信息显示模块接收数据并作多次检测数据的对比，利用SPSS进行统计学分析，进行动态数据趋势图形描绘，并显示阶段性的检测结果的变化。

6.一种如权利要求2所述的基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统在大规模急性感染疾病预警中的应用。

7.一种如权利要求6所述的基于动态光谱的人群急性感染性疾病的预警系统在大规模急性感染疾病预警中的应用，其特征在于：当数据处理模块和信息显示模块接收上一级模块传输的数据后，将分别通过无线网络和连接数据线产生探测信号反向传输，自动检查无线网络连接和各个附件是否正常：

若上一级模块不能接收到探测信号，则分别作通讯报警提示和连接报警提示；

若均正常，则为数据准确来自检测者本身，若异常，则代表检测者自身的变化，此时信息显示模块作出警示，分别标记统计学分析和数据趋势图中异常值，并根据异常值记录分析异常变化趋势；

当数据处理模块检测出的异常代表检测者自身变化时，数据处理模块将该异常值上传至医院数据库，院方可查看并导出具体信息；当一段时间内异常病例数达到设定的阈值时，向院方发出预警信息，提示可能存在的大规模急性感染疾病情况。

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