CN201719230U - 一种全自动舌苔分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全自动舌苔分析仪。该装置包括光源辐射单元、测试空腔、分光探测单元、信号调理及处理单元、信号控制单元、数据显示单元和电源提供单元组成。本实用新型的方法和装置可以利用舌苔的吸收反射光的特性光谱来量化表征舌苔的苔色，厚度及润燥度，可以实现对舌苔光谱进行实时采集和分析处理并将分析结果加以显示。相比采用图像处理技术来讲，算法更简捷、实用。本实用新型装置中的平场全息凹面光栅分光系统采用钣金一体化加工形式，以及光纤的使用，减小了仪器体积的同时，提高了光谱探测的精度。该实用新型造价相对较低易于应用推广，且轻巧便携式的结构使得系统的适用性和实用性强。

Description

一种全自动舌苔分析仪 

技术领域

本实用新型涉及生物医学测量和医疗器械技术领域，具体涉及一种全自动舌苔分析仪的检测方法及其装置。 

背景技术

舌诊是中医对病患进行诊断的一种手段，舌苔的苔色，厚度及润燥度正常与否可以作为判断病情严重程度的一种依据。传统的中医舌诊的方法，通常是凭医生的直接目测，受医生的主观性和经验等因素较大，从而影响病情判断的准确度。因此，为了克服传统舌诊的主观因素，并提高舌诊的准确度和可靠性，就必须要对舌苔或舌质进行必要的定量或定性的分析。 

目前通常使用的舌苔诊断技术主要是中医目测法和图像处理法，前者是中医舌诊的传统方法，但是受限于中医师的经验和主观判断，并且光源和病人的饮食等环境因素都有可能导致医师的诊断不准确。而后者是借助计算机的图像处理技术，该技术首先利用图像采集设备，比如照相机或摄像头等来采集舌像，然后将舌像图片交由计算机及图像分析软件进行处理。但是，现有的图像处理技术应用于舌苔分析时，大多只是采用舌苔图像的颜色值，用各种颜色分析模型，比如RGB模型、YUV模型、Lab模型和HSL模型等进行简单的统计分析，并且，由于舌苔的苔色、厚薄度和湿润度分布在舌头的不同区域是不均匀的，不同区域的舌苔可以表现出不同的特征，这样就必须将整个舌区域分成多个子区域，对每个子区域进行分析后，再做整体分析。这样分析过程复杂，计算量较大。另外由于舌像采集过程中，会将部分人脸，嘴唇等区域也采集到，而这些区域的颜色值，在做图像分析处理时，必然会影响舌像的分析，造成较大的误差。另外，这种方法与传统目测法类似，同样受到光源和图像采集设备等条件的限制，由于这些因素的影响，故图像处理技术应用与舌诊时往往不能取得较好的效果。 

随着光谱技术的发展，光谱技术已经得到了广泛的应用，比如食品质量检测、大气或水质等环境检测以及生物医疗领域的应用。将光谱技术使用在医学诊断中，尤其是中医的舌苔分析诊断中，能够有效地克服上述缺陷。 

实用新型内容

为解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种全自动舌苔分析仪。可以方便、快捷、准确的对表征舌苔的苔色，厚薄度及润燥度信息进行定量和定性的分析。相比计算机图像处理技术，大大降低了图像处理算法的复杂程度，可以对舌苔 和舌质做到实时的分析处理的同时得到诊断结果。 

本实用新型的技术方案是：一种全自动舌苔分析仪包括，光源辐射单元(100)，测试空腔(200)、分光探测单元(300)、信号调理及处理单元(400)、信号控制单元(500)、数据显示单元(600)以及供电单元(700)，其特征在于：所述分光探测单元(300)包括光纤传感器(310)、准直透镜(320)以及分光系统(330)。 

所述分光系统(330)为平场全息凹面光栅分光系统，包括入射狭缝(331)、平场全息凹面光栅(332)以及光电阵列探测器(333)。 

所述分光探测单元(300)的入射狭缝(331)的狭缝宽度为60μm，平场全息凹面光栅(332)为反射光栅，其入臂长为104mm，出臂为102mm，入射光垂直与平场全息凹面光栅(332)底部表面入射，入射光和反射光之间的夹角为20.9°，光电阵列探测器有效像素为46个，光谱相应范围为190-1000nm，光谱面宽度为33.35mm。 

所述分光系统(330)为一体化铝合金钣金结构尺寸为121mm×99mm×30mm，一体化铝合金钣金内壁具有齿槽，齿的尺寸为1cm×0.2cm×3.0cm，槽深度为1cm，宽度为0.2cm。 

所述光源辐射单元(100)具有光源(110)和光纤(120)，其中，所述光源(110)采用具有标准光源光谱特性的带灯杯的卤素灯，其波长范围为300-1000nm；光纤(120)的出光头配有安装头，安装头内安装小型聚焦透镜。 

所述的多路选择器至少为八选一多路选择器。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 

1、采用光谱分析的方法来分析舌苔的相关病理信息，只需对采集到的舌苔光谱进行量化分析即可，该系统可以对舌苔光谱进行实时的采集和分析处理并将分析结果加以显示。相比采用舌像图片摄取后，再经图像处理技术来讲，算法较简捷、实用。 

2、提高了舌苔光谱分析的精度和稳定性。本实用新型采用后分光系统，并使用光纤将光源发出的光导入并定位投射到舌苔表面，并且分光系统的铝合金钣金内壁开齿槽，这样可以最大限度的消除杂散光或背景光以及分光光路中多次反射光对舌苔光谱的干扰，提高仪器的测量精度。 

3、减化了成像系统，减小了仪器的体积。本实用新型采用平场全息凹面光栅构成分光成像系统，仅用一块平场全息凹面光栅就可以方便快捷的获得平直的光谱面，并直接投射到光电阵列探测器的表面。这种分光成像系统最大限度的抑制了成像光路中可能产生的杂散光对光路的影响，改善光谱成像质量。同时，该分光系 统采用的一体化钣金加工方式，也大大的减小了仪器的体积。 

4、信号处理单元采用多路选择器、增益可调放大电路、A/D转换卡、数据缓存器电气化方式连接，减小仪器体积的同时，大大提高了信号处理的效率和稳定性。 

该系统造价相对较低易于应用推广，且轻巧便携式的结构使得系统的适用性和实用性强。 

附图说明

图1为本实用新型舌苔分析仪结构示意图。 

图2为本实用新型舌苔分析仪中分光系统光路示意图。 

图3为分光系统的钣金一体化装置结构图。 

图4为分光系统的俯视图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行更详细的说明。 

如图1，为本实施例的装置结构图，图中所示的舌苔分析仪主要包括光源辐射单元100、测试空腔200、分光探测单元300、信号调理及处理单元400、信号控制单元500、数据显示单元600以及供电单元700。其中，光源辐射单元100包括光源110和光纤120，光纤120将光源110发出的光传输至测试空腔200中。 

在测试空腔200中，设置有下颌托架210，病人将下颌方在托架210上，伸出舌头，使光纤120射入的光照射在舌头上，根据Lambert-Beer定律，舌苔吸收一部分光线，将另一部分光线进行反射，这就产生了能表征舌苔病理特征的特性光谱；在测试腔200中还设置有光线传感器310的接收端，将舌苔反射的光接受并传输至分光探测单元300中。 

分光测试单元300包括光纤传感器310、准直透镜320和分光系统330；光纤传感器310将采集到的光信号照射至准直透镜320的光轴上，光信号通过准直透镜320的准直后，平行射入分光系统330中，经过分光系统330将光信号转换为模拟电信号传入信号调理及处理单元400中。 

信号调理及处理单元400包括多路选择器410、放大电路420、A/D转换卡430、数据缓存器440、信号处理器450以及应用分析部件460，并且依次电气连接。多路选择器410的输入端连接分光探测单元300输出的模拟信号，其输出端与放大电路420的输入端连接，经过放大的模拟信号输入A/D转换卡430(模/数转换卡，Analog to Digital Converter)，将模拟信号转换成数字信号后，传入数据缓存器440 进行缓存，同时A/D转换卡430还与分光测试单元300电气连接，用以向分光测试单元300发出采集信号指令。信号处理器450和应用分析部件460构成主控器400’，并且与信号控制单元500连接，通过输入按键510输入控制信号并进行数据分析。采集到的舌苔光谱信号经过主控器400’处理后，得到表征舌苔苔色，厚薄度及润燥度的数据，这些数据传入数据显示单元600，通过显示器610显示出来。另外，供电单元700分别为光源辐射单元100和信号调理及处理单元400中各个部件提供电源。 

如图2所示，为本实用新型舌苔分析仪中分光系统光路示意图。分光系统330由入射狭缝331、平场全息凹面光栅332、光电阵列探测器333构成。光线经入射狭缝331进入分光系统330，由平场全息凹面光栅332进行分光，再由光电阵列探测器333探测接收平场全息凹面光栅332分出的单色光谱带，最终将光信号转变为模拟电信号。其中光电阵列探测器333内置焊接有驱动模块，与信号调理及处理单元400中的A/D转换卡430电气连接，当A/D转换卡430发出采集信号的指令后，驱动模块产生脉冲信号触发光电阵列探测器333接收采集光谱，并按顺序依次将光电转换的电信号输出。光电阵列探测器结构和其中驱动模块的工作原理是本领域技术人员公知的技术，此处不再赘述。 

该分光系统300的入射狭缝331的狭缝宽度为60μm，平场全息凹面光栅332为反射光栅，栅格密度为600线/mm，中心厚度为8.0mm，平场全息凹面光栅332的底面尺寸为24mm×24mm，其入臂长为104mm，出臂为102mm，入射光垂直与凹面光栅332的底面射入，入射光和反射光之间的夹角为20.9°。光电阵列探测器333采用日本滨松出产的CCD芯片(型号为：Si-S4111-35Q)，其有效像素为46个，光谱面宽度为33.35mm，光谱相应范围为190-1000nm。 

如图3所示，为分光系统330的钣金一体化装置结构图。该分光系统330采用一体化铝合金钣金加工而成，其尺寸为121mm×99mm×30mm，一体化铝合金钣金内壁还设置有开齿槽，齿的尺寸为1cm×0.2cm×3.0cm，槽深度为1cm，宽度为0.2cm。铝合金钣金内壁开齿槽的目的是用来最大限度的消除光路中的杂散光和多次反射光，提高仪器的测量精度。 

从图4中，分光系统的俯视图，可以更清楚的显示分光系统330的结构。 

采用平场全息凹面光栅332作为分光元件时，只使用一片全息凹面光栅就可以同时完成分光和成像，可以简化结构，减小杂散光，提高稳定性和分辨率。同时，在全息凹面光栅光路的一体化铝合金钣金内壁上做开齿槽处理，可以最大限度的减 少光路中的杂散光和反射光，大大的提高仪器的测量精度和分辨率。 

作为优选实施方式，光源110采用具有标准光源光谱特性的带灯杯的卤素灯，其工作波长为300-1000nm；如上所述，被测对象的舌头暴露在测试空腔200内，测试空腔200是采用合成树脂制成的圆柱型容器，被测者的下颌放置于测试空腔200中的三维下颌托架210上，三维下颌托架210可以根据不同患者的舌苔位置情况沿上下、左右、前后等方向调节。被测者的舌头要自然平直，使舌苔充分暴露，光源110发出的光耦合进入光纤120后沿45°入射角辐射到测试空腔200内被测舌苔表面。光纤120采用多芯集束光纤，其出光头配有聚焦透镜安装头，安装头内安装小型聚焦透镜，使得光纤传输的光能聚焦到舌苔表面。光纤120将光源发出的光耦合进光纤，然后将光投射到舌苔表面。 

多路选择器410至少为八选一多路选择器，该八选一多路选择器采用并行方式进行操作，将分光系统330输出的信号，按照需要选择出其中的一路数据输入后续的分析电路中。 

放大电路420由两级放大电路构成，增益可调，其与多路选择器的输出端连接，第一级放大电路为电压跟随器，第二级为运算放大器。可以通过手工调节放大电路中的可调电位计来得到理想的输出增益。 

A/D转换卡430的分辨率为12比特，由主控器400’通过编程控制其读取缓存器440中的数据进行处理，编程语言可以使用例如汇编、C等程序语言 

数据缓存器440与主控器400’之间以PCI并行总线传输方式连接，信号处理器450对采集的连续舌苔光谱数据进行量化处理并由应用分析部件460通过一定的软件计算得出舌苔的苔色、厚薄度及润燥度数值，并且进行进一步的分析处理。 

为了得到更准确的分析结果，还可以在放大电路420的输出端接入信号滤波电路，用以滤除背景光源噪声，将经过过滤后的信号输入A/D转换卡中。 

信号控制单元500与主控器400’电气连接，更具体的说，输入按键510分别与应用分析部件460和信号处理器450电气连接，通过输入按键510可以输入各种不同苔色的判定阈值、选择不同项目的分析程序，比如分析苔色、舌苔的厚薄度以及舌苔的润燥度等；还可以输入控制指令，控制信号处理器450和应用分析部件460的开启、关闭和保存数据等操作。 

供电单元700由变压器和直流稳压电源构成，为光源辐射单元100和信号调理及处理单元400供电。 

这种利用光谱技术来诊断舌苔的方法，相比于计算机图像处理技术，无需对舌 像进行图像分割、色度提取及模型分析，只需对舌苔光谱进行量化处理即可，处理方法快捷，算法较简便，成本低廉，具有较高的实际应用价值。 

Claims (6)

1.一种全自动舌苔分析仪包括，光源辐射单元(100)，测试空腔(200)、分光探测单元(300)、信号调理及处理单元(400)、信号控制单元(500)、数据显示单元(600)以及供电单元(700)，其特征在于：所述分光探测单元(300)包括光纤传感器(310)、准直透镜(320)以及分光系统(330)。

2.根据权利要求1所述的全自动舌苔分析仪，其特征在于：所述分光系统(330)为平场全息凹面光栅分光系统，包括入射狭缝(331)、平场全息凹面光栅(332)以及光电阵列探测器(333)。

3.根据权利要求2所述的全自动舌苔分析仪，其特征在于：所述分光探测单元(300)的入射狭缝(331)的狭缝宽度为60μm，平场全息凹面光栅(332)为反射光栅，其入臂长为104mm，出臂为102mm，入射光垂直与平场全息凹面光栅(332)底部表面入射，入射光和反射光之间的夹角为20.9°，光电阵列探测器有效像素为46个，光谱相应范围为190-1000nm，光谱面宽度为33.35mm。

4.根据权利要求3所述的全自动舌苔分析仪，其特征在于：所述分光系统(330)为一体化铝合金钣金结构尺寸为121mm×99mm×30mm，一体化铝合金钣金内壁具有齿槽，齿的尺寸为1cm×0.2cm×3.0cm，槽深度为1cm，宽度为0.2cm。

5.根据权利要求3所述的全自动舌苔分析仪，其特征在于：所述光源辐射单元(100)具有光源(110)和光纤(120)，其中，所述光源(110)采用具有标准光源光谱特性的带灯杯的卤素灯，其波长范围为300-1000nm；光纤(120)的出光头配有安装头，安装头内安装小型聚焦透镜。

6.根据权利要求3所述的全自动舌苔分析仪，其特征在于：所述的多路选择器至少为八选一多路选择器。 

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