一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法技术

本发明专利技术公开一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法。本发明专利技术利用差分光密度差异算法和VIP分析技术确定光源与探测器之间的最佳检测距离，再将光源与探测器以对称分布的模式编织在头带上进行光强数据的采集。通过探测器检测来自光源照射头部的出射光强值所携带的人体头部组织吸收和散射信息，将这部分信息利用数据均衡分布的方法进行预处理，再基于深度学习的方法进行重建，达到检测人体组织异质体位置及大小的目的。采用本发明专利技术提供的头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法能够快速、无创、实时、准确、便携的检测异质体位置及大小信息。

A Headband Heterogeneity Detection Equipment and Head Heterogeneity Detection Method

【技术实现步骤摘要】
一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法
本专利技术涉及生物检测
，特别是涉及一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法。
技术介绍
中国地震、泥石流等自然灾害频发，交通事故发生次数居高不下，各类极限运动也常导致意外伤亡，每年创伤人数约有1000万人次，伤残人数约100万。在最终死亡的伤者中，颅脑损伤占85％。颅脑外伤造成的脑部异质体发生率约占颅脑损伤的50％。创伤性颅脑异质体救治关键在于早发现，并根据病患具体病情制定与之相符的医疗救治方案，尤其是在创伤后1小时的黄金时间段，若不能及早发现治疗，很可能危及生命或造成无法逆转的终身残疾，因此颅脑创伤患者需要快速诊断，为获得及时的医疗救治赢得时间。影像学方法，例如CT(ComputedTomography，X线计算机断层摄影)、MRI(MagneticResonanceImaging，磁共振成像)，是目前最为通用的临床脑部检测异质体的手段，被称为颅脑异质体诊断的“金标准”。然而影像学方法检测异质体存在诸多问题：例如CT、MRI造价高昂，属于大型精密医疗设备，很难在第一时间到达事故现场第一线，并且检测过程复杂，检测时间过长，无法对伤员进行及时快速的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法，以克服影像学方法(CT、MRI)检测设备较庞大、检测费用较高、检测过程复杂且检测时间过长，无法进行实时、连续的检测等缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种头带式异质体检测设备，所述头带式异质体检测设备包括：塑料光纤POF头带以及固定在所述POF头带内的光源与探测器模块、控制模块、无线模块和存储模块；所述控制模块分别与所述光源与探测器模块、所述无线模块及所述存储模块连接；所述光源与探测器模块包括五组光源与探测器模组，分别为第1组光源与探测器模组、第2组光源与探测器模组、第3组光源与探测器模组、第4组光源与探测器模组和第5组光源与探测器模组；每组所述光源与探测器模组中包括左右对称放置的两组光源与探测器装置；十组所述光源与探测器装置等间隔设置在所述POF头带上；每组所述光源与探测器装置中包括一个光源和一个探测器；所述光源用于产生近红外光入射到人体头部；所述探测器用于检测出射光的光强值，并将所述光强值发送至所述控制模块；所述控制模块一方面将所述光强值存储于所述存储模块中，根据所述光强值检测异质体位置及大小信息；另一方面所述控制模块将所述光强值通过所述无线模块发送至专用服务器。可选的，每组所述光源与探测器装置中，所述光源与所述探测器之间的距离为3.4cm。可选的，所述光源为808nm近红外光源。可选的，所述探测器为光电二极管、光电三极管、光硅电池、光电倍增管、电荷耦合器件CCD或者互补金属氧化物半导体CMOS。可选的，所述POF头带采用两层相同的POF织物进行编织而成。可选的，所述POF头带外层覆盖一层遮光材料。一种头部异质体检测方法，所述头部异质体检测方法基于所述头带式异质体检测设备；所述头部异质体检测方法包括：获取用于训练异质体检测模型的完整数据集；所述完整数据集中包括多个样本数据；每个所述样本数据中包括一组光强值及与所述光强值对应的吸收系数真实值；采用数据均衡分布方法从所述完整数据集中选取部分样本数据作为训练集；采用所述训练集对深度学习网络模型进行训练，获得训练后的网络模型作为异质体检测模型；获取所述头带式异质体检测设备采集的待测光强值；将所述待测光强值输入所述异质体检测模型，输出吸收系数重建图像；根据所述吸收系数重建图像确定待测异质体的位置及大小。可选的，所述采用所述训练集对深度学习网络模型进行训练，获得训练后的网络模型作为异质体检测模型，具体包括：基于所述训练集，采用无监督学习方法训练所述深度学习网络模型的权重和偏差，生成训练后的权重和偏差；将所述训练后的权重和偏差作为初始值放入BP神经网络中进行有监督的最近邻NN训练，生成优化后的权重和偏差；将所述优化后的权重和偏差作为所述训练后的网络模型的网络参数，生成所述训练后的网络模型作为异质体检测模型。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法，本专利技术利用差分光密度差异算法和VIP分析技术确定光源与探测器之间的最佳检测距离，再将光源与探测器以对称分布的模式编织在头带上进行光强数据的采集。通过探测器检测来自光源照射头部的出射光强值所携带的人体头部组织吸收和散射信息，先将这部分信息利用数据均衡分布的方法进行预处理，再基于深度学习的方法进行重建，达到检测人体组织异质体位置及大小的目的。采用本专利技术提供的头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法能够快速、无创、实时、准确、便携的检测异质体位置及大小信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本专利技术提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的头带式异质体检测设备的佩戴方式示意图；图2为本专利技术提供的头带式异质体检测设备中光源和探测器的位置示意图；图3为本专利技术提供的头带式异质体检测设备左右对称检测部位的示意图；图4为本专利技术提供的头带式异质体检测设备的电路连接示意图；图5为本专利技术提供的差分光密度差异曲线的计算过程示意图；图6为本专利技术提供的最佳源探距离分布的VIP分析图；图7为本专利技术提供的头部异质体检测方法的流程图；图8为本专利技术提供的两种训练集选择方法的预测结果示意图。图9为本专利技术提供的深度神经网络模型结构及工作原理示意图；其中图9(a)为深度神经网络模型的预训练网络示意图；图9(b)为深度神经网络模型的NN训练网络示意图；图10为本专利技术提供的不同位置的异质体重建结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种头带式异质体检测设备及头部异质体检测方法，利用对称设计的近红外光源与探测器来获得人体头部组织的出射光强信息，通过神经网络训练得到人体脑部的异质体位置及大小信息，以克服影像学方法(CT、MRI)检测设备较庞大、检测费用较高，无法进行实时、连续的异质体检测等缺陷。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本
技术实现思路
主要包括两部分：异质体位置和大小信息的采集和重建。异质体位置和大小信息的采集是通过头带式异质体检测设备实现。异质体位置和大小信息的重建可采用本专利技术头部异质体检测方法实现。图1为本专利技术提供的头带式异质体检测设备的佩戴方式示意图。图2为本专利技术提供的头带式异质体检测设备中光源和探测器的位置示意图。图3为本专利技术提供的头带式异质体检测设备左右对称检测部位的示意图。图4为本专利技术提供的头带式异质体检测设备的电路连接示意图。参见图1和图4，本专利技术提供的头带式异质体检测设备包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头带式异质体检测设备，其特征在于，所述头带式异质体检测设备包括：塑料光纤POF头带以及固定在所述POF头带内的光源与探测器模块、控制模块、无线模块和存储模块；所述控制模块分别与所述光源与探测器模块、所述无线模块及所述存储模块连接；所述光源与探测器模块包括五组光源与探测器模组，分别为第1组光源与探测器模组、第2组光源与探测器模组、第3组光源与探测器模组、第4组光源与探测器模组和第5组光源与探测器模组；每组所述光源与探测器模组中包括左右对称放置的两组光源与探测器装置；十组所述光源与探测器装置等间隔设置在所述POF头带上；每组所述光源与探测器装置中包括一个光源和一个探测器；所述光源用于产生近红外光入射到人体头部；所述探测器用于检测出射光的光强值，并将所述光强值发送至所述控制模块；所述控制模块一方面将所述光强值存储于所述存储模块中，根据所述光强值检测异质体位置及大小信息；另一方面所述控制模块将所述光强值通过所述无线模块发送至专用服务器。

【技术特征摘要】
1.一种头带式异质体检测设备，其特征在于，所述头带式异质体检测设备包括：塑料光纤POF头带以及固定在所述POF头带内的光源与探测器模块、控制模块、无线模块和存储模块；所述控制模块分别与所述光源与探测器模块、所述无线模块及所述存储模块连接；所述光源与探测器模块包括五组光源与探测器模组，分别为第1组光源与探测器模组、第2组光源与探测器模组、第3组光源与探测器模组、第4组光源与探测器模组和第5组光源与探测器模组；每组所述光源与探测器模组中包括左右对称放置的两组光源与探测器装置；十组所述光源与探测器装置等间隔设置在所述POF头带上；每组所述光源与探测器装置中包括一个光源和一个探测器；所述光源用于产生近红外光入射到人体头部；所述探测器用于检测出射光的光强值，并将所述光强值发送至所述控制模块；所述控制模块一方面将所述光强值存储于所述存储模块中，根据所述光强值检测异质体位置及大小信息；另一方面所述控制模块将所述光强值通过所述无线模块发送至专用服务器。2.根据权利要求1所述的头带式异质体检测设备，其特征在于，每组所述光源与探测器装置中，所述光源与所述探测器之间的距离为3.4cm。3.根据权利要求1所述的头带式异质体检测设备，其特征在于，所述光源为808nm近红外光源。4.根据权利要求1所述的头带式异质体检测设备，其特征在于，所述探测器为光电二极管、光电三极管、光硅电池、光电倍增管、电荷耦合器件CCD或者互补金属氧化物半导体CMOS。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧泉，吴念，任丽娜，王金海，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12