人脑动态仿体装置和近红外光学仪器精确度标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了人脑动态仿体装置和近红外光学仪器精确度标定方法，通过模拟近红外光学仪器的测试环境，精确量化特征，实现了标定近红外光学检测装置的精确度的功能，解决了近红外光学检测行业缺乏检验标准的问题，为近红外光学检测提供了有效检验标准，为近红外光谱标准化行业发展奠定了基础。本发明专利技术相较于动物实验，具有标准化生产、重复使用、参数可控、工作环境稳定可控的优点。本发明专利技术降低了生产成本，降低了检测费用和医疗成本。降低了检测费用和医疗成本。降低了检测费用和医疗成本。

【技术实现步骤摘要】
人脑动态仿体装置和近红外光学仪器精确度标定方法


[0001]本专利技术属于医疗光电监测
，具体涉及人脑动态仿体装置和近红外光学仪器精确度标定方法。

技术介绍

[0002]不同的有机物含有不同的基团，不同的基团有不同的能级，不同的基团和同一基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长都有明显差别，且吸收系数小，发热少，因此近红外光谱可作为获取信息的一种有效的载体。近红外光照射时，频率相同的光线和基团将发生共振现象，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子；而近红外光的频率和样品的振动频率不相同，该频率的红外光就不会被吸收。因此，利用600
‑
900nm波长的近红外光源照射颅骨，根据脑组织中主要生色团物质(氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和细胞色素氧化酶)对近红外光谱吸收的差异，通过测量经过脑组织漫射后的出射光强度，获取脑组织对于光的吸收作用信息，再采用相关算法，可以得出脑血氧饱和度。
[0003]随着近红外光谱检测技术的发展，一个问题也逐渐显露。即从研究机构到企业，缺乏行业公认的有效检验标准。只有经过公认的检验后，其产品的功能效用才更加客观且更具说服力。目前常见的检验方法为物理模拟或动物实验。一个行业检验标准，应具备完备的物理模拟观测量检测，因此其优先级更高。物理模拟是提取目标检测量的相关特征后，通过物理装置模拟实现其特征精确量化的方法。其相较于动物实验的优点有：可标准化生产、重复使用、参数可控、工作环境稳定可控；另外，批量化生产可降低生产成本，从而降低检测费用降低医疗成本。
[0004]因此当前需要一种模拟人脑生色团活动的物理装置来标定现有近红外光学检测装置的可靠性和精确度，作为行业的检验标准。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供人脑动态仿体装置和近红外光学仪器精确度标定方法，用于标定近红外光学检测装置的精确度。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：人脑动态仿体装置，包括脑组织物理环境模拟模块、生色团模拟模块、运动控制模块、人机交互模块；脑组织物理环境模拟模块设有仪器接口用于连接待标定仪器，内部充满浓度为1％的脂肪乳剂Intralipid溶液用于模拟人的脑组织物理环境；生色团模拟模块装配在脑组织物理环境模拟模块中通过颜色的深浅变化模拟生色团在光的模态下的浓度变化，用于动态模拟人脑各个区域的生色团在进行脑部活动时对光辐射产生的包括吸收、散射的生物学性能；人机交互模块的信号输出端连接运动控制模块的信号输入端，用于根据预输入的脑功能活动模式向运动控制模块发送控制指令；人机交互模块的信号输入端连接待标定仪器的信号输出端，用于接收、处理、显示待标定仪器的测试数据和标定结果；运动控制模块的动作输出端连接生色团模拟模块，用于驱动生色团模拟模块进行模拟脑部活动的动作；生色团模拟模块包括至少一个
活动的、具有色值差异的色棒；色棒是由透光材料制成的长杆，长杆表面自顶部向下依次分布若干环状的色带，色带的颜色自上而下通过调整RGB值变深或变浅。
[0007]按上述方案，同一根色棒的色带采用线性变化的色谱，色带的颜色变化程度一致、色带的宽度一致；色棒以精度高低分类，包括高精度色棒和低精度色棒；高精度色棒的色带的宽度小于10mm；低精度色棒的色带的宽度大于等于10mm且小于30mm；待标定仪器的传感器的尺寸和检测精度越高则单个色带的宽度越小，待标定仪器的测量范围越大则同一根色棒上的色谱的跨度越大；色棒的颜色、深浅根据待标定仪器的目标观测量选择；若目标观测量为血氧饱和度，则选择红色的色棒；若模拟的是人脑表层活动少，深层活动多，则选择变深的色棒；若模拟的是人脑表层活动多，深层活动少，则选择变浅的色棒；色棒的形状为由平面闭合图形法向拉伸得到的实体形状，包括圆柱、长方体、三棱柱；色带的表面采用磨砂工艺或涂抹哑光漆使色带表面粗糙，用于增强色带的散射能力从而模拟生色团对光的吸收和反射；透光材料包括但不限于PMMA、PE、FEP。
[0008]按上述方案，脑组织物理环境模拟模块包括顶箱，顶箱是由遮光材料制成的封闭容器；遮光材料的透光率低于1％且不易与Intralipid溶液反应，包括但不限于黑色ABS、PPO、及POM；顶箱的表面喷涂黑漆用于吸收透过遮光材料的光线；顶箱的顶面设有仪器接口，仪器接口的选用包括PMMA的透光材料；顶箱的内部设有与顶箱的顶面垂直的空心通道用于供色棒进行往复运动；空心通道的截面形状与色棒的截面形状相匹配；顶箱的上下表面的使用面积不小于人脑面积，设置为390*390mm2；设置单个空心通道的截面积小于顶箱的高度大于30mm，且使色棒的长度比顶箱的高度长一定距离，用于保证色棒的预设长度伸入顶箱；空心通道之间相互平行；每行空心通道之间紧密排列，相邻两行空心通道之间交错紧密排列。
[0009]按上述方案，人机交互模块包括显示单元、数据处理单元和开关；数据处理单元包括通信模块和处理器；通信模块用于与上位机或远程平台传输数据；处理器用于比对待标定仪器的测试数据和预输入的脑功能活动模式得到被测仪器的精确度，或比对待标定仪器的传感器的检测数据和预输入的脑功能活动模式得到传感器标定数据；显示单元用于输入指令、查阅命令、显示数据和结果；开关用于启动和停止人脑动态仿体装置的运行。
[0010]按上述方案，还包括安装框架；安装框架包括底座和固定支架；底座的四角设有第二支柱，固定支架的底面设有第二定位凹槽，第二支柱装配在第二定位凹槽中，底座与固定支架通过第二支柱和第二定位凹槽定位并可拆卸式连接；固定支架的顶部设有第一支柱，顶箱的底部的设有第一定位凹槽，第一支柱装配在第一定位凹槽中，固定支架与顶箱通过第二支柱和第二定位凹槽定位并可拆卸式连接；人机交互模块设置在底座的内部；底座的顶面设有电机凹槽。
[0011]进一步的，运动控制模块包括运动单元和控制单元；运动单元包括升降机构；升降机构用于驱动色棒做上下往复运动，升降机构包括轴承支架、丝杆、导轨、滑块、电机；导轨固定在轴承支架之间；丝杆与导轨平行、以中心轴为旋转轴、通过轴承连接在轴承支架之间；电机装配在电机凹槽中，轴承支架分别可拆卸式连接固定在底座的顶面和固定支架的底面；滑块设有两个孔，分别套装在丝杆与导轨上，套装丝杆的孔为与丝杆配合的螺纹孔，套装导轨的孔为通孔；滑块还设有A装配孔，A装配孔用于固定色棒的底部；电机设置在连接
丝杆的轴承底部，用于驱动丝杆转动使滑块做上下直线运动；电机选用伺服电机；控制单元的控制端连接电机的受控端，用于将收到的数据转换为指令并发送给电机。
[0012]进一步的，为模仿表层血氧活动少、深层血氧活动多包括氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白生色团的人脑环境，设色棒的直径为5mm，长度为120mm；顶箱的高度为100mm；设色棒的单个色带宽为5mm、色带总宽为30mm；设色棒a的色带自上而下变深，色带色值范围依次为RGB(255，120，120)～RGB(255，100，100)、RGB(255，100，100)～RGB(255，80，80)、RGB(255，80，80)～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.人脑动态仿体装置，其特征在于：包括脑组织物理环境模拟模块、生色团模拟模块、运动控制模块、人机交互模块；脑组织物理环境模拟模块设有仪器接口用于连接待标定仪器，内部充满浓度为1％的脂肪乳剂Intralipid溶液用于模拟人的脑组织物理环境；生色团模拟模块装配在脑组织物理环境模拟模块中通过颜色的深浅变化模拟生色团在光的模态下的浓度变化，用于动态模拟人脑各个区域的生色团在进行脑部活动时对光辐射产生的包括吸收、散射的生物学性能；人机交互模块的信号输出端连接运动控制模块的信号输入端，用于根据预输入的脑功能活动模式向运动控制模块发送控制指令；人机交互模块的信号输入端连接待标定仪器的信号输出端，用于接收、处理、显示待标定仪器的测试数据和标定结果；运动控制模块的动作输出端连接生色团模拟模块，用于驱动生色团模拟模块进行模拟脑部活动的动作；生色团模拟模块包括至少一个活动的、具有色值差异的色棒；色棒是由透光材料制成的长杆，长杆表面自顶部向下依次分布若干环状的色带，色带的颜色自上而下通过调整RGB值变深或变浅。2.根据权利要求1所述的人脑动态仿体装置，其特征在于：同一根色棒的色带采用线性变化的色谱，色带的颜色变化程度一致、色带的宽度一致；色棒以精度高低分类，包括高精度色棒和低精度色棒；高精度色棒的色带的宽度小于10mm；低精度色棒的色带的宽度大于等于10mm且小于30mm；待标定仪器的传感器的尺寸和检测精度越高则单个色带的宽度越小，待标定仪器的测量范围越大则同一根色棒上的色谱的跨度越大；色棒的颜色、深浅根据待标定仪器的目标观测量选择；若目标观测量为血氧饱和度，则选择红色的色棒；若模拟的是人脑表层活动少，深层活动多，则选择变深的色棒；若模拟的是人脑表层活动多，深层活动少，则选择变浅的色棒；色棒的形状为由平面闭合图形法向拉伸得到的实体形状，包括圆柱、长方体、三棱柱；色带的表面采用磨砂工艺或涂抹哑光漆使色带表面粗糙，用于增强色带的散射能力从而模拟生色团对光的吸收和反射；透光材料包括但不限于PMMA、PE、FEP。3.根据权利要求1所述的人脑动态仿体装置，其特征在于：脑组织物理环境模拟模块包括顶箱，顶箱是由遮光材料制成的封闭容器；遮光材料的透光率低于1％且不易与Intralipid溶液反应，包括但不限于黑色ABS、PPO、及POM；顶箱的表面喷涂黑漆用于吸收透过遮光材料的光线；顶箱的顶面设有仪器接口，仪器接口的选用包括PMMA的透光材料；顶箱的内部设有与顶箱的顶面垂直的空心通道用于供色棒进行往复运动；空心通道的截面形状与色棒的截面形状相匹配；顶箱的上下表面的使用面积不小于人脑面积，设置为390*390mm2；设置单个空心通道的截面积小于顶箱的高度大于30mm，且使色棒的长度比顶箱的高度长一定距离，用于保证色棒的预
设长度伸入顶箱；空心通道之间相互平行；每行空心通道之间紧密排列，相邻两行空心通道之间交错紧密排列。4.根据权利要求1所述的人脑动态仿体装置，其特征在于：人机交互模块包括显示单元、数据处理单元和开关；数据处理单元包括通信模块和处理器；通信模块用于与上位机或远程平台传输数据；处理器用于比对待标定仪器的测试数据和预输入的脑功能活动模式得到被测仪器的精确度，或比对待标定仪器的传感器的检测数据和预输入的脑功能活动模式得到传感器标定数据；显示单元用于输入指令、查阅命令、显示数据和结果；开关用于启动和停止人脑动态仿体装置的运行。5.根据权利要求1所述的人脑动态仿体装置，其特征在于：还包括安装框架；安装框架包括底座和固定支架；底座的四角设有第二支柱，固定支架的底面设有第二定位凹槽，第二支柱装配在第二定位凹槽中，底座与固定支架通过第二支柱和第二定位凹槽定位并可拆卸式连接；固定支架的顶部设有第一支柱，顶箱的底部的设有第一定位凹槽，第一支柱装配在第一定位凹槽中，固定支架与顶箱通过第二支柱和第二定位凹槽定位并可拆卸式连接；人机交互模块设置在底座的内部；底座的顶面设有电机凹槽。6.根据权利要求5所述的人脑动态仿体装置，其特征在于：运动控制模块包括运动单元和控制单元；运动单元包括升降机构；升降机构用于驱动色棒做上下往复运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，吴启明，吴艳兵，庞媛，
申请(专利权)人：武汉爱可泰思医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：