多光谱融合经皮健康指标快速检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多光谱融合经皮健康指标快速检测装置及方法，装置包括设置于壳体中的主板、光源模块和探测器；光源模块，用于在主板的控制下发出单色光，单色光经过出光通道后照射被检测物的表面；探测器，用于在接收被检测物折射和散射的、并经过导光通道扩散和特定角度调整的单色光后，生成相应的电信号；主板，用于对电信号进行计算，得到计算结果。本发明专利技术可以获取经由人体皮肤组织漫反射产生的吸收和荧光光谱，并进行实时分析，得出人体多个健康指标，包括组织血氧含量、心率、呼吸率、胆红素值、组织AGEs含量、皮肤胆固醇含量、皮肤水分油分含量等等。分含量等等。分含量等等。

【技术实现步骤摘要】
多光谱融合经皮健康指标快速检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及检测
，尤其涉及一种多光谱融合经皮健康指标快速检测装置及方法。

技术介绍

[0002]皮肤是人体组织中最大的器官，覆盖全身，普通成人皮肤表面积为2平方米。人体皮肤为层状结构，分为3层，由外到内依次是表皮、真皮和皮下组织。表皮是皮肤最外面的一层，厚度约为0.037
‑
0.17mm，由外向内又可细分为五层，依次是角质层、透明层、颗粒层、棘层和基底层。最外面的角质层是由角蛋白细胞堆积而成。最深层的基底层，紧靠真皮，分布有黑色素细胞。真皮在表皮层之下，厚度约为化0.6
‑
3mm，是胶原蛋白纤维、水和基质的半固态混合物。包含神经和血管的结缔组织，不均匀的分布着血红蛋白、胆红素、β
‑
胡萝卜素等吸收成分。皮下组织又称为＂皮下脂肪层＂，在人体的不同部位，其厚度差异较大，主要是脂肪，起着绝缘器和吸尘器的作用。除此之外，与真皮一样，内部分布着血管、神经和感受器等。并且，其所富含的脂肪细胞规则排列，能把到达该层的可见光反射回真皮或表皮层。作为人体组织中最大的器官，皮肤承担着重要的生理功能口。如维持机体內部和外界环境之间的平衡，反映机体的异常情况和病变，调节机体使其适应外界环境的变化等。
[0003]人体皮肤也是光作用于人体的主要途径。可见光或者红外光可以进入人体皮肤组织中的深度最高可达2
‑
3厘米。光在皮肤组织内传播过程中，光子根据组织中不同成分的特性会发生程度各异的吸收、散射、反射、折射以及荧光激发等作用，因此光可以视为一种传达组织成分与结构信息的信息载体。吸收作用会使得光在组织内损耗，经过层层作用最终未被吸收的光会穿过组织边界透射出来，可作为探测信息收集起来。因此，通过皮肤的光学检测方法可以反应人体的多种生命健康体征指标检测，在临床上有重要意义。
[0004]例如皮肤是胆固醇新陈代谢的重要场所，人体大约有11％的胆固醇存在于皮肤中。皮肤胆固醇与动脉壁沉积的胆固醇密切相关，随动脉硬化程度的增加，表皮层中胆固醇含量也会增加。研究结果显示，皮肤胆固醇可以作为动脉粥样硬化的新型标志物，高水平皮肤胆固醇沉积是动脉粥样硬化的早期预警信号，可以实现心血管疾病的风险预测；
[0005]此外，临床和实验研究表明晚期糖基化终末产物(AGEs)对糖尿病肾病的病理生理、发生发展有重要作用，而皮肤真皮层的胶原蛋白是AGEs的主要聚集场所，皮肤胶原AGEs的积累反映了肾脏AGEs的积累。因此，通过检测糖尿病患者的皮肤AGEs水平可能在一定层面上反映出患者早期肾脏病变的情况。
[0006]在血氧检测方面，研究表明，近红外600～900nm波长在是人体皮肤组织的“光谱窗”。水和细胞色素对光的吸收与血红蛋白的吸收相比可忽略不计，而其他一些发色团，如脂类和黑色素等，其浓度在一定的临床测量时间内可以被认为是恒定的。因此，可以认为人体组织中只存在氧合血红蛋白和还原氧血红蛋白两种吸收体。而且氧合血红蛋白和还原血红蛋白对光的吸收又依赖于波长，它们有各自不同的吸收谱线，所以我们可以从多个波长吸收谱来确定每一种成分的绝对含量或相对含量，最终实现对组织血氧饱和度的无创检
测。
[0007]在新生儿科领域，人们通过蓝绿光对皮肤的交替作用，实现了经皮胆红素值的无创检测。检测新生儿黄疸实质是检测新生儿体内的胆红素浓度。目前医院通常以静脉血检验方法测得的胆红素浓度或微量血测定的胆红素浓度作为主要判断依据。静脉血和微量血检验属于有创检测。检测过程需取新生儿足跟血或者静脉血，通过重氮试剂法、氧化酶法及化学氧化法等获得血清胆红素浓度，这种检测方法的优点在于其精度很高，约为
±
5.13μmol/L，但由于需要采血，增加了新生儿感染的风险，对黄疸症状反复的新生儿需重复采血，影响新生儿健康。经皮黄疸检测仪属于无创式检测，能够快速检测新生儿体内的胆红素浓度，在临床黄疸诊断中发挥了重大的作用。
[0008]在血糖无创检测方面，1987年人们就提出了采用近红外光测量人体血糖的方法，无创伤血糖测量法开始被研究人员所关注。该测量方法的原理如下：葡萄糖是血液中主要的糖类，医学上称为血糖，它包含多个羟基和甲基，这些羟基和甲基能在近红外光下产生吸收近红外光的含氢官能团，使用近红外光谱分析技术和化学计量学方法处理这些光信息，建立预测模型，从而计算血糖浓度。这一方法有望在可穿戴设备中应用。
[0009]此外，在医美领域，基于皮肤的光学检测原理，实现了对皮肤胶原蛋白、水分、油分、弹性的测量，进而可以相对准确地进行皮肤健康程度的综合评估等等。
[0010]然而通过皮肤进行人体健康指标的检测，目前的方法存在以下的问题：第一，现有的仪器设备设计实现基于传统光机系统的技术路线，如不同规格的冷光源、激光器、光纤、分光光路系统等。导致设备体积大、价格昂贵，通常适合于在医院、健康体检机构、医美机构等专业场所使用，需要专业人员操作。设备的专业性较强，限制了这一快速健康检测方法在广大社区医院等基层单位甚至普通家庭的应用。第二，由于皮肤的特殊复杂的光学性质，光作用于皮肤后存在散射、吸收、荧光等多种效应。人体组织的不同成分对不同波段的光谱对应不同的光谱吸收形式和干扰，存在非常复杂的背景信息。采用单一光谱分析方法的传统仪器设备，往往只能针对某一种健康指标进行分析，且模型的稳健性较差，影响了检测结果的准确性。因此基于融合光谱技术才能够更加精准的实现多个健康指标的检测。第三，得益于近年来半导体材料学及微电子技术的发展，发光材料及光学部件加工技术和工艺有了较大发展，使得传统的光机系统可以在更小的尺度实现，为皮肤检测装置的传感器化提供了有力技术支撑。然而目前还未见到功能全面、性能可靠的小型皮肤健康检测光谱传感器装置。

技术实现思路

[0011]鉴于以上技术问题，本专利技术提供了一种多光谱融合经皮健康指标快速检测装置及方法，解决现有的检查设备体积大、价格昂贵、检测内容单一、精度差的问题。
[0012]本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
[0013]根据本专利技术的一方面，公开一种多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，包括设置于壳体中的主板、光源模块和探测器，其中，
[0014]所述光源模块，用于在所述主板的控制下发出单色光，所述单色光经过出光通道后照射被检测物的表面；
[0015]所述探测器，用于在接收被所述被检测物折射和散射的、并经过导光通道扩散和特定角度调整的所述单色光后，生成相应的电信号；
[0016]所述主板，用于对所述电信号进行计算，得到计算结果。
[0017]进一步的，所述装置还包括光源镜头和探测器镜头，所述探测器镜头套设于所述光源镜头中，所述探测器镜头和所述光源镜头之间围构成所述出光通道，所述探测器镜头连接所述导光通道。
[0018]进一步的，所述光源镜头和所述探测器镜头之间还设置有用于实现光隔离的金属罩。
[0019]进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，包括设置于壳体中的主板、光源模块和探测器，其中，所述光源模块，用于在所述主板的控制下发出单色光，所述单色光经过出光通道后照射被检测物的表面；所述探测器，用于在接收被所述被检测物折射和散射的、并经过导光通道扩散和特定角度调整的所述单色光后，生成相应的电信号；所述主板，用于对所述电信号进行计算，得到计算结果。2.根据权利要求1所述的多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，所述装置还包括光源镜头和探测器镜头，所述探测器镜头套设于所述光源镜头中，所述探测器镜头和所述光源镜头之间围构成所述出光通道，所述探测器镜头连接所述导光通道。3.根据权利要求2所述的多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，所述光源镜头和所述探测器镜头之间还设置有用于实现光隔离的金属罩。4.根据权利要求2所述的多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，所述探测器镜头中依次设置有使得所述单色光的入射方向变得分散和均匀的扩散膜、用于选择所述单色光的特定角度通过的第一光阑、用于选择所述单色光的特定角度通过的第二光阑。5.根据权利要求4所述的多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，所述第一光阑位于所述导光通道的入口端，所述第二光阑位于所述导光通道的出口端。6.根据权利要求4所述的多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，还包括有线性渐变滤光片，所述线性渐变滤光片设置于所述第二光阑和所述探测器之间，或设置于所述第一光阑和所述第二光阑之间，所述线性渐变滤光片的视角场与所述第二光阑的出射角相配合。7.根据权利要求6所述的多光谱融合经皮健康指标快速检测装置，其特征在于，所述线性渐变滤光片包括多个均匀分布的供不同波长的所述单色光通过的单色波长通...

【专利技术属性】
技术研发人员：付庆波，刘鑫，
申请(专利权)人：深圳市比特原子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：