專利名稱：一種全自動舌苔分析儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及生物醫(yī)學測量和醫(yī)療器械技術領域，具體涉及一種全自動舌苔分 析儀的檢測方法及其裝置。
背景技術：
舌診是中醫(yī)對病患進行診斷的一種手段，舌苔的苔色，厚度及潤燥度正常與否可 以作為判斷病情嚴重程度的一種依據。傳統(tǒng)的中醫(yī)舌診的方法，通常是憑醫(yī)生的直接目測， 受醫(yī)生的主觀性和經驗等因素較大，從而影響病情判斷的準確度。因此，為了克服傳統(tǒng)舌診 的主觀因素，并提高舌診的準確度和可靠性，就必須要對舌苔或舌質進行必要的定量或定 性的分析。目前通常使用的舌苔診斷技術主要是中醫(yī)目測法和圖像處理法，前者是中醫(yī)舌診 的傳統(tǒng)方法，但是受限于中醫(yī)師的經驗和主觀判斷，并且光源和病人的飲食等環(huán)境因素都 有可能導致醫(yī)師的診斷不準確。而后者是借助計算機的圖像處理技術，該技術首先利用圖 像采集設備，比如照相機或攝像頭等來采集舌像，然后將舌像圖片交由計算機及圖像分析 軟件進行處理。但是，現(xiàn)有的圖像處理技術應用于舌苔分析時，大多只是采用舌苔圖像的顏 色值，用各種顏色分析模型，比如RGB模型、YUV模型、Lab模型和HSL模型等進行簡單的統(tǒng) 計分析，并且，由于舌苔的苔色、厚薄度和濕潤度分布在舌頭的不同區(qū)域是不均勻的，不同 區(qū)域的舌苔可以表現(xiàn)出不同的特征，這樣就必須將整個舌區(qū)域分成多個子區(qū)域，對每個子 區(qū)域進行分析后，再做整體分析。這樣分析過程復雜，計算量較大。另外由于舌像采集過程 中，會將部分人臉，嘴唇等區(qū)域也采集到，而這些區(qū)域的顏色值，在做圖像分析處理時，必然 會影響舌像的分析，造成較大的誤差。另外，這種方法與傳統(tǒng)目測法類似，同樣受到光源和 圖像采集設備等條件的限制，由于這些因素的影響，故圖像處理技術應用與舌診時往往不 能取得較好的效果。隨著光譜技術的發(fā)展，光譜技術已經得到了廣泛的應用，比如食品質量檢測、大氣 或水質等環(huán)境檢測以及生物醫(yī)療領域的應用。將光譜技術使用在醫(yī)學診斷中，尤其是中醫(yī) 的舌苔分析診斷中，能夠有效地克服上述缺陷。
實用新型內容為解決現(xiàn)有技術中的上述問題，本實用新型提供一種全自動舌苔分析儀?？梢苑?便、快捷、準確的對表征舌苔的苔色，厚薄度及潤燥度信息進行定量和定性的分析。相比計 算機圖像處理技術，大大降低了圖像處理算法的復雜程度，可以對舌苔和舌質做到實時的 分析處理的同時得到診斷結果。本實用新型的技術方案是一種全自動舌苔分析儀包括，光源輻射單元(100)，測 試空腔(200)、分光探測單元(300)、信號調理及處理單元(400)、信號控制單元(500)、數(shù)據 顯示單元(600)以及供電單元(700)，其特征在于所述分光探測單元(300)包括光纖傳感 器(310)、準直透鏡(320)以及分光系統(tǒng)(330)。[0007]所述分光系統(tǒng)(330)為平場全息凹面光柵分光系統(tǒng)，包括入射狹縫(331)、平場全 息凹面光柵(332)以及光電陣列探測器(333)。所述分光探測單元(300)的入射狹縫(331)的狹縫寬度為60 μ m，平場全息凹面 光柵(332)為反射光柵，其入臂長為104mm，出臂為102mm，入射光垂直與平場全息凹面光柵 (332)底部表面入射，入射光和反射光之間的夾角為20. 9°，光電陣列探測器有效像素為 46個，光譜相應范圍為190-1000nm，光譜面寬度為33. 35mm。所述分光系統(tǒng)(330)為一體化鋁合金鈑金結構尺寸為12ImmX99mmX30mm，一 體化鋁合金鈑金內壁具有齒槽，齒的尺寸為lcmXO. 2cmX3. 0cm,槽深度為1cm，寬度為 0. 2cm。所述光源輻射單元(100)具有光源(110)和光纖(120)，其中，所述光源(110)采 用具有標準光源光譜特性的帶燈杯的鹵素燈，其波長范圍為300-1000nm;光纖(120)的出 光頭配有安裝頭，安裝頭內安裝小型聚焦透鏡。所述的多路選擇器至少為八選一多路選擇器。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、采用光譜分析的方法來分析舌苔的相關病理信息，只需對采集到的舌苔光譜進 行量化分析即可，該系統(tǒng)可以對舌苔光譜進行實時的采集和分析處理并將分析結果加以顯 示。相比采用舌像圖片攝取后，再經圖像處理技術來講，算法較簡捷、實用。2、提高了舌苔光譜分析的精度和穩(wěn)定性。本實用新型采用后分光系統(tǒng)，并使用光 纖將光源發(fā)出的光導入并定位投射到舌苔表面，并且分光系統(tǒng)的鋁合金鈑金內壁開齒槽， 這樣可以最大限度的消除雜散光或背景光以及分光光路中多次反射光對舌苔光譜的干擾， 提高儀器的測量精度。3、減化了成像系統(tǒng)，減小了儀器的體積。本實用新型采用平場全息凹面光柵構成 分光成像系統(tǒng)，僅用一塊平場全息凹面光柵就可以方便快捷的獲得平直的光譜面，并直接 投射到光電陣列探測器的表面。這種分光成像系統(tǒng)最大限度的抑制了成像光路中可能產生 的雜散光對光路的影響，改善光譜成像質量。同時，該分光系統(tǒng)采用的一體化鈑金加工方 式，也大大的減小了儀器的體積。4、信號處理單元采用多路選擇器、增益可調放大電路、A/D轉換卡、數(shù)據緩存器電 氣化方式連接，減小儀器體積的同時，大大提高了信號處理的效率和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)造價相對較低易于應用推廣，且輕巧便攜式的結構使得系統(tǒng)的適用性和實 用性強。
圖1為本實用新型舌苔分析儀結構示意圖。圖2為本實用新型舌苔分析儀中分光系統(tǒng)光路示意圖。圖3為分光系統(tǒng)的鈑金一體化裝置結構圖。圖4為分光系統(tǒng)的俯視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行更詳細的說明。[0023]如圖1，為本實施例的裝置結構圖，圖中所示的舌苔分析儀主要包括光源輻射單元 100、測試空腔200、分光探測單元300、信號調理及處理單元400、信號控制單元500、數(shù)據顯 示單元600以及供電單元700。其中，光源輻射單元100包括光源110和光纖120，光纖120 將光源110發(fā)出的光傳輸至測試空腔200中。在測試空腔200中，設置有下頌托架210，病人將下頌方在托架210上，伸出舌頭， 使光纖120射入的光照射在舌頭上，根據Lambert-Beer定律，舌苔吸收一部分光線，將另一 部分光線進行反射，這就產生了能表征舌苔病理特征的特性光譜；在測試腔200中還設置 有光線傳感器310的接收端，將舌苔反射的光接受并傳輸至分光探測單元300中。分光測試單元300包括光纖傳感器310、準直透鏡320和分光系統(tǒng)330 ；光纖傳感 器310將采集到的光信號照射至準直透鏡320的光軸上，光信號通過準直透鏡320的準直 后，平行射入分光系統(tǒng)330中，經過分光系統(tǒng)330將光信號轉換為模擬電信號傳入信號調理 及處理單元400中。信號調理及處理單元400包括多路選擇器410、放大電路420、A/D轉換卡430、數(shù) 據緩存器440、信號處理器450以及應用分析部件460，并且依次電氣連接。多路選擇器410 的輸入端連接分光探測單元300輸出的模擬信號，其輸出端與放大電路420的輸入端連接， 經過放大的模擬信號輸入A/D轉換卡430(模/數(shù)轉換卡，Analog to Digital Converter), 將模擬信號轉換成數(shù)字信號后，傳入數(shù)據緩存器440進行緩存，同時A/D轉換卡430還與分 光測試單元300電氣連接，用以向分光測試單元300發(fā)出采集信號指令。信號處理器450和 應用分析部件460構成主控器400’，并且與信號控制單元500連接，通過輸入按鍵510輸入 控制信號并進行數(shù)據分析。采集到的舌苔光譜信號經過主控器400’處理后，得到表征舌苔 苔色，厚薄度及潤燥度的數(shù)據，這些數(shù)據傳入數(shù)據顯示單元600，通過顯示器610顯示出來。 另外，供電單元700分別為光源輻射單元100和信號調理及處理單元400中各個部件提供 電源。如圖2所示，為本實用新型舌苔分析儀中分光系統(tǒng)光路示意圖。分光系統(tǒng)330由 入射狹縫331、平場全息凹面光柵332、光電陣列探測器333構成。光線經入射狹縫331進 入分光系統(tǒng)330，由平場全息凹面光柵332進行分光，再由光電陣列探測器333探測接收平 場全息凹面光柵332分出的單色光譜帶，最終將光信號轉變?yōu)槟M電信號。其中光電陣列 探測器333內置焊接有驅動模塊，與信號調理及處理單元400中的A/D轉換卡430電氣連 接，當A/D轉換卡430發(fā)出采集信號的指令后，驅動模塊產生脈沖信號觸發(fā)光電陣列探測器 333接收采集光譜，并按順序依次將光電轉換的電信號輸出。光電陣列探測器結構和其中驅 動模塊的工作原理是本領域技術人員公知的技術，此處不再贅述。該分光系統(tǒng)300的入射狹縫331的狹縫寬度為60 μ m,平場全息凹面光柵332為 反射光柵，柵格密度為600線/mm，中心厚度為8. Omm,平場全息凹面光柵332的底面尺寸 為24mmX 24mm，其入臂長為104mm，出臂為102mm，入射光垂直與凹面光柵332的底面射入， 入射光和反射光之間的夾角為20. 9°。光電陣列探測器333采用日本濱松出產的C⑶芯 片(型號為Si-S4111-35Q)，其有效像素為46個，光譜面寬度為33. 35mm，光譜相應范圍為 190-1000nm。如圖3所示，為分光系統(tǒng)330的鈑金一體化裝置結構圖。該分光系統(tǒng)330采用一 體化鋁合金鈑金加工而成，其尺寸為12 Imm X 99mm X 30mm，一體化鋁合金鈑金內壁還設置有開齒槽，齒的尺寸為lcmXO. 2cmX 3. 0cm，槽深度為1cm，寬度為0. 2cm。鋁合金鈑金內壁開 齒槽的目的是用來最大限度的消除光路中的雜散光和多次反射光，提高儀器的測量精度。從圖4中，分光系統(tǒng)的俯視圖，可以更清楚的顯示分光系統(tǒng)330的結構。采用平場全息凹面光柵332作為分光元件時，只使用一片全息凹面光柵就可以同 時完成分光和成像，可以簡化結構，減小雜散光，提高穩(wěn)定性和分辨率。同時，在全息凹面光 柵光路的一體化鋁合金鈑金內壁上做開齒槽處理，可以最大限度的減少光路中的雜散光 和反射光，大大的提高儀器的測量精度和分辨率。作為優(yōu)選實施方式，光源110采用具有標準光源光譜特性的帶燈杯的鹵素燈，其 工作波長為300-1000nm ；如上所述，被測對象的舌頭暴露在測試空腔200內，測試空腔200 是采用合成樹脂制成的圓柱型容器，被測者的下頌放置于測試空腔200中的三維下頌托架 210上，三維下頌托架210可以根據不同患者的舌苔位置情況沿上下、左右、前后等方向調 節(jié)。被測者的舌頭要自然平直，使舌苔充分暴露，光源110發(fā)出的光耦合進入光纖120后沿 45°入射角輻射到測試空腔200內被測舌苔表面。光纖120采用多芯集束光纖，其出光頭 配有聚焦透鏡安裝頭，安裝頭內安裝小型聚焦透鏡，使得光纖傳輸?shù)墓饽芫劢沟缴嗵Ρ砻妗?光纖120將光源發(fā)出的光耦合進光纖，然后將光投射到舌苔表面。多路選擇器410至少為八選一多路選擇器，該八選一多路選擇器采用并行方式進 行操作，將分光系統(tǒng)330輸出的信號，按照需要選擇出其中的一路數(shù)據輸入后續(xù)的分析電 路中。放大電路420由兩級放大電路構成，增益可調，其與多路選擇器的輸出端連接，第 一級放大電路為電壓跟隨器，第二級為運算放大器?？梢酝ㄟ^手工調節(jié)放大電路中的可調 電位計來得到理想的輸出增益。A/D轉換卡430的分辨率為12比特，由主控器400’通過編程控制其讀取緩存器 440中的數(shù)據進行處理，編程語言可以使用例如匯編、C等程序語言數(shù)據緩存器440與主控器400’之間以PCI并行總線傳輸方式連接，信號處理器 450對采集的連續(xù)舌苔光譜數(shù)據進行量化處理并由應用分析部件460通過一定的軟件計算 得出舌苔的苔色、厚薄度及潤燥度數(shù)值，并且進行進一步的分析處理。為了得到更準確的分析結果，還可以在放大電路420的輸出端接入信號濾波電 路，用以濾除背景光源噪聲，將經過過濾后的信號輸入A/D轉換卡中。信號控制單元500與主控器400’電氣連接，更具體的說，輸入按鍵510分別與應 用分析部件460和信號處理器450電氣連接，通過輸入按鍵510可以輸入各種不同苔色的 判定閾值、選擇不同項目的分析程序，比如分析苔色、舌苔的厚薄度以及舌苔的潤燥度等； 還可以輸入控制指令，控制信號處理器450和應用分析部件460的開啟、關閉和保存數(shù)據等 操作。供電單元700由變壓器和直流穩(wěn)壓電源構成，為光源輻射單元100和信號調理及 處理單元400供電。這種利用光譜技術來診斷舌苔的方法，相比于計算機圖像處理技術，無需對舌像 進行圖像分割、色度提取及模型分析，只需對舌苔光譜進行量化處理即可，處理方法快捷， 算法較簡便，成本低廉，具有較高的實際應用價值。
權利要求一種全自動舌苔分析儀包括，光源輻射單元(100)，測試空腔(200)、分光探測單元(300)、信號調理及處理單元(400)、信號控制單元(500)、數(shù)據顯示單元(600)以及供電單元(700)，其特征在于所述分光探測單元(300)包括光纖傳感器(310)、準直透鏡(320)以及分光系統(tǒng)(330)。
2.根據權利要求1所述的全自動舌苔分析儀，其特征在于所述分光系統(tǒng)(330)為平 場全息凹面光柵分光系統(tǒng)，包括入射狹縫(331)、平場全息凹面光柵(332)以及光電陣列探 測器(333)。
3.根據權利要求2所述的全自動舌苔分析儀，其特征在于所述分光探測單元(300) 的入射狹縫(331)的狹縫寬度為60μπι，平場全息凹面光柵(332)為反射光柵，其入臂長為 104mm，出臂為102mm，入射光垂直與平場全息凹面光柵(332)底部表面入射，入射光和反射 光之間的夾角為20. 9°，光電陣列探測器有效像素為46個，光譜相應范圍為190-1000nm， 光譜面寬度為33. 35mm。
4.根據權利要求3所述的全自動舌苔分析儀，其特征在于所述分光系統(tǒng)(330)為一 體化鋁合金鈑金結構尺寸為121mmX 99mmX 30mm, 一體化鋁合金鈑金內壁具有齒槽，齒的尺 寸為lcmXO. 2cmX3. 0cm，槽深度為lcm，寬度為0. 2cm。
5.根據權利要求3所述的全自動舌苔分析儀，其特征在于所述光源輻射單元(100) 具有光源(110)和光纖(120)，其中，所述光源(110)采用具有標準光源光譜特性的帶燈杯 的鹵素燈，其波長范圍為300-1000nm;光纖(120)的出光頭配有安裝頭，安裝頭內安裝小型 聚焦透鏡。
6.根據權利要求3所述的全自動舌苔分析儀，其特征在于所述的多路選擇器至少為 八選一多路選擇器。
專利摘要本實用新型提供一種全自動舌苔分析儀。該裝置包括光源輻射單元、測試空腔、分光探測單元、信號調理及處理單元、信號控制單元、數(shù)據顯示單元和電源提供單元組成。本實用新型的方法和裝置可以利用舌苔的吸收反射光的特性光譜來量化表征舌苔的苔色，厚度及潤燥度，可以實現(xiàn)對舌苔光譜進行實時采集和分析處理并將分析結果加以顯示。相比采用圖像處理技術來講，算法更簡捷、實用。本實用新型裝置中的平場全息凹面光柵分光系統(tǒng)采用鈑金一體化加工形式，以及光纖的使用，減小了儀器體積的同時，提高了光譜探測的精度。該實用新型造價相對較低易于應用推廣，且輕巧便攜式的結構使得系統(tǒng)的適用性和實用性強。
文檔編號A61B5/00GK201719230SQ20102022356
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權日2010年6月11日
發(fā)明者任重, 何翠群, 劉國棟, 黃振 申請人:江西科技師范學院