本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字全息的脈搏檢測裝置及方法，屬于數(shù)字全息。

背景技術：

1、脈搏測量是評估人體心血管系統(tǒng)健康與否的重要方法，血液在心臟泵血作用下，在血管內(nèi)產(chǎn)生的壓力波稱之為脈搏波，脈搏波中攜帶了大量有關心血管狀態(tài)的信息，我們可以分析這些信息從而對心血管的健康狀態(tài)做出初步的診斷；人體脈搏在安靜狀態(tài)下，成年人在60-100次/分鐘，兒童或新生兒脈搏會更快能達到110-140次/分鐘。

2、脈診是中醫(yī)中一種無創(chuàng)的診斷方法，通過感受患者橈動脈處的脈搏情況來獲取患者健康狀況的信息，通過脈象變化，中醫(yī)可以判斷患者可能患有的疾?。豢梢粤私饧膊〉陌l(fā)展和轉(zhuǎn)歸。是中醫(yī)中“望聞問切”的“切”的重要部分；中醫(yī)脈象理論根據(jù)不同脈搏的特征將脈象分為6類共計28種，其中主要的脈象特征有脈大小、脈硬軟、脈快慢、脈勻亂、脈浮沉等；這些脈象特征可以表征一些健康狀況，但是由于每個醫(yī)生水平參差不齊，對患者的診斷往往憑借經(jīng)驗和主觀感受，難免會出現(xiàn)對患者病情分析不準確、不客觀的情況。

3、目前對脈搏的檢測主要方法有觸診法，聽診法，心電圖法，光電容積測量法。其中觸診和聽診都比較依靠醫(yī)生的主管判斷，容易產(chǎn)生誤判；而后兩者需要將測量裝置緊貼患者使用，容易引起患者不適，且都不能做到非接觸檢測。

4、目前非接觸式心率監(jiān)測技術中對于采集位置的自動化、智能化識別，主要是利用所拍攝的橈動脈處的二維圖像來確定，雖然已經(jīng)取得了一定的成果和進展，但仍然存在很多缺點。

5、由于橈動脈處脈搏跳動對皮膚引起的形變很小，只能得到脈搏的頻率，很難得到脈搏的振幅；在使用普通的拍照技術時，獲得的脈搏信號往往質(zhì)量較差，信噪比低，難以做到準確的分析；現(xiàn)有技術中缺少一種無接觸且能準確獲得患者脈象信息的方法；因此迫切需要一種能夠客觀準確分析患者脈搏的方法及裝置。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明將數(shù)字全息技術引入脈搏檢測中；本發(fā)明提供一種基于數(shù)字全息的脈搏檢測裝置及方法，彌補了現(xiàn)有技術中只能檢測到脈搏頻率而無法測量脈搏振幅的不足；同時，也彌補了中醫(yī)脈診中因醫(yī)師主觀感受差異導致對患者脈象分析不夠客觀準確的缺陷，并且通過無接觸的方式實現(xiàn)了對患者脈搏信息的獲取和分析。

2、為達到上述目的，本發(fā)明結合數(shù)字全息可以準確測量微小振動的特性，將數(shù)字全息技術引入到脈搏檢測中，在保證無創(chuàng)檢測的同時，可以做到非接觸檢測；本發(fā)明采用反射式全息的方法拍攝和記錄人體手臂橈動脈處的信息，并對獲取到的信息做出進一步分析，得到脈搏的振幅、頻率和三維形貌等。

3、為達到以上技術要求，本發(fā)明采用的技術方案如下：

4、一種基于數(shù)字全息的脈搏檢測裝置，包括上部分暗盒和下部分暗盒，上部分暗盒內(nèi)設有：相干相干光源激光器、分束鏡ⅰ、擴束鏡ⅰ、針孔濾波器ⅰ、傅里葉透鏡ⅰ、分束鏡ⅱ、圖像采集裝置ccd、光程補償器、全反鏡、擴束鏡ⅱ、傅里葉透鏡ⅱ、針孔濾波器ⅱ、待測患者手臂、光功率衰減器，上下暗盒之間的隔層設有窗口；下部分暗盒設有可移動脈枕，可移動脈枕位于窗口下方；上部分暗盒19和下部分暗盒20相連，并在下部分暗盒的孔洞處設置遮光簾。

5、所述的圖像采集裝置ccd、光程補償器、光功率衰減器與計算機連接，通過計算機處理調(diào)整光程補償器和光功率衰減器到達最佳成像效果后，對橈動脈處脈搏進行記錄，對記錄下的脈搏信息進行處理得到脈搏的振幅、頻率、脈搏波形圖、脈搏振動三維形貌等信息。

6、相干光源激光器發(fā)出的激光經(jīng)過分束鏡ⅰ后分為兩束光，一束光通過光程補償器、光功率衰減器、擴束鏡ⅰ、針孔濾波器ⅰ、傅里葉透鏡ⅰ后形成一道平行光束，此為參考光；另一束光經(jīng)過反射鏡調(diào)整角度后，通過擴束鏡ⅱ、針孔濾波器ⅱ、傅里葉透鏡ⅱ后形成一道平行光束，再通過窗口照射到待測區(qū)域表面后反射，反射的散斑場經(jīng)過窗口后，落在分束鏡ⅱ處，此為物光，物光與參考光在分束鏡ⅱ處形成干涉條紋，被圖像采集裝置ccd所接收；再將采集到的信息傳輸給計算機進行處理，最后由計算機完成分析再現(xiàn)過程并顯示測量結果。

7、本發(fā)明采用針孔濾波器來消除雜散光對光路的影響，使成像質(zhì)量更好；在進行全息成像過程中，需要滿足物光和參考光光程差在相干光源激光器相干長度內(nèi)才能成像，對于本發(fā)明所檢測的目標來說，所檢測的手臂橈動脈處是一個會移動的目標，故本發(fā)明在測試裝置下半部分暗盒內(nèi)設置了可移動脈枕，此脈枕可以保證在對不同目標測量時，將測量目標移動并固定在成像效果良好的位置，以保證成像要求；本發(fā)明在上部分暗盒中設有光功率衰減器和光程補償裝置，配合可移動脈枕來調(diào)制不同測量目標的參考光程和光強。

8、本發(fā)明所述裝置在檢測過程中能夠同時測量以下三項指標：被檢測對象的脈搏的振動幅度，被檢測對象的脈搏的振動頻率以及在檢測期間所測區(qū)域的脈搏跳動所形成的動態(tài)三維形態(tài)。

9、所述相干光源激光器采用632.8nm的連續(xù)激光器。

10、該裝置中分束鏡ⅰ、擴束鏡ⅰ、傅里葉透鏡ⅰ、分束鏡ⅱ、圖像采集裝置ccd、光程補償器、全反鏡、擴束鏡ⅱ、傅里葉透鏡ⅱ、窗口、光功率衰減器的工作波段均對應632.8nm激光波段。

11、所述暗盒在放置手臂后在測量過程中需要利用遮光布做遮光處理。

12、所述暗盒應選用硬度較大，穩(wěn)定性較好的材料制作，在保護內(nèi)部裝置的同時提供足夠的穩(wěn)定性。

13、所述暗盒在工作時應當置于穩(wěn)定平臺上，并盡可能保證其穩(wěn)定性。

14、所述的分束鏡的分光比為1：1或1：2。

15、所述光程補償器由計算機控制，使得參考光和物光的光程基本相同。

16、所述光功率衰減器由計算機控制，使得參考光與物光的光強基本相同。

17、所述檢測脈搏所在的橈動脈位置由可移動脈枕調(diào)整，使待測區(qū)域位于合適位置，并由可移動脈枕固定待測手臂，防止手臂上神經(jīng)沖動和肌肉收縮給檢測過程帶來影響。

18、所述可移動脈枕可以進行上下、左右、前后的位置調(diào)整。

19、所述可移動脈枕在固定手臂時，力度應當適中，不能太過壓迫手臂導致檢測不準確。

20、所述暗盒上部分內(nèi)壁為純黑色，防止光在不透光暗盒內(nèi)部來回反射被圖像采集裝置ccd接收而影響圖像采集裝置ccd對干涉條紋圖樣的接收。

21、本發(fā)明提供一種基于數(shù)字全息技術的脈搏檢測方法，利用上述裝置進行脈搏檢測，檢測方法具體步驟為：

22、s1：將手臂放置并固定在可移動脈枕上，打開光源激光器。

23、s2：調(diào)節(jié)光功率衰減器和光程補償器，調(diào)節(jié)可移動脈枕調(diào)整位置，使參考光和物光的光強和光程基本一致，裝置能得到成像良好的全息圖。

24、s3：使用圖像采集器ccd進行全息圖采集，并將全息圖傳輸至計算機中保存。

25、s4：將圖像采集器ccd采集到的第一張全息圖稱為初始形變場全息圖，在計算機中通過再現(xiàn)程序?qū)⒊跏夹巫儓鋈D進行數(shù)字再現(xiàn)，得到初始形變復光場。

26、s5：將圖像采集器ccd后續(xù)采集到的全息圖稱為變化后的形變場全息圖，在計算機中通過再現(xiàn)程序?qū)⒆兓蟮男巫儓鋈D進行數(shù)字再現(xiàn)，得到變化后的形變復光場。

27、s6：將初始形變復光場與變化后形變復光場的對應點進行數(shù)值相除，并對相除后的復光場取相位角，得到變化后的形變場包裹相位。

28、s7：將變化后的形變場包裹相位進行解包裹，得到橈動脈處由脈搏跳動引起的皮膚表面的形變情況。

29、s8：通過計算機軟件對脈搏的形變情況進行記錄，求出振動幅度最高點和最低點的差值，即得到脈搏的振動幅度。

30、s9：通過計算機軟件對脈搏的振動幅度變化周期繪制波形圖，計算得到脈搏的振動頻率。

31、s10：將每一時刻的脈搏三維圖片關聯(lián)起來，得到脈搏振動的動態(tài)三維形貌。

32、s11：通過計算機軟件對脈搏的形變情況進行監(jiān)測和判斷并輸出診斷書，包括：脈搏振動頻率、振動幅度、波形圖、動態(tài)三維形貌。

33、進一步的，本發(fā)明在測量開始前要根據(jù)被測者手臂的粗細調(diào)整可移動脈枕的位置使得本發(fā)明裝置能夠獲得良好的檢測結果。

34、進一步的，本發(fā)明在測量開始前要通過計算機調(diào)整光功率衰減器、光程補償裝置使得本發(fā)明裝置能夠獲得良好的檢測結果。

35、進一步的，在檢測時可以對患者橈動脈待測區(qū)域涂抹硅油來增加皮膚的反射效率，以獲得良好的檢測結果。

36、進一步的，在檢測時周圍環(huán)境需要安靜穩(wěn)定，且被測患者需要保持鎮(zhèn)定、放松，避免額外的神經(jīng)沖動和肌肉收縮對檢測造成影響。

37、進一步的，可移動脈枕在固定手臂時，力度應當適中，不能太過壓迫手臂導致檢測不準確。

38、進一步的，全息圖重建方法用菲涅爾衍射計算。

39、進一步的，所述的解包裹方法為最小二乘解包裹法或其他路徑無關相位解包裹方法。

40、進一步的，所述脈搏振動頻率為每分鐘脈搏跳動次數(shù)，以橈動脈處脈搏最為明顯的手腕橈動脈下段部位的點為準，從皮膚表面初次形變最小到再次最小計數(shù)一次。

41、進一步的，所述脈搏振動幅度為多次皮膚表面形變最大差異的平均值。

42、進一步的，采集到的數(shù)據(jù)對計算資源要求較高，應確保計算機的處理能力能夠滿足這一需求。

43、本發(fā)明的有益效果：

44、(1)本發(fā)明基于數(shù)字全息原理，利用光波的干涉現(xiàn)象來獲取信息，并對圖像進行計算分析，得到測量區(qū)域的脈搏振動的波形圖，對其分析后可得到心率、心律等信息，并且整個過程無創(chuàng)無接觸。

45、(2)利用全息技術可以記錄和再現(xiàn)處物體的三維信息，結合計算機處理后可以得到脈搏在皮膚表面振動的三維動態(tài)圖；全息測量具有較高的精度，檢測脈搏振動幅度的精度可達到波長量級，具體精度與所用相干光源激光器波長有關。

46、(3)本發(fā)明通過記錄皮膚表明的反射光來檢測皮膚表面振動情況，所以受皮膚膚色影響?。挥捎谌y量獲得的是三維信息，同時包括了強度和相位，并由此可以計算出脈搏的振幅和頻率；本發(fā)明將檢測到的全息重建像關聯(lián)起來形成三維動態(tài)圖，可以清楚觀察到所檢測區(qū)域的脈搏跳動情況，并可以利用中醫(yī)利用對其進行初步脈象分析。

47、(4)本發(fā)明設有可移動脈枕，可以通過調(diào)節(jié)裝置以適用于不同的檢測對象；本發(fā)明整個裝置用暗盒保護和固定，且使用的暗盒側壁內(nèi)側為純黑色，裝置上只留有窗口位置以便于實驗光束傳輸，以避免環(huán)境可見光的干擾，提高相位采集精度。