人体组织多元素无创测试方法及其装置与流程

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种人体组织多元素无创测试方法及其装置。

背景技术：

铅是惟一的人体不需要的微量元素，它几乎对人体的所有器官都能够造成损害。具体表现为，影响智力的发育和骨骼发育，造成消化不良和内分泌失调，导致贫血、高血压和心律失常，破坏肾功能和免疫功能等。即使脱离了污染环境或经治疗使血铅水平明显下降，受损的器官和组织已不能修复，将伴随终身。据专家研究，儿童血铅水平每上升100μg/l，其智商下降6～8分，身高滞长1.3厘米，体重减少2～3公斤。在日常环境中的铅污染几乎无所不在，严重威胁着人类，尤其是儿童的身体健康。

目前检测人体骨铅密度含量，可利用同位素辐射源或者x射线管放出x射线与人体骨骼中铅元素及其它微量元素的原子相互作用，各种元素的原子受激发后，在退激过程中放出的特征x射线能量各不相同，依据这种特性可以依次对人体骨铅进行定性定量分析。而人体骨铅密度检测仪就是利用上述工作原理，来分析人体中的骨铅密度含量，由于其所用射线放射性剂量当量极小(最小可小于1μsv)相当于人体胸部常规x光拍片照射剂量的百分之一，十分安全，对人体测量是无损伤性的，在医学领域受到广泛使用。

为进一步提高人体骨铅密度检测仪在临床医学的适用性以及检测的精确度，实现非损伤性精确定量分析人体内其他重金属元素为疾病诊断奠定基础，特别对人体骨铅密度检测仪进行了改进，研发适用于人体组织多元素无创检测的检测装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种人体组织多元素无创测试方法及其装置，该装置通过设置四棱锥台、保护装置、半导体散热装置、视觉跟踪系统，使人体骨铅密度测试数据更加准确可靠，为骨铅诊断提供有利参考，还可定量分析人体内其他重金属元素为疾病诊断奠定基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：人体组织多元素无创测试装置，包括机箱、多道分析器、控制终端、输出设备、被测体固定装置，所述被测体为人体手臂、手指或人腿胫骨，所述机箱内设有步进电机驱动器、x射线发生装置、x射线探测分析装置、通信模块、保护装置、半导体散热装置、视觉跟踪系统，所述x射线发生装置、x射线探测分析装置、保护装置、半导体散热装置、视觉跟踪系统分别与所述通信模块电连接；所述通信模块、多道分析器、控制终端、输出设备依次电连接；

所述x射线发生装置包括依次连接的开关电路、高压激发控制盒、x射线管以及位于x射线管前端的准直器、滤光片；

所述x射线探测分析装置包括依次连接的次高压板、数字脉冲处理器、x射线探测器；

所述x射线管、x射线探测器分别固定安装在底部带有凹槽的四棱锥台上，所述x射线管、x射线探测器的探头以与被测体45°方向分别穿过四棱锥台侧壁的安装通孔并伸入所述凹槽中，所述x射线管、x射线探测器的探头轴线延长线相交于机箱检测口处的被测体标记点，用于激发和接收特征x射线；所述四棱锥台侧壁上x射线管探头安装通孔外侧设有燕尾槽，所述燕尾槽内滑动设有用于固定x射线管的安装板，所述安装板沿燕尾槽滑动方向的两边缘上对称设有u型滑槽，所述滑槽内设有定位螺栓；所述四棱锥台侧壁上x射线探测器探头安装通孔外侧设有用于安装x射线探测器的l型定位板；

所述通信模块包括相互连接的通讯控制板和通讯盒；

所述保护装置包括：电压互感器、电流互感器、转速检测仪；电压互感器对仪器的电压进行监测、电流互感器对仪器的电流进行监测，而转速监测仪则对发电机仪器中的电机的转速进行监测；将仪器的电压、电流或者电机的转速的数据发送给控制终端，当仪器的电压、电流或者电机的转速过大时，控制终端判断仪器的运作处于危险状态，会进行及时的安全补救措施。

所述半导体散热装置包括依次连接的半导体散热片、温度检测单元以及温度上限警报单元；利用温度检测单元实时探测机箱内各元器件的温度，防止温度过高影响检测精度甚至损坏仪器；当温度检测单元探测到机箱内温度过高时，控制半导体散热片加强散热强度；当温度检测单元探测到机箱内温度达到上限值时，温度上限警报单元发出警报，此时可以适当关闭仪器，防止仪器长时间使用故障。

所述视觉跟踪系统用于校准被测体标记点与机箱检测口相对位置，所述智能定位系统包括视觉跟踪器、识别定位模块以及设置在检测口边缘的第一压力传感器；所述视觉跟踪器用于探测及跟踪被测体标记点的位置信息；所述识别定位模块用于实现对视觉跟踪器探测到被测体标记点的位置信息自动进行识别及定位；所述第一压力传感器用于判断被测体是否与检测口紧贴。通过智能定位系统精确调整被测体标记点与检测口相对位置，提高仪器检测精度。

所述多道分析器的结构是：放大器、规范线性门、波峰延时器、adc依次连接sca分别与规范线性门和adc连接。

进一步地，所述被测体固定装置包括固定支架、截面凹形的固定板及底板，所述固定板内侧设有充气固定装置；所述充气固定装置分为三个部分，分别用于抵接被测体左右两侧及后侧，所述充气固定装置与被测体接触侧的表面设有第二压力传感器；所述底板可沿固定支架竖直上下移动，所述底板表面设有棉垫。在确保被测体舒适度的条件下精确调整检测点与检测口的距离，防止腿部移动或晃动对人体骨铅密度检测造成干扰产生的数据异常等情况，使得骨铅密度测试数据准确可靠。

进一步地，所述四棱锥台底部位于凹槽外依次设有密封环和卡扣，所述机箱内侧位于检测口外设有与所述卡扣相匹配的插卡槽。所述密封环设置在检测口中心周围，可对散射x光束起屏蔽作用，有效避免检测口处x射线辐射；通过卡扣与插卡槽配合起到定位作用，可快速将四棱椎台安装在检测仪上，大大提高了组装效率及仪器检测数据的精确度。

进一步地，所述检测装置还包括警报提示模块，所述警报提示模块用于检测系统异常报警、检测准备就绪及检测完成提醒。

进一步地，所述机箱上设有多个工作状态指示灯，所述工作状态指示灯包括可执行指示灯、正在执行指示灯、报警指示灯、故障指示灯，通过工作状态指示灯可视化观察仪器的工作状态。

进一步地，所述控制终端为计算机，与所述计算机连接的通信模块为无线通信模块。通过无线通信模块，可实现仪器的远程实时操控，检测时无需将计算机与检测仪器放置在同一个空间，有利于长期操作仪器的工作人员的身体健康。

进一步地，所述控制终端为设置在机箱上的显示操作装置，所述显示操作装置包括处理模块、控制线路以及控制面板，所述处理模块分别与控制线路以及所述控制面板连接；所述控制面板包括显示屏和多个控制按钮。直接将控制终端设置机箱上，而无需特别配备电脑，降低耗材，提高仪器使用的便利性。所述显示操作装置还包括触摸屏。

一种人体组织多元素无创测试方法：1)利用所述被测体固定装置将被测体固定，配合智能定位系统使被测体标记点与检测口紧贴对应；2)由控制终端选择包括数字化设定x光管高电压、电流、测量时长的测量参数，开始测量；3)控制终端发出指令，指令依次通过通信模块、高压激发控制盒到x射线管；x射线管发射出x射线，经检测口发出，照射到被测体上120-500s的时间，使被测体元素受激发产生荧光，该x射线荧光经过x射线探测分析装置处理后转换为电信号，将电信号通过通信模块传输到多道分析器分析后再回到控制终端计算得到被测体元素密度值；4)将测试情况由输出设备输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过四棱锥台精确控制x射线探头和x射线探测器探头相对被测面45°固定，提高了设备组装效率以及检测结果的精确度；通过设置保护装置，防止仪器的电压、电流或者电机的转速过大，使得仪器的运作正常；通过半导体散热装置，防止温度过高影响检测精度甚至损坏仪器；通过视觉跟踪器来调整被测体固定座的位置，实现被测体标记点与检测口的位置信息自动识别及定位，第一压力传感器判断被测体是否与检测口紧贴，提高仪器检测精度，使得人体骨铅密度测试数据更加准确可靠；2、本发明操作简单、使用方便，减轻了测试者的工作难度，生产成本低，易于维护，适用于人体组织内重金属元素如pb，cd，hg，cr，as，ca，zn，sr等的快速、无创伤、定量检测，并且通过测量胫骨中的ca，zn，sr可得知人体营养状况、骨质状况及影响心血管疾病发生的微量元素(sr)的信息，为诊治这类疾病奠定基础；3、本发明人体骨铅密度测量装置采用x射线管激发骨铅，用新型硅漂移(sdd)探测器收pb特征信号，可实现最低探测下限mdc<1μg/gbone，满足对铅中毒人群的分析需求。因此，使本产品不但超过国外实验室的分析灵敏度，更是达到了小型化、结构简单、数字式的目标。

附图说明

图1为本发明人体组织多元素无创测试装置的结构示意图；

图2为本发明人体组织多元素无创测试装置的方框示意图；

图3为本发明x射线管、x射线探测器安装在四棱锥台上的结构示意图；

图4为四棱锥台的俯视示意图；

图5为四棱锥台的仰视示意图；

图6为用于安装x射线管的燕尾槽结构示意图；

图7为用于安装x射线管的安装板结构示意图；

图8为被测体固定座的截面示意图；

图中：1、探头；2.1、数字脉冲处理器；2.2、x射线探测器；3、次高压板；4、通讯控制板；5、通讯盒；6、开关电路；7、高压激发控制盒；8、x射线管；9、四棱锥台；900、密封环；901、卡扣；902、安装通孔；903、燕尾槽；904、安装板；905、滑槽；906、定位螺栓；907、l型定位板；10、控制终端；11、输出设备；12、半导体散热装置；120、半导体散热片；121、温度检测单元；122、温度上限警报单元；13、视觉跟踪系统；130、视觉跟踪器；131、识别定位模块；132、第一压力传感器；14、多道分析器；15、凹槽；16、机箱；17、被测体固定装置；170、固定支架；171、固定板；172、底板；173、充气固定装置；174、第二压力传感器；175、棉垫；18、步进电机驱动器；19、保护装置；190、电压互感器；191、电流互感器；192、转速检测仪；20、警报提示模块；21、工作状态指示灯。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-7所示，人体组织多元素无创测试装置，包括机箱16、多道分析器14、控制终端10、输出设备11、被测体固定装置17，所述机箱16内设有步进电机驱动器18、x射线发生装置、x射线探测分析装置、通信模块、保护装置19、半导体散热装置12、视觉跟踪系统13，所述x射线发生装置、x射线探测分析装置、保护装置19、半导体散热装置12、视觉跟踪系统13分别与所述通信模块电连接；所述通信模块、多道分析器14、控制终端10、输出设备11依次电连接；所述x射线发生装置包括依次连接的开关电路6、高压激发控制盒7、x射线管8以及位于x射线管8前端的准直器、滤光片；所述x射线探测分析装置包括依次连接的次高压板3、数字脉冲处理器2.1、x射线探测器2.2；所述x射线管8、x射线探测器2.2分别固定安装在底部带有凹槽15的四棱锥台9上，所述x射线管8、x射线探测器2.2的探头1以与被测体45°方向分别穿过四棱锥台9侧壁的安装通孔902并伸入所述凹槽15中，所述x射线管8、x射线探测器2.2的探头1轴线延长线相交于机箱16检测口处的被测体标记点，用于激发和接收特征x射线；所述四棱锥台9侧壁上x射线管8探头1安装通孔902外侧设有燕尾槽903，所述燕尾槽903内滑动设有用于固定x射线管8的安装板904，所述安装板904沿燕尾槽903滑动方向的两边缘上对称设有u型滑槽905，所述滑槽905内设有定位螺栓906；所述四棱锥台9侧壁上x射线探测器2.2探头1安装通孔902外侧设有用于安装x射线探测器2.2的l型定位板907；所述通信模块包括相互连接的通讯控制板4和通讯盒5；所述保护装置19包括：电压互感器190、电流互感器191、转速检测仪192；所述半导体散热装置12包括依次连接的半导体散热片120、温度检测单元121以及温度上限警报单元122；所述视觉跟踪系统13用于校准被测体标记点与机箱16检测口相对位置，所述智能定位系统包括视觉跟踪器130、识别定位模块131以及设置在检测口边缘的第一压力传感器132。

所述控制终端10为计算机。

所述多道分析器14的结构是：放大器、规范线性门、波峰延时器、adc依次连接sca分别与规范线性门和adc连接。

所述被测体固定装置17为现有的腿托，专用于检测胫骨骨铅含量。

所述四棱锥台9底部位于凹槽15外依次设有密封环900和卡扣901，所述机箱16内侧位于检测口外设有与所述卡扣相匹配的插卡槽。

所述检测装置还包括警报提示模块20，所述警报提示模块20用于检测系统异常报警、检测准备就绪及检测完成提醒。

所述机箱16上设有多个工作状态指示灯21，所述工作状态指示灯21包括可执行指示灯、正在执行指示灯、报警指示灯、故障指示灯，通过工作状态指示灯21可视化观察仪器的工作状态。

本发明适用于人体手臂、手指或人腿胫骨多元素定量检测。

实施例二

如图8所示，人体组织多元素无创测试装置，与实施例一的区别仅在于：所述被测体固定装置17包括固定支架170、截面凹形的固定板171及底板172，所述固定板171内侧设有充气固定装置173；所述充气固定装置173分为三个部分，分别用于抵接被测体左右两侧及后侧，所述充气固定装置173与被测体接触侧的表面设有第二压力传感器174；所述底板172可沿固定支架170竖直上下移动，所述底板172表面设有棉垫175。在确保被测体舒适度的条件下精确调整检测点与检测口的距离，防止腿部移动或晃动对人体骨铅密度检测造成干扰产生的数据异常等情况，使得骨铅密度测试数据准确可靠。

实施例三

人体组织多元素无创测试装置，与上述实施例的区别仅在于：所述控制终端10为计算机，与所述计算机连接的通信模块为无线通信模块。通过无线通信模块，可实现仪器的远程实时操控，检测时无需将计算机与检测仪器放置在同一个空间，有利于长期操作仪器的工作人员的身体健康。

实施例四

人体组织多元素无创测试装置，与上述实施例的区别仅在于：所述控制终端10为设置在机箱16上的显示操作装置，所述显示操作装置包括处理模块、控制线路以及控制面板，所述处理模块分别与控制线路以及所述控制面板连接；所述控制面板包括显示屏和多个控制按钮。直接将控制终端10设置机箱16上，而无需特别配备电脑，降低耗材，提高仪器使用的便利性。所述显示操作装置还包括触摸屏。

上述人体组织多元素无创测试装置的测试方法：1)利用所述被测体固定装置17将被测体固定，配合智能定位系统使被测体标记点与检测口紧贴对应；2)根据被测体的情况及需检测的元素由控制终端10设置包括数字化设定x光管高电压、电流、测量时长的测量参数，开始测量；3)控制终端10发出指令，指令依次通过通信模块、高压激发控制盒7到x射线管8；x射线管8发射出x射线，经检测口发出，照射到被测体上120-500s的时间(当测试元素为pb时，测试时间为300s)，造成组织内被测元素(pb，cd，hg，cr，as，ca，zn，sr等)中电子能级发生改变，而释放出与相应元素对应的特征x射线荧光，该x射线荧光经过x射线探测分析装置处理后转换为电信号，将电信号通过通信模块传输到多道分析器14分析后再回到控制终端10计算得到被测体元素密度值；4)将测试情况由输出设备11输出。

应用例一

按上述方法测试人体胫骨：受测对象为未确认已受铅严重污染的学生,公司职员,教师,工人,企业高管等,年龄岁数18～22,30～40,40～70,三个时段,以30～40为多,其中男性(m)为多.

以铅中毒高标准(儿童中毒标准)为参考,各段骨铅含量值人数分布如下：

骨铅含量最小值dmin2.78ppm,最大值dmax163.22ppm.

综上所述，本发明装置一体化设计，性能稳定，运行可靠，性价比高；操作简单，测量时间短，分析灵敏度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。