专利名称：一种人体穴位红外辐射光谱检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属医疗器械技术领域，具体涉及一种宽幅的体表红外辐射光谱检测仪。
背景技术：
近年来，国内外有关腧穴红外物理特性研究的报道很少，研究手段仍停留于红外热像技术水平。红外热像技术主要用来检测人体体表热致辐射形成的温度分布，不能作红外光谱分析，且灵敏度欠高，故不能检测出掩盖于人体体表温度的热致红外辐射中的微弱的特征性穴位自发红外辐射。因此，采用红外物理的高新技术手段，发明新的红外辐射测量仪器来开展穴位红外物理特性研究显得十分必要。
地球上的一切物体当温度高于绝对零度时，其内部的分子就会因热运动而产生红外辐射。不同的物体在不同的温度下，其红外辐射的波长和强度也各不相同。人体的红外辐射可反映人体脏器和全身各部的代谢变化。穴位是人体脏腑经络之气输注出入的部位，也是人体与外界联系沟通的窗口，腧穴的红外辐射和传输特性应能从一个侧面反映穴区气血输注运行的状态，进而反映脏腑器官的生理活动及病理变化。因此，对腧穴红外辐射的探测和传输特性的深入研究，对揭示腧穴刺灸时能量和信息传输转换等一系列本质问题有重要意义，同时还为提高针灸临床疗效和阐释针灸作用机制提供新的研究手段和理论依据。
目前国内外尚无穴位和艾灸红外光谱研究和仪器开发的报道。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高灵敏度的人体穴位红外辐射光谱检测仪。以探测穴位自发红外辐射中隐含着的丰富生理、病理信息，为穴位和艾灸红外物理特性研究提供一种新的装置。
本实用新型提出的检测仪器包括检测系统、信号采集处理系统。检测系统包括红外辐射测量模块、目标温度探测器及背景温度探测器。红外辐射测量模块由探测臂、一系列光学元件(包括检测狭缝、凹反射镜、反射镜和滤光镜等)、红外辐射调制器、红外分光仪和红外传感器经光路连接组成，见图2所示。信号采集处理系统包括锁相放大器、A/D转换器、I/O设备、计算机(CPU)以及对红外辐射光谱和温度参数进行显示的显示器经电路连接组成。见图3所示。此外还包括数据存储输入输出系统，如硬盘、软盘、显示器、键盘等。
检测系统中的红外辐射测量模块、目标温度及背景温度探测器与信号采集处理系统相连，最后信号进入计算机进行处理。
微弱的红外辐射光经探测臂，进入光路系统，该光路系统依次为入光狭缝、红外辐射调制器、一个凹反射镜、平面反射镜、红外分光仪、另一个凹反射镜、滤光片和出光狭缝；再到红外传感器，红外传感器将光信号转化为电信号，电信号经过锁相放大器，再经A/D转换和I/O设备进入计算机。同时，目标温度探测器和背景温度探测器测得的温度信号也通过I/O设备进入计算机进行处理。
本实用新型装置的工作过程如下信号源发出的红外辐射经光学元件反射通过入光狭缝，经红外辐射调制器调制其频率(其频率信号输入于锁相放大器的参考信号输入端)，再经分光系统分光，在出光狭缝处设置滤光镜把高次光滤掉，最后照射到红外传感器上。红外传感器将接收到的光信号转变为电信号输入锁相放大器系统，与斩波器同频同相的信号被放大10万倍左右，其它信号均被过滤。经锁相放大后的信号经过A/D转换器后输入计算机得到探测目标在1.5～16μm宽幅内的红外辐射，目标温度探测器和背景温度探测器测得的温度也通过I/O进入计算机进行处理。同时可通过计算机I/O控制锁相放大器和分光系统的启动。
本仪器所能测得参数包括背景温度T1、穴位温度T2和穴位红外辐射信号幅度Voltage。
本实用新型可用于检测人体穴位红外辐射光谱，从而为腧穴刺灸时能量和信息传输特性的研究，为提高针灸临床疗效的研究提供了重要工具和手段。本实用新型可用于观察人体穴位红外辐射特性，观察正常人与心脏病患者的特定穴位辐射光谱之间的差异，观察艾灸红外辐射特性及与人体穴位红外辐射光谱的关系。本实用新型对人体穴位和艾灸红外物理特性研究和红外诊疗产品的研制与开发有重要意义。
图1为本实用新型仪器的结构框图。
图2为本实用新型x-y方向仪器的红外光路及光学、电子设备示意图。
图3为本实用新型x-z方向仪器结构示意图。
图4为本实用新型仪器的原理图。
图中标号，1为体表穴位示意图，2为入光狭缝，3为红外辐射调制器，4为红外分光仪，5为红外传感器，6为灌注的液氮，7为锁相放大器，8为A/D转换器，9为计算机，10为探测臂，11为出光狭缝，12为背景温度检测器，13为目标温度检测器，14为I/O设备，15为显示器。M1、M2、M5为凹反射镜，M3为平面反射镜，M4为光栅(红外分光仪)，M6为滤光片。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步描述本实用新型。
根据图1和图2所示，红外辐射测量模块由探测臂10、红外辐射调制器3、红外分光仪4、红外传感器5，凹面反射镜M1、M2、M5，平面反射镜M3，入光狭缝2，出光狭缝11组成。其连接关系如下红外辐射经探测臂10探测后，经过置于探测臂后端的凹面反射镜M1反射，经过入光狭缝2，然后经设置于狭缝2后面的红外辐射调制器3调制，成为脉冲光；脉冲光经过凹面反射镜M2、平面反射镜M3反射，进入红外分光仪4，然后经凹面反射镜M5反射到分光片M6，再经出光狭缝11，进入红外传感器5，红外传感器5将光谱信号转化为电信号。
信号采集处理系统由锁相放大器7、A/D转换器8、I/O设备14、显示器15和计算机9依次经电路连接组成。检测系统中的红外辐射测量模块、目标温度探测器13、背景温度探测器12与信号采集处理系统相连，最后信号进入计算机9进行处理。
本实用新型中，探测臂10三维自由度可调(例如，可调范围依次为0-360度，0-40度，0-10度)，便于灵活探测人体各部位。探测臂10头部的孔面积小于0.36cm2，目标红外辐射可透过探测孔传输进入探测臂。
本实用新型中，红外辐射调制器3可采用一恒速斩波器，放置于入光狭缝2后，斩波器转速在0～1500rad/min间可调，将红外光变成脉冲信号。
本实用新型中，光学部分包括入光狭缝2、凹反射镜M1、M2、M5、反射镜M3、滤光片M6和红外分光仪Charls 850(即光栅)，光栅由电机驱动，接收并反射经斩波器后的脉冲红外辐射信号。
本实用新型中，红外传感器5采用碲镉汞红外传感器，它是一种高敏感的光电元件，能感受极微弱的红外辐射。其晶片面积只有2-3cm2，灵敏度高且便携，液氮工作环境，且实现了短波、中波、长波红外大气窗口的覆盖。为消除电源干扰，传感器由一组干电池供电。该传感器结合高性能电子学技术能抑制强烈的红外背景辐射干扰。
本实用新型中，信号处理装置是锁相放大器，具体可采用EG&G 5300。
本实用新型中，红外传感器接收经一系列光学元件反射和红外分光计进行分光后的红外脉冲信号，并将此光信号转变为电信号传给锁相放大器。斩波器的频率信号连接在后面的锁相放大器的参考信号输入端作为参考信号，只有与斩波器同频同相的红外信号(即体表微弱红外辐射)才被放大10万倍左右，其它红外背景信号均被过滤。
本实用新型中，目标温度探测器可直接绑定于被测部位。
本实用新型中，背景温度探测器置于斩波器后，测量仪器工作时的背景温度。
本实用新型中，数据存储、输入输出系统包括硬盘、软盘、显示器和键盘。
采用本实用新型的红外辐射光谱探测装置，发现人体穴位与非穴位区辐射的归一化光谱有显著差异，正常人与心脏病患者的特定穴位辐射光谱之间也有显著差异，还发现艾灸与穴位红外光谱在15μm有一致的强辐射峰。
本装置的具体使用方式如下例如在探测人体左臂太渊穴的红外辐射时，将探测臂的探测孔对准太渊穴，同时将目标温度探测器系于太渊穴旁。体表微弱的红外辐射经探测臂孔进入探测臂，通过入光狭缝经斩波器调制成脉冲光，再经一系列反射镜反射至红外分光计，经分光和滤光后的得到的红外光谱反射至红外传感器，红外传感器将光谱信号转化为电信号，采用锁相放大器技术，使体表脉冲的红外辐射区别与红外背景的连续辐射，电信号经A/D转换进入计算机，由此得到体表太渊穴在1.5～16μm宽幅内的红外辐射光谱。同时，目标温度探测器测得的太渊穴温度和背景温度探测器测得的温度也通过I/O进入计算机。
具体操作步骤如下1.开机前的准备本设备信号接收器为红外元件，每次使用前需向杜瓦瓶内灌入液氮。
2.开机1)开启仪器电源开关2)开启计算机屏幕电源开关3)开启计算机主机电源开关，进入WINDOWS操作系统3.操作步骤1)进入仪器操作界面2)选择菜单中的“初始化”项，仪器开始初始化光栅过程。
3)设置测量的波长范围和波长间隔。波长范围是1.5-16μm，波长间隔最小为0.02μm。
4)仪器开始测试并同时画出图谱，4.应用软件的其他功能测试结束后，用户可通过点击界面上的各图标或菜单下的各选项，选择采样速度、切换显示方式、暂停测试。
1)采样速度选择可选择高速、中速、低速三种采样速度；2)横坐标显示的切换可显示波长、波数；3)纵坐标显示的切换可显示探测器的穴位辐射信号幅度，背景温度，穴位温度；4)暂停测试
5)开机状态下灌液氮。
5.存盘光谱存储6.关机退出应用软件，关闭WINDOWS，关计算机。
权利要求1.一种人体穴位红外辐射光谱检测仪，其特征在于由检测系统、信号采集处理系统组成，其中，检测系统包括红外辐射测量模块、目标温度探测器和背景温度探测器，红外辐射测量模块由探测臂、检测狭缝、凹反射镜、平面反射镜、滤光片、红外辐射调制器、红外分光仪和红外传感器经光路连接组成；信号采集处理系统由锁相放大器、A/D转换器、I/O设备、以及对红外辐射光谱和温度参数进行显示的显示器经电路连接组成；红外辐射光经探测臂、进入光路系统依次为入射狭缝、红外辐射调制器、一个凹反射镜、平面反射镜、红外分光仪、另一个凹反射镜、滤光片和出光狭缝，到红外传感器，红外传感器将光信号转变为电信号；电信号经过锁相放大器，再经A/D转换和I/O设备，进入计算机；目标温度探测器和背景温度探测器测得的温度信号也通过I/O设备进入计算机。
2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述探测臂三维自由度可调，三维的可调范围分别为0-360度，0-40度，0-10度。
3.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述红外辐射调制器为恒速斩波器，转速为0～1500rad/min可调。
4.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述红外传感器为碲镉汞红外传感器，其晶片面积为2-3cm2。
专利摘要本实用新型属于医疗器械技术领域，具体是一种体表红外辐射光谱检测仪器，可测量微弱的红外辐射，测量幅宽为1.5～16微米。检测仪器包括检测系统、信号采集处理系统，检测系统包括探测臂、一系列光学元件、红外分光仪、红外传感器等，信号采集处理系统包括锁相放大器、A/D转换器、I/O、计算机和显示器等。检测系统获得目标红外光谱，经过锁相放大，A/D转换进入计算机处理。本实用新型可用于观察人体穴位红外辐射特性，观察正常人与心脏病患者的特定穴位辐射光谱之间的差异，观察艾灸红外辐射特性及与人体穴位红外辐射光谱的关系。本实用新型对人体穴位和艾灸红外物理特性研究和红外诊疗产品的研制与开发有重要意义。
文档编号A61B10/00GK2920156SQ20062004136
公开日2007年7月11日 申请日期2006年4月27日 优先权日2006年4月27日
发明者沈雪勇, 丁光宏, 禇君浩, 黄志明, 魏建子, 程珂 申请人:上海中医药大学, 上海市针灸经络研究中心