一种用于校准多生理参数检测仪器的装置和方法

1.本发明实施例涉及生物医学技术领域，尤其涉及一种用于校准多生理参数检测仪器的装置和方法。


背景技术：

2.人体中的葡萄糖，血红蛋白，脂肪，黑色素，胆红素等物质对不同频率的电磁波具有不同的交互强度。基于电磁波的检测实现原理如下：电磁波入射到组织，经过包括血管、脂肪等组织的吸收、散射等相互作用后被传感器捕获。基于传感器得到的电磁波谱可推算出一些生理病理参数，比如心率，血氧饱和度，血糖，血脂等。
3.比如基于电磁波的心率、血氧饱和度测试仪器：获取的波谱信息可分为非脉动成份(主要由组织、骨骼等成分的吸收导致)和脉动成份(主要由动脉血中血红蛋白的吸收导致)。另外不同氧饱和度的动脉血对光的吸收存在明显区别。依据特定算法对获取的光谱进行处理，可实现动态心率，血氧饱和度的监测。通过类似的方法，以不同频率的电磁波为基础，配合传导设备和传感器，可实现对组织血糖、血脂、新陈代谢速率等重要的生理参数的监测。通过传播电磁波、配合传导设备和传感器，实现不同生理参数的监测。由于人体的个体差异，为了辅助基于电磁波的生理参数(比如心率，血氧，血糖和血脂)无损检测仪器的开发，需要一个能够稳定模拟组织不同成分对电磁波吸收、散射过程的标准装置来标定与校准这些仪器。
4.常用的方法大致可以分为以下几类：人体平均值或经验值标定法、组织体液循环模拟系统和组织仿体。基于人体平均值和经验的方法容易受到个体差异的影响、也无法模拟正常人体变化范围以外的生理参数。基于组织体液循环模拟系统的方法同样存在类似的问题，并且还存在可使用周期短、便携性差等问题。可模拟组织对电磁波吸收的组织仿体是学术界和商业界认可的选项，但是可实现多种生理参数模拟的仿体制备工艺要求高，仍存在实用性欠佳的问题。基于电子模拟器的校准方法可以实现模拟任意范围的生理参数；但是这些装置大部分只具有单一功能、存在性能不稳定或者信号均一性较差的问题，并且与真实的组织仍有一定的差距。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种用于校准多生理参数检测仪器的装置和方法，以辅助基于电磁波的生理参数检测仪器的开发与校准。本发明结构简单，性能稳定，且方便与不同的模块进行组装，用于校准不同的电磁波检测设备，帮助提升开发效率和性能。
6.第一方面，本发明实施例提供一种用于校准多生理参数检测仪器的装置，包括：电磁波源、控制模块、电磁波均匀模块、电磁波检测模块、反射镜、功能性模板和透镜；
7.所述电磁波均匀模块上开设有入射孔和出射孔，用于均匀入射的电磁波；
8.所述电磁波源和所述控制模块相连，所述电磁波源设置在所述入射孔的外部，用
于通过所述入射孔将电磁波入射到所述电磁波均匀模块内部；
9.所述电磁波检测模块和所述控制模块相连，用于在检测到目标电磁波信号后将对应生成的电信号发送至所述控制模块，以通过所述控制模块控制所述电磁波源发出对应的电磁波；
10.所述反射镜、功能性模板和透镜设置在所述出射孔外部；
11.所述反射镜用于调整所述电磁波均匀模块出射的电磁波的传播方向，以使其照射到待校准设备的光接收器上；所述功能性模板和透镜用于接收出射孔出射的电磁波并将其出射至待校准设备的光接收器上。
12.可选的，所述电磁波均匀模块为内壁涂有漫反射材料的空腔。
13.可选的，所述电磁波均匀模块上开设至少两个出射孔。
14.可选的，所述电磁波源具备发生器件和驱动模块，所述驱动模块用于接收所述控制模块传输的控制信号，并驱动发生器件发射电磁波入射到所述电磁波均匀模块内部。
15.可选的，所述反射镜的形状根据待校准设备进行制备。
16.可选的，所述电磁波均匀模块的出射孔外部还设置有仿体或者功能性模块，用于模拟不同组织。
17.第二方面，本发明实施例还提供一种用于校准多生理参数检测仪器的方法，基于上述实施例中任一项所述的装置实现，包括：
18.根据待校准设备对应的生理参数，设置控制模块中的相关参数；
19.通过电磁波检测模块检测待校准设备发射的电磁波波长和幅度；
20.电磁波检测模块根据所述电磁波波长和幅度生成对应的电信号传输至控制模块；
21.控制模块根据接收到的所述电信号计算输出信号并控制电磁波源发出相应的电磁波；
22.电磁波源发射的电磁波入射到电磁波均匀设备中后经出射孔出射，由反射镜或者功能性模板和透镜将电磁波出射到待校准设备的接收器上，从而对待校准设备进行校准。
23.本发明的有益效果：
24.1.本发明实施例提供的装置组成全部为固态，结构简单，可容易的实现批量生产，操作方便，便携性好，便于推广；
25.2.主体装置外形方便调节进行功能切换，能够满足不同生理参数检测仪器的要求。
26.3.该装置集成了对组织血氧、心率等不同生理参数的模拟，性能稳定且可重复性高。
27.4.该装置可针对不同类型的组织制作并组装具有不同参数的仿体，使其适用范围更广。
28.5.该装置的电磁波均匀模块可以是任意使电磁波均匀分布的设备，能够控制入射电磁波的损失以及出射强度；通过在出射口处设置反射镜、功能性模板和透镜，可以用于校准任何类型的反射、透射的多生理参数检测仪器。
附图说明
29.图1为本发明实施例提供的一种用于校准多生理参数检测仪器的装置结构示意
图；
30.图2为本发明实施例提供的一种用于校准多生理参数检测仪器的方法流程图；
31.图3为本发明实施例提供的手腕状校准装置结构示意图；
32.图4为本发明实施例提供的手指状校准装置结构示意图；
33.图5为本发明实施例提供的眼底相机校准装置结构示意图。
34.其中，电磁波源-1、控制模块-2、电磁波检测模块-3、仿体-4、反射镜-5、电磁波均匀模块-6、功能性模板—7、透镜-8、具备支撑功能的手腕状仿体-9、具体支撑功能的手指状仿体10、镜筒-11。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
36.实施例
37.图1为本发明实施例提供的一种用于校准多生理参数检测仪器的装置，包括：电磁波源1、控制模块2、电磁波检测模块3、反射镜5、电磁波均匀模块6、功能性模板7和透镜8，其中透镜8处还对应设置有电磁波检测模块。
38.其中，电磁波均匀模块可以是任意使电磁波均匀分布的设备，开设有入射孔和出射孔，是一个内壁涂有漫反射材料的空腔，用于均匀入射的电磁波，并且控制入射电磁波的损失及其出射强度，提高信号的均一性。
39.进一步的，电磁波均匀模块的入射口外部设置有电磁波源，该电磁波源与控制模块相连，用于通过所述入射孔将电磁波入射到所述电磁波均匀模块内部。电磁波源的出射口发出的电磁波可以通过电磁波均匀模块的入射孔入射到电磁波均匀模块的内部。
40.具体的，电磁波源具备发生器件和驱动模块，驱动模块用于接收控制模块传输的控制信号，并驱动发生器件发射电磁波入射到电磁波均匀模块内部，进入电磁波均匀模块的电磁波在内壁涂层多次反射，并在内壁上形成均匀照度，出射孔发出高均匀度的出射电磁波。
41.进一步的，所述电磁波检测模块与所述控制模块相连，所述反射镜、功能性模板和透镜设置在所述出射孔外部；
42.电磁波检测模块用于检测当前是否有目标电磁波(比如红光和红外光)照射，以及目标电磁波强度，同时生成电信号，并传输给控制模块。
43.控制模块用于接收电磁波检测模块传输的信号，同时对接收信号进行分析，并计算出相应的控制信号，用来触发电磁波源发出电磁波。
44.由于待校准设备的不同，电磁波均匀模块出射的电磁波传播方向也不同。本实施例中，不仅在出射孔外部设置反射镜来实现出射电磁波传播方向的调整，还在出射孔外部设置了功能性模板和透镜来透射不需要改变传播方向的出射电磁波，从而满足各种类型待检测设备的校准。其中，反射镜用于调整所述电磁波均匀模块出射的电磁波的传播方向，以使其照射到待校准设备的光接收器上；所述功能性模板和透镜用于接收出射孔出射的电磁波并将其出射至待校准设备的光接收器上。上述功能性模块可模拟任意波段电磁波与不同
组织的交互作用，从而满足不同检测仪器的要求。
45.进一步的，出射的电磁波可以通过反射镜调整其传播方向，使出射电磁波垂直照射到待校准设备的接收器上，比如指夹式检测设备、腕带式、组织表面贴敷式设备。对于部分不需要改变电磁波传播方向的目标校准设备，比如通过眼睛部位进行生理参数检测的设备，出射的电磁波需要经过不同形状(比如眼底视网膜血管)的功能性掩模板和透镜，最后达到待校准设备的接收器上。
46.进一步的，在反射的电磁波到达待校准设备的光接收器之前，可以添加模拟组织吸收、散射的仿体4或者功能性模块，以更加真实地模拟电磁波和组织的相互作用。本实施例中的仿体和功能性模块可适配任意部位组织的生理功能，能够满足不同生理参数检测设备的校准。
47.实际应用中，本实施例中的反射镜的终端可以制备成不同的外形，以满足不同类型设备的校准，比如手腕状、手指状和视网膜状。其中，具备仿体功能的模块也可以集成在手腕状、手指状和视网膜状的结构中。
48.进一步参见图2，本发明实施例还提供一种用于校准多生理参数检测仪器的方法，基于上述实施例中任一项所述的装置实现，包括：
49.s1、根据待校准设备对应的生理参数，设置控制模块中的相关参数；
50.s2、通过电磁波检测模块检测待校准设备发射的电磁波波长和幅度；
51.s3、电磁波检测模块根据所述电磁波波长和幅度生成对应的电信号传输至控制模块；
52.s4、控制模块根据接收到的所述电信号计算输出信号并控制电磁波源发出相应的电磁波；
53.s5、电磁波源发射的电磁波入射到电磁波均匀设备中后经出射孔出射，由反射镜或者功能性模板和透镜将电磁波出射到待校准设备的接收器上，从而对待校准设备进行校准。本实施例的技术方案可以根据透射式、反射式设备的校准要求方便的调整器件布局。
54.示例性的参见图3，图3中包括具有支撑功能的手腕状仿体9及其剖面图。当待校准设备为用于血氧饱和度检测手环时，对应的校准流程如下：
55.1)完成与手腕状仿体装配，组成用于帮助血氧饱和度检测手环开发的数字仿体。
56.2)根据需要模拟的心率和血氧饱和度，对控制模块的相关参数进行设置。
57.3)放置血氧饱和度检测仪器于装置上手腕状仿体的中间区域，检测仪器需要完全覆盖电磁波检测模块，其中反射镜位置和具备仿体功能的区域可以根据检测模块的需求改变。
58.4)开启血氧饱和度手环，手环发射出周期性红光和红外光。
59.5)进而电磁波检测模块分别检测出红光和红外光的光强，并生成相应的电信号传输到控制模块。
60.6)控制模块对接收的电信号进行分析处理，计算出输出信号并控制电磁波源发出相应的电磁波。
61.7)电磁波源发出的光信号通过入射孔进入到电磁波均匀模块内部，经过多次反射后通过出射孔照射到反射镜上，反射镜对电磁波的传播方向进行调整，使出射的电磁波垂直照射血氧检测手环的光接收器上，从而对手环进行校准。示例性的，本实施例中的电磁波
均匀模块可以设置为积分球。
62.示例性的参见图4，图4中包括具体支撑功能的手指状仿体10及其剖面图。当待校准设备为用于帮助指尖透射式血氧饱和度检测仪器时，对应的校准流程如下：
63.1)完成与手指状仿体装配，组成用于帮助指尖透射式血氧饱和度检测仪器开发的数字仿体。
64.2)根据需要模拟的心率和血氧饱和度，对控制模块的相关参数进行设置。
65.3)放置血氧饱和度检测仪器于装置上手指状仿体的中间区域，检测仪器需要完全覆盖电磁波检测模块和反射镜，其中反射镜位置和具备仿体功能的区域可以根据检测模块的需求改变。
66.4)开启血氧饱和度检测仪器，该检测仪器发射出周期性红光和红外光。
67.5)进而电磁波检测模块分别检测出红光和红外光的光强，并生成相应的电信号传输到控制模块。
68.6)控制模块对接收的电信号进行分析处理，计算出输出信号并控制电磁波源发出相应的电磁波。
69.7)电磁波源发出的电磁波通过入射孔进入到电磁波均匀模块内部，经过多次反射后通过出射孔照射到反射镜上，反射镜对电磁波的传播方向进行调整，使出射的电磁波垂直照射血氧检测仪的光接收器上，从而对用于帮助指尖透射式血氧饱和度检测仪器进行校准。
70.示例性的参见图5，图5包括镜筒11，仿体、功能性模板、透镜以及电磁波检测模块的剖面图。当待校准设备为眼底相机时，对应的校准流程如下：
71.1)完成与视网膜掩模版、仿体(可选项)和透镜的装配，组成用于帮助反射式眼底相机血氧检测设备开发的数字仿体。
72.2)根据需要模拟的血氧饱和度，对控制模块的相关参数进行设置。
73.3)放置反射式眼底相机血氧检测设备于装置上视网膜仿体的中间区域，检测仪器需要完全覆盖电磁波检测模块和透镜。
74.4)开启反射式眼底相机血氧检测设备，该检测仪器发射出周期性红光和红外光。
75.5)进而电磁波检测模块分别检测出红光和红外光的光强，并生成相应的电信号传输到控制模块。
76.6)控制模块对接收的电信号进行分析处理，计算出输出信号并控制电磁波源发出相应的电磁波。
77.7)电磁波源发出的电磁波通过入射孔进入到电磁波均匀模块内部，经过多次反射后通过出射孔和透镜照射到眼底相机血氧检测设备的光接收器上，从而对眼底相机进行校准。
78.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。