CN109316169A - 一种基于移动智能终端的健康检测仪及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗器械行业，具体为一种基于移动智能终端的健康检测仪及其检测方法。包括光发射模块、光接收模块、光处理模块和数据分析处理模块。光发射模块发射光辐射照射到人体皮肤表面，部分光辐射经皮肤组织散射及吸收后离开皮肤进入光处理模块，再经光接收模块收集并转换为皮肤光谱数据；皮肤光谱数据发送给数据分析处理模块进行分析处理，获得多项人体指标信息。本发明的优点在于，充分利用高度普及的移动智能终端，通过搭配光处理模块和软件，实现多种人体健康生理指标的即时检测，兼顾精确性和便携性，用户足不出户也能了解自身身体状况，缓解医疗资源紧张问题。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械行业，具体涉及一种基于移动智能终端的健康检测仪及其检测方法。
背景技术
人体健康生理指标的检测对于疾病的早期发现与治疗具有非常重要的意义，传统的人体生理指标检测设备往往需要患者去医院用到大型的高精设备，价格昂贵、费时费力。现在的生理指标检测正在向无创化、集成化、便携化、多功能化、交互化等方向迈进，用户足不出户也能对自身身体状况有所了解。本发明以用户日常使用的移动智能终端为载体，充分发挥其普及性优势，在此基础上搭配配套模块与软件的健康检测仪具有广泛的受众面，能让更多的***享受到其无创化、集成化、便携化、多功能化和交互化的服务。
以黄疸为例，黄疸是新生儿常见疾病。目前医院使用专用黄疸检测仪进行一次检查的价格不菲，检查流程并不方便。作为代替，市面上有一些移动软件，可在手机上通过检测婴幼儿皮肤健康值，例如血氧饱和度、血红蛋白浓度、胆红素、心率等多种人体健康生理指标，以此来判断婴儿身体指数是否正常，是否有得黄疸的可能。但这些软件的检测方法是通过比色卡用肉眼比对皮肤颜色来达到检测目的，没有考虑各种光线环境及人为判断因素，精准度十分低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于移动智能终端的健康检测仪，实现多种人体健康生理指标的即时、便携、精确检测。
本发明所提供的基于移动智能终端的健康检测仪，包括：光发射模块1、光接收模块2、光处理模块3和数据分析处理模块4。
其中，所述光发射模块1发射光辐射照射到人体皮肤表面，部分光辐射经皮肤组织散射及吸收后离开皮肤进入光处理模块3，通过光处理模块3的光辐射经光接收模块2收集并转换为皮肤光谱数据；光接收模块2将皮肤光谱数据发送给数据分析处理模块4，数据分析处理模块4对数据进行分析处理，将处理后数据和数据库比对，即时获得多项人体指标信息。
本发明中，所述光发射模块1为移动智能终端自带的摄像闪光灯，用于将光照射至皮肤；
所述光处理模块3包括用于分光的反射光栅，该反射光栅为周期为百纳米量级的闪耀光栅；该反射光栅包括依次排列的透明衬底层、光栅结构层和反射层；用于接收经皮肤散射的光并进行分光处理；
所述光接收模块2为移动智能终端自带的摄像头，拍摄下经光处理模块3处理后的皮肤光谱成像；
所述数据分析处理模块4为移动智能终端的计算处理***，用于对拍下的皮肤光谱成像照片进行分析处理；其中：
通过分析皮肤光谱成像照片，获取图片中每个像素点对应的RGB值；利用图像灰度分析法，根据公式(灰度值=f×B+ m×G+ n×R)计算得到图像的灰度值；根据灰度值与摄像头曝光量的关系，得到各像素点的光强；通过硬件定标，确定像素点与波长的对应关系，得到光强-波长图；通过检测目标波长范围与参考波长范围的光强相对变化，并分析连续采样获得的信号周期性变化，可计算得到血红蛋白浓度、血氧饱和度、胆红素以及心率等生理指标。
本发明中，所述衬底层为玻璃或透明塑料。
本发明中，所述光栅结构层材料为紫外固化胶或者热固化胶，光栅周期为百纳米级别（200-800nm），厚度为微米级别。
本发明中，所述反射层采用银或铝的蒸镀层，厚度在100纳米以上。一般可为100-300纳米。
本发明中，还包括避光盒体5、多芯导光光纤束6和摄像通道8；所述光处理模块3，即反射光栅设于避光盒体5内；
所述避光盒体5是密闭盒体，有两个端面；一端面作为移动智能终端贴合面，设有进光孔9和摄像头接收孔10，另一端面作为人体皮肤接触面，设有通光孔11；
所述摄像头接收孔10靠近进光孔9，所述摄像通道8一端对接摄像头接收孔10，另一端同反射光栅对接，且垂直于反射光栅表面；通过摄像头接收孔10，摄像头能拍摄到反射光栅；
所述多芯导光光纤束6连接进光孔9和通光孔11，且多芯导光光纤束6中的部分导光光纤从进光孔9的一端剥离，作为反射光引导光纤7；
所述反射光引导光纤7一端同多芯导光光纤束6一起位于通光孔11处，另一端（剥离端）接入摄像通道8，且能使导过来的光照射于反射光栅的反射面。
本发明中，所述反射光引导光纤7为多芯导光光纤束6的中心位置的光纤或光纤束。
本发明中，所述移动智能终端为带有闪光灯摄像头的智能手机。
一种利用基于移动智能终端的健康检测仪的检测方法，具体步骤为：
（1）将光发射模块1打开，发出光辐射，照射于人体皮肤表面；
（2）采集皮肤表面的皮肤反射光，将皮肤反射光引导至光处理模块3，即反射光栅；皮肤反射光透过衬底层后经光栅结构层衍射调制产生色散，即不同波长光辐射的空间传播方向不再一致；色散光经金属反射层发生反射；
（3）反射后的色散光在空气中传播，最终到达光接收模块2；在此过程中，不同波长光辐射被光接收模块2不同位置的像素点接收；
在入射反射光栅前，皮肤反射光为白光，通过光接收模块2采集，得到的是一个白光圆点成像；但经反射光栅反射后，通过光接收模块2采集得到的是由蓝绿黄红等不同波长成分构成的分光图像；
（4）数据分析处理模块4对分光图像采用图像灰度分析法直接分析，并同预载的皮肤光谱数据进行比对，得出人体健康生理指标。
本发明使用时，将手机的闪光灯对着避光盒体的进光孔，通光孔贴合人体皮肤；开启闪光灯，光经多芯导光光纤引导，在通光孔位置照射在皮肤上；皮肤反射的光辐射经光处理模块的反射光栅后，将带有不同波长信息的光辐射在空间内进行分离，分离后的光辐射经光接收模块收集，不同波长的光辐射激活光接收模块不同位置的像素单元。
本发明的优点在于，充分利用高度普及的移动智能终端，通过搭配光处理模块和软件，实现多种人体健康生理指标的即时检测，兼顾精确性和便携性，用户足不出户也能了解自身身体状况，缓解医疗资源紧张问题，对于疾病的早期发现与治疗具有非常重要的意义，具有很大的潜力和发展空间。
附图说明
图1为本发明构成示意图。
图2为实施例结构示意图。
图3为皮肤反射光经光反射光栅色散示意图。
图中标号：1为光发射模块，2为光接收模块， 3为光处理模块，4为数据分析处理模块，5为避光盒体，6为多芯导光光纤束，7为反射光引导光纤，8为摄像通道，9为进光孔，10为摄像头接收孔，11为通光孔。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明，在以下给出的详细说明和实施例中，可以对本发明更全面了解，这些说明和附图并不仅限于特定实施例，而只是起到解释和理解的作用。
实施例
数据分析处理模块4采用安卓智能手机，型号Oneplus 5，光发射模块1为其闪光灯，光接收模块2为其摄像头，光处理模块3为反射光栅。
反射光栅由三层构成，衬底层为玻璃或透明塑料；衬底层上方为光栅结构层，结构层材料为紫外固化胶或者热固化胶，光栅周期为百纳米级别（200-800nm），厚度为微米级别；光栅结构层上方为金属反射层，一般采用银或者铝的蒸镀层，厚度为100-150 纳米。
所述避光盒体5采用3D打印的长方体密闭盒体，一个矩形面作为移动智能终端贴合面，设有进光孔9和摄像头接收孔10，相对应位置的另一矩形面作为人体皮肤接触面，设有通光孔11；所述摄像头接收孔10靠近进光孔9，和Oneplus 5的摄像头和闪光灯位置对应。
所述摄像通道8截面为门状的空心长柱体，一端对接摄像头接收孔10，另一端同反射光栅对接，且垂直于反射光栅表面；通过摄像头接收孔10，摄像头能拍摄到反射光栅。
所述多芯导光光纤束6连接进光孔9和通光孔11，且多芯导光光纤束6中的部分导光光纤从进光孔9的一端剥离，作为反射光引导光纤7，反射光引导光纤7可以是多芯导光光纤束6中心位置的一根光纤或者几根光纤。
所述反射光引导光纤7一端同多芯导光光纤束6一起位于通光孔11处，另一端（剥离端）***摄像通道8，且能使导过来的光照射于反射光栅的反射面。如图2所示。
所述避光盒体5位于反射光栅位置设有可开闭的插口，通过该插口，可以对反射光栅进行插拔替换。
智能手机中，数据分析应用软件为Java语言编写的手机APP，基于平台AndroidStudio，基于IntelliJ IDEA，采用灰度分析法处理皮肤光谱数据，最终获得皮肤健康数值。
本发明使用时，食指覆盖处为待测皮肤，工作过程如下：闪光灯光辐射经暗盒中光纤束入射至食指覆盖处皮肤，反射光经闪耀光栅分光后由摄像头采集完成并进行灰度分析并与数据库信息比对，即时获得多项人体健康生理指标信息，并显示于APP界面。该实施例经多次重复，准确性好，同一测量对象的皮肤健康值波动范围小于5%。
Claims (9)
1.一种基于移动智能终端的健康检测仪，其特征在于，包括：光发射模块（1）、光接收模块（2）、光处理模块（3）和数据分析处理模块（4）；
其中，所述光发射模块（1）发射光辐射照射到人体皮肤表面，部分光辐射经皮肤组织散射及吸收后离开皮肤进入光处理模块（3），通过光处理模块（3）的光辐射经光接收模块（2）收集并转换为皮肤光谱数据；光接收模块（2）将皮肤光谱数据发送给数据分析处理模块（4），数据分析处理模块（4）对数据进行分析处理，将处理后数据和数据库比对，即时获得多项人体指标信息。
2.如权利要求1所述的健康检测仪，其特征在于，所述光发射模块（1）为移动智能终端自带的摄像闪光灯，用于将光照射至皮肤；
所述光处理模块（3）包括用于分光的反射光栅，该反射光栅为周期为百纳米量级的闪耀光栅；该反射光栅包括依次排列的透明衬底层、光栅结构层和反射层；用于接收经皮肤散射的光并进行分光处理；
所述光接收模块（2）为移动智能终端自带的摄像头，拍摄下经光处理模块（3）处理后的皮肤光谱成像；
所述数据分析处理模块（4）为移动智能终端的计算处理***，用于对拍下的皮肤光谱成像照片进行分析处理。
3.如权利要求1或2所述的健康检测仪，其特征在于，还包括避光盒体（5）、多芯导光光纤束（6）和摄像通道（8）；所述光处理模块（3），即反射光栅设于避光盒体（5）内；
所述避光盒体（5）是密闭盒体，有两个端面；一端面作为移动智能终端贴合面，设有进光孔（9）和摄像头接收孔（10），另一端面作为人体皮肤接触面，设有通光孔（11）；
所述摄像头接收孔（10）靠近进光孔（9），所述摄像通道（8）一端对接摄像头接收孔（10），另一端同反射光栅对接，且垂直于反射光栅表面；通过摄像头接收孔（10），摄像头能拍摄到反射光栅；
所述多芯导光光纤束（6）连接进光孔（9）和通光孔（11），且多芯导光光纤束（6）中的部分导光光纤从进光孔（9）的一端剥离，作为反射光引导光纤（7）；
所述反射光引导光纤（7）一端同多芯导光光纤束（6）一起位于通光孔（11）处，另一端接入摄像通道（8），且能使导过来的光照射于反射光栅的反射面。
4.如权利要求3所述的健康检测仪，其特征在于，所述反射光引导光纤（7）为多芯导光光纤束（6）的中心位置的光纤或光纤束。
5.如权利要求4所述的健康检测仪，其特征在于，所述移动智能终端为带有闪光灯摄像头的智能手机。
6.根据权利要求3所述的基于移动智能终端的健康检测仪，其特征在于，所述反射光栅的衬底层为玻璃或透明塑料。
7.根据权利要求6所述的基于移动智能终端的健康检测仪，其特征在于，所述反射光栅的光栅结构层材料为紫外固化胶或者热固化胶，光栅周期为200-800nm，厚度为微米级别。
8.根据权利要求6所述的基于移动智能终端的健康检测仪，其特征在于，所述反射光栅的反射层采用银或铝的蒸镀层，厚度为100-300纳米。
9.一种基于权利要求1所述的健康检测仪的检测方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将光发射模块（1）打开，发出光辐射，照射于人体皮肤表面；
（2）采集皮肤表面的皮肤反射光，将皮肤反射光引导至光处理模块（3），即反射光栅；皮肤反射光透过衬底层后经光栅结构层衍射调制产生色散，即不同波长光辐射的空间传播方向不再一致；色散光经金属反射层发生反射；
（3）反射后的色散光在空气中传播，最终到达光接收模块（2）；在此过程中，不同波长光辐射被光接收模块（2）不同位置的像素点接收；
在入射反射光栅前，皮肤反射光为白光，通过光接收模块（2）采集，得到的是一个白光圆点成像；但经反射光栅反射后，通过光接收模块（2）采集得到的是由蓝绿黄红等不同波长成分构成的分光图像；
（4）数据分析处理模块（4）对分光图像采用灰度分析法直接分析，并同预载的皮肤光谱数据进行比对，得出人体健康生理指标。
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