检验近红外光谱成像设备的有效性的方法、装置及系统与流程

1.本公开涉及医疗设备的检验技术领域，尤其涉及一种检验近红外光谱成像设备的有效性的方法、装置及系统。


背景技术：

2.近红外光谱成像设备是一种先进的无创、使用便携、符合多种场景需求的医疗设备，在各个领域中有着越来越多的广泛应用。其基本的测量原理为：在待测组织的表面以一定距离布置一对发射
‑
接收探头，形成一个探测通路，位于组织内部的血红蛋白浓度随代谢和耗氧水平的变化而产生变化，这将引起这对发射
‑
接收探头测量的光信号产生变化，根据光通路中的信号的变化量可以计算出组织内部的血红蛋白浓度变化量。
3.现有技术中，验证近红外光谱成像设备的有效性的常用方法是选取受试者执行经典的动手指范式，通过观察实验是否得到预期的响应来判断设备性能的优劣，这种方法依赖于被试的选取，可重复性差，仅为定性无法定量。此外,还有通过fmri(功能性磁共振成像)和近红外光谱成像设备同步联合实验，用以论证近红外光谱成像设备测量的有效性，该方法的测试成本较高，且开展难度较大，成本较高。除却上述测试方法，针对近红外光谱成像设备的性能的检验大多停留在功率、光谱、采样率等物理参数方面，这些参数仅作为设备的物理参数性能，无法论证设备具备测量血红蛋白浓度变化量的性能。
4.因此，针对近红外光谱成像设备的测量血红蛋白浓度变化量的这个基本功能，目前缺乏一种准确、有效、定量的检验方法来对这个功能进行论证。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的上述技术问题，本公开提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的方法、装置及系统，该方法能够对近红外光谱成像设备的有效性进行准确、有效、定量的论证，且简单、便捷，易于操作。
6.本公开实施例提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的方法，所述近红外光谱成像设备包括发射探头、接收探头、显示器以及处理器，所述方法包括：
7.获取第一光强信号，其中，所述第一光强信号由所述发射探头发射，并经由水吸收后被所述接收探头探测到；
8.获取第二光强信号，其中，所述第二光强信号由所述发射探头发射，并经由吸光溶液吸收后被所述接收探头探测到；
9.根据所述第一光强信号和所述第二光强信号计算吸光度相对变化量；其中，
10.所述水和所述吸光溶液位于凝胶中且不与所述凝胶接触，所述凝胶用于模拟人体组织，所述吸光溶液用于模拟人体血管中的血液。
11.在一些实施例中，所述方法进一步包括：
12.获取多个第二光强信号，其中，所述多个第二光强信号分别对应不同浓度的吸光溶液；
13.根据所述第一光强信号和所述多个第二光强信号分别计算所述不同浓度的吸光溶液对应的吸光度相对变化量；
14.对多组吸光溶液的浓度数值及其对应的吸光度相对变化量数值进行线性拟合，根据线性拟合结果评价所述近红外光谱成像设备对组织内血红蛋白变化量测量的线性度。
15.在一些实施例中，所述凝胶由琼脂粉、intralipid(英脱利匹特)和水混合形成。
16.在一些实施例中，所述吸光溶液为墨水溶液。
17.本公开实施例还提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的装置，所述装置包括：
18.容器，其承载有凝胶，所述凝胶用于模拟人体组织；
19.固定件，其安装在所述容器的内壁上，所述固定件上固定有管道，其中，部分管道浸入所述凝胶中，且所述管道的进口和出口均伸出所述容器，以向所述管道中注入液体；其中，
20.所述容器的侧壁上设有两个安装孔，所述两个安装孔分别对应所述部分管道的两端，且所述两个安装孔分别与近红外光谱成像设备的发射探头和接收探头相适配。
21.在一些实施例中，所述管道为透明管道，其用于模拟人体的血管。
22.在一些实施例中，所述部分管道呈螺旋形状，螺旋形状的所述部分管道面向所述容器的侧壁设置，以及
23.所述部分管道的螺旋中心与所述安装孔的中心位于同一水平线上。
24.在一些实施例中，所述容器由不透光材质制成；或
25.所述装置还包括遮光罩，其可以容纳所述容器及所述管道形成不透光空间。
26.在一些实施例中，所述安装孔与所述部分管道的相对距离范围为0.5cm
‑
8cm。
27.本公开实施例还提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的系统，所述系统包括上述任一项所述的检验近红外光谱成像设备的有效性的装置以及监控台，其中，所述监控台包括：
28.通信接口，其配置为接收近红外光谱成像设备的接收探头所探测到的光强信号；
29.处理器，其配置为根据所述光强信号计算吸光度相对变化量并得到检验结果；
30.显示器，其配置为呈现所述检验结果。
31.与现有技术相比，本公开实施例的有益效果在于：本公开实施例所提供的检验近红外光谱成像设备的有效性的方法、装置及系统，利用凝胶模拟人体组织，管道模拟人体的血管，吸光溶液模拟人体血管中的血液，通过分别探测经由水和吸光溶液吸收后的光强信号来计算吸光度相对变化量，根据吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性。该方法能够模拟近红外光谱成像设备在实际测量人体组织中的血氧变化时的场景，且通过计算吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性，能够实现对近红外光谱成像设备的有效性进行准确、有效、定量的论证，且简单、便捷，易于操作，普适性高。
附图说明
32.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用
于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
33.图1为本公开实施例检验近红外光谱成像设备的有效性的方法的流程图；
34.图2为本公开实施例检验近红外光谱成像设备的有效性的装置的主视图；
35.图3为本公开实施例检验近红外光谱成像设备的有效性的装置的俯视图。
36.图中的附图标记所表示的构件：
[0037]1‑
容器；2
‑
凝胶；3
‑
固定件；4
‑
管道；41
‑
部分管道；42
‑
进口；43
‑
出口；5
‑
发射探头；6
‑
接收探头。
具体实施方式
[0038]
为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
[0039]
本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0040]
在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
[0041]
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
[0042]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0043]
本公开实施例提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的方法，其可以对近红外光谱成像设备对组织内血红蛋白变化量测量的一致性和线性度进行检验，其中，近红外光谱成像设备包括发射探头、接收探头、显示器以及处理器，发射探头用于向人体组织发射入射光，接收探头接收出射光经由通信接口将出射光信号传输到处理器进行处理，得到组织内部的血红蛋白浓度变化量，通过显示器呈现处理结果。如图1所示，该方法包括：
[0044]
s101，获取第一光强信号，其中，该第一光强信号由发射探头发射，并经由水吸收后被接收探头探测到；
[0045]
s102，获取第二光强信号，其中，该第二光强信号由发射探头发射，并经由吸光溶液吸收后被接收探头探测到；
[0046]
s103，根据第一光强信号和第二光强信号计算吸光度相对变化量；其中，水和吸光
溶液位于凝胶中且不与凝胶接触，凝胶用于模拟人体组织，吸光溶液用于模拟人体血管中的血液。
[0047]
可以理解的是，该方法能够模拟人体环境，凝胶用于模拟人体组织，吸光溶液用于模拟人体血管中的血液，这样，该方法在模拟的人体环境中实现对近红外光谱成像设备的有效性的检验，能够保证检验结果的有效性和准确性。
[0048]
可以理解的是，凝胶具备较好地稳定性，采用凝胶模拟人体组织能够保证在检验过程中不会引入额外的运动干扰，从而能够保证检验结果的有效性和准确性，如果采用水溶液模拟人体组织的话，水溶液会在测试过程中产生流动，影响检验结果。可以理解的是，凝胶的制备方法有多种，只要得到的凝胶能够实现模拟人体组织即可，本技术方案在此不做具体限定，例如，可以采用牛奶、淀粉、脂肪乳剂等多种材料来制备凝胶。
[0049]
可以理解的是，在步骤s103中，可以通过计算第一光强信号和第二光强信号的比值得到吸光度相对变化量，根据吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性，由此可以实现对近红外光谱成像设备的有效性的准确、有效、定量的论证，并且该方法简便易行。
[0050]
在一些实施例中，该方法可以用于检验同一近红外光谱成像设备上的不同通道对组织中血红蛋白浓度变化量的测量的有效性，其中，一个通道的光强信号由一对发射
‑
接收探头来测量，例如，根据不同通道相对同一浓度的吸光溶液的吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的各个通道的一致性。
[0051]
可以理解的是，该方法具有较高的普适性。在一些实施例中，该方法可以用于检验不同型号、不同厂家生产的近红外光谱成像设备的有效性，例如，根据不同设备相对同一浓度的吸光溶液的吸光度相对变化量来检验各个近红外光谱成像设备的有效性。
[0052]
可以理解的是，吸光溶液可以为任何具有吸光功能的溶液，例如，墨水溶液或其他的在近红外光谱范围内具有显著吸收作用的溶液，在此不作具体限定。
[0053]
本公开实施例所提供的检验近红外光谱成像设备的有效性的方法，利用凝胶模拟人体组织，吸光溶液模拟人体血管中的血液，通过分别探测经由水和吸光溶液吸收后的光强信号来计算吸光度相对变化量，根据吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性，该方法能够模拟近红外光谱成像设备在实际测量人体组织中的血氧变化时的场景，且通过计算吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性，能够实现对近红外光谱成像设备的有效性进行准确、有效、定量的论证，且简单、便捷，易于操作，普适性高。
[0054]
在一些实施例中，该方法进一步包括：获取多个第二光强信号，其中，多个第二光强信号分别对应不同浓度的吸光溶液；根据第一光强信号和多个第二光强信号分别计算不同浓度的吸光溶液对应的吸光度相对变化量；对多组吸光溶液的浓度数值及其对应的吸光度相对变化量数值进行线性拟合，根据线性拟合结果评价近红外光谱成像设备对组织内血红蛋白变化量测量的线性度。
[0055]
具体来说，近红外光谱成像设备对组织内血红蛋白变化量测量的线性度是设备能够对组织内血红蛋白变化量进行定量测量的基础，如果线性度较差，则表明该设备对血红蛋白浓度变化量的测量是不准确的，也就意味着该设备不能够声称其具备测量血红蛋白浓度变化量这个功能。
[0056]
不同浓度的吸光溶液对光的吸收程度不同，评价近红外光谱成像设备对组织内血
红蛋白变化量测量的线性度时，可以根据第一光强信号和接收探头探测到的经由不同浓度的吸光溶液吸收后的第二光强信号，来计算不同浓度的吸光溶液对应的吸光度相对变化量，然后根据吸光溶液的浓度数值及其对应的吸光度相对变化量进行线性拟合，得到拟合曲线，根据该拟合曲线来对设备对组织内血红蛋白变化量测量的线性度进行评价。
[0057]
在一些实施例中，可以将拟合曲线和标准曲线进行比较，根据比较结果来对设备的线性度进行量化的评价，其中，标准曲线可以通过对理想条件下多组吸光溶液的浓度值及其对应的吸光度相对应变化量进行拟合来得到。
[0058]
可以理解的是，凝胶由琼脂粉、intralipid(英脱利匹特)和水混合形成。在一个具体实施例中，凝胶由1.5％的琼脂粉、1％的intralipid(英脱利匹特)和97.5％的水混合形成，根据该比例配置的凝胶具备和人体组织相接近的光学参数，能够较好的模拟人体组织，同时具备较好地稳定性，能够保证在检验过程中不会引入额外的运动干扰，从而能够保证检验结果的有效性和准确性。
[0059]
在一些实施例中，吸光溶液为墨水溶液，例如，印度墨水溶液。具体来说，墨水溶液无毒无害，在测试过程中不会产生有害物质，不会引入危险因素，且墨水溶液的配置较为简单，使用纯净水按照特定比例稀释即可得到特定浓度，此外，墨水溶液在近红外光谱范围内的吸光性能显著，能够达到较好的测量效果。
[0060]
本公开实施例还提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的装置，如图2
‑
3所示，该装置包括：容器1，其承载有凝胶2，凝胶2用于模拟人体组织；固定件3，其安装在容器1的内壁上，固定件3上固定有管道4，管道4用于承载水和吸光溶液，其中，部分管道41浸入凝胶2中，且管道4的进口42和出口43均伸出容器1，以向管道4中注入液体；其中，容器1的侧壁上设有两个安装孔(图中未示出)，两个安装孔分别对应部分管道41的两端，且两个安装孔分别与近红外光谱成像设备的发射探头5和接收探头6相适配，以在检验时将发射探头5和接收探头6安装到容器1的侧壁上(如图2所示)。
[0061]
具体来说，如图2所示，部分管道41完全浸入凝胶2中，发射探头5和接收探头6的位置也相对低于容器1中凝胶2的液面高度，以保证检验结果的有效性和准确性。在利用该装置检验近红外光谱成像设备的有效性时，将近红外光谱成像设备的发射探头5和接收探头6分别安装在容器1上的安装孔上，首先，通过管道4的进口42向管道4中注入水，由发射探头5向部分管道4中发射第一光强信号，第一光强信号经由部分管道41中的水吸收后被接收探头6探测到，优选地，这里采用纯净水，然后向部分管道41中注入吸光溶液，由发射探头5向部分管道41中发射第二光强信号，第二光强信号经由部分管道41中的吸光溶液吸收后被接收探头6探测到，最后通过计算第一光强信号和第二光强信号的比值得到吸光度相对变化量，根据吸光度相对变化量来对近红外光谱成像设备的有效性进行准确、有效、定量的论证。
[0062]
可以理解的是，可以在一段时间后光强信号较为稳定时选取第一光强信号和第二光强信号。
[0063]
在一些实施例中，管道4可以由软性材料或玻璃材料制成。可以理解的是，可以采用具有较小孔径尺寸的管道4，这样在测试过程中无需单独排出注入的水，在注入吸光溶液时可以直接将管道4中的水向前推进，直至吸光溶液完全占满部分管道41的空间，如此，既可以减少操作步骤，又能够避免管道4中的水对吸光溶液进行稀释，影响检验结果的准确
性。
[0064]
可以理解的是，凝胶2的制备方法有多种，只要得到的凝胶2能够实现模拟人体组织即可，本技术方案在此不做具体限定，例如，可以采用牛奶、淀粉、脂肪乳剂等多种材料来制备凝胶2。在一个具体实施例中，凝胶2由1.5％的琼脂粉、1％的intralipid(英脱利匹特)和97.5％的水混合形成，根据该比例混合得到的凝胶2的稳定性好，能够较好地模拟人体组织，进一步保证检验结果的有效性和准确性。
[0065]
可以理解的是，吸光溶液可以为任何具有吸光功能的溶液，例如，墨水溶液或其他的在近红外光谱范围内具有显著吸收作用的溶液，在此不作具体限定。
[0066]
本公开实施例所提供的检验近红外光谱成像设备的有效性的装置，利用凝胶2模拟人体组织，管道4模拟人体组织中的血管，吸光溶液模拟人体组织中的血液，通过分别探测经由水和吸光溶液吸收后的光强信号来计算吸光度相对变化量，根据吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性，该装置能够模拟近红外光谱成像设备在实际测量人体组织中的血氧变化时的场景，对近红外光谱成像设备的有效性进行准确、有效、定量的论证，结构简单、易于操作，且普适性高，可以用于检验不同型号、不同厂家生产的近红外光谱成像设备的有效性。
[0067]
在一些实施例中，管道4为透明管道，其用于模拟人体的血管。
[0068]
在一些实施例中，部分管道41呈螺旋形状(如图2所示)，螺旋形状的部分管道41面向容器1的侧壁设置，且部分管道41的螺旋中心与安装孔的中心位于同一水平线上。可以理解的是，将部分管道41设计成对称的螺旋形状(如图2所示)，可以使接收探头6中接收到的光中有更多的部分经过了部分管道41，提高部分管道41在光路中的覆盖占比，如此可以提高该装置的检验灵敏度。可以理解的是，将部分管道41的螺旋中心设置为与安装孔的中心位于同一水平线上，可以提高部分管道41在光路中的覆盖占比。
[0069]
在一些实施例中，容器1由不透光材质制成；或该装置还包括遮光罩，其可以容纳容器1及管道4形成不透光空间。将容器1设计为由不透光材质制成或设置遮光罩将容器1和管道4完全遮盖住，以避免在测试过程中外界光产生干扰，影响检验的有效性和准确性。
[0070]
如图3所示，安装孔与凝胶2中的部分管道41具有一定的相对距离。在一些实施例中，安装孔与部分管道41的相对距离范围为0.5cm
‑
8cm，该相对距离用于模拟利用近红外光谱成像设备探测人体组织时，探头可以探测到的血红蛋白浓度的位置与探头之间的距离，即模拟人体组织中的血红蛋白浓度变化部位到探头的深度，进一步能够保证检验结果的有效性和准确性。
[0071]
本公开实施例还提供了一种检验近红外光谱成像设备的有效性的系统，该系统包括如上述任一项所述的检验近红外光谱成像设备的有效性的装置以及监控台，其中，监控台包括：通信接口，其配置为接收近红外光谱成像设备的接收探头所探测到的光强信号；处理器，其配置为根据探测到的光强信号计算吸光度相对变化量并得到检验结果；显示器，其配置为呈现检验结果。具体说来，监控台用于根据接收探头所探测到的光强信号计算吸光度相对变化量进而得到检验结果，显示器可以采用图像、数据表格等多种形式来对检验结果进行呈现，简洁直观，易于理解。
[0072]
可以理解的是，该监控台还包括存储器，其上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令用于对接收到的光强信号进行处理、计算吸光度相对变化量等。
[0073]
本公开实施例所提供的检验近红外光谱成像设备的有效性的系统，利用凝胶模拟人体组织，管道模拟人体组织中的血管，吸光溶液模拟人体血管中的血液，通过分别探测经由水和吸光溶液吸收后的光强信号来计算吸光度相对变化量，根据吸光度相对变化量来检验近红外光谱成像设备的有效性，该系统能够模拟近红外光谱成像设备在实际测量人体组织中的血氧变化时的场景，对近红外光谱成像设备的有效性进行准确、有效、定量的论证，结构简单、易于操作，且普适性高，可以用于检验不同型号、不同厂家生产的近红外光谱成像设备的有效性。
[0074]
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
[0075]
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
[0076]
以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。