高光谱成像技术在中医证候客观诊断中的应用

因高光谱成像技术具有灵敏度高、蕴含图谱信息丰富等特点,使其有望被作为突破口来解决中医证候诊断缺乏客观指标的困境。鉴于舌与证候之间存在复杂且模糊的映射关系,针对当前舌信息采集方式的局限性以及现有处理模式存在将混合信息体割裂提取以致重要内涵丢失的缺陷,提出了一种新思路:采用高光谱技术进行舌象采集并将舌体交叠混合的图谱信息作为一个整体进行分析,结合多种线性与非线性数据挖掘算法以黑箱模式关联证候,提取特异性光谱指标群。并将所提取的光谱指标群综合临床的生理、生化及中医症征指标,从多角度分析病因病机的机理,找到一种证候客观诊断的新模式。     

高光谱成像用于中医舌诊舌苔信息提取

舌苔信息的提取对于中医舌诊客观化起着非常重要的作用,目前中医舌苔信息提取多基于图像处理技术,用数码相机拍摄舌体RGB彩色图像,然而,现有的方法在信息量方面还不能满足中医临床的需要,为了探究舌体更多信息,本研究将高光谱成像技术用于中医舌诊舌苔信息的提取中,以获得在全波段内舌体信息进而为中医舌诊诊断方式以及客观化提供一种新途径。首先运用高光谱采集系统采集来检者舌体在371.200 0～992.956 0 nm之间的343个波长的高光谱信息,并且记录来检者的中医舌诊的临床诊断结果,然后对采集到的16例来检者的高光谱图像进行感兴趣区域提取,即将舌体信息与背景信息进行分离,进而对提取的感兴趣区域舌质与舌苔光谱信息和图像信息进行处理。由实验结果分析发现,16例来检者舌苔和舌质部分光谱差异最大波段位于525～600 nm之间,对382.108 0～963.668 0 nm之间均匀提取9个波长处的舌体单一波长的二维图像信息并进行图像绘制,通过对比来检者舌体实际情况发现在527.548 0 nm处能够很好的真实反映舌体表面舌苔附着情况,实验结果表明,高光谱技术在中医舌苔信息提取方面具有一定的可行性,能够为中医舌诊舌苔分离以及舌苔信息提取提供一种快速、简便的检测手段。     

基于平场全息凹面光栅的舌诊用光谱仪的研制

由于传统的望舌诊断法过于依赖中医师的经验判断,导致误诊的概率相对较大,而基于图像处理的舌诊法受光源、图像采集设备影响较大,同时对于病理不同而颜色相近的舌象识别率不高。为了克服上述缺点,利用舌光谱的“指纹效应”,通过使用光谱法来对不同性状的舌象进行诊断,为了实现这一目标,研制了一款用于舌象诊断的光谱仪,同时为了克服传统分光器件的不足,分光系统中采用了平场全息凹面光栅作为分光器件,能保证系统小型化、光通量利用率提高的同时,改善光谱成像的质量和分辨率。通过系统实验测试,该光谱仪的光谱范围达到340～850 nm, 分辨率优于2 nm,同时通过模拟实验充分验证了该系统的有效性。     

X-Y振镜扫描式舌诊高光谱采集系统

针对目前舌诊研究中在舌体信息全面获取方面存在严重不足,将高光谱技术用到舌诊的研究中来,提出了一种基于X-Y振镜扫描式舌诊高光谱采集系统.通过模拟实验,采集与舌体大小相似图片的高光谱信息,验证了该系统可以用于舌体高光谱信息采集,实验结果表明,与现有舌诊客观化研究相比,该系统可以获得更多的舌体信息,为舌诊客观化研究提供了一...     

采集舌象用光源的光谱研究

在中医舌诊中,传统的光源通常为自然光甚至烛光,易受气候,环境干扰,不利于医生获得正确的舌苔色泽信息。文章引进人造光源作为对自然光源的补充或直接应用人造光源来代替自然光,能得到稳定和真实的舌态图像,获得科学严谨的诊断结果。不同的光源由于其各异的辐射光谱功率分布,显色性Ra和色温Tc的不同对同一物体照明会产生不同的颜色。文章选择了四种人造光源,通过光谱分析和分别照明时拍摄的相同图像[1]、舌象,用舌象视觉计算比较的方法选出了最佳光谱对应的光源,并在多个光学参数,色坐标容差椭圆等色度学参数上进行比较,得出一种最接近于自然光的光源,即PHILIPS YPZ220/18-3U.RR.D型光源,其色温为6 500 K的光谱特性及光学参数最接近自然光源,可作为采集舌象时的照明标准光源。此方法可为选择人造标准光源替代自然日光提供理论和实验依据。     

基于光谱法舌诊的脂肪肝快速诊断

提出了一种基于光谱技术的脂肪肝无创、快速诊断新方法。由于舌体能较客观的反映人体生理、病理变化,因此采集志愿者舌体舌尖部位的反射光谱,然后对数据进行分析,计算反射光谱的归一化反射率。建立3层BP网络模型,从采集来的115例样本中抽取32例健康人和44例脂肪肝患者的光谱归一化反射率作为神经网络的输入,再对未知的14例健康人样本和25例脂肪肝患者样本进行分类预测,分类正确率达到89.7%,实验结果表明了光谱法运用于脂肪肝快速无创诊断的可行性。同时,实验结果说明光谱法能更客观全面地反映人舌所携带的组织细胞、微循环等方面的信息,有可能为临床提供一种快速、简便的诊断手段,也为今后的中医证侯的度量提供借鉴。     

人体舌苔的反射光谱特征分析

望舌苔是中医舌诊的重要组成部分,对舌苔定性以及定量分析对于阐释舌苔携带的生理病理信息起着非常重要的作用,也是中医舌诊客观化研究的一个重要内容,提出舌苔的光谱分析法。采用Usb4000可见光谱仪对80例样本进行舌体附着舌苔部位以及无舌苔附着部位的反射光谱数据采集,并对所采集的光谱数据进行分析,发现同一个体的舌体不同部位的光谱特征与有无舌苔附着存在一定的相关性,进一步对采集的光谱数据进行比较发现,光谱曲线在500～600 nm之间存在较大差异,差异最大处于579.39 nm,同时对不同苔色光谱曲线进行了比较,不同苔色及苔厚在光谱上存在较大差异,实验结果表明,人体舌苔苔色、厚薄、润燥的不同,造成光谱特征上存在差异,与当前中医舌诊客观化普遍采用的比色法相比,反射光谱能够反映更多的舌体生理、病理信息,同时实验结果也说明,舌质、舌苔光谱特征的差异为进一步的舌质、舌苔分离奠定基础,从而有望为人体舌苔定性和定量分析提供客观指标,促进中医舌诊客观化。     

双波长比值光谱差异度指数用于人体舌苔舌质分离

舌苔舌质信息定量描述作为中医舌诊的重要内容,直接影响到中医临床舌诊的准确性。基于生物医学光子学理论,利用高光谱技术,提出一种基于双波长比值光谱差异度指数进行人体舌质舌苔分离的光谱分析新方法。首先采集被测对象371.200～992.956 nm之间共343个波长的舌体高光谱信息,随机选取15位被测对象进行光谱特征分析。绘制15位被测对象舌质舌苔全波段光谱曲线并进行比较,通过观察发现,舌质舌苔反射光特征差异与血红蛋白在该波段的光学特征变化相吻合,在500～750 nm之间,水对光的吸收很少,而舌体表面布满血管,光的吸收主要受到血红蛋白的影响,基于舌质舌苔在573和700 nm两波段光谱吸收差异,计算双波长比值,提取舌质舌苔光谱特征差异度指数,根据个体差异,分别提取不同被测对象舌质舌苔光谱特征差异指标,进行舌质舌苔区域分离,实验结果发现,对同一被测对象舌体苔质提取光谱差异度指数SDI,舌苔舌质光谱差异度指数存在一定差异性,由于个体的不同,具有各自明显的舌质、舌体差异度指数分割线,实验结果表明,运用双波长比值光谱差异度指数的光学表达形式能够用于舌质舌苔分离,同时该方法也能够为进一步中医临床舌诊提供客观依据。     

光调制技术用于提高光谱法舌诊的测量信噪比

为了解决光谱采集受环境光干扰严重的问题,首次将光调制技术用于提高光谱法舌诊测量的信噪比。系统采用调制盘对参考光信号强度进行调制,运用此装置采集同一被测体在分别叠加绿色、紫色、红色激光以及自然环境光干扰情况下的反射光谱,对采集来的数据运用离散傅里叶变换进行解调,提取最大谐波分量,然后对提取的最大谐波分量进行归一化,绘制解调后的光谱曲线,通过比较发现,不同干扰情况下所测同一被测体经过调制解调后的反射光谱曲线走向基本一致,结果表明光调制技术能够去除舌体反射光谱采集中环境杂散光的干扰,为高信噪比舌诊光谱数据采集提供了一种新途径。     

基于LabVIEW的自由活塞式斯特林制冷机性能测试系统开发

制冷机的自动性能测试、实验处理系统可大幅降低工作量,并保证测试的准确性。针对中国电子科技集团公司第十六研究所新研制开发的自由活塞式斯特林制冷机,开发了一种新的基于虚拟仪器的性能测试系统,该系统通过硬件和软件相结合,自动采集制冷机性能测试中的相关参数,并实现数据的实时显示、存储和图形化显示等功能。该测试系统测试制冷机性能以判定是否满足使用要求。该系统的开发应用将极大方便的提高测试的工作效率,加速合格制冷机的筛选工作。     

利用多光纤耦合及光学多道分析器实现多对象光谱同时实时采集

报道了一种使用多光纤耦合及光学多道分析器实现多对象光谱同时实时采集的方法和装置。利用该装置成功地采集了单对象、3对象和 5对象光谱。空间分辨率达到 0 5mm ,光谱探测范围 2 0 0～ 110 0nm ,使用OMA 4系统 ,在 1cm2 的象面上最多可采集对象达 2 0。为了保证该装置充分利用光能 ,又尽量减小对光谱仪分辨率的影响 ,对所使用的耦合透镜的光路设计进行了探讨。该装置在光束传输中的质量监控以及在光谱时间、空间分辨测量中可得到广泛的应用。     

航天器热电偶检测系统的设计与实现

热电偶测温广泛应用于航天器真空热试验的温度测量中,目前对于航天器总装阶段的热电偶实施没有一种快速有效的方法进行正确性验证。传统依靠人手触摸测点观察热电偶阻值变化方法的存在一定的局限性,为了提高热电偶检测的准确性和有效性,设计了一种便携式的热电偶检测系统,实现了对热电偶短路、开路和粘贴位置正确性的检测。基于MAX31855的温度采集模块可以快速采集和显示热电偶温度,加热模块的出风口温度控制和加热温度限制能够保证检测过程中航天器的安全性。实际测试表明,该系统具备在现场灵活对航天器表面热电偶进行检测的能力,测试效率高,具有很高的实用性。     

血细胞压积与平均血红蛋白浓度的可见-近红外光谱无创检测

血细胞压积和平均血红蛋白浓度的检测对于心脑血管疾病以及贫血等疾病的预防和治疗起着非常重要的作用,为了能够无创、准确的对血细胞压积和平均血红蛋白浓度进行检测,本研究提出了一种基于光谱技术的检测方法。经解剖学研究表明,在微循环中,血流变的异常以及血液粘稠度的改变均能引起舌象的变化,即舌象和血液成分之间存在一定的相关性,所以本研究通过采集240例志愿者舌尖反射光谱,同时拍摄志愿者舌体图片和记录生化分析结果。在进行数学建模前,首先将240例志愿者随机分为校正集和验证集,运用偏最小二乘分别建立数学模型,校正集预测值和生化分析真实值之间相关系数分别为0.998和0.938,运用所建数学模型对验证集未知样本进行预测,验证集未知样本的预测结果与生化分析真实值之间相关系数分别为0.979和0.883,平均相对误差分别为1.65%和1.88%,均方根误差分别为4.066和4.139,由实验结果可见,所建立的模型可以较好的对HCT和MCHC进行预测,同时实验结果也表明近红外光谱分析结合偏最小二乘方法有可能能够为血细胞压积和平均血红蛋白浓度的检测提供一种无创的检测方法。     

舌诊归一化反射光谱用于红细胞数无创测量

利用舌诊归一化反射光谱对人体血液中红细胞总数(RBC)进行了无创检测研究.采集240名志愿者舌尖反射光谱并进行反射率归一化同时用数码相机记录志愿者舌象.将样本分为两组:校正集和预测集,以血液成分含量生化分析值为参考,建立红细胞总数与光谱数据的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型.所建模型的相关系数为0.991,用所建模型...     

SPC数据采集与处理系统

SPC数据采集与处理系统实现了SPC数据的计算机采集与处理 ,大大提高了SPC分析的效率与准确性 ,对推动目前国内SPC应用 ,提高产品质量管理水平具有重要的现实意义。本文具体介绍了SPC数据采集与处理系统的结构与组成及软件实现和处理功能。     

基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现

为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计方案。系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果。通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强。     

双波段全天空云量观测系统研制及数据分析

为实现全天时、全天空云量观测,提出并研制了一种双波段全天空云量观测系统。该系统在可见光波段通过内置遮光装置和高动态范围（HDR）图像合成技术,可采集清晰完整的全天空图像,同时,其在红外波段的一次成像可获取160°视场范围天空图像,较传统扫描拼接式红外观测模式更加简单快捷。主要阐述了该系统在不同波段的全天空成像原理以及云图分割方法。从双波段云量观测数据的一致性和准确性两方面进行分析,验证了该系统在云量观测上具有较高的准确性。     

舌体高光谱的高血压患者中合并冠心病的筛查方法

高血压合并冠心病是高血压疾病的一类严重合并症。目前高血压患者对合并冠心病的情况检测不及时,容易导致严重事件的发生,其致残率、致死率极高,严重影响患者的生活质量。因此对高血压患者合并冠心病的早期发现对预防更严重事件的发生显得尤为重要。舌体信息与心血管功能关系密切,为此,提出一种基于舌体高光谱用于高血压患者中合并冠心病筛查新方法。采集154例心血管科门诊患者舌体377.8～1 049.1 nm高光谱数据并记录临床诊断信息。对高血压患者组及高血压合并冠心病患者组舌体光谱比较发现,在500～600 nm波段之间,两组光谱存在显著性差异。基于中医舌诊分区理论,对舌体进行区域划分,划分为舌尖、舌左、舌中、舌右以及舌根五个区域。各舌体分区在波长509.6和561.2 nm以及540.5和576.7 nm均存在极大和极小值,这与血红蛋白对光的吸收特征相吻合。对组间各舌体区域光谱特征进行差异性分析。T检验分析结果显示高血压患者组与高血压合并冠心病患者组舌尖与舌中区域光谱具有显著性差异。基于高血压患者组与高血压合并冠心病患者组舌体不同区域光谱特征的差异性,利用神经网络,选取500～600 nm舌尖与舌中光谱数据进行后续高血压患者组与高血压合并冠心病患者组分类辨识模型的建立。选用准确度、灵敏度以及特异性作为模型预测能力的评价指标。最终获得模型的预测准确度、灵敏度以及特异性分别为84.78%,86.95%和82.61%。实验结果表明高血压患者与高血压合并冠心病患者舌体高光谱信息之间存在显著性差异。利用舌体高光谱所建立的分类模型能够用于高血压以及高血压合并冠心病患者的无创辨识,为高血压患者中高血压合并冠心病的早期发现提供一种有效筛查手段。     

基于小波变换的汽车电子漏电信号检测系统设计

汽车电子漏电信号具有较强的微弱性和瞬时性。当前的漏电信号检测方法无法避免这种微弱性和瞬时性的特点,导致漏电信号检测准确性较低。设计并实现了一种新的汽车电子漏电信号检测系统。该检测系统由硬件部分和软件部分构成。在硬件设计方面重点介绍了基于PCI1712数据采集卡的漏电信号采集模块和滤波电路;软件部分由LADVIEM和MATLAB仿真软件共同编程完成,重点阐述了小波变换滤波器的设计方法,并给出部分漏电信号采集程序。实验结果表明,该系统能够有效提高汽车电子漏电信号检测的准确性和检测效率。     

舌横纵剖面温度场的实验研究与计算

用红外热成象技术与动物实验等多种方法对舌体的生物传热特性进行了研究。结合中医舌诊机理,用有限元法计算了猪舌内部横、纵剖面的二维温度场。结果表明,舌体传热的特征是温度梯度由舌根到舌尖较大,沿舌厚度方向较小,舌体温度分布受血管分布和血管截面积的影响。得到的舌表面温度场与横纵剖面温度场之间的关系,为结合病症对人舌温度场进行分析计算提供了思路和依据。