一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置及其方法，該裝置包括暗室，暗室的正面設置有孔洞；暗室的正上方垂直安裝有光電倍增管，暗室與光電倍增管之間還安裝有電動控制的濾波片輪，濾波片輪上承載若干組濾波片；伸入暗室內的手指自發產生的生物光子經過一組濾波片后，傳送至光電倍增管并轉化為生物電信號，轉化后的生物電信號，再由光電倍增管傳送至光子計數器，光子計數器得到手指的發光強度；濾波片空載時，得到濾波片自身的發光強度；光子計數器還與中央處理器相連，中央處理器用于接收手指的發光強度和濾波片自身的發光強度，并將兩者作差，得到手指自發光強度，并根據手指自發光強度得到手指光譜分布圖。
【專利說明】
一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置及其方法
技術領域
[0001]本發明屬于生物光子輻射探測領域，尤其涉及一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]生物光子輻射來源于機體內新陳代謝過程中各種生化反應從高能態向低能態的躍迀所發射的光子，它是一個發生在“分子層次”的生命現象，它是有機體本身所固有的一種屬性，是生命系統的一個固有功能，攜帶著機體新陳代謝過程中結構變化和功能代謝狀態的信息，這種信息蘊含在其強度、光譜分布等各個參數當中。生物系統在分子層次的變化，能引起系統生物光子輻射在強度、光譜分布等方面的改變，它對生命系統內部的變化及外界環境的影響有高度的敏感性，對機體超微弱發光的探測和分析能夠揭示生物系統內部的細節，展示外界環境的微弱影響。
[0003]人體手指自發生物光子輻射發現于上世紀70年代，但是目前沒有只針對人體手指自發生物光子輻射來繪制其輻射光譜分布圖的裝置。此外，由于手指自發光子輻射極其微弱，現有檢測人體手指自發生物光子的裝置靈敏度低、操作復雜以及穩定性差，甚至危害人體手指的健康。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術的缺點，本發明提供一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置及其方法。該裝置靈敏度高、操作簡單，能夠直觀地指示人體健康的狀態且具有快速、靈敏、可靠以及對人體手指無損的優點。
[0005]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]—種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，包括暗室，所述暗室的正面設置有伸入人手的孔洞，所述暗室的正上方垂直安裝有光電倍增管，所述暗室與光電倍增管之間還安裝有濾波片輪，所述濾波片輪上承載有若干組不同波段的濾波片；
[0007]濾波片用于當暗室內有手指時，對暗室內的手指自發產生的生物光子進行濾波，并將濾波后的生物光子傳送至光電倍增管進行轉化為生物電信號，轉化后的生物電信號由光電倍增管傳送至光子計數器，得到手指在任一組濾波片下的發光強度；
[0008]所述濾波片還用于當暗室內無手指時，自發光產生光信號，并將自發光產生的光信號由光電倍增管傳送至光子計數器，得到任一組濾波片自身的發光強度；
[0009]所述光子計數器還與中央處理器相連，所述中央處理器用于接收手指在任一組濾波片下的發光強度和任一組濾波片自身的發光強度，并將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而繪制出手指光譜分布圖。
[0010]所述孔洞外沿固定有黑色橡膠套，用于防止外界光線的進入。
[0011 ]所述濾波片輪為電動控制的濾波片輪。
[0012]所述手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置還包括高壓電源，所述高壓電源用于為光電倍增管提供電源。
[0013]所述暗室的正面設置有兩個孔洞且暗室內設置有隔板，用于實現對左右手生物光子同時進行檢測。
[0014]所述中央處理器還與顯示屏相連。
[0015]—種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置的工作方法，包括:
[0016]將手通過孔洞伸入暗室內，對手的各個手指的生物光子進行測試:
[0017]在測試過程中，暗室內的手指自發產生的生物光子經過任一組濾波片濾波后，傳送至光電倍增管并轉化為生物電信號，轉化后的生物電信號由光電倍增管傳送至光子計數器，光子計數器對接收到的生物電信號進行處理，得到手指在任一組濾波片下的發光強度；
[0018]當暗室內無手指時，任一組濾波片自發光產生的光信號由光電倍增管傳送至光子計數器后，得到任一組濾波片自身的發光強度；
[0019]將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而繪制出手指光譜分布圖。
[0020]得到手指在特定波段下的自發光強度之后，還包括根據不同濾波片在不同波段內的量子效率對手指在特定波段下的自發光強度進行校正。
[0021]該方法還包括將手通過孔洞伸入暗室之前，將溫度調節至20°C以及環境濕度控制在40%_50%之間。這樣做是為了保障檢測手指在特定波段下的自發光強度的準確性。
[0022]本發明的有益效果為:
[0023](I)本發明的暗室的正面設置有兩個孔洞且暗室內設置有隔板，形成雙暗室，用于實現對左右手生物光子同時進行檢測;而且本發明采用高靈敏度和無需外加制冷的光電倍增管來檢測手的各個手指的生物光子，提高了整個裝置的測試精度而且使得操作簡單，本發明能夠直觀地指示人體健康的狀態且具有快速、靈敏、可靠以及對人體手指無損的優點。
[0024](2)本發明采用垂直安裝在暗室的正上方的光電倍增管以及安裝在濾波片輪上的若干組不同波段的濾波片，檢測出暗室內的手指在任一組濾波片下的發光強度和任一組濾波片自身的發光強度，并且將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而準確地繪制出手指光譜分布圖。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的裝置結構示意圖；
[0026]圖2是本發明的裝置的工作方法流程示意圖；
[0027]圖3(a)是健康人左手手指自發光子輻射光譜分布；
[0028]圖3(b)健康人右手手指自發光子福射光譜分布；
[0029]圖3(c)是以感冒患者為例，疾病狀態下左手手指自發光子輻射光譜分布；
[0030]圖3(d)是以感冒患者為例，疾病狀態下右手手指自發光子輻射光譜分布。
[0031]其中，1、暗室;2、孔洞;3、光電倍增管;4、濾波片輪;5、光子計數器;6、高壓電源;7、中央處理器。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明:
[0033]如圖1所示，本發明的手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置包括暗室1、光電倍增管3、濾波片輪4和光子計數器5。
[0034]其中，暗室I正面設置有伸入人手的孔洞，暗室I的正上方垂直安裝有光電倍增管3，所述暗室I與光電倍增管3之間還安裝有濾波片輪4，所述濾波片輪4上承載有若干組不同波段的濾波片。
[0035]暗室I是雙手光子檢測系統的重要組成部分，其作用是為手部自發光子的測量提供完全黑暗的環境，分為左右兩個暗格，便于左右手同時檢測。由于手部輻射的光子極其微弱，因此暗室的光密閉性要非常好，以避免外界雜散光的影響，本實驗所用暗室為根據手部發光的需要專門定制的，其內壁和外周均經發黑處理，例如:對整個暗室內外表面均用黑漆均勻噴涂。
[0036]在本實施例中，暗室I正面有兩個直徑為1cm的圓形孔洞2，孔洞2外沿分別固定有長25cm的黑色橡膠手套，其作用是保證手臂經孔洞伸入暗室后，手臂與孔洞2的洞口接觸處無外界光線的進入;暗室I正上方垂直裝有兩支光電倍增管3，在暗室I上表面與光電倍增管3之間裝有電控濾波片輪4，內裝有五組濾波片，五組濾波片分別為GG395、GG455、GG495、0G550和RG610，用于手部自發光子輻射光譜的測量。
[0037]光電倍增管3是雙手自發光子檢測系統的核心部件，其靈敏度的高低決定了整個系統對手部微弱光子的探測能力。光電倍增管3(PMT)是一種能將微弱的光信號轉換成可探測的電信號的光電轉換器件，它由光電發射陰極(光陰極)、聚焦電極、電子倍增極和電子收集極(陽極)等組成，其工作原理是當弱光照射到光陰極時，光陰極激發出光電子，這些光電子按聚焦極電場進入倍增系統，并通過進一步的二次發射得到的倍增放大，然后把放大后的電子用陽極收集作為信號輸出。本發明所采用的光電倍增管為英國ET Enterprises生產的9235QA型:直徑51mm(2-1nch)，端窗型入射，bialkali光陰極，有效光陰極直徑48mm，波譜響應范圍為290nm-630nm，具有高增益、快速的時間響應、低暗計數率等特點。本裝置所用光電倍增管無需制冷，開機即用，大大節省了測試等待的時間。
[0038]其中，濾波片用于當暗室I內有手指時，對暗室I內的手指自發產生的生物光子進行濾波，并將濾波后的生物光子傳送至光電倍增管進行轉化為生物電信號，轉化后的生物電信號由光電倍增管3傳送至光子計數器5，得到手指在任一組濾波片下的發光強度；
[0039]濾波片還用于當暗室內無手指時，自發光產生光信號，并將自發光產生的光信號由光電倍增管3傳送至光子計數器5，得到任一組濾波片自身的發光強度。
[0040]本實施例中使用的光子計數器5是日本Hamamatsu公司生產的C9744型，如圖3所示。該型光子計數器5能把光電倍增管3里的單個光電子通過內置放大器和甄別電路轉換成5V的數字信號顯示。C9744型光子計數器具有高速電子線路，能實現107s-l的測量，擁有+10和+ 1兩檔，可根據所測信號的強度選擇其中一檔。
[0041]光子計數器5還與中央處理器7相連，所述中央處理器7用于接收手指在任一組濾波片下的發光強度和任一組濾波片自身的發光強度，并將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而繪制出手指光譜分布圖。
[0042]其中，手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置還包括高壓電源，所述高壓電源用于為光電倍增管提供電源。本實施例中的高壓電源是Sens-Tech公司生產的PM20SP，其作用是為光電倍增管提供完全可調、穩定和幾乎無紋波的高壓輸出。PM20SP型高壓電源通過一個10轉的精密撥號讀電位器實現輸出從O-最大值完全可調，具有噪聲低、穩定性高和短期漂移的特點。
[0043]具體實施過程中，中央處理器還與顯示屏相連，顯示屏用于直觀顯示繪制出手指光譜分布圖。
[0044]本發明的手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置的具體工作流程為:
[0045](I)測試前準備。提前兩小時打開實驗室空調，溫度調節至20°C，環境濕度控制在40%_50%之間。由于本實驗要獲得的是手部自發光子輻射，因此實驗前需要將手部進行暗適應處理以屏蔽掉外界光線對皮膚延遲發光的影響。實驗前受試者須用生理鹽水或自來水將手部清洗干凈，待自然晾干后，立即戴上事先準備好的黑色手套，安靜等待30分鐘。
[0046](2)參數設置。運行測試軟件，此時可聽到濾波片輪開始轉動，系統開始自檢，待系統自檢完成，在操作界面完成相應參數的設置。
[0047](3)測試過程:
[0048]①開機自檢過程結束后，手指自發光子輻射測試之前，首先需要測試實驗暗室內的噪聲以及不同濾波片自身的自發熒光強度。參數設置同上。
[0049]②30分鐘的暗適應時間到了之后，受試者調整好姿勢端坐于實驗平臺前；
[0050]③把戴著黑色手套的雙手伸進實驗暗盒里，在實驗暗盒里將手套摘下，目的是避免手部再次受外界光線影響；
[0051]④將左右手相應待測手指指尖分別放置于左右光電倍增管鏡頭正下方固定槽處，然后點擊“Measure”，開始計數，此時濾波片狀態處于“No filter”，一根指尖測試完畢后更換另一個根手指。手指測量順序如下:拇指—食指—中指—無名指—小指；
[0052]⑤第3步測量完畢后，更換濾波片，按上述測量方法依次得到GG395，GG455，GG495，0G550，RG610不同濾波片下的測量數據；
[0053]⑥測量完成，數據導出，分析處理；
[0054](4)數據處理。以拇指為例，首先將測得的拇指自發發光強度減去濾波片本身的噪聲，即(手指自發光子強度+濾波片發光強度)一濾波片發光強度，得到拇指在不同濾波片下本身的發光強度，其次前一濾波片下的光強減去后一濾波片下的光強得到兩個波長之間的手指光子強度，最后結合不同濾波片在不同波段內的量子效率，對波段間的數值進行校正，以10nm為單位繪制光譜分布圖。
[0055](5)測試結果。
[0056]通過人體自發發光光譜特征可以從整體上判斷機體內新陳代謝過程中氧化自由基的水平，從而評價機體的健康狀態。生物發光的物理和化學原理研究認為，只有當出現激發態分子向基態躍迀時，才會有發光現象，換言之，生物自發發光來源于生物大分子新陳代謝過程中從高能態到低能態躍迀輻射的光子，體內自由基等活性氧所釋放的光子，可用體表超微弱發光表征。代謝發光機制認為，細胞內高活性的過氧化自由基在進行化學復合反應的過程中，生成單線態氧或激發態羰基，它們回到基態時則輻射出不同波段的光子。大量的實驗研究表明，內嵌于細胞膜、線粒體膜、葉綠體膜、吞噬體膜等的膜結合酶復合物NADPH氧化酶可以將氧氣(O2)轉化為超氧陰離子自由基(O2 ‘ —)，O2 ‘ —通過歧化反應生成過氧化氫(H2O2)，Η2θ2經Fenton反應進而轉化成輕基自由基(H0.)。具有較高還原性的H0.通過氧化細胞內包括脂類、蛋白質和核酸的各種類型的生物大分子，最終生成三重激發態羰基(3R =O*)、單重(ip*)和三重(3P*)激發態色素以及單態氧(102)。三重激發態羰基(3R=O*)從高能態向低能態躍迀產生350-550nm波段的光子，單重(1P*)和三重(3P*)激發態色素躍迀分別對應550-750nm和750-1000nm波段，單態氧躍迀產生634nm和1270nm波段的光子。
[0057]當機體處于疾病狀態時，會在手指自發發光光譜上體現出來。手指自發發光光譜分布的峰值特性(如峰強度、峰位置、峰的數量)可能作為機體新陳代謝活動的表征指標，通過測試和分析不同生理病理狀態下手指自發發光光譜特性，比較其光譜分布特征的差異，即可判斷機體的健康狀況。
[0058]健康狀態下人體左右手手指光譜分布如圖3(a)和圖3(b)所示。疾病狀態下人體左右手手指光譜分布如圖3(c)和圖3(d)所示。從如圖3(a)和圖3(b)可以看出，健康人十根手指在495-550nm之間自發發光強度強度明顯高于其它波段，提示健康人十指在該波段有較強的光子輻射，即健康人十指指尖光譜分布的峰值出現在495-550nm之間。在此區段，每根手指的光強數值又各不相同，表現為左手從高到低依次為拇指、中指、食指、小指和無名指，右手依次為拇指、中指、小指、食指和無名指。
[0059]從圖3(c)和圖3(d)可以看出，與健康人十指光譜分布相較，感冒患者的左右手中指、無名指和小指的光譜峰值出現了紅移現象，即光譜峰值從495-550nm移至550-610nm，定量來講，即感冒患者左右手中指、無名指和小指光強在550-610nm與495-550nm的比值明顯高于健康人(左手:P = 0.007;右手:p = 0.005)。測試結果顯示，處于疾病狀態的人體，其生物光子輻射光譜分布與正常值發生偏離。
[0060]本發明的暗室的正面設置有兩個孔洞且暗室內設置有隔板，形成雙暗室，用于實現對左右手生物光子同時進行檢測;而且本發明采用高靈敏度和無需外加制冷的光電倍增管來檢測手的各個手指的生物光子，提高了整個裝置的測試精度而且使得操作簡單，本發明能夠直觀地指示人體健康的狀態且具有快速、靈敏、可靠以及對人體手指無損的優點。
[0061]本發明采用垂直安裝在暗室的正上方的光電倍增管以及安裝在濾波片輪上的若干組不同波段的濾波片，檢測出暗室內的手指在任一組濾波片下的發光強度和任一組濾波片自身的發光強度，并且將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而準確地繪制出手指光譜分布圖。
[0062]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，其特征在于，包括暗室，所述暗室的正面設置有伸入人手的孔洞，所述暗室的正上方垂直安裝有光電倍增管，所述暗室與光電倍增管之間還安裝有濾波片輪，所述濾波片輪上承載有若干組不同波段的濾波片； 濾波片用于當暗室內有手指時，對暗室內的手指自發產生的生物光子進行濾波，并將濾波后的生物光子傳送至光電倍增管進行轉化為生物電信號，轉化后的生物電信號由光電倍增管傳送至光子計數器，得到手指在任一組濾波片下的發光強度； 所述濾波片還用于當暗室內無手指時，自發光產生光信號，并將自發光產生的光信號由光電倍增管傳送至光子計數器，得到任一組濾波片自身的發光強度； 所述光子計數器還與中央處理器相連，所述中央處理器用于接收手指在任一組濾波片下的發光強度和任一組濾波片自身的發光強度，并將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而繪制出手指光譜分布圖。2.如權利要求1所述的一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，其特征在于，所述孔洞外沿固定有黑色橡膠套，用于防止外界光線的進入。3.如權利要求1所述的一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，其特征在于，所述濾波片輪為電動控制的濾波片輪。4.如權利要求1所述的一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，其特征在于，所述手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置還包括高壓電源，所述高壓電源用于為光電倍增管提供電源。5.如權利要求1所述的一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，其特征在于，所述暗室的正面設置有兩個孔洞且暗室內設置有隔板，用于實現對左右手生物光子同時進行檢測。6.如權利要求3所述的一種手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置，其特征在于，所述中央處理器還與顯示屏相連。7.—種如權利要求1-6任一所述的手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置的工作方法，其特征在于，包括: 將手通過孔洞伸入暗室內，對手的各個手指的生物光子進行測試: 在測試過程中，暗室內的手指自發產生的生物光子經過任一組濾波片濾波后，傳送至光電倍增管并轉化為生物電信號，轉化后的生物電信號由光電倍增管傳送至光子計數器，光子計數器對接收到的生物電信號進行處理，得到手指在任一組濾波片下的發光強度； 當暗室內無手指時，任一組濾波片自發光產生的光信號由光電倍增管傳送至光子計數器后，得到任一組濾波片自身的發光強度； 將同一組濾波片下的手指的發光強度與濾波片自身的發光強度作差，得到手指在特定波段下的自發光強度，進而繪制出手指光譜分布圖。8.如權利要求7所述的手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置的工作方法，其特征在于，得到手指在特定波段下的自發光強度之后，還包括根據不同濾波片在不同波段內的量子效率對手指在特定波段下的自發光強度進行校正。9.如權利要求7所述的手指生物光子輻射光譜分布圖繪制裝置的工作方法，其特征在于，該方法還包括將手通過孔洞伸入暗室之前，將溫度調節至20°C以及環境濕度控制在 40%-50% 之間。
【文檔編號】A61B5/00GK106037669SQ201610528225
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】韓金祥, 楊美娜, 黃金昭, 龐靖祥, 范華, 劉艷麗
【申請人】山東省醫藥生物技術研究中心