一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法技術

本發明專利技術公開一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法。本發明專利技術利用差分光密度差異算法和VIP分析技術確定光源與探測器之間的最佳檢測距離，再將光源與探測器以對稱分布的模式編織在頭帶上進行光強數據的采集。通過探測器檢測來自光源照射頭部的出射光強值所攜帶的人體頭部組織吸收和散射信息，將這部分信息利用數據均衡分布的方法進行預處理，再基于深度學習的方法進行重建，達到檢測人體組織異質體位置及大小的目的。采用本發明專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法能夠快速、無創、實時、準確、便攜的檢測異質體位置及大小信息。

A Headband Heterogeneity Detection Equipment and Head Heterogeneity Detection Method

【技術實現步驟摘要】
一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法
本專利技術涉及生物檢測
，特別是涉及一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法。
技術介紹
中國地震、泥石流等自然災害頻發，交通事故發生次數居高不下，各類極限運動也常導致意外傷亡，每年創傷人數約有1000萬人次，傷殘人數約100萬。在最終死亡的傷者中，顱腦損傷占85％。顱腦外傷造成的腦部異質體發生率約占顱腦損傷的50％。創傷性顱腦異質體救治關鍵在于早發現，并根據病患具體病情制定與之相符的醫療救治方案，尤其是在創傷后1小時的黃金時間段，若不能及早發現治療，很可能危及生命或造成無法逆轉的終身殘疾，因此顱腦創傷患者需要快速診斷，為獲得及時的醫療救治贏得時間。影像學方法，例如CT(ComputedTomography，X線計算機斷層攝影)、MRI(MagneticResonanceImaging，磁共振成像)，是目前最為通用的臨床腦部檢測異質體的手段，被稱為顱腦異質體診斷的“金標準”。然而影像學方法檢測異質體存在諸多問題：例如CT、MRI造價高昂，屬于大型精密醫療設備，很難在第一時間到達事故現場第一線，并且檢測過程復雜，檢測時間過長，無法對傷員進行及時快速的檢測。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法，以克服影像學方法(CT、MRI)檢測設備較龐大、檢測費用較高、檢測過程復雜且檢測時間過長，無法進行實時、連續的檢測等缺陷。為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：一種頭帶式異質體檢測設備，所述頭帶式異質體檢測設備包括：塑料光纖POF頭帶以及固定在所述POF頭帶內的光源與探測器模塊、控制模塊、無線模塊和存儲模塊；所述控制模塊分別與所述光源與探測器模塊、所述無線模塊及所述存儲模塊連接；所述光源與探測器模塊包括五組光源與探測器模組，分別為第1組光源與探測器模組、第2組光源與探測器模組、第3組光源與探測器模組、第4組光源與探測器模組和第5組光源與探測器模組；每組所述光源與探測器模組中包括左右對稱放置的兩組光源與探測器裝置；十組所述光源與探測器裝置等間隔設置在所述POF頭帶上；每組所述光源與探測器裝置中包括一個光源和一個探測器；所述光源用于產生近紅外光入射到人體頭部；所述探測器用于檢測出射光的光強值，并將所述光強值發送至所述控制模塊；所述控制模塊一方面將所述光強值存儲于所述存儲模塊中，根據所述光強值檢測異質體位置及大小信息；另一方面所述控制模塊將所述光強值通過所述無線模塊發送至專用服務器。可選的，每組所述光源與探測器裝置中，所述光源與所述探測器之間的距離為3.4cm。可選的，所述光源為808nm近紅外光源。可選的，所述探測器為光電二極管、光電三極管、光硅電池、光電倍增管、電荷耦合器件CCD或者互補金屬氧化物半導體CMOS。可選的，所述POF頭帶采用兩層相同的POF織物進行編織而成。可選的，所述POF頭帶外層覆蓋一層遮光材料。一種頭部異質體檢測方法，所述頭部異質體檢測方法基于所述頭帶式異質體檢測設備；所述頭部異質體檢測方法包括：獲取用于訓練異質體檢測模型的完整數據集；所述完整數據集中包括多個樣本數據；每個所述樣本數據中包括一組光強值及與所述光強值對應的吸收系數真實值；采用數據均衡分布方法從所述完整數據集中選取部分樣本數據作為訓練集；采用所述訓練集對深度學習網絡模型進行訓練，獲得訓練后的網絡模型作為異質體檢測模型；獲取所述頭帶式異質體檢測設備采集的待測光強值；將所述待測光強值輸入所述異質體檢測模型，輸出吸收系數重建圖像；根據所述吸收系數重建圖像確定待測異質體的位置及大小。可選的，所述采用所述訓練集對深度學習網絡模型進行訓練，獲得訓練后的網絡模型作為異質體檢測模型，具體包括：基于所述訓練集，采用無監督學習方法訓練所述深度學習網絡模型的權重和偏差，生成訓練后的權重和偏差；將所述訓練后的權重和偏差作為初始值放入BP神經網絡中進行有監督的最近鄰NN訓練，生成優化后的權重和偏差；將所述優化后的權重和偏差作為所述訓練后的網絡模型的網絡參數，生成所述訓練后的網絡模型作為異質體檢測模型。根據本專利技術提供的具體實施例，本專利技術公開了以下技術效果：本專利技術提供一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法，本專利技術利用差分光密度差異算法和VIP分析技術確定光源與探測器之間的最佳檢測距離，再將光源與探測器以對稱分布的模式編織在頭帶上進行光強數據的采集。通過探測器檢測來自光源照射頭部的出射光強值所攜帶的人體頭部組織吸收和散射信息，先將這部分信息利用數據均衡分布的方法進行預處理，再基于深度學習的方法進行重建，達到檢測人體組織異質體位置及大小的目的。采用本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法能夠快速、無創、實時、準確、便攜的檢測異質體位置及大小信息。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據本專利技術提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備的佩戴方式示意圖；圖2為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備中光源和探測器的位置示意圖；圖3為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備左右對稱檢測部位的示意圖；圖4為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備的電路連接示意圖；圖5為本專利技術提供的差分光密度差異曲線的計算過程示意圖；圖6為本專利技術提供的最佳源探距離分布的VIP分析圖；圖7為本專利技術提供的頭部異質體檢測方法的流程圖；圖8為本專利技術提供的兩種訓練集選擇方法的預測結果示意圖。圖9為本專利技術提供的深度神經網絡模型結構及工作原理示意圖；其中圖9(a)為深度神經網絡模型的預訓練網絡示意圖；圖9(b)為深度神經網絡模型的NN訓練網絡示意圖；圖10為本專利技術提供的不同位置的異質體重建結果圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術的目的是提供一種頭帶式異質體檢測設備及頭部異質體檢測方法，利用對稱設計的近紅外光源與探測器來獲得人體頭部組織的出射光強信息，通過神經網絡訓練得到人體腦部的異質體位置及大小信息，以克服影像學方法(CT、MRI)檢測設備較龐大、檢測費用較高，無法進行實時、連續的異質體檢測等缺陷。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。本
技術實現思路
主要包括兩部分：異質體位置和大小信息的采集和重建。異質體位置和大小信息的采集是通過頭帶式異質體檢測設備實現。異質體位置和大小信息的重建可采用本專利技術頭部異質體檢測方法實現。圖1為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備的佩戴方式示意圖。圖2為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備中光源和探測器的位置示意圖。圖3為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備左右對稱檢測部位的示意圖。圖4為本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備的電路連接示意圖。參見圖1和圖4，本專利技術提供的頭帶式異質體檢測設備包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種頭帶式異質體檢測設備，其特征在于，所述頭帶式異質體檢測設備包括：塑料光纖POF頭帶以及固定在所述POF頭帶內的光源與探測器模塊、控制模塊、無線模塊和存儲模塊；所述控制模塊分別與所述光源與探測器模塊、所述無線模塊及所述存儲模塊連接；所述光源與探測器模塊包括五組光源與探測器模組，分別為第1組光源與探測器模組、第2組光源與探測器模組、第3組光源與探測器模組、第4組光源與探測器模組和第5組光源與探測器模組；每組所述光源與探測器模組中包括左右對稱放置的兩組光源與探測器裝置；十組所述光源與探測器裝置等間隔設置在所述POF頭帶上；每組所述光源與探測器裝置中包括一個光源和一個探測器；所述光源用于產生近紅外光入射到人體頭部；所述探測器用于檢測出射光的光強值，并將所述光強值發送至所述控制模塊；所述控制模塊一方面將所述光強值存儲于所述存儲模塊中，根據所述光強值檢測異質體位置及大小信息；另一方面所述控制模塊將所述光強值通過所述無線模塊發送至專用服務器。

【技術特征摘要】
1.一種頭帶式異質體檢測設備，其特征在于，所述頭帶式異質體檢測設備包括：塑料光纖POF頭帶以及固定在所述POF頭帶內的光源與探測器模塊、控制模塊、無線模塊和存儲模塊；所述控制模塊分別與所述光源與探測器模塊、所述無線模塊及所述存儲模塊連接；所述光源與探測器模塊包括五組光源與探測器模組，分別為第1組光源與探測器模組、第2組光源與探測器模組、第3組光源與探測器模組、第4組光源與探測器模組和第5組光源與探測器模組；每組所述光源與探測器模組中包括左右對稱放置的兩組光源與探測器裝置；十組所述光源與探測器裝置等間隔設置在所述POF頭帶上；每組所述光源與探測器裝置中包括一個光源和一個探測器；所述光源用于產生近紅外光入射到人體頭部；所述探測器用于檢測出射光的光強值，并將所述光強值發送至所述控制模塊；所述控制模塊一方面將所述光強值存儲于所述存儲模塊中，根據所述光強值檢測異質體位置及大小信息；另一方面所述控制模塊將所述光強值通過所述無線模塊發送至專用服務器。2.根據權利要求1所述的頭帶式異質體檢測設備，其特征在于，每組所述光源與探測器裝置中，所述光源與所述探測器之間的距離為3.4cm。3.根據權利要求1所述的頭帶式異質體檢測設備，其特征在于，所述光源為808nm近紅外光源。4.根據權利要求1所述的頭帶式異質體檢測設備，其特征在于，所述探測器為光電二極管、光電三極管、光硅電池、光電倍增管、電荷耦合器件CCD或者互補金屬氧化物半導體CMOS。5.根據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王慧泉，吳念，任麗娜，王金海，
申請(專利權)人：天津工業大學，
類型：發明
國別省市：天津,12