基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，用于通过人体手指部位来进行无损检测人体血糖值，包括：太赫兹时域光谱系统，用于产生太赫兹波；三棱镜，置于太赫兹时域光谱系统中，作为反射模块，用于对太赫兹波进行衰减全反射产生倏逝波。本发明专利技术还提供了一种利用基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置进行血糖进行血糖测试的方法，包括以下步骤：步骤1，将测试者的手指置于三棱镜的底面，通过倏逝波与手指表面皮肤接触来探测到由于血糖浓度变化导致的表面皮肤表面介电特性的变化；步骤2，计算手指部位皮肤的复介电常数，并通过复介电常数的实部和虚部在太赫兹吸收谱上0.3THz处的值分别对人体血糖浓度进行无损标定。

Device and Method for Calibrating Blood Glucose Concentration Based on Attenuated Total Reflection Terahertz Dielectric Spectroscopy

【技术实现步骤摘要】
基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置及方法
本专利技术属于生物组织参数检测领域，具体涉及一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置及方法。
技术介绍
糖尿病作为一种慢性代谢疾病，人类的患病率越来越高，其主要特征为高血糖。由于血糖的偏高，会使人体产生各种不适，如肾衰竭、心脑血管病变、失明等症状。为了有效预防和控制糖尿病，准确检测人体内血糖浓度成为人类研究的热点。常规的血糖检测手段是从静脉或毛细血管中取血，再用血糖分析仪进行检测。这类方法会给病人带来疼痛和被感染的危险，不利于频繁的测量。太赫兹波(Terahertz,THz)是一种介于微波与红外辐射之间的电磁波，频率为：0.1～10THz(1THz＝10^12Hz)。太赫兹波波长为：0.03mm～3mm，能轻易地穿透大多数非极性物质。能量为：0.4～40meV，不易破坏检测物质，且兼具频谱性和成像性等特点，已经成为现有无损检测技术的有力补充。血中的的葡萄糖被称为血糖，检测血糖浓度即对血液中葡萄糖含量进行检测。目前，利用透射式太赫兹时域光谱系统对无水葡萄糖进行光谱检测，通过时域、频域以及量化数值处理发现，对于不同质量比的葡萄糖压片，时域信号波峰强度和频域谱特征频率处信号强度都随葡萄糖质量分数的增加呈线性衰减；在特征频率处，随着葡萄糖质量分数的增加，折射率与吸收系数线性增大。即可以通过时域信号、频域信号、折射率以及吸收系数等对葡萄糖进行量化研究。在太赫兹吸收谱上0.15-3THz，已经得到11个无水葡萄糖样品的特征吸收峰，分别为：0.94，1.30，1.44，1.67，1.88，2.08，2.31，2.55，2.70，2.84，2.96。但针对血液中水含量大，水对太赫兹的吸收较大，掩盖了葡萄糖的特征吸收峰，很难通过特征峰强度判断血糖含量，很难实现无损血糖的检测。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置及方法。本专利技术提供了一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，用于通过人体手指部位来进行无损检测人体血糖值，具有这样的特征，包括：太赫兹时域光谱系统，用于产生太赫兹波，具有用于产生飞秒激光的飞秒激光器、用于将飞秒激光分束为泵浦光和探测光的分束镜、用于保证泵浦光和探测光的光程一致的延迟线、用于接收泵浦光并产生太赫兹波的太赫兹发射器以及用于同时接收太赫兹波和探测光来得到太赫兹时域信号波形的太赫兹探测器；三棱镜，置于太赫兹时域光谱系统中作为反射模块，用于对太赫兹波进行衰减全反射产生倏逝波，该三棱镜位于太赫兹发射器与太赫兹探测器之间，太赫兹发射器产生太赫兹波经过三棱镜后到达太赫兹探测器，其中，进行血糖浓度检测时，手指置于三棱镜的底面。在本专利技术提供的基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置中，还可以具有这样的特征：其中，三棱镜为高阻硅三棱镜。在本专利技术提供的基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置中，还可以具有这样的特征：其中，三棱镜的折射率为3.42，三棱镜的三角形面为等腰三角形，该等腰三角形的顶角为104°，两底角为38°，底边长为6.2厘米，两腰长为3.95厘米，棱镜厚度为4厘米。本专利技术还提供了一种利用基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置进行血糖测试的方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，将测试者的手指置于三棱镜的底面，太赫兹时域光谱系统产生太赫兹波，太赫兹波经过三棱镜的衰减全反射后产生倏逝波，倏逝波与手指的表面皮肤接触来探测到由于血糖浓度变化导致的表面皮肤表面介电特性的变化；步骤2，通过斯涅尔定律和菲涅尔反射系数来对手指部位皮肤的复介电常数进行计算，并将计算得到复介电常数的实部和虚部在太赫兹吸收谱上0.3THz处的值分别对人体血糖浓度进行无损标定，其中，复介电常数由公式(1)-公式(4)计算得到，公式(1)中，E样(t)和E参(t)分别为手指按在三棱镜上和未在三棱镜上加任何样品时的太赫兹时域信号；r样和r参分别手指按在三棱镜上和未在三棱镜上加任何样品时的菲涅尔反射系数，公式(2)至公式(3)中，n样、n棱和n空分别为测试样品折射率、三棱镜折射率、不加样品时空气折射率；θ为太赫兹波在三棱镜与样品接触面的入射角大小；γ样为太赫兹波在三棱镜与样品接触面的出射角大小；γ空为太赫兹波在三棱镜上不加样品时的出射角大小，公式(4)中，R为样品信号与参考信号的相对反射比，即反射系数比，r空与r参一致，均为未在三棱镜上加任何样品时的菲涅尔反射系数，ε样为手指部位皮肤的复介电常数，ε’为复介电常数实部，即样品的相对介电常数，ε”为复介电常数虚部，即样品被反复极化而产生的损耗。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，因为利用太赫兹时域光谱系统来产生太赫兹波，并将三棱镜作为反射模块置于太赫兹时域光谱系统中，被测者只需将手指置于三棱镜底面，在信号测量范围之内即可进行检测，所以，使得检测过程更为便捷，并且由于使用了太赫兹时域光谱系统，所以，能够实现高分辨率的快速测量；因为太赫兹波经过三棱镜衰减全反射后产生的倏逝波能够渗透到人体皮肤表面，且倏逝波不会对人体产生光电离以及任何辐射伤害，所以，具有良好的安全性。另外本专利技术的检测方法根据血糖浓度的变化会对人体皮肤表面含水量产生影响，借助衰减全反射产生的倏逝波与人体手指表皮接触，从而探测到由于血糖浓度变化导致的皮肤表面介电特性的变化来对人体血糖实际浓度进行标定，所以，能够实现无损血糖检测。附图说明图1为本专利技术的实施例中的手指置于三棱镜上来计算手指部位皮肤的复介电常数的原理图；图2为本专利技术的实施例中的手指部位皮肤复介电常数实部的太赫兹介电谱图；图3为本专利技术的实施例中的太赫兹吸收谱上0.3THz处实部值对人体血糖实测浓度的标定关系图；图4为本专利技术的实施例中的手指部位皮肤复介电常数虚部的太赫兹介电谱图；图5为本专利技术的实施例中的太赫兹吸收谱上0.3THz处虚部值对人体血糖实测浓度的标定关系图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术作具体阐述。<实施例>本实施例提供了一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置100，用于通过人体手指部位来进行无损检测人体血糖值，包括：太赫兹时域光谱系统和三棱镜1。太赫兹时域光谱系统用于产生太赫兹波，具有用于飞秒激光器、分束镜、延迟线、太赫兹发射器以及太赫兹探测器，飞秒激光器产生的飞秒激光经分束镜分成泵浦光和探测光，泵浦光打到太赫兹发射器产生太赫兹波，并通过延时线保证泵浦光与探测光的光程一致，使太赫兹波和探测光能同时打在探测器上，从而得到太赫兹时域信号波形。三棱镜1置于太赫兹时域光谱系统中作为反射模块，位于太赫兹发射器与太赫兹探测器之间，太赫兹发射器产生太赫兹波经过三棱镜1后到达太赫兹探测器，用于对太赫兹波进行衰减全反射产生倏逝波，该倏逝波能够渗透人体皮肤表面150-700μm，不会对人体产生光电离以及任何辐射伤害。三棱镜1为高阻硅三棱镜，该高阻硅三棱镜在太赫兹波段有较好的透过率，常温条件下化学特性为不活泼，物理特性熔点高，硬度大，不溶于水，对人体皮肤的接触无痛无害。三棱镜1的折射率为3.42，三棱镜1的三角形面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，用于通过人体手指部位来进行无损检测人体血糖值，其特征在于，包括：太赫兹时域光谱系统，用于产生太赫兹波，具有用于产生飞秒激光的飞秒激光器、用于将所述飞秒激光分束为泵浦光和探测光的分束镜、用于保证所述泵浦光和所述探测光的光程一致的延迟线、用于接收所述泵浦光并产生所述太赫兹波的太赫兹发射器以及用于同时接收所述太赫兹波和所述探测光来得到太赫兹时域信号波形的太赫兹探测器；三棱镜，置于所述太赫兹时域光谱系统中作为反射模块，用于对所述太赫兹波进行衰减全反射产生倏逝波，该三棱镜位于所述太赫兹发射器与所述太赫兹探测器之间，所述太赫兹发射器产生所述太赫兹波经过所述三棱镜后到达所述太赫兹探测器，其中，进行血糖浓度检测时，手指置于所述三棱镜的底面。

【技术特征摘要】
1.一种基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，用于通过人体手指部位来进行无损检测人体血糖值，其特征在于，包括：太赫兹时域光谱系统，用于产生太赫兹波，具有用于产生飞秒激光的飞秒激光器、用于将所述飞秒激光分束为泵浦光和探测光的分束镜、用于保证所述泵浦光和所述探测光的光程一致的延迟线、用于接收所述泵浦光并产生所述太赫兹波的太赫兹发射器以及用于同时接收所述太赫兹波和所述探测光来得到太赫兹时域信号波形的太赫兹探测器；三棱镜，置于所述太赫兹时域光谱系统中作为反射模块，用于对所述太赫兹波进行衰减全反射产生倏逝波，该三棱镜位于所述太赫兹发射器与所述太赫兹探测器之间，所述太赫兹发射器产生所述太赫兹波经过所述三棱镜后到达所述太赫兹探测器，其中，进行血糖浓度检测时，手指置于所述三棱镜的底面。2.根据权利要求1所述的基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，其特征在于：其中，所述三棱镜为高阻硅三棱镜。3.根据权利要求1所述的基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置，其特征在于：其中，所述三棱镜的折射率为3.42，所述三棱镜的三角形面为等腰三角形，该等腰三角形的顶角为104°，两底角为38°，底边长为6.2厘米，两腰长为3.95厘米，棱镜厚度为4厘米。4.一种利用如权利要求1所述的基于衰减全反射太赫兹介电谱标定血糖浓度的装置进行血糖测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈麟，朱亦鸣，殷恒辉，王丽霞，张素英，曹慧婧，庄松林，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31